二、智能建造专业实践性教学环节设计理念
智能建造专业的主要目标是培养工程师。工程师一个很重要的能力就是实践动手能力。专业培养方案中的实践性环节是培养动手能力的重要途径，是理解专业理论的重要基础和获得专业感性认识的重要来源。［４－６］智能建造专业是复合型专业［７］，涉及到传统的土木工程、机械设计制造及其自动化、电子信息及其自动化、自动控制、计算机和工程管理等专业，迎合了人工智能在土木工程行业广泛深入应用的需要。需要综合考虑所涉及到的已有专业的培养方案中实践性教学环节所体现的教学理念。一般谈实践性教学环节，主要指周期比较长的集中性实践教学环节。理论课的实验课应算做实践性教学环节，也需和集中性实践教学环节综合起来考虑。在实践性教学环节设计中，需坚持产学研相结合的理念。尽管智能建造是复合型专业，其实践性教学内容和设备不能是多个专业的内容和设备的简单拼凑，也必然要引入新设备、新内容。这就需要转化教师们的科研成果，去国内一流建造企业寻找有代表性的设备，使得实践性教学紧跟技术发展潮流。在实践性教学环节设计中，要注意贯彻工程认证［８］要求，形成教学内容、教学设备、教学模式等方面的标准，注意充分利用实践教学时间，提高效率和效果，降低随意性。设计综合性和创新性实验项目时，注意可操作性和可控性。譬如在创新制作型的实践环节，要注意不能超出规定的时间，避免学生的项目工作量过大或超出现实条件，无法在规定时间内收场，需要加强可行性审核。在实践性教学环节设计中，也需处理好以下几种关系。
（１）计算机仿真操作与实物操作训练的关系。目前虚拟仿真做得很逼真，很生动，很直观，能很大程度上降低教育培训成本，但是绝对不能完全替代实物操作训练。虚拟仿真的背后是基于抽象数学公式的数值计算，是基于大量的简化及假设的，对真实世界的模拟还不能说是全面的，也不能说是高度准确的。虽然有很多优势，但还是应与实物操作训练模式相结合。
（２）校内实验室实习与校外实际工程项目实习的关系。目前，不少学校在联系合适的校外实习单位方面存在较大困难。主要是因为不少企业担心商业失密或影响生产，担心实习学生的安全等等，也有接纳能力有限等问题，不愿意接纳在校学生前来实习。另一方面，国内高校目前在教学实验室建设方面普遍投入较大。因而，很多实验室建设主导者甚至萌生了这样的念头：建设校内全面的实习场所，全面代替校外企业实习。这是不对的。在校外企业开展的生产实习，不可替代。校内实习场所，在很多方面跟真实的工厂和建设现场是有差距的。工程师最终还是要走到企业去的。先进企业在不断研发，产业形态也是日新月异。一流企业的一线生产实践永远是实践性教学不断改革、不断获取新内容的重要源头。校内实验室实习与校外企业实习是不能互相替代的，需处理好二者的关系。
（３）验证性实验与综合性实验、创新性实验的关系。验证性实验可以帮助学生深入理解专业理论与知识，但缺少探索性，不利于培养学生主动实践的能力。综合性实验与创新性实验有助于帮助学生提升应用所学知识解决实际问题的能力。尽管综合性实验、创新性实验项目较难设计，对师资要求较高，但必然是实践教学改革需要着重发力的地方。在总学时有限的情况下，需要合理处理验证性实验与综合性、创新性实验在学时与内容比例上的关系。
（４）传统土木工程实验与智能设备、智能建造模式实验内容的分配关系。智能建造通过引入人工智能、物联网、大数据、机器人等技术到传统的土木施工中，从而实现更高质量的工程建造。智能建造专业的培养方案中势必要增加代表智能建造特点和方向的实验内容。 智能建造专业人才培养不能偏离工程建造这个 本 ，尤其不能舍本逐末，简单堆砌一些信息技术类的课程，挤占了专业课时，反而削弱了学生工程基础。 ［２］，因而需要处理好传统土木工程实践教学内容与智能建造实践教学内容的分配关系，最好能通过有机融合的方式实现规定学时和学制下二者的兼顾。（５）常规实践性教学与专业竞赛、创业活动的关系。现在各类大学生专业竞赛和创新创业活动非常多，有些甚至是国际性竞赛。专业竞赛和创业活动可以激发竞争意识和学习、探索兴趣，也能综合应用多学科的知识，使学生从被动接受知识转变为主动学习，可以提高学生独立思考、团结协作、科研探索的能力。参加专业竞赛原来只占用课外时间，现在已经有一个趋势，直接将参赛经历和成绩，折算为内容相近的常规实践性教学课程的成绩，参赛学生可根据规定条件免修这些课程，教务管理部门在课程成绩的评定上，给予参赛学生灵活性。但参加竞赛所获得的锻炼，能否完全覆盖对应课程的全部培养目标，还需要在具体的操作实践中具体分析。