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智能建造驱动的土木工程CAD课程内容更新与拓展研究

2024-06-14 119 上传者：管理员

摘要：该文研究智能建造驱动的土木工程CAD课程内容的更新与拓展，以适应快速发展的技术和行业需求。通过对现有课程的分析和研究，该研究提出一系列的改革方案，并在贵州大学土木学院进行实验。实验结果表明，通过课程内容的改革，引入项目驱动学习、综合评价、技能考核和学习反思等教学方法的改革并融入课程思政教学，学生在课程学习中的学习积极性得到提升，实践能力、创新思维、团队合作和沟通能力也得到显著提高。综合评价方式可有效地反映学生的综合能力和学习成果。该研究结果表明，更新和拓展智能建造驱动的土木工程CAD课程内容是必要且有效的。

关键词：
土木工程CAD
教学改革
智能建造
课程思政
项目驱动教学
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在新一轮的科技革命与产业变革中，智能建造作为土木工程领域的前沿技术，正日益受到世界各国的重视。多国政府已经将其列为重点发展的战略领域，并出台了一系列相关政策来推动其应用与发展。欧盟发布了《欧洲数字化建筑路线图》，提出了数字化建筑的愿景和目标，其中，智能建造技术被认为是推动建筑行业转型的重要驱动力量，对于提高建筑质量、节约能源、降低成本具有重要意义。美国作为智能建造技术的先驱之一，也在不断加强与智能建造相关的政策支持和研究发展。美国政府提出了“智能城市”和“智能建筑”等倡议，旨在推动智能建造技术的广泛应用。我国国务院发布了《关于积极推进“互联网+”行动的指导意见》，旨在推动互联网与传统产业的深度融合。智能建造作为其中的重要组成部分，被视为提升土木工程施工质量、提高产业效率的关键技术之一。国家鼓励高校和研究机构加强与企业合作，共同开展智能建造驱动的土木工程CAD教学改革与研究，培养具备创新能力和实践能力的工程人才。本研究旨在探索智能建造驱动下土木工程CAD课程内容的更新与拓展策略，通过深入分析智能建造技术的发展趋势及其对土木工程行业的影响，对土木工程CAD课程在内容设置上进行与时俱进的改变，以更好地培养学生的创新能力和实践技能。同时，还将进一步探讨教学方法的改革，以适应新工科背景下学生的学习需求和行业发展要求，推动土木工程教育与智能建造技术的深度融合，培养出更多具备跨学科知识和技能的新工科人才。

一、土木工程CAD课程教学现状分析

国内高校土木工程专业普遍都开设了土木工程CAD课程。该课程旨在培养学生掌握CAD软件的基本操作和应用技能，以适应土木工程行业对数字化设计人才的需求。本研究通过一系列调研活动，包括问卷调查、访谈、课堂观察等方式对土木工程CAD课程教学现状做出充分的了解，掌握在实际教学过程中学生和老师的意见反馈。

首先，设计了一份详细的问卷，涵盖了教学内容、教学方法、教学资源和评价体系等方面的问题，并随机抽取了多所地方高校的土木工程专业学生进行调查。其次，访谈了多位从事土木工程CAD课程教学的教师，以及部分土木工程企业的负责人，了解他们对课程教学的看法和建议。再次，选择了部分地方高校的土木工程CAD课堂进行实地观察，记录教师的教学内容、教学方法、学生的反映等情况。

调查结果显示，在教学内容方面，大部分地方高校的土木工程CAD课程教学内容仍主要集中在CAD软件的基本操作和绘图技能上，较少涉及实际工程项目的应用。同时，访谈中有教师反映，由于课时限制和教学大纲的要求，他们很难在有限的时间内将更多的实际工程内容融入到教学中。在教学方法方面，部分教师已经开始尝试使用案例教学、项目驱动等教学方法，但整体上仍以传统的灌输式教学为主。学生普遍反映这种教学方法枯燥无味，难以激发他们的学习兴趣和积极性。在教学资源方面，地方高校在土木工程CAD课程的教学资源方面存在较大的差异。一些学校拥有先进的CAD软件和硬件设备，而另一些学校则相对落后。同时，访谈中有教师反映，由于缺乏具有工程实践经验的教师，他们在教学中难以将理论知识与实际工程相结合。在评价体系方面，大部分地方高校的土木工程CAD课程评价体系仍以考试成绩为主，较少考虑学生的实际操作能力、创新能力、团队协作能力。访谈中有教师和企业负责人反映，这种评价体系难以全面反映学生的学习成果和综合素质，不利于培养学生的实践能力和创新能力。

