新工科模式下开放教育土木工程专业课程体系初步设计

罗俊礼

摘  要：利用BIM技术对传统土木工程专业进行“新工科”改造升级，从课程体系的构建开始。以BIM技术为主线，重新构建土建类专业课程体系，对于新工科背景下培养土木工程专业应用型技术人才具有重要的理论与实践意义。融合“新工科”思维，将开放教育土木工程专业课程类型划分成3个模块：通识课、专业前沿课程、跨学科综合实践课，从这3个方面来设计课程，探索“新工科”模式下的课程新体系。

关键词：“新工科”  BIM技术  开放教育  课程体系

中图分类号：G710    文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）07（b）-0096-02

1  研究背景

2017年2月，根据“中国制造2025”国家战略实施，教育部发布了《教育部高等教育司关于开展“新工科”研究与实践的通知》，“新工科”开始进入公众视野，并瞬间窜升为网络热词。新工科专业是以智能制造、云计算、人工智能、机器人等对传统工科专业进行转型、升级和改造，是未来工科发展的必然方向。但是这个概念正式诞生才刚两年时間，新工科的构建理论和实践都还处于探索起步阶段，没有现成的经验可供借鉴。2017年经教育部批准，国内高校首次开设“智能建造”专业。该专业是以土木工程专业为基础，面向国家战略需求和建筑业的升级转型，融合机械设计制造及其自动化、电子信息及其自动化、工程管理等专业发展而成的新工科专业。

建筑信息化模型（Building Information Modeling，BIM）技术，是建筑学、土木工程及多门工程学科的新工具。该技术将工程项目全寿命周期中各阶段的工程信息、过程和资源都集成在这一个模型中，设计、施工、管理的一体化，跨专业协同工作，极大地提高了效率和质量。BIM技术可以当之无愧地说是目前建筑行业最先进的技术，在世界范围内产生了巨大的经济和社会效应， 也促进了建筑行业深层次改革与发展， 它的应用成效掀起了建筑业革命性的变化。

课程体系是指同一专业不同课程门类按照门类顺序排列，是教学内容和进程的总和。课程体系优化是实现应用型人才培养的根本途径与方法，是实现人才培养目标的载体，也是保障和提高教育教学质量的关键。国家开放大学（中央广播电视大学）土木工程专业在籍学生占比很高，以2017年春土木与水利专业招生数量为例，占工科学生数量的50%以上。但是与蓬勃增长的招生规模不协调的是土木工程专业课程教学体系设计相对陈旧，BIM技术、有限元等行业领先的三维仿真技术并没有涵盖到课程体系中，这种现状一定程度上已经制约了开放大学的教学效果和学生培养质量。为了适应新时代对高校培养应用型人才的要求，满足国家教育战略的深层次发展需要，优化升级国家开放大学开放教育土木工程专业课程体系势在必行。

理念新、要求新、途径新是“新工科”的三大特点。面对新工科的三大内涵特征，审视高等教育领域内最能焕发出生命力的土木建筑技术就是“建筑信息化模型BIM”。BIM技术是目前最契合“新工科—土木工程专业”人才培养目标的一项新技术。以行业最先进的技术来服务行业最先进的理念是一种必然。

2  新的力学通识课程模块设计

力学是各类工科专业的基础课程，新工科建设强化具有独立自主知识产权的设计和研发能力，这就要求工科从业人员具有新颖的工业设计能力的同时，还应具备扎实的力学计算和分析能力。力学课程应该被视为“新工科”的通识课程，以适应新经济对创新型人才培养的需要。以力学思维培养为导向，推动力学通识课程教学工作改革，为培养具有扎实理论分析能力的创新型“新工科”人才提供知识基础。

目前土木工程专业开设的力学课程一般有：数学基础、理论力学、材料力学、结构力学、流体力学、弹性力学、建筑力学等。加强力学课程教学并非增加内容与课时，而是将力学课程作为通识课程模块，通过理清力学课程之间的脉络关系，优化课程组织结构，实现课程体系整合升级，以培养能力为重点，设计新的力学通识课程模块。

