基于模塊化課程池的智能建造專業(yè)課程體系改革研究

劉 偉

(合肥學(xué)院 城市建設(shè)與交通學(xué)院,安徽 合肥 230601)

0 引言

為深入貫徹黨中央、國務(wù)院決策部署,落實住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部等部門《關(guān)于推動智能建造與建筑工業(yè)化協(xié)同發(fā)展的指導(dǎo)意見》(建市〔2020〕60號)、《“十四五”建筑業(yè)發(fā)展規(guī)劃》(建市〔2022〕11號)等文件要求,加快推進智能建造試點城市建設(shè)工作。高校作為人才培養(yǎng)的主陣地,應(yīng)加快設(shè)置智能建造專業(yè),適應(yīng)行業(yè)對人才的最新需求。

智能建造專業(yè)是一門復(fù)合型新工科專業(yè),旨在讓學(xué)生掌握土木學(xué)科、機械學(xué)科、人工智能學(xué)科、管理學(xué)學(xué)科等的基本原理與方法,把學(xué)生培養(yǎng)成具備建筑智能設(shè)計、智能施工、智能運維與管理等跨學(xué)科能力的創(chuàng)新性人才[1]。智能建造專業(yè)的課程體系是以土木工程核心專業(yè)課程為基礎(chǔ),引入了計算機學(xué)科、機械學(xué)科、系統(tǒng)工程學(xué)科等專業(yè)課程,與企業(yè)合作開發(fā)課程,以產(chǎn)教有機融合作為方向,不斷優(yōu)化增強學(xué)生的工程理論和實踐綜合素質(zhì)。同時還要加強具有時代性和個性特征的校園文化建設(shè),校園文化作為高校思想政治教育的重要載體,既能夠滿足廣大師生的精神文化需求,也能夠為學(xué)校的教育教學(xué)、人才培養(yǎng)提供強大的精神動力。高校要結(jié)合學(xué)校及學(xué)生特點,不斷豐富校園文化建設(shè)內(nèi)涵,明確文化定位,做好整體規(guī)劃,構(gòu)建多維文化育人體系,彰顯文化育人效果[2]。

1 智能建造技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

智能建造技術(shù)貫穿于整個工程生命周期,主要包括:建筑信息模型技術(shù)(BIM)、人工智能基礎(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)工程在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用技術(shù)、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈以及云計算等在土木工程領(lǐng)域中的運用新技術(shù),不同學(xué)科領(lǐng)域之間應(yīng)相互交融,相互交叉,建立智能建造學(xué)科體系。

1.1 BIM技術(shù)

目前,很多國家明確在建工程項目必須應(yīng)用BIM技術(shù),部分國家的BIM應(yīng)用情況見表1[3]。從表1的信息可知,北歐以及美國等國家很早就開始布局BIM的應(yīng)用,他們強制工程應(yīng)用過程中必須要使用BIM,韓國、英國等國家在近年也出臺了相關(guān)規(guī)定,強制要求BIM在工程中應(yīng)用。近年來,在各級政府的廣泛支持和大力推廣下,建筑信息化發(fā)展較為迅速?，F(xiàn)今BIM技術(shù)的應(yīng)用場景主要集中在方案設(shè)計、施工圖設(shè)計、各專業(yè)協(xié)同設(shè)計等方面,從項目初期利用BIM技術(shù)做好頂層設(shè)計,施工方案的虛擬設(shè)計,檢查錯、漏、碰、缺,在工程管理中引入三維模型,縮短項目施工建設(shè)周期,提高項目施工質(zhì)量,提升工程項目管理水平。

表1 部分國家BIM應(yīng)用情況

1.2 人工智能技術(shù)

人工智能學(xué)科涉及到多個層次內(nèi)容的知識,其中主要涉及機器推理、機器表達和機器搜索等[4]。經(jīng)過多年融合發(fā)展,人工智能技術(shù)已經(jīng)全方位融合到智能建造領(lǐng)域中了,結(jié)合邏輯學(xué)和運籌學(xué)對施工現(xiàn)場進行管理,使用建筑機器人對構(gòu)件進行安裝,對工程項目全生命周期管理中引入人工智能系統(tǒng)。

