作者简介： 刘世平，华中科技大学机械科学与工程学院副教授、博士；罗汉斌，华中科技大学机械科学与工程学院教授；孙军，华中科技大学机械科学与工程学院副教授；丁烈云，中国工程院院士、华中科技大学教授。
原文发表于《高等工程教育研究》2020年第1期，第20-24页。
摘要：建立智能建造本科专业首先要制定专业培养方案，并作为专业培养方案的重要组成部分完成实践教学环节的设计。智能建造专业以土木工程专业为基础，是一门实践性很强的专业。智能建造专业实践教学方案设计是否合理，对培养目标的实现具有重要影响。本文根据工程认证理念的要求,对智能建造专业实践教学方案的设计进行了一些思考,也进行了初步设计,力求在教学中加强工程实践能力的培养。智能建造本科专业。该方案可为筹建智能建造专业的高校提供参考。
关键词: 智能建造专业培养方案, 实践教学, 教学理念, 土木工程
一、简介
随着人工智能技术的蓬勃发展和建筑行业的不断转型升级，我国对智能建造人才的需求巨大。为了满足这种人才需求，顺应“新工科”[1]建设的大趋势，同济大学于2018年获批设立国内首个智能建造本科专业。作为一个新兴专业，其课程体系（培养计划），特别是实验课程的设计和集中的实践教学环节，对其培养目标能否充分实现具有重要影响。目前钢结构课程设计论文，国内研究者在理论课程设置方面已经做了大量的思考和实践。本文探讨了智能建造专业实践教学方案的设计，主要围绕专业核心课程实验课和集中实践教学环节的设计。
智能建造本科专业旨在培养掌握土木工程、机械工程、计算机科学与技术、系统工程、工程管理等学科的基本原理和方法，具有跨界开发能力，胜任智能建造的学生。建筑和基础设施的设计和智能建设。具有学习能力、创新能力、国际视野和领导能力的建设、智能化运维和服务工作的领军人才。此类人才应具有“T”型知识结构。 [2]
这样的培养目标也必须分解落实到实验班设计和集中实践教学环节中。 “土木工程目前属于实验科学范畴，很多专业理论都是基于工程经验和实验总结。” [3]主要依托原土木工程专业，由原土木工程专业拓展出来的智能建造专业也必须充分考虑土木工程的这一特点，不能偏离工程建设的“本源”[2]。必须充分重视实验课的设计和集中实践教学环节。
2.智能建造专业实践教学环节的设计理念
智能建造专业的主要目标是培养工程师。对于工程师来说，一个非常重要的能力就是实践能力。专业实训课程的实践部分是培养动手能力的重要途径，是理解专业理论的重要基础，是获得专业感性知识的重要来源。 [4-6]
智能建造专业是一门复合型专业[7]，涉及传统土木工程、机械设计、制造及其自动化、电子信息及自动化、自动控制、计算机与工程管理等，迎合人工智能在建筑领域的广泛应用。土木工程行业 需要深入应用。需要综合考虑现有专业培养项目实践教学环节所体现的教学理念。
一般来说，实践教学环节主要是指周期较长、集中的实践教学环节。理论课程中的实验课应算作实践教学环节，也应与集中实践教学环节结合起来考虑。
在实践教学环节的设计中，要坚持产学研结合的理念。智能建造虽然是复合型专业，但其实践教学内容和设备不能是多个专业内容和设备的简单拼凑，还必须引入新设备、新内容。这就需要转化教师的科研成果，寻找国内一流建筑公司的代表性设备，使实践教学能够跟上技术发展的潮流。
在实践教学环节的设计中，要注重落实工程认证的要求[8]，形成教学内容、教学设备、教学模式等标准，注重充分利用实践教学时间，提高实践教学质量。效率和有效性，并减少任意性。设计综合性、创新性实验项目时，注重可操作性和可控性。例如，在创新型生产实践环节中，要注意不要超过规定的时间，避免学生的项目工作量过大或超出现实条件而无法在规定的时间内完成。可行性审查有待加强。
在实践教学环节的设计中，还需要处理好以下关系。