3  基于BIM技术的专业前沿课程模块设计和跨学科综合实践课模块设计

BIM技术的学习由浅到深可划分为初级阶段、进阶阶段和高阶应用3个阶段。以下结合BIM技术的3个阶段，来设计专业前沿课程模块和跨学科综合实践课模块。其中，专业前沿课程模块对应BIM技术的初级阶段和进阶阶段;跨学科综合实践课模块对应BIM技术的高阶应用阶段。初级阶段，可以采用新增一门必修课《BIM技术概论》，将BIM基本作为一门入学时开设的专业前沿课程来实现BIM技术入门。初级阶段主要学习BIM的初级知识，包括BIM的定义、发展历史、BIM的应用领域和趋势、常用BIM软件（包括Revit、GoogleSketch-Up、avisworks）的建模、建筑构件的参数化建模、各种计算结果的识读等。

进阶阶段，应注重将BIM技术和专业知识体系整合起来，把BIM技术植入到传统专业课程里，让BIM技术和专业知识相互融合，相互促进。如将BIM技术逐步植入或融入到画法几何、工程制图、制图综合训练、建筑构造、房屋建筑学土木工程施工技术等主要课程中去，打造专业前沿课程。全过程可视化设计及数字化建造是BIM技术的关键技术，尤其是土木工程施工、高层建筑施工、路桥工程施工等课程，可以通过结合BIM数字化建造技术来提升学生学习兴趣与综合应用能力。同时通过选修课或专家讲座对工程实际项目进行专题分析，引导学生从理论走向实际，从知识学习过渡到技能培养。专业前沿课程有必选课也有选修课。

高阶应用阶段，主要借助BIM工具完成BIM数据信息模型的建立及模型的维护，使得工程项目达到全过程可视化设计及数字化建造基本要求。不同专业的设计师可以进行直观的三维显示沟通协作，全方位、全过程了解工程项目动态更新修改模型。在课程设计、毕业设计等综合实践环节，引入BIM模拟仿真建筑技术作为开放教育土木工程专业的一站式工程实践实训平台，通过引入实际项目案例，让不同专业（建筑、结构、岩土、给排水、暖通、电气，造价，工程管理）学生参与其中，协同工作，建立跨学科协同工作模式，增强专业知识的应用能力和跨学科合作的素质。

4  “新工科”模式下BIM技术与土木工程专业融合的新课程体系的构建

根据开放教育的培养层次，分专科和本科（专科起点）两个层次来设计BIM技术教学的新课程体系。国内的开放大学和远程教育学院土木工程专业一般都分专科和本科两个培养层次，学制分别为2.5年。结合开放教育和远程教育的人才培养实践确定：专科层次培养普及型BIM人才;本科层次培养运用型BIM人才。

基于以上定位，深度融合BIM技术与土木工程专业，研究制定专科和本科两套适应“新工科”模式的土木工程专业规则。专业规则的内容应该涵盖：专业培养目标、课程类型、课程说明、教学计划和毕业规则。其中课程类型升级后包括3个模块：新的力学通识课模块（必修）、专业前沿课模块（必修/选修）、跨学科综合实践课模块（必修）。教学计划中应明确每门课程的学分、总学时、实践学时、开设学期、课程性质（选修、必修）和毕业学分等（见图1）。

5  结论

（1）建立新的力学通识课程体系。力学是各类工科专业的基础课程，将力学课程应该被视为“新工科”的通识课程。以力学思维培养为导向，以优化内容、培养能力为重点，推动力学通识课程教学工作改革，积极构建新的力学课程体系。

（2）基于BIM技术的专业前沿课程教学工作改革。《BIM技术概论》作为一门入学时必修课的土木工程专业前沿课程开设;同时将BIM技术植入到传统专业课程里，打造专业前沿课程。在高阶段应用阶段引入BIM模拟建筑技术作为开放教育土木工程专业的一站式仿真工程实践平台，建立BIM跨学科协同工作模式。

（3）构建“新工科”模式下的BIM技术与土木工程专业融合的新课程体系。根据开放教育的培养层次，分专科和本科（专科起点）两个层次来设计BIM技制定两套新的土木工程专业教学计划（专业规则）。专业规则的内容应该包括：课程类型、各门课程的学分、学时、实踐学时、开设学期、课程性质（选修、必修）等。课程类型更新为涵盖力学通识课、专业前沿课和综合实践课程3个模块的新课程类型。

参考文献

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[3] 马宏伟，张伟伟.新工科力学课程体系的几点思考[J].高等工程教育研究，2018（3）：6-12.