1.3 云計算和大數(shù)據(jù)技術(shù)

把大量資源存儲在遠端的云服務(wù)器中,通過把軟件、網(wǎng)絡(luò)等資源共享給用戶,并且結(jié)合資源量化級數(shù)情況,不斷開展動態(tài)調(diào)整、分配和監(jiān)控[5]。相比傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫軟件,大數(shù)據(jù)技術(shù)主要作用在于不斷整合處理海量級數(shù)據(jù)[6]。現(xiàn)今建筑領(lǐng)域中的各大產(chǎn)業(yè)都廣泛整合了大數(shù)據(jù)和云計算等技術(shù),例如通過人臉識別進行日?？记?在塔吊起重機管理過程中引入大數(shù)據(jù)分析、傳感器監(jiān)測進行設(shè)備管理。

1.4 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)這一概念最早出自美國,即物與物相連的網(wǎng)絡(luò),它是社會信息化的嶄新發(fā)展階段[7]。自2012年以來,中國建筑領(lǐng)域逐漸引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),在整個建筑結(jié)構(gòu)與建筑構(gòu)件之間、構(gòu)件與構(gòu)件、技術(shù)人員與構(gòu)件等不同主體間達到信息資源互通共享。對材料和預(yù)制構(gòu)件進行二維編碼智能化管理,可以預(yù)判工程施工過程中出現(xiàn)的各種問題,避免工程經(jīng)濟損失。

2 智能建造專業(yè)課程體系

新工科的內(nèi)涵是:以對傳統(tǒng)工科進行傳承與創(chuàng)新、不同學(xué)科的交融、資源的協(xié)調(diào)與共享,以立德樹人和三全育人為引領(lǐng),培養(yǎng)未來多學(xué)科交叉、創(chuàng)新型復(fù)合工程人才[8]。

如何落實新工科專業(yè)的建設(shè),需要從專業(yè)頂層進行設(shè)計,對傳統(tǒng)土木工程專業(yè)進行改造升級,引入人工智能技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、BIM技術(shù)、云計算和大數(shù)據(jù)技術(shù)到傳統(tǒng)專業(yè)中去。逐步建立“人工智能+傳統(tǒng)專業(yè)”“數(shù)字+建筑設(shè)計”“BIM+建造”等適應(yīng)行業(yè)轉(zhuǎn)型的智能建造學(xué)科體系。智能建造專業(yè)是以土木工程和建筑學(xué)專業(yè)為核心,融合機械電子、物聯(lián)網(wǎng)、計算機科學(xué)與技術(shù)等多專業(yè)合成的新工科專業(yè),如圖1所示。

圖1 智能建造專業(yè)學(xué)科群框架圖

3 構(gòu)建智能建造專業(yè)模塊化課程池

智能建造專業(yè)以滿足新型建筑產(chǎn)業(yè)對土木工程領(lǐng)域人才的需求為目的,以培養(yǎng)新型學(xué)科交叉的新工科人才為目標(biāo),在合肥學(xué)院近二十年教學(xué)改革與實踐的基礎(chǔ)上,構(gòu)建智能建造專業(yè)的“模塊化課程池”體系。進而通過深入研究“模塊化課程池”的具體構(gòu)成、優(yōu)化組合和動態(tài)調(diào)整,滿足以培養(yǎng)智能建造人才為導(dǎo)向的畢業(yè)要求,借助“模塊化課程池”的有效運作,不斷優(yōu)化個性化學(xué)習(xí)解決方案運行機制,滿足新工科學(xué)生個性化發(fā)展需求。

智能建造專業(yè)圍繞建筑新技術(shù)、新業(yè)態(tài)、新產(chǎn)業(yè)和新模式,打破學(xué)科界限,遵循基于學(xué)習(xí)產(chǎn)出的教育模式(OBE)的理念,依托專業(yè)認證標(biāo)準(zhǔn)中的畢業(yè)要求,構(gòu)建“模塊化課程池”,具體由五種類型的模塊池組成:公共模塊池、專業(yè)模塊池、支撐學(xué)科模塊池、應(yīng)用領(lǐng)域模塊池和綜合實踐模塊池,如圖2所示。