(1)计算机模拟操作与实体操作训练的关系。目前，虚拟仿真非常逼真、生动、直观，可以大大降低教育培训成本，但永远无法完全取代实体操作培训。虚拟仿真的背后是基于抽象数学公式的数值计算，这些数学公式建立在大量的简化和假设的基础上。对现实世界的模拟不能说是全面的，也不能说是高度准确的。虽然有很多优点，但还是应该结合实际的训练模式。
2）校内实验室实习与校外实际工程项目实习的关系。目前，很多学校联系合适的校外实习单位都存在很大困难。主要原因是很多企业担心商业机密或者影响生产，担心实习生的安全。他们的招生能力也有限，不愿意接受在校学生实习。另一方面，国内高校目前普遍大力投入教学实验室建设。因此，不少实验室建设负责人甚至提出了在校内建设综合实习场地，全面替代校外企业实习的想法。这是不对的。在校外企业进行的生产实习具有不可替代性。校内实习地点在很多方面与真实的工厂和建筑工地不同。工程师最终会去公司。先进企业不断进行研发，产业形态也日新月异。一流企业的一线生产实践永远是实践教学不断改革、不断获取新内容的重要源泉。校内实验室实习和校外企业实习不能相互替代，需要妥善处理两者的关系。
(3)验证性实验、综合性实验和创新性实验的关系。验证性实验可以帮助学生深入理解专业理论和知识，但缺乏探索性，不利于培养学生主动实践的能力。综合实验和创新实验帮助学生提高运用所学知识解决实际问题的能力。综合性实验和创新性实验项目虽然设计难度大，对教师要求较高，但一定是实践教学改革需要重点关注的领域。在总课时有限的情况下，要合理处理验证性实验与综合创新性实验的课时与内容比例关系。
(4)传统土木工程实验与智能装备、智能建造模式实验内容的分布关系。智能建造通过将人工智能、物联网、大数据、机器人等技术引入传统土木建筑，实现更高质量的工程建设。智能建造专业培养方案必然要增加代表智能建造特点和方向的实验内容。 “智能建造专业人才的培养不能偏离工程建设的‘本源’，特别不能抛弃基础，简单地堆砌一些信息技术课程，这样会占用专业课时，削弱学生的工程基础。” [2]因此，有必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之间的分配关系，最好通过有机整合来实现规定的学时和学制体系的兼顾。 。
（五）常态化实践教学、专业竞赛与创业活动的关系。现在大学生的专业竞赛和创新创业活动很多，有的甚至是国际性的竞赛。专业竞赛和创业活动可以激发竞争意识和学习探索的兴趣，还可以综合应用多学科知识，使学生从被动接受知识转变为主动学习，并能提高学生独立思考的能力，共同努力，开展科学研究和探索。以前参加专业比赛只占用课外时间。现在有一种趋势是将参与经验和成果直接转化为内容类似的常规实践教学课程的成果。参加的学生按照规定条件可以免修这些课程。参与学生的分数评估将具有灵活性。但参加比赛所获得的训练是否能够全面覆盖相应课程的全部训练目标，还需要在具体的操作实践中具体分析。有些竞赛已经形成传统，相应的常规实践教学课程内容需要根据竞赛主题进行调整。
3.智能建造专业实践教学初步方案
实践教学环节主要包括两部分，一是各理论课程的实验课，二是集中实践教学环节。从内容上看，可分为原土木工程、工程管理专业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，会考虑各平台课程（如《工程制图》、《工程力学》、《工程化学》等课程）。这里主要考虑的是智能制造和土木工程专业实践教学环节的设计。当然，智能建造专业隶属于土木工程学院，主要是针对土木工程专业而建的。原土木工程专业实践教学设计具有重要参考意义。
智能建造专业设有12门专业核心课程。其中，《工程机械原理与设计》要求在《机械原理》和《机械设计》两大机械平台课程的基础上，针对工程机械进行内容修改。相应设计《工程机械原理与设计》实验课程，建设典型工程机械及机构、故障及失效件展示室，开发建筑设计与生产积木式教学装置机械。其中，“智能机械与机器人”课程要求建设以土木建筑为主的机器人实验课程建设、面板安装机器人展示装置开发、机器人混凝土创意打印教学实验项目、建筑机器人远程操作实验装置等。 “系统仿真与仿真”课程，需要建设智能建筑（虚拟施工）和智能建筑运维虚拟仿真实验课程。
