新工科背景下土木-智能建造实践基地建设实践

摘要：实践基地建设是新工科背景下促进土木工程专业转型升级，推进产教融合，培养创新型人才的有效途径。文章阐述在产学合作协同育人机制下土木-智能建造综合实践基地建设实践，表明实践基地建设可以促进实践教学体系完善，推进教学改革，推动创新型人才培养。

关键词：实践基地；产学合作；土木工程；新工科

为了推动教育资源与产业需求的有效对接，2020年1月，教育部办公厅印发《教育部产学合作协同育人项目管理办法》的通知，旨在通过政府搭台、企业支持、高校对接、共建共享，深化产教融合。企业的生产优势与高校的知识优势相结合，可以推动学生的全面发展，为实现教育的现代化和人才培养的多元化提供方向与动力。

一、新工科背景下土木工程专业实践教学现状

第一，实践基地数量和质量不足。实践是土木工程专业学生学习的重要环节，实践基地的数量和质量直接关系到学生实践学习效果。由于土木工程专业的特殊性，实践基地的建设需要大量的资金和资源投入，包括设备、土地、建筑材料等，这些因素限制了实践基地的数量扩张。此外，实践基地设施不完备、缺乏实战经验、师资力量缺乏等因素也影响了学生的实践学习效果。过去5年，辽宁科技大学土木工程学院一直致力于新的结构实验室实践基地的建设，但由于资金迟迟无法到位，建设场地迟迟无法落实，新的结构实验室实践基地一直没能落实到位。而原有实验室空间狭窄，一些新的实验设备安装空间不足，导致学生的实践活动受到很大限制。

第二，实践的组织形式单一。当前，学生实习的主要模式是集中、短时间内到企业生产一线和工程现场观摩实习。在这个过程中，高校教师带领学生来到企业生产一线，工程技术人员负责讲解，回答学生的问题。在这个过程中，学生仍单向地接受知识，并没有参与企业的生产，达不到双向互动的实践效果，也就谈不上培养校企融合的创新型人才。由于工程施工现场组织复杂，施工人员、机械较多，现场嘈杂等诸多因素，往往导致实习目标难以实现。目前，学生的认识实习、生产实习、毕业实习等实习环节都存在组织形式单一的问题，大型施工现场复杂的生产环境也在客观上限制了学生短期内顶岗实习的可能。

第三，实践教学内容与创新型人才培养目标脱节。“互联网+”和“人工智能”已是新工科发展的关键领域，正在推动工程教育的深刻变革。然而，目前传统土木工程专业的教育理念和教学内容大多仍停留在原地，高校对企业需求了解不足，对学生创新能力培养跟不上近年来产业技术的高速发展，不能满足社会高质量发展对工程创新人才的需求。这种情况体现在课程的设置、教学内容的更新、教学资源的配置等方面。如高校现有的实践基地缺乏虚拟现实（VR）和增强现实（AR）设备，无法为学生提供沉浸式的学习体验；当前的培养体系缺乏对智能建造、机器人技术等土木工程新兴领域的描述；学生学习的土木工程材料仍主要集中在传统的钢筋、混凝土等材料上，而对新型智能材料和3D打印技术等新材料、新工艺知之甚少。

企业作为工程创新人才培养的需求方和最大受益方，理应在人才培养模式、实践内容建设、实践资源保障等方面深度参与高校实践教学基地的建设，校企合作、产教融合，培养创新型人才。

二、新工科背景下土木工程专业产教融合实践基地建设实践

（一）土木工程专业培养方案概况

辽宁科技大学土木学院土木工程专业的人才培养目标是培养具有综合运用宽口径专业知识和技能，具有识别、表达、分析和解决土木类复杂工程问题能力，具有创新精神、自主学习能力和团队合作能力，能在工业与民用建筑工程、道路桥梁工程、隧道工程等领域，从事土木类工程设施或系统的设计、建造、运维和管理等工作的应用型高级专门人才。

从中可以看出，培养目标对学生的实践和创新能力提出了很高的要求，所以建设新工科背景下适应时代进步的创新型实践基地势在必行。在此背景下，同时为了响应教育部高等教育司《关于征集2021 年产学合作协同育人项目的函》的号召，辽宁科技大学土木工程学院与天津百川伟业建筑科技股份有限公司结合土木工程转型升级新需求，联合申请了“实践条件和实践基地建设项目”并获得立项，建设土木-智能建造综合实践基地，将传统土木工程专业与新兴智能建造专业有机融合，将实验室建设、课程建设、实训项目开发、生产实习等有机融合，打造面向未来的土木-智能建造综合创新型人才。

（二）实践基地建设实施路径

土木-智能建造综合实践基地的建设，采用“辽宁科技大学-百川伟业（天津）建筑科技有限公司”校企共建的模式。基地基于辽宁科技大学土木学院BIM中心建立，基地场地规模足够，计算机软硬件配套齐全。百川伟业建筑科技有限公司提供了一年期价值20万元的“BIM建筑教学系统”，负责策划和设计实训基地建设方案，负责对基地建设和参与组织管理工作的教师进行培训并提出指导意见；对参与实训的学生进行指导和测评，并在建设过程中根据实际的应用需求、数据安全、软件和平台的通用标准进行了基地的配置。土木学院配备专任教师进行基地的管理和运营，组织教师和学生参与基地日常工作，基于实践基地开展项目实训、生产实习、虚拟仿真实验、实验教学资源开发并推广实验室建设成果。

