摘要: 随着科技与产业的深度融合，土木工程行业正经历从传统模式向智能化、绿色化、数字化转型的关键阶段。在这一背景下，《土木工程施工》课程教学存在教学内容陈旧、教学方法单一、线上学习缺乏个性化、考核评价体系不完善、实践教学资源匮乏、思政元素融入不足以及教师数字化能力不足等七大问题。本研究以AI与知识图谱为核心驱动，通过重构课程目标，动态更新教学内容，引入智能教学工具，优化评价方式和强化实践能力培养等路径进行课程综合改革，系统破解教学困境。改革构建了“以行业需求为锚点、以知识图谱为引擎、以能力画像为标尺”的新型教学范式，为应用型本科新工科课程建设提供思考。
Abstract: With the deep integration of technology and industry, the civil engineering sector is undergoing a critical transformation from traditional practices toward intelligent, eco-friendly, and digital paradigms. Against this backdrop, the course “Civil Engineering Construction” faces seven major issues: outdated teaching content, monotonous pedagogical approaches, lack of personalization in online learning, inadequate assessment mechanisms, insufficient practical teaching resources, underdeveloped integration of ideological-political elements, and limited digital literacy among instructors. Driven by artificial intelligence and knowledge graphs, this study implements comprehensive curricular reforms through reconstructing learning objectives, dynamically updating content, incorporating intelligent teaching tools, optimizing evaluation methods, and strengthening practical competency development. The reform establishes a novel pedagogical framework “anchored in industry demands, powered by knowledge graphs, and measured by competency profiling”, providing references for developing application-oriented emerging engineering disciplines at insufficient institutions.
1. 引言
当前，科技与产业创新正驱动土木工程行业经历深刻变革，既带来严峻挑战，也孕育着全新发展机遇。在绿色化、低碳化、智能化、安全化及多学科融合发展的趋势下，行业转型升级与可持续发展目标的实现，亟需培养具备适应未来多元化、交叉性工作场景能力，并能引领产业变革的复合型土木工程专业人才[1]。
土木工程施工作为土木工程专业的核心必修课程，以其高度的综合性、宽广的知识覆盖面和突出的实践性，在培养掌握新型工程施工技术的应用型人才中发挥着关键作用。伴随建筑业数字化转型与智能化升级的加速推进，AI、物联网、数字孪生等新兴技术深度融入设计、施工、运维全流程，土木工程施工课程的教学内容、方法手段及评价体系正经历深刻变革。在此背景下，传统教学模式面临严峻挑战，亟需进行系统性改革[2]。课程教学面临着内容陈旧、实践能力不足、课程思政融入缺乏、教学方法不适应学生学习习惯变化等诸多问题，应从教学内容更新、强化实践教学、丰富教学方法、壮大师资队伍、融入思政元素等路径进行全面的综合课程改革[3] [4]。
2. 课程教学改革的重点问题
2.1. 教学内容与资源“静态滞后”
土木工程施工课程面临的核心挑战是教学内容与资源的更新速度远落后于行业技术迭代，形成“知识断层”，具体表现在：