集中实践教学环节包括：专业认知实习、工程实训、土木工程设计综合（课程设计）、工程机械测控综合实训、项目式跨学科实训、生产实习、毕业设计等。总周数超过41周。
集中实践教学环节，安排了为期一周的专业认知实习。考察团在老师的带领下，参观了智能建造、建筑自动化相关实验室，走访了走在智能建造前沿的国内知名土木建筑企业，参观了智能建造现场，深入了解了土木工程、工程机械、智能建造等等初步感性认识。主要在第二学期或第三学期进行。
集中实践教学环节，安排工程训练2周。现在的工程实习主要是过去金工实习和电工实习的整合和拓展。智能建造专业的工程训练需要与授课单位沟通，形成土木工程、环境建造专业定制化的工程训练方案。过去，这些专业的很多学生并没有参加过“工程训练”课程。目前智能建造的培训要求学生熟悉机械设备和机电产品的控制，所以必须设置这个培训环节。但工程培训的内容需要根据土木建筑的特点进行定制。
在智能建造专业培养方案中，对原有保留的土木工程专业课程设计，如房屋建筑课程设计、钢结构课程设计等进行了更新，强调BIM技术的应用，强调虚拟现实技术的应用，强调计算机模拟分析在建筑与施工设计中的应用。
集中实践教学环节中增加了工程机械测控综合实训，持续时间约4周。主要围绕土木建筑工程机械传感（测量）与控制、机器人在建筑工程中的应用、工程机械智能化实训等进行。可以开发常规教学物理平台，也可以开展创新型学生群体自由设计和研发培训。
在集中实践教学环节中，增加了为期2周的项目式跨学科训练。现代工程具有跨学科、综合性的特点，这就要求来自多个学科的工程师具有团队合作精神。多学科融合也是培养创新能力的重要基础。 [9]该环节重点培养团队合作精神和跨学科工作能力。培训主题由多学科讲师讨论和审查。学生还可以自由提出主题，然后由讲师团队讨论和修改。根据选题要求，分配不同选课计划的学生组成项目组。学生分组发挥各自优势，协作完成项目任务。
生产实习安排3周。主要以分组形式（严格控制每组人数），深入国内先进的建筑公司和施工现场，跟随一线工程师，学习智能建造的新知识钢结构课程设计论文，并运用所学的知识解决问题工程师指导下的实际问题。
在为期12周的最后实训环节——毕业设计中，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、机器人等高科技技术添加到施工中。现场应用主题的选择。各毕业设计导师每年都会更新智能建造专业的毕业设计题目库，供毕业设计学生选择。为强化建筑工程基础，在毕业设计成果提交和培养目标设计中，将对原建筑工程专业的基本技能和综合能力进行考核。例如，对于以编程和控制项目为主的设计专业研究生，还要求他们绘制一定工作量的土木工程施工图。
同济大学自2018年在国内率先开设智能建造专业以来，至今尚未完成一轮学生毕业。智能建造专业的培养方案和课程建设仍需在后续实践中不断完善。在实践教学方面，要坚持产学研结合不断发展。
（1）邀请一线技术人员了解智能制造专业实践教学计划，让用人单位提出人才培养需求，根据企业和学生入职后的反馈完善培养方案。
（2）积极与一流建设公司建立联系，获取校内实验室建设的良好资源，如要求其捐赠最新设备或提供实验导师培训等。
（3）积极将智能建造领域的最新科研成果转化为实践教学，使教学内容不断更新并尽可能与技术发展保持同步，使培养的智能建造人才具有领先优势。
4.实践教学环节管理模式
目前有两种模式：一是所有实验课程及其他实践教学环节的设备、师资、操作等均由学院内独立的二级管理部门管理；二是各课程实验课程由各理论课程基层管理。教学组织管理。两种模型都有优点和缺点。
