1. 引言
在过去的几十年里，土木建造行业一直是我国的支柱型产业之一，在建筑、桥梁、隧道等工程领域取得了很多引人瞩目的成就。但随着时代的进步和社会的发展，建造过程日趋复杂化和新颖化，传统的土木建造行业逐渐不能满足新时代社会经济发展的需求。土木建造行业迫切需要向智能化、工业化和数字化方向升级转型。因此，要推进互联网、大数据、人工智能等同实体经济的深度融合，做大、做强数字经济[1]。
近年来，随着人工智能、物联网、3D打印等新一代信息技术的发展和突破，发展智能建造成为推动建筑业转型升级和高质量发展的必然趋势[2]。2020年，住房和城乡建设部等13部门联合印发《关于推动智能建造与建筑工业化协同发展的指导意见》，强调建筑业向工业化、数字化、智能化方向升级，加快建造方式转变，推动建筑业高质量发展，打造“中国建造”品牌[3]。智能建造专业作为复合型专业，融合了传统土木工程、机械设计制造及自动化、电子信息及自动化、自动控制、计算机和工程管理等专业知识，以适应人工智能在土木工程行业日益广泛和深入的应用。基于时代的发展需求和国内政策对智能建造的大力支持，多所高等教育机构设置了智能建造专业，以满足行业发展的新需求[4]-[6]，目前已有150所高校陆续开展智能建造专业，但是很多高校尚未建立起完善的智能建造交叉学科体系，如何制订满足时代需求的智能建造专业课程体系和培养符合未来国情的创新型、复合型人才是目前需要解决的难题。
本文将提供一系列创新的适应性教学方法和实践活动，以确保学生能够满足时代发展的需求，在不断变化的技术环境中保持竞争力，并为面对未来建筑行业的机遇和挑战做好准备。
2. 智能建造专业教学现存的问题
2.1. 课程体系不够完善
目前许多高校建立的课程交叉体系不够完善，其他学科课程与传统土木工程课程的融合不够深入，教师在课堂上讲解的相关专业知识过于零散，使学生理解知识的难度加大，容易出现知识点零碎的现象。沿用传统土木工程课程也是目前急需解决的问题，例如沿用的Revit课程，还是停留在建立单一的三维模型，忽视模型与智慧工厂、智慧工地、智能化施工等一些前沿软件的联系，缺少智能化、信息化的融入，已不能满足于学生适应未来建筑业发展的需求。
2.2. 师资队伍不足
目前高校智能建造专业老师缺少具有跨学科能力背景的老师，依旧以建筑与土木工程专业的老师为主，由于教学任务重、科研压力大等问题，很多老师对其他学科知识涉及不够深入，缺乏人工智能、计算机、电子信息等其他学科专业知识的融入，对其他学科一些前沿的理论知识不够了解，也缺少一些工地现场智能化软件的使用经验，在授课过程中容易以传统土木工程的相关知识为主，缺少其他学科知识的交叉融合，难以适应智能建造专业教学和科研任务的需求。
2.3. 缺乏实践教学
智能建造专业老师在授课过程中应穿插大量的实践教学，但目前部分高校尚未开展实践教学，因此教师在授课过程中继续沿用PPT讲解实践案例，学生缺少到现场实际感受的过程，且课程融合后的课程体系繁杂，因此PPT混合板书的知识灌输方式容易使学生对课程失去兴趣。也有部分高校以老师带领学生参观几个工程场地然后提交实习报告为主，学生缺乏主动和兴趣学习，难以将课上的学习的知识与实践相联系，缺少解决实际问题的能力，不仅不能满足社会对技术型人才、复合型人才的需求，也不能满意企业要求学生实践能力丰富的需求。
3. 建设智能建造专业知识逻辑体系
基于传统土木工程专业基础理论课程和专业核心课程，引进计算机科学与技术、机械控制工程基础、应用运筹学、计算机语言等相关课程，打造系统性、全局性、集成性、交叉性的课程体系，基于新时代发展方向对智能建造专业学生能力的需要，以学生培养为中心，形成公共基础、其他学科、工科基础、信息技术、土木建筑、系统工程、智能应用、创新实践八个知识板块。八个知识板块的逻辑关系图如图1所示。
Figure 1. Diagram of intelligent construction specialty knowledge module and logical relationship
图1. 智能建造专业知识模块及逻辑关系图