（三）建设内容与成效

1.实践基地建设服务于创新人才培养

在土木-智能建造综合实践基地建设期间，辽宁科技大学土木工程学院利用企业提供的BIM建筑教学系统软件，为土木工程、智能建造工程专业学生提供了一个实际操作和实训的平台。共有土木2020级、智建2021级总计5个班180余名学生完成了建筑节点场景认识训练、平面图纸生长训练、平法梁模拟施工训练、钢筋组合模拟实训等实训项目，其间既有对已有知识的可视化重现内容，又有虚拟配筋、虚拟施工等虚拟仿真操作内容，学生可以更好地理解和掌握已有知识，也可以将已有知识应用于实践，通过虚拟仿真实训完成符合行业标准的梁柱等构件的施工。基地的建设为学生提供了一个自由探索、尝试和创新的环境，鼓励学生不断提出新方法，不断进行试错，在反复试错的过程中提高实际操作能力，培养创新思维。

2.实践基地建设服务于实践教学体系完善

首先，实践基地的建设丰富了实践教学项目。土木-智能建造综合实践基地建设期间，为房屋建筑学、土木工程施工、混凝土结构设计等专业课程开展实训项目提供了新思路。通过建筑节点场景认识实训，学生可以精准了解多达220个建筑节点的详细构造，查看包括该节点的施工影像、BIM影像、知识库、建筑设施等相关信息，通过节点模型拆分、漫游等功能，展示节点的施工步骤，让学生足不出户学习关键节点的施工工艺。通过平面图纸生长训练，学生可以在类似于真实的施工环境中体会从施工图到竣工完成的全部建造生长过程。通过平法梁及钢筋组合模拟实训，学生以交互模式，沉浸式、任务式完成相关构件的平法施工操作，训练读图、识图及动手操作能力。

其次，实践基地的建设促进了课程体系建设。在依托实践基地平台开展实践教学过程中，辽宁科技大学土木工程专业课题组修订了实践教学大纲，完成了相关实训项目的实训指导书的编制。重新修订后的实践教学大纲紧紧围绕新工科建设内涵，优化和重组了实践教学内容，体现企业需求和社会发展前沿，更加注重创新人才培养目标。同时，实践基地的建设推动了教学方法改革，促使教师更加注重学生的实际操作能力和实践能力的培养，推动了教学方法从传统的讲授式向实践性、探究性转变。

3.实践基地建设服务于创新交流

实践基地的建设为学生提供了一个创新交流的平台，学生在将理论知识应用于实践的过程中，提高了实操能力，促进了彼此之间的交流融合，团队合作意识得以增强，彼此的思想产生碰撞，从而孵化出新的创意。在基地建设期间，学生共开展了基于平台的创新创业项目3项，均为围绕“BIM+”“3D打印”“新型建材”等行业前沿方向，学生的科研水平和学术交流能力得以大大增强。在基地建成之后，辽宁科技大学土木工程学院将着眼于服务社会，举办相关学术活动，为地方企业提供创新交流的平台；邀请企业工程师和技术人员参与教学，提供行业视角和实践经验。企业人员的参与可以为学生提供一线的工程经验和案例分析，增强教学的实践性和互动性。通过与企业的合作项目，学生有机会直接参与真实的土木工程相关领域实践，积累宝贵的实践经验。

4.实践基地建设服务于创新和研究项目的孵化

校企合作实践基地的建设完善了学校的资源配置情况，包括设备的更新、材料的供应和专业软件的支持。这些资源为学生进行试验设计、材料测试和数据分析提供了必要的物质基础，是创新研究项目孵化的前提条件。实践基地通过与产业界的紧密合作，引入工程界的实际工程项目和问题，为学生提供了解决实际问题的机会，有利于形成产学研相结合的教育模式，使学生能够在实践中学习，在学习中创新，有效促进了创新思维的形成和科研项目的孵化。另外，土木-智能建造实践基地鼓励不同学科背景的学生和教师之间加强交流合作，有利于形成多学科交叉的创新环境。这种环境可以促使学生从不同角度审视问题，产生新的想法，为研究项目的孵化提供丰富的创意来源。

此外，实践基地建立的一整套创新项目孵化流程，包括项目选题、团队组建、方案设计、试验实施、结果分析和成果展示等环节，可以有效规范创新项目的孵化过程，为学生提供系统的研究训练机会和实践机会。在创新项目实践过程中，实践基地还可以在风险管理和知识产权保护方面提供相应的训练，指导学生如何识别和应对研究过程中的潜在风险，以及如何申请和保护知识产权，保障项目的顺利进行和成果的有效转化。

三、结语

土木-智能建造综合实践基地的建设，可以有效弥补新工科背景下实践基地不足的现状，丰富实践教学的组织形式，强化实践教学的创新培养目标，为土木工程教育的创新提供新的动力和方向。基地的建设在创新人才培养、实践教学体系完善、创新交流及研究项目的孵化等方面提供了有力支持，为新工科背景下校企之间的交流合作提供了一种有效途径。

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