(1) 更新周期严重脱节。建筑业装配式、智能建造、数字协同平台等技术迭代迅猛，周期约18~24个月，而教材修订周期长，平均5年以上，导致课程内容落后行业实践2~3个代际。
(2) 知识结构固化陈旧。教学重点仍大量停留在传统施工工艺、纸笔编制进度计划(横道图/网络图)和粗放式管理，对代表未来发展方向的智能化、绿色化、工业化、数字化知识融入不足。
(3) 资源形态单一滞后。教学资源难以动态承载快速发展的复杂工艺、三维模型和实时数据，前沿知识常以零散补充形式出现，缺乏系统性整合。导致学生所学知识与行业前沿需求严重脱节，面临“毕业即落后”的困境。
2.2. 教学方法手段“创新不足”
传统的教学方法是以课堂讲授占主导，或辅以线上学习资源。经过课程线上资源的不断建设推广应用，“线上线下混合式”教学模式逐步推广起来，但在土木工程施工课程应用中存在诸多困难，比如部分学生对新的教学模式不适应，习惯了传统的以课堂讲授为主的教学方法，缺乏主动学习课前线上任务的积极性，而在翻转课堂中这部分学生未能有效融入课堂讨论，而对教学内容无法深入的理解和掌握。因此混合式教学模式在土木工程施工课程中的应用还需进一步完善各个环节，使课程教学模式创新落到实处，切实提升课程教学效果。
2.3. 线上学习“千人一面”
现有线上平台以“完成任务点”为核心，所有学生都沿同一条纵向路径刷视频、做测验。系统只能给出“完成/未完成”的二元结论，既看不到学生在哪些知识点真正“卡壳”，也无法给学有余力者提供高阶挑战，导致“优生吃不饱、后进生吃不了”。
2.4. 考核评价“单维滞后”
传统“过程考核(考勤 + 作业) + 期末笔试 + 实训考核”模式只能测“知识点”，无法量化前述“知识、能力、素质的三维目标，缺乏过程数据，教师往往在期末才发现学生掉队，错过最佳干预期。
2.5. 实践教学“资源匮乏”
土木工程施工实践教学是难点，进入施工现场的实践受到施工场地、进度等诸多限制，难以依托实际的工程进行实践教育。大多通过工程案例课堂讲解、工程施工实录视频、走马观花式工地参观等形式开展，资源匮乏。另外也存在实践教学实践安排不合理、和指导老师实践经验不足等问题，不能予以学生及时有效的指导和反馈。
2.6. 思政元素“融入不足”
目前，教师在教授“土木工程施工”课程时，更加注重技术知识的传授和学生实践技能的培养，而对课程思政的重视程度不足。主要表现在缺乏对职业道德和社会责任感的强调，缺乏对学生创新精神和团队合作能力的培养，缺乏对工程与社会、环境可持续、工程伦理观等的培养。
2.7. 教师知识与技能“更新迟滞”
大部分教师的知识结构和实践经验更新速度滞后于行业剧变，擅长领域主要集中于传统施工技术与管理，而对迅猛发展的智能建造装备、BIM深度协同应用、物联网驱动的精益管控、绿色低碳新工艺及数字化平台等，缺乏系统掌握和实战经验。这直接制约了前沿内容的教学深度与案例时效性，面临“会教的已过时，需教的尚未精”的困境，亟待建立有效的教师能力持续提升机制。
3. 课程教学改革的整体思路和方法
3.1. 重构课程教学目标
土木工程施工课程紧密契合我校“地方性、应用型”办学定位及土木工程专业应用型人才培养目标。在土木工程专业本科培养方案中，本课程设置于第6学期，总计4学分64学时，含8学时虚拟仿真实验。教学内容涵盖土木工程施工技术、施工组织及虚拟仿真实训三大核心模块。依据工程教育认证标准，其教学目标确立为：
知识目标：系统掌握土木工程施工技术与组织的基本原理、核心知识及决策方法；
能力目标：具备独立分析与解决施工技术及组织计划中基本问题的能力，掌握应用BIM技术编制施工组织设计的基本技能；
素质目标：培养严谨的职业素养、高度的社会责任感、正确的工程伦理观及可持续发展理念。
3.2. 构建“行业–教学”双驱动的动态更新机制
(1) 内容重构。以BIM技术为核心，联合行业头部企业开发模块化课程，每学期嵌入装配式建筑、智能建造等前沿技术案例，建立“基础层 + 拓展层 + 前沿层”三级知识体系。
(2) 资源迭代。采用“微课 + 虚拟仿真动画 + 案例库 + 知识拓展”混合资源形态，创建教学微课、BIM虚拟动画模拟视频、开发工程案例和课程思政案例库、融入前沿动态知识拓展等动态素材，形成立体化资源库。
(3) 校企协同。与行业企业共建课程，产教融合，定期召开技术研讨会，将行业白皮书、标准规范转化为教学模块，确保教学内容更新迭代紧跟行业发展。
3.3. 打造“AI + 知识图谱”驱动的个性化学习与智能监测
(1) 知识图谱构建与动态更新。通过结构化梳理课程核心知识点，依托超星平台，建立多维度关联的知识图谱框架，并基于行业技术发展实现知识节点及关联资料的动态更新，如图1所示。结合图谱拓扑关系，实现学习行为数据的智能诊断，如知识点掌握度可视化分析等[5]。
Figure 1. Schematic diagram of the course knowledge graph