公共基础板块主要是开展通识课程，注重于培养学生的理论学习能力，可为后续开设的专业课程提供理论基础，让学生对一些专业知识有初步认识。工科基础板块侧重于数学和力学等基础课程。智能建造专业是以土木工程为基础进行的发展创新，应始终以理论力学、材料力学、结构力学三大力学的学习为理论基础，方便学生未来使用专业相关软件进行结构设计时，对软件输出的结果进行验证和优化。信息技术板块主要是Python程序设计、计算机语言、大数据、物联网和人工智能等计算机相关课程的学习，为后面智能软件的学习奠定基础，以满足智能建造专业培养复合型和创新型人才的目标。同时，在信息技术模块增加可以体现智能建造专业特点的课程，例如智能化监控技术、智能化技术应用、数字化施工技术、创新思维与智能技术、建筑物管理系统等一系列符合智能建造专业发展前景的课程，体现智能建造专业的智能化、信息化、数字化教学方式。土木建筑板块则重视传统土木工程的专业课程和其他学科的交叉融合，其他学科涵盖机械设计制造及自动化、电子信息及自动化、控制原理、自动控制、机械原理等专业课程，通过校内教师和相关专家商讨研究制定的课程方案，将其他学科主要课程进行精简和划分，从而逐步实现课程之间跨专业的融合。
系统工程板块是将工程基础板块、信息技术板块和土木建筑板块构建的知识体系进行叠加融合，培养学生各专业知识相互融合的系统性思维，开设如装配式结构设计与智能化设计、建筑工程与绿色建筑、施工过程的智能化管理等综合性的课程，实现单一课程向符合学生未来发展就业的综合性课程转化。可以开设PKPM等软件学习课程，在房屋建筑学、建筑结构设计等传统课程的基础上，展现BIM模型三维立体、可视化、协同性、信息化等优点，当前PKPM软件不仅将结构、建筑、机电、绿色建筑等多专业进行了整合，并将软件延伸到施工管理阶段，如开发的智慧工厂平台。运用智慧工厂的构件二维码功能可对装配式构件从工厂生产、过程运输、现场装配等环节进行实时监控，实现全生命周期智能化管理，符合智能建造专业开设多学科交叉课程的目标。
智能应用板块针对学生进行全生命周期应用模拟，通过课上讲解真实案例全生命周期的实施过程，让学生了解建设阶段、运营阶段和维护阶段所需要的软件和每款软件的使用流程，也可以鼓励学生积极参与相关竞赛，如工业化与智能建筑竞赛、“斯维尔杯”数字城市创新技术与应用大赛，让有余力的学生了解和熟悉更多的智能软件，可在参赛的过程中检验自身基础知识的掌握程度。
创新实践板块主要以实践为主，可以通过外出实习、工地现场参观、企业实习来强化学生的实践能力，在实践过程中补充更前沿的理论和技术，让学生在实践中学习，在实践中成长。根据学生各个阶段专业课程的开设情况以及学生学习能力变化情况，穿插开设相关的课程，形成由浅入深、由易到难、循序渐进的课程体系。
以《装配式建筑结构设计》课程为例。装配式建筑是智能建造领域的重要研究方向之一，《装配式建筑结构设计》课程融合了土木工程、计算机工程和机械工程的相关内容，课程内容以装配式建筑结构讲解为主线，融合装配式建筑在建造过程中应用到的自动化施工机械以及基于计算机技术的智能化管理平台。在《装配式建筑结构设计》授课过程中发现，现代化的结构体系和智能化的施工技术可以很大程度上引起学生的兴趣；通过虚拟仿真、VR演示等教学环节，学生和教师的沟通有大幅度提高，学生由被动灌输知识向主动学习知识转变，课堂氛围非常活跃。该课程不仅是理论教学的重要环节，同时也为智能建造专业学生的毕业设计选题提供了依据，形成学习到应用的闭环。
4. 智能建造专业人才培养完善措施
4.1. 师资队伍建设
建立双导师教学，通过引入校外具有丰富的智能建造专业知识且具备其他学科相关知识的教师与校内教师共同作为学生的指导老师。同时鼓励校内教师学习与智能建造相关的其他学科知识，便于在知识教授中让学生更全面、更深入的理解和掌握复杂的学科知识。加强老师对交叉学科新技术、新方法的学习。提倡老师与建筑行业人员探讨交流，增强自身学科前沿理论知识。鼓励老师带领学生开展实践活动，培养学生的实践能力和创新能力。
鼓励青年教师对授课模式进行大胆创新，定期展开交流会进行总结和探讨。给予经费支持青年教师的科研工作，培养青年教师的科研能力和创新能力，定期考核青年教师的科研成果和教学成果，为能力出众的青年教师提供晋升机会。
4.2. 思政元素融入
为了培养国家发展所需的人才，在开设的专业课程中加入相关思政元素，而不是单独开设一门思政课程，专业课程中融入思政元素可有效避免学生因单独开设思政课程大规模逃课现象。以习近平新时代中国特色社会主义理论为核心，按照智能建造专业课程的特点，在培养学生过程中突出求真务实、积极创新的科学精神和精益求精、追求卓越的工匠精神，同时潜移默化中增强学生的爱国情怀、政治认同感和民族自豪感，为国家培养符合未来需求、具有良好品德修养、具有时代担当、积极向上和自信阳光的创新型、复合型人才。