有些赛事已经形成传统，需要根据赛事主题，调整对应的常规实践性教学课程的内容。 三、智能建造专业实践性教学初步方案 实践性教学环节主要包括两大块，一是各门理论课程的实验课，二是集中性实践教学环节。从内容上又可分为原土木工程、工程管理专业的实践教学内容和智能建造实践教学内容。对于通识课程和平台课程的实践教学环节，由各个平台课程考虑（如 工程制图 工程力学 工程化学 等课程）。这里主要考虑属于智能制造和土木工程专业的实践性教学环节的设计。当然，智能建造专业挂靠在土木学院，是以土木工程专业为主构建的，原土木工程专业的实践教学设计是很重要的参考。智能建造专业的专业核心课程有１２门。其中的 工程机械原理与设计 ，需要在两门大机类平台课程： 机械原理 与 机械设计 的基础上，针对工程机械进行内容改造。也需相应设计 工程机械原理与设计 这门课程的实验课，建设典型工程机械及机构、故障与失效零部件展示室，开发积木式工程机械设计制作教学装置。其中的 智能机械与机器人 课程，需要建设聚焦土木施工的机器人实验课，需要研制板材安装机器人展示装置、机器人混凝土创意打印教学实验项目、建筑机器人遥操作实验装置等。在 系统模拟与仿真 这门课程中，需要建设智能建造（虚拟施工）、智能建筑运维虚拟仿真实验课。集中性实践教学环节有：专业认知实习、工程训练、土木工程综合设计（课程设计）、工程机械测控综合训练、基于项目的学科交叉训练、生产实习、毕业设计。总周数超过４１周。在集中性实践教学环节中，专业认知实习安排为１周。由老师带队，走访智能建造、建造自动化相关的实验室，走访国内著名的在智能建造方面走在前列的土木施工企业，走访智能建造工地现场，获得对土木工程、工程机械、智能建造等的初步感性认识。主要放在第二或第三学期开展。在集中性实践教学环节中，安排工程训练２周。目前的工程训练，主要是过去的金工实习和电工实习的集成与拓展。智能建造专业的工程训练，需和课程开设单位沟通，形成面向土木、建环类专业的定制工程训练方案。过去好多这些专业的学生并不参加 工程训练 这门课程。目前智能建造的培养，需要学生熟悉机械设备、熟悉机电产品的控制，因而必须设置这一训练环节，但需要针对土木施工的特点，对工程训练进行内容定制化。在智能建造专业培养方案中，已保留的土木专业原有的课程设计中，如房屋建筑学课程设计、钢结构课程设计等，则更新内容，强调ＢＩＭ技术的应用、强调虚拟现实技术的应用、强调计算机仿真分析在建筑及施工设计上的应用。在集中性实践教学环节中，增加工程机械测控综合训练，时间为４周左右。主要针对土木施工工程机械的传感（测量）、控制，对机器人应用于建造工程，对工程机械的智能化，进行实战训练。可以研制常规教学实物平台，也可开展创新性学生分组自由设计研发训练。在集中性实践教学环节中，增加基于项目的学科交叉训练，时间为２周。现代工程有学科交叉和集成的特点，要求多专业的工程师们具有团队协作精神。多学科交叉融合也是创新能力培养的重要基础。［９］该环节着力培养团队协作精神和跨学科的工作能力。通过多学科的指导教师讨论、审定训练题目，也可以由学生们自由提出题目，再由指导教师团队讨论、修改。根据选题要求，配置不同选课方案的学生组成项目小组。小组同学各自发挥所长，协作完成项目任务。生产实习安排为３周。主要采用分组形式（严格控制每个小组的人数），前往国内先进的建造企业和建造现场，跟从一线工程师，学习智能建造新知识，在工程师指导下，应用所学知识，解决实际问题。在长达１２周的终结性实践训练环节 毕业设计中，则增加人工智能、物联网、大数据、云计算、移动互联网、ＢＩＭ、虚拟现实、３Ｄ打印、机器视觉、机器人等高新技术在建筑领应用的选题。由全体毕业设计指导教师每年完成智能建造专业毕业设计选题库的更新，供毕业设计同学选择。为强化建造工程之基，在毕业设计成果提交和训练目标设计上，增加对原建造工程专业基础技能和综合能力的考察。譬如，针对以编程和控制类项目为主的毕业设计学生，还需绘制规定工作量的土木工程施工图纸。从２０１８年同济大学率先在国内开设智能建造专业以来，目前还没有完整一轮学生毕业。智能建造专业的培养方案、课程建设还需要在后面的实践中不断完善。在实践教学方面，应当坚持产学研相结合的方式继续发展。 （１）邀请一线技术人员了解智能制造专业实践性教学方案，让用工方来提人才培养方面的需求，根据企业和学生走上工作岗位后的反馈，来改进培养方案。 （２）积极建立与一流建造企业的联系，获取用于校内实验室建设的良好资源，譬如请他们捐赠最新设备，或提供实验指导人员培训。 （３）积极转化智能建造领域的最新科研成果到实践性教学中来，使得教学内容不断更新，与技术发展尽可能保持同步，使得培养出来的智能建造人才具有领先优势。 四、实践性教学环节管理模式 目前有两种模式：一是所有实验课和其他实践性教学环节的设备、师资和运作，由学院内独立的二级行政部门来管理；二是各门课程的实验课由各个理论课程的基层教学组织来管理。两种模式各有优缺点。第一种模式，集中对实验师资、实验环境和实验设备进行管理，有规模化的效应，展示效果好，方便资源的共享，减少浪费，方便安全管理和集中统一的设备维护保养（可以由专人负责）和人才培训。但因为行政隶属关系不同，在一定程度上割裂了各课程的实验课专职实验教学人员与理论课教学人员的沟通与交流。因为各类人员的绩效考核、待遇等等不一样，导致实验教学人员不能有充分的科研资源去开发新实验项目，扩展现有实验项目。第二种模式是各门课程独自管理各自的实验教学环节，理论课教师也兼任实验实训课指导任务。这种模式，有利于从事科研工作的老师有良好的思路和科研资源开发新实验项目或拓展已有实验项目。但有些工种的技能是通过长期训练，特别是职业训练才能获得的，理论课教师在一些技能性操作和技术开发上又明显不如技师出身和工程师系列的实验指导人员。目前国内的高等院校大多采用第一种或第二种实验教学模式。智能建造专业跨多个学科，涉及多个传统专业，涉及很多新技术、新知识，其实践性教学环节的管理具体采用哪种模式，还有待探索。 五、实践性教学环节师资建设 实践教学开展得好坏，一个与师资，一个与实验装置建设有很大关系。其中师资建设至关重要。当前，高校普遍不重视实践教学师资队伍建设，实验室编制人员在知识结构和业务能力等方面，离实践教学师资要求尚存较大距离。在师资建设方面，可采取如下措施：（１）与理论课教学紧密结合起来。建议理论课教师亲自带实验课。理论课教师的优势在于能够结合理论课教学，对实验课中的实验现象展开理论分析，让学生不仅能知其然，还能知其所以然。也鼓励实验指导教师成长为教师、工程师和技师三位一体的复合型教师。（２）要把教师派遣到施工单位工作半年，体验一下智能建造的强大需求。加强新技术、新理论的培训，特别是人工智能（机器人）等方面的培训。当前，很多高校新进教师直接从学生转变为高校教师，虽然接受了良好的理论知识和学术训练，却没有企业工作经验，没有工程项目历练，缺乏工程经验。有必要增加高校教师与一线企业的业务联系，提升教师本身的工程素质和工程实践能力。（３）鼓励教师积极研发实验教学设备。很多新的实践教学项目，需要教师来设计、研制设备，不大可能直接从教学仪器公司购买。智能建造专业是最近一两年内，才开设的新专业，是一个多学科交叉专业，要融合多项高新技术，很多教学实验设备需要投入多方力量来研发。（４）科研是教师提升自己的重要实践活动，是获取新知识的来源。从事实践性教学环节教学工作的老师也需要参与科研，不断更新知识，开阔视野，跟踪行业的发展趋势，积极更新教学内容。（５）鼓励教师积极指导大学生参与专业竞赛和创新创业活动。专业竞赛、创新创业活动反过来会促进教师完善、更新教学内容，更有利于各项专业培养目标的达成。 六、结语 智能建造专业的创建是为了满足智能建造在国内的快速应用与发展而产生的人才需求，智能建造专业的培养目标由其课程体系来实现。实践性教学环节是课程体系的重要组成部分，其设计方案是否合理对培养目标的达成度影响巨大。在规划实践教学方案以及后续开展实践教学时，需要贯彻产学研相结合、基础训练与创新创业活动相结合、强化建造之基与交叉学科训练相结合、学校特色与部颁专业规范相结合等理念。本文对智能建造专业实践性教学环节方案设计进行了一些思考，希望能够对正在开展智能建造专业建设的院校有所启发。 参考文献 ［１］ 新工科 建设复旦共识［Ｊ］．高等工程教育研究，２０１７（１）：１０－１１． ［２］丁烈云．智能建造创新型工程科技人才培养的思考［Ｊ］．高等工程教育研究，２０１９（５）：１－４＋２９． ［３］苏原，孙峻．基于工程教育认证理念的土木工程专业课程建设探讨［Ｊ］．高等建筑教育，２０１９，２８（４）：７３－７８． ［４］陈国松．我国重点大学本科工程教育实践教学改革研究［Ｄ］．华中科技大学，２０１２． ［５］宋维举，王欣欣．基于知识地图理论的土木工程课程建设研究［Ｊ］．城市建设理论研究（电子版），２０１８（１３）：１６４．
作者：刘世平 骆汉宾 孙 峻 丁烈云
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