图1. 课程知识图谱示意图
(2) AI驱动的学情分析与自适应教学。利用超星AI工作平台、AI助教、AI学情助手，实时分析学生作业、测试及互动数据，生成个性化学习画像。基于短板识别结果，动态调整教学策略。
(3) AI智能推荐与个性化学习。根据知识图谱与AI智能推荐，构建“纵向知识点 + 横向能力维度”动态学习路径，实现个性化学习。
3.4. 建立“多元化”的课程评价体系
以知识图谱为主框架、构建问题图谱、能力图谱和思政图谱，构建“智能化、过程化、精细化、即时化”的多元课程评价体系，实现对学生学习成果的全面评估；利用学习分析平台实时生成学生能力画像，利用AI助教进行学情分析，精准掌握不同学生的学习成效和薄弱环节，并对预警学生进行针对性的指导帮扶。考核全过程融入“知识、能力、素养”三维考核，在学习通平台记录所有学习数据，使三维考核数据化。
在课程改革中以形成性评价和终结性评价并行，对各组成部分分值进行划分，使评价形式与过程学习相对应，具体如图2所示。
Figure 2. Schematic diagram of diversified course assessment methods
图2. 课程多元化评价方式示意图
3.5. 构建“虚实融合”的虚拟仿真实训体系
实践应用能力培养是应用型人才培养的关键，为满足实践教学需求，可通过搭建虚拟仿真实训平台、制作虚拟仿真施工动画等方法建立实训平台和资源[6] [7]。
(1) 搭建虚拟仿真实训平台。根据课程实践教学需要，搭建土木工程施工虚拟仿真实践教学平台(图3)，利用平台学生进行工程施工全过程技术和组织沉浸式训练，通过“教→训→考”三种模式组织教学，在工程实践中巩固理论知识，提升工程实践能力。
Figure 3. Civil engineering construction simulation training platform
图3. 土木工程施工仿真实训平台
(2) 创建虚拟仿真施工工艺动画视频。随着BIM技术在施工中的应用发展，可以利用BIM技术，教师和学生制作施工动画模拟视频(图4)，实现可视化教学和学习，帮助学生理解工艺顺序及技术要点。
Figure 4. Construction process animation demonstration based on BIM technology
图4. 利用BIM技术制作施工动画模拟视频
3.6. 构建课程思政“案例库”
(1) 构建课程思政案例库。系统整合国内外典型工程案例，按“安全责任、技术创新、可持续发展”等主题分类，深度嵌入职业道德、社会责任、工程伦理等元素，并在理论教学、实验实训中开展案例研讨。将抽象的思政目标具象化为真实场景，显著提升学生对工程伦理、安全规范及社会责任的认知深度，实现思政教育从“零散说教”向“系统化案例浸润”的转变。
(2) 构建“思政图谱”。运用知识图谱技术，结构化关联课程核心知识点与工匠精神、团队协作等思政要素，构建“专业–思政”双维映射网络；通过动态标签关联、智能推荐匹配案例，并嵌入教学全流程，包括课前导读、课中警示、课后反馈。解决思政教育“碎片化”问题，实现思政元素的隐性渗透与精准推送。依托AI学情分析，量化评估思政目标达成度，显著提升育人效率与针对性。
3.7. 实施教师“数字化”教学能力赋能计划
(1) 企业实践赋能。每年选派教师赴企业开展实践锻炼，参与实际工程项目，重点学习BIM协同平台操作、物联网数据分析等关键技术，提升教师在数字化技术方面的实践应用能力。通过实践积累，教师可成长为具备“双师型”素质的复合型人才，并结合教学实际，开发具有行业特色的数字化教学案例，将先进智能化技术融入课堂教学，提升教学内容的前沿性和实用性。
(2) 企业导师协同。推进产教融合，积极引入企业技术专家担任课程顾问，与校内教师形成“理论 + 实践”互补的教学团队。通过校企合作，将企业的最新技术、管理经验和智能化工具引入教学体系，增强课程的实践性和行业适应性，提升学生的职业竞争力。
(3) 虚拟教研室共建。建立“土木工程施工虚拟教研室”，由校内外单位共同参与，构建资源共享、共建共创的机制。通过虚拟教研室平台，整合优质数字教学资源，推动课程内容的数字化升级，提升教师的教学设计与实施能力，促进教学改革与教学质量的持续提升。
4. 结论与展望
基于AI技术与知识图谱的土木工程施工课程教学改革，以“教学目标重构–动态更新–个性学习–精准评价–虚实实践–思政融入–师资赋能”六项举措，系统破解数字化转型背景下人才培养的深层矛盾。本次改革初步构建了“以行业需求为锚点、以知识图谱为引擎、以能力画像为标尺”的新型教学范式，后续教学中以此为基础，将持续进行课程智慧化建设和应用，以提升课程教学质量，增强学生综合能力，推动土木工程专业教育与行业发展的深度融合，为培养适应未来多元化、交叉性工作场景的复合型人才提供有力支撑。