圖2 以“模塊化課程池”為依托的智能建造專業(yè)課程體系示意圖

(1)公共課模塊池:包含數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)等公共課程,培養(yǎng)智能制造專業(yè)學(xué)生的自然科學(xué)能力;

(2)專業(yè)課模塊池:根據(jù)智能建造專業(yè)方向的不同設(shè)置“子模塊池”,每個“子模塊池”由該專業(yè)方向的核心模塊和拓展模塊構(gòu)成,培養(yǎng)本專業(yè)學(xué)生特定方向的專業(yè)能力,所有的“子模塊池”共同組成了該專業(yè)的專業(yè)模塊池;

(3)支撐學(xué)科模塊池:包含多個交叉學(xué)科“子模塊池”,由相應(yīng)的跨學(xué)科、跨專業(yè)模塊構(gòu)成,各專業(yè)學(xué)生可以根據(jù)自身的能力特點,構(gòu)建個性化的知識體系;

(4)應(yīng)用領(lǐng)域模塊池:包含多個應(yīng)用領(lǐng)域“子模塊池”,學(xué)生可根據(jù)職業(yè)發(fā)展規(guī)劃方向,在學(xué)習(xí)導(dǎo)師的指導(dǎo)下進行選修,培養(yǎng)特定領(lǐng)域的應(yīng)用能力;

(5)綜合實踐模塊池:包含不同形式的實踐教學(xué)模塊,讓學(xué)生在實踐階段形成問題發(fā)現(xiàn)、創(chuàng)新解決的能力,提供模塊之間的學(xué)分置換機制。

圍繞人才培養(yǎng)目標(biāo),構(gòu)建智能建造專業(yè)模塊化課程體系,以企業(yè)需求作為課程設(shè)計的根基和方向,通過反向設(shè)計來豐富課程體系內(nèi)容,重新梳理教學(xué)內(nèi)容,改“知識為本位”為“能力為導(dǎo)向”。通過梳理專業(yè)所面向的企業(yè)崗位,進而對企業(yè)進行調(diào)研,分析出各個崗位所需的能力要素,將每個能力要素對應(yīng)具體的知識點,再穿插融合相關(guān)知識點,使之成為課程模塊(課程模塊中每一教學(xué)環(huán)節(jié)內(nèi)容都側(cè)重于培養(yǎng)學(xué)生一個或多個能力),最后將課程模塊進行組合,構(gòu)件每個專業(yè)的模塊化課程體系,如圖3所示。

圖3 模塊化課程體系構(gòu)建示意圖

4 校企合作開發(fā)課程

產(chǎn)教融合在應(yīng)用型本科高校發(fā)展中具有重要的現(xiàn)實意義,但從當(dāng)前來看,中國應(yīng)用型本科高校實踐教學(xué)中存在諸多問題,有待進一步開展實踐教學(xué)改革。產(chǎn)教融合視域下,應(yīng)用型本科高校在實踐教學(xué)過程中要進一步轉(zhuǎn)變教育教學(xué)觀念,緊跟時代發(fā)展步伐,豐富課程教學(xué)內(nèi)容,推進教學(xué)方法改革,創(chuàng)建雙師雙能型師資團隊,提升教師實踐教學(xué)能力,構(gòu)建完善的產(chǎn)教融合長效機制,確保校企合作順利開展。