调研结果说明，国内高校尤其是地方普通高校土木工程CAD课程在教学内容、教学方法、教学资源和评价体系等方面存在一些问题。为了提升课程的教学效果，培养学生的实践能力和创新能力，地方高校需要积极探索教学改革的新思路和新方法，加强与工程实践的结合，完善教学评价体系，提高教学资源的利用效率。

二、土木工程CAD教学改革方案

土木工程CAD课程的教学已经跟不上时代的发展，智能建造的兴起为该课程的改革提供了新的动力和机遇，需要对教学目标、教学内容、教学方法和评价体系等方面进行升级。传统的土木工程CAD的教学目标主要是掌握Auto CAD的基本绘图、编辑方法与技巧，熟练运用CAD软件进行建筑图形和结构图形的设计。本研究项目对传统课程做出一系列的改革，将智能建造技术纳入课程目标中，强调学生需要掌握CAD软件的基本操作技能，并了解智能建造技术在土木工程中的应用，确保课程目标与行业需求和智能建造的最新发展趋势相一致。新的教学目标需要更新课程内容，引入智能建造相关理论和技术；需要创新教学方法，提高教学效果和学生学习积极性；需要加强实践教学，培养学生实际操作和解决问题的能力；需要完善评价体系，全面评估学生的学习成果和课程质量；需要融入课程思政教学内容，培养学生的职业素养、社会责任感、创新精神。

（一）教学内容设计

除了常规的CAD软件教学外，将智能建造相关的内容融入到课程中，包括引入建筑信息模型（BIM）的概念和应用、虚拟现实（VR）和增强现实（AR）技术、传感器技术、自动化设备和数字孪生等方面的知识。确保学生了解并能够应用智能建造技术来优化土木工程CAD设计和施工流程。详细方案设计见表1。

表1 教学改革内容

（二）教学方法改革

智能建造驱动的土木工程CAD教学方法改革的设计应该注重培养学生的实践能力和创新思维，使其能够灵活运用CAD软件和智能建造技术解决实际问题。教学环节开始之前，首先对学生的基础进行问卷调研，了解学生对计算机运用和土木工程CAD软件掌握的基础水平，以及了解学生实验设备运用的情况。对不同层次的学生需要采用不同的教学方法。本项目在传统课堂讲授的基础上增加了项目驱动学习、团队合作学习、案例分析与讨论、实地考察和行业合作及自主学习探索等方法来培养学生。教学方法改革流程如图1所示。

图1 教学方法改革流程

本项目需要建设网络学习资源，对于基础不足或者课后查缺补漏的同学，可以自主通过网络学习平台进行强化学习和探索，老师也可以通过网络平台指导学生进行小型研究项目，让他们深入探索智能建造技术的前沿和应用方向。以项目为导向，设计实际的土木工程项目，让学生在项目中应用CAD软件和智能建造技术进行设计、模拟、分析。通过实践操作，学生能够更好地理解和应用所学知识，并培养解决实际问题的能力。引导学生进行团队合作学习，模拟真实的工作环境。让学生组成小组，共同完成土木工程项目的CAD设计和智能建造技术的应用。通过团队合作，学生能够学习协作和沟通技巧，并从不同的角度获得思考和解决问题的灵感。引入实际的智能建造项目案例，让学生进行案例分析和讨论。学生可以分析案例中的CAD设计和智能建造技术应用，思考其中的挑战和解决方案。通过案例分析和讨论，学生能够加深对智能建造技术的理解，并培养批判性思维和问题解决能力。组织学生进行实地考察，参观土木工程项目现场和智能建造技术应用场景。与行业企业建立合作关系，提供实习机会和项目合作机会，让学生亲身体验土木工程CAD和智能建造技术在实际工作中的应用，加深对行业需求和实际工作环境的了解。对设计能力较强的学生或学生小组设计的优秀项目，推荐参加相关大学生设计大赛，激发学生的学习激情。

（三）课程思政融入

课程内容中融入课程思政元素，可以强化学生的职业素养、社会责任感、创新精神。在学习CAD基础操作的同时，注重培养学生的细致、耐心、精确的工作态度；引入行业规范和职业道德，强调在设计中遵循标准、注重安全、保护环境的重要性；强调团队协作的重要性，培养学生的沟通能力和协作精神；在项目设计中融入社会责任意识，如考虑可持续发展、节能减排等因素；引导学生关注社会热点问题，将设计项目与实际需求相结合，培养解决问题的能力；通过案例讨论，引导学生思考职业道德问题，如诚信、责任、公正等；强调在工程实践中遵循职业道德的重要性，培养学生的职业责任感和道德意识；强调国家的发展成就和土木工程领域的贡献，激发学生的爱国情怀，引导学生将个人发展与国家需求相结合，树立为国家和人民服务的远大志向。