思政元素可通过以下方式融入课程：
通过举例的方法，例如在课程中讲到“未来从事建造行业的人需要怎样的政治修养”时，可以例举相关人物案例，通过案例人物的行为事迹增强学生的思想道德。
通过让学生观看视频的方式融入，老师在讲到某个建筑物知识时，可以播放一个2~3分钟的短视频，直观的增强学生对建筑知识理解，以及了解建筑物背后国家相关政策的支持或者技术施工人员在建造过程中克服困难、勇于挑战的工匠精神。
课堂讨论的方式，在讲解某个知识点过程中，通过与学生讨论的方式询问学生是否了解相关的新闻，通过调动学生的好奇心来增强学生课堂中的活跃度，而且学生在课后也可能查阅新闻去了解这个知识点以及相关知识点的信息。
4.3. 小班授课
当前部分高校还是以大班授课为主，即不利于知识的传授也不利于学生对课堂的融入。小班教学是智能建造专业趋势和必然结果，使学生可以更好的理解学习课程交叉后庞大且复杂的知识体系，老师也可以及时关注学生的学习状态和知识理解程度来调整课程进度。小班授课可以降低学生无故缺勤的次数，减少老师在上面大讲学生在下面小讲现象的出现，杜绝学生课上玩手机的问题，有利于学生与老师进行课堂互动，从而加强学生自身对课堂的融入感，也有利于增强思政元素融入课程的效果，让学生从被动学习向主动学习转变。
智能建造专业开课过程中需要大量实践支撑，小班授课有利于实践教学的组织和开展，让学生在实践中真正有所收获，对知识有更深层次的理解，不再是老师带领学生外出走个形式。
4.4. 开展彰显特色的实践教学
由于科技的发展和智能设备的普及，枯燥的知识灌输式教学逐渐不能被学生所适应，通过在课程中穿插实践的方式，激发学生的兴趣和参与度，让学生在学习中实践，在实践中学习。以校内实践—外出实践—工程实战的过程开展实践，进行软件结构设计、bim5D、智慧工厂、智慧工地、智慧施工、日照隔声等绿色分析、3D维护在内全生命周期相关软件的实践教学，继续开设测量实习、钢结构课程设计、混凝土结构课程设计、计算机虚拟仿真实训、认识实习、智能化施工课程设计、revit课程设计等综合性实践课程，建立既保留土木工程原有的课程实践，有涵盖智能化软件学习的校内实践体系。通过邀请国内外智能建造专业专家来校内开展讲座，让学生了解智能建造专业的最新发展方向和未来就业方向，校内老师也可基于此调整授课重点，不拘泥于形式教学。
外出实践可以通过带领学生参观具有特点的建筑，在参观中让学生讲一讲自己对该建筑的认识、自己的想法等来增加学生的参与感，培养学生独立思考和创新能力，锻炼学生发现问题、提出问题的勇气；也可以去智能化施工企业参观，通过与企业人员交流了解当前一些前沿理论，参观一些智能化设备的操作过程，增加学生的认识，以及对一些施工流程进行参观，回学校后可以让学生对施工流程进行回顾并讲解，避免学生走马观花式的实践学习。工程实践则是通过与企业合作，让学生进入企业实际的项目中锻炼自己，让学生在学校中学习的理论知识与实际项目中学习的知识进行结合，使学生从理论型人才向理论与实际结合型人才过渡。
5. 结语
响应国家政策需求，推动传统土木工程向智能建造专业转型，培养满足未来需求的技术型、实用型人才，但目前高校对于智能建造人才的培养方式还在不断的探索中，尚未形成一套系统性理论。
本文分析了智能建造专业现存的一些问题，提出了一套系统性、全局性、集成性、交叉性的课程知识逻辑体系，构建了八个板块并剖析了板块紧密相连、层层递进课程逻辑。并提出从师资队伍建设、思政元素融入、小班授课、开展实践教学等方面来优化人才培养，锻炼学生的创新能力和独立思考的能力，培养具备跨学科知识、富有爱国主义情怀、实践能力出众的技术型、复合型、创新型人才。
基金项目
中国矿业大学(北京)本科教育教学改革与研究项目资助(J251501)；2024年北京高等教育本科教学改革创新项目“智能建造专业多学科交叉融合人才培养与实践教学建设”(2024141)；2024年中国矿业大学(北京)本科教育教学改革与研究项目“智能建造专业多学科交叉融合人才培养与实践教学建设”(J24ZD09)；2024年中国矿业大学(北京)“城市地下空间工程专业思政教学团队建设”项目(ZYSZ2408)；教育部产学合作协同育人项目(240703132183637)。
NOTES
*通讯作者。