豐富課程教學(xué)內(nèi)容,推進教學(xué)方法改革。產(chǎn)教融合視域下應(yīng)用型本科高校教學(xué)內(nèi)容要堅持產(chǎn)業(yè)需求和問題解決導(dǎo)向,主動適應(yīng)地方經(jīng)濟發(fā)展和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整。在具體的教學(xué)過程中高校要根據(jù)不同專業(yè)要求、不同企業(yè)需求、不同培養(yǎng)對象因材施教,并不斷調(diào)整、完善和發(fā)展教學(xué)內(nèi)容。2019 年印發(fā)的《關(guān)于在院校實施“學(xué)歷證書 + 若干職業(yè)技能等級證書”制度試點方案》中提出的“1 + X”證書制度為應(yīng)用型人才培養(yǎng)指引了方向,進一步加快了應(yīng)用型高校教學(xué)改革的步伐。產(chǎn)教融合視域下,為了培養(yǎng)出既有學(xué)歷證書又有技能證書的復(fù)合型高技能應(yīng)用型人才,應(yīng)用型本科高校要加快推進課程教學(xué)改革,進一步調(diào)整課程設(shè)置和改進優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容,使教學(xué)工作與行業(yè)、企業(yè)對接。一方面,鼓勵學(xué)生在獲得學(xué)歷證書的同時,積極獲取職業(yè)技能等級證書,學(xué)好職業(yè)技能理論知識; 另一方面,加強學(xué)生職業(yè)技能培訓(xùn),使課程標(biāo)準(zhǔn)與技能證書考核大綱相對應(yīng),具備超強的職業(yè)技術(shù)能力。除了改革教學(xué)內(nèi)容之外,還要變革教學(xué)方法,采用多元化的教學(xué)形式。產(chǎn)教融合視域下,學(xué)生職業(yè)能力的提升和技術(shù)技能的培訓(xùn)都需要學(xué)校與企業(yè)共同來完成,所以產(chǎn)教融合過程中學(xué)校和企業(yè)要改革教學(xué)方法,采用理實一體化教學(xué)、項目化教學(xué)等多種教學(xué)形式,讓學(xué)生做到在“學(xué)中做,做中學(xué)”[9]。

5 課程體系實施成效

根據(jù)智能建造專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)要求,將各學(xué)科知識有效地融合,培養(yǎng)學(xué)生在土木工程、人工智能、大數(shù)據(jù)、工程管理等領(lǐng)域應(yīng)具備的專業(yè)技術(shù)能力體系,經(jīng)過初期的專業(yè)教學(xué)實踐,取得了以下初步成效:

(1) 學(xué)生系統(tǒng)學(xué)習(xí)了智能建造專業(yè)涉及的各門學(xué)科知識,為今后的復(fù)合型崗位要求奠定了堅實基礎(chǔ),具備了解決復(fù)雜工程問題的專業(yè)能力;

(2) 在傳統(tǒng)的土木工程專業(yè)融合了智能建造新技術(shù),滿足了不同學(xué)生的個性化發(fā)展需求;

(3) 聯(lián)合合肥市裝配式建筑龍頭企業(yè),建立校企合作辦學(xué)的實踐教學(xué)基地,學(xué)生的實踐動手能力得到顯著提高;

(4) 智能建造專業(yè)所有課程以BIM技術(shù)為載體,建立工程全生命周期的建筑模型,進一步縮短畢業(yè)生的專業(yè)素養(yǎng)與企業(yè)需求的距離。

6 結(jié)語

本文基于智能建造平臺,體現(xiàn)新時代工科專業(yè)特色,探討構(gòu)建模塊化課程池,新的課程體系能快速適應(yīng)社會和產(chǎn)業(yè)的技術(shù)更新與標(biāo)準(zhǔn)變化,具備自我不斷優(yōu)化和動態(tài)更新的功能。同時,可以打破學(xué)科界限,為新工科專業(yè)人才的培養(yǎng)提供所需的軟硬件環(huán)境和條件,形成“成果為導(dǎo)向,能力為導(dǎo)向”的新工科人才培養(yǎng)體系。智能建造專業(yè)課程體系可以打通專業(yè)與行業(yè)、能力與崗位的藩籬,實現(xiàn)人文社會科學(xué)、自然科學(xué)與工程科學(xué)之間的內(nèi)循環(huán)滲透性融合,培養(yǎng)主動性和實踐型文化,滿足新工科專業(yè)在科學(xué)思維創(chuàng)新、實踐創(chuàng)新以及管理創(chuàng)新等多元化復(fù)合素質(zhì)培養(yǎng)的需要,為實現(xiàn)通專融合開辟了嶄新路徑。