三、教学评价改革

传统的期末成绩考查，方式单一，以考试成绩为主，不能很好地反映学生的实际能力和综合素质，因此引入综合评价的方式。综合评价包括项目成果、团队合作表现、实践操作能力、创新思维和解决问题的能力等方面。通过综合评价，可以更全面地评估学生的综合能力和学习成果。以下是本项目的教学评价改革方案。

除了传统的考试和作业成绩，将项目作为重要的评估方式，根据学生在项目中的表现评价他们的设计能力、实践操作技能、团队合作能力和解决问题的能力。可以设立明确的项目评估标准和评分体系，根据项目的完成度、创新性、技术应用等方面进行评估。

要求学生进行课程学习的反思和自评。学生可以撰写学习反思报告，分享他们在课程中的收获、困难、成长，并对自己的学习成果进行自我评估。这有助于学生更深入地思考和总结课程学习的经验和教训。

在考核中加入实际技能的评估，例如使用CAD软件进行设计和模拟的能力考核及智能建造技术的应用能力考核等。可以通过实际操作、模拟性任务或者技能考试的方式进行评估，更直接地反映学生的实际能力。

评估学生在课堂讨论、团队合作项目中的积极参与度和贡献度。可以根据学生的提问、回答问题、分享经验和合作能力等进行评估。这有助于激励学生积极参与学习活动，并培养团队合作和交流能力。

综合采用多种评估方式，能够更全面地评估学生在智能建造驱动的土木工程CAD教学中的能力和综合素质，促进学生全面发展和专业能力的提高。

四、结果与讨论

本方案在贵州大学土木工程学院多个班级进行实践教学，学生在课程学习中经历了项目驱动学习、团队合作学习、案例分析和讨论、虚拟实验和模拟、实地考察和行业合作等教学方法的改革。他们参与了项目设计、CAD软件操作、智能建造技术应用等实践活动，并进行了综合评价和技能考核。此外，他们也抓住机会进行了学习反思和自评。学生组成的项目组参与了各种大学生竞赛并取得优异成绩。部分竞赛成绩统计见表2。

表2 竞赛情况统计

学生实地考察了贵州新基石建筑设计有限责任公司、贵州贵欣同成工程咨询有限公司、贵州大学勘察设计研究院有限责任公司等多家设计单位，参与到企业的实际工程项目中，如花溪区中医药设计、贵州省博物馆设计等，真实体验了智能建造的实际应用，为未来的发展打下坚实的基础。

通过项目驱动学习和团队合作学习，学生在学习中更加积极主动，主动参与项目设计、合作讨论、技能操作。他们体验到了真实的工作环境，增强了学习动力和兴趣。学生能够熟练运用CAD软件进行设计和模拟，理解智能建造技术的应用，并能够解决实际问题。这些教学方法改革方案取得了积极的实验结果，学生的学习积极性提高，实践能力、创新思维、团队合作和沟通能力都得到了提升。

五、结束语

本研究旨在探索智能建造驱动的土木工程CAD课程内容的更新与拓展，通过对现有课程的分析和研究，提出了一系列的改革方案，并在多个班级进行了实验。实验结果表明，通过项目驱动学习、综合评价、技能考核和学习反思等教学方法的改革，学生在课程学习中的学习积极性得到提升，实践能力、创新思维、团队合作和沟通能力也得到了显著提高。综合评价方式有效地反映了学生的综合能力和学习成果。然而，本研究也存在一些限制，实验仅在贵州大学土木工程学院进行，样本数量有限，可能存在一定的局限性。进一步的研究可以扩大样本规模，涵盖更多的学生和不同的教育背景。未来的研究方向可以包括深入研究不同教学方法的有效性，探索更多的评价方式和策略，以及进一步整合行业合作和实践经验。此外，还可以结合人工智能和虚拟现实等新兴技术，进一步提升课程的教学效果和学生的学习体验。

总之，本研究为智能建造驱动的土木工程CAD课程内容的更新与拓展提供了一些有益的思路和实践经验。通过不断的研究和实践，我们可以不断优化课程设计，培养具有综合能力和应用能力的土木工程人才，为行业的发展和进步作出贡献。

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基金资助:贵州大学教改项目“新工科理念下融入思政元素的专业核心课程——‘混凝土结构设计原理’的教学研究”(kcsz2023063);贵州大学大学生学科竞赛支持项目“全国大学生结构信息大赛”(无编号);国家自然科学基金“装配式配筋仿木住宅结构的破坏机理及承载力计算理论研究”(52068008);

文章来源:李莉,丁婷,张华刚.智能建造驱动的土木工程CAD课程内容更新与拓展研究[J].高教学刊,2024,10(17):134-137.