第一种模式是实验师资、实验环境、实验设备集中管理。具有规模效应，展示效果好，资源共享方便，减少浪费，安全管理方便，设备维护集中统一（可专人进行）。负责）和人才培养。但由于行政隶属关系不同，各课程专职实验教学人员与理论教学人员的沟通与交流存在一定程度的割裂。由于各类人员的绩效考核、薪酬等不同，实验教学人员无法拥有足够的科研资源来开发新的实验项目和扩大现有的实验项目。
第二种模式是各课程独立管理自己的实验教学环节，理论课教师兼任实验实训课程的指导。这种模式有利于从事科学研究的教师拥有好的思路和科研资源来开发新的实验项目或扩展现有的实验项目。然而，有些工种的技能只能通过长期培训，特别是职业培训才能获得。理论课教师在一些技术操作和技术开发方面明显不如作为技术人员和工程师的实验教师。
目前，国内高校大多采用第一或第二实验教学模式。智能建造专业跨越多个学科，涉及多个传统专业，涉及许多新技术、新知识。其实践教学环节的具体管理模式还有待探索。
五、实践教学中的师资建设
实践教学的质量与师资力量和实验设备建设有很大关系。其中，教师发展至关重要。目前，高校普遍不重视实践教学师资队伍建设。实验室人员的知识结构和专业能力与实践教学教师的要求还有很大差距。在教师发展方面，可采取以下措施：
(一)与理论教学紧密结合。建议理论课教师亲自带实验课。理论课教师的优势在于，可以结合理论课教学，对实验课中的实验现象进行理论分析，让学生不仅能知道发生了什么，还能知道为什么。鼓励实验导师成长为教师、工程技术人员的复合型教师。
（2）派教师到施工单位工作半年，体验智能施工的强烈需求。加强新技术、新理论特别是人工智能（机器人）培训。目前，不少高校新教师直接从学生转型为高校教师。他们虽然接受过良好的理论知识和学术训练，但没有企业工作经验，没有工程项目经验，缺乏工程经验。要增加高校教师与一线企业的业务联系，提高教师自身的工程素质和工程实践能力。
（三）鼓励教师积极研发实验教学设备。许多新的实践教学项目需要教师设计和开发设备，而这些设备不太可能直接从教学仪器公司购买。智能建造专业是近一两年才开设的新专业。它是一门综合多种高新技术的多学科专业。许多教学实验设备需要多方努力开发。
（四）科学研究是教师提高自身素质的重要实践活动，是获取新知识的源泉。从事教学实践教学的教师也需要参与科学研究，不断更新知识，开阔视野，跟踪行业发展趋势，积极更新教学内容。
（五）鼓励教师积极引导大学生参加专业竞赛和创新创业活动。专业竞赛和创新创业活动反过来又会促进教师改进和更新教学内容，更有利于各项专业培养目标的实现。
六、结论
智能建造专业是为了满足我国智能建造快速应用和发展所产生的人才需求而设立的。智能建造专业的培养目标是通过其课程体系来实现的。实践教学是课程体系的重要组成部分，其设计是否合理对培养目标的实现影响巨大。在规划实践教学方案和后续实践教学时，要贯彻产学研一体化、基础训练与创新创业活动相结合、夯实基础建设与学科交叉相结合等理念。培训，并结合学校特色和教育部颁布的专业标准。 。本文对智能建造专业实践教学方案的设计提出一些思考，希望对正在发展智能建造专业的院校有所启发。
参考
[1]复旦“新工科”建设共识[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]苏媛，孙军.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。基于知识图谱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。
[6] 肖桃丽，杜国锋，赵航，等。基于工程教育认证的土木工程专业课程体系改革与实践[J].高等教育学报，2018（20）：19-22。
[7]欧阳丽君，王庆。智能建造专业的提出与大学生创新创业新思路的探索[J].教育教学论坛，2019（22）：1-4。
[8] 林健.工程教育认证与工程教育改革与发展[J]．高等工程教育研究，2015（2）：10-19。
[9]孙军.“新工科”土木工程人才创新能力培养[J].高等建筑教育，2018，27(2)：5-9。
