哈工大“智慧建筑与建造”专业教学体系探索:新工科理念下的建筑教育思考

    2020年3月3日,教育部网站公布2019年度普通高等学校本科专业备案和审批结果,哈工大建筑学院申报的“智慧建筑与建造(工学四年)”新专业获得批准。

    2月21日,哈工大建筑学院召开了2020年学科发展战略研讨会。建筑系主任助理韩昀松针对“智慧建筑与建造”新本科专业建设建设工作进展进行汇报。

    今日转发孙澄教授等在《时代建筑》2020年第2期上发布的文章“‘智慧建筑与建造’专业教学体系探索:新工科理念下的建筑教育思考”,文章分析了新工科教育理念及人才需求的发展变化,对“智慧建筑与建造”专业体系及人才培养模式的建立进行了详细阐述。

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    当前正处于世界新一轮科技革命和产业变革与中国转变经济发展方式的历史性交汇期,信息化与智能化时代的新特征、社会经济与环境资源的可持续发展问题、知识形成过程与信息传播途径的改变、未来社会对人才需求的变化与挑战等都深刻影响着工程教育的走向。

    教育部自2017年启动以“新理念、新模式、新质量、新方法、新内容”为核心内涵的新工科建设[1],面向科技和产业发展主导进行教育范式改革,主动布局未来战略必争领域的人才培养高地,全力探索形成领跑全球工程教育的中国模式和中国经验,助力高等教育强国建设。

    专业作为高等教育的基础和载体,长期以来形成了相对稳定的专业内涵和结构,新工科建设的成效取决于如何打破固化的观念,建构新工科专业,进而重构人才培养模式。下图2017—2018年教育部新增备案和审批专业统计表是对2017年至2018年的教育部新增备案和审批专业的统计结果,可以看出,面向新技术、新经济、新产业和新业态,以大数据、智慧智能、数字等为关键词的新开设专业成为最热的增长点[2-3]。许多专业类从国家战略、产业政策和行业发展增长点等方面进行思考,探索增设面向未来发展的新工科专业,其中既包括对于传统专业的转型升级,也有新兴产业催生的新设专业,如计算机类的数据科学与大数据技术和智能科学与技术专业、机械类的智能制造工程专业、土木类的智能制造专业等,这也启发我们对面向未来的建筑类专业进行思考和尝试。


2017—2018年教育部新增备案和审批专业统计表


部分专业类增设的新工科专业

1 “智慧建筑与建造”新工科专业的提出

    从历史的视角纵览建筑学科的发展,可以看到它始终和时代发展、科技进步和产业变革密切相关,在不同的时代背景下都会焕发出新的生命力。以蒸汽驱动的机械制造设备的出现为代表的第一次工业革命,促发了以钢铁、混凝土和玻璃为代表的建筑材料的革新;基于劳动分工的电力驱动大规模生产,带来了第二次工业革命,也因此开启了以勒·柯布西耶提出的多米诺体系为代表的建筑工业化时代;以计算机及信息技术为主导的第三次工业革命,促发了建筑设计和建造的数字化发展;以人工智能、虚拟现实、量子通信等技术为代表的第四次工业革命,融合多学科知识体系,推动着建筑信息化和智能化转型升级。


四次工业革命进程中的建筑学科发展

    在这样的大背景下,建筑产业体现出两个方面的发展趋向。一是在“智能+”国家战略驱动下,以“互联网+”、云计算、大数据和人工智能等为主要增长点的新经济模式,及其带来的人们在健康性、性能化、体验性和交互性等方面的人居环境新需求,共同推动了建筑的智慧化发展。二是在建筑产业绿色发展和工业化转型的需求驱动下,信息可视化、参数化生成、性能化建构等智能技术与设计方法的快速发展将数字建造平台有机整合,使得建筑设计与建造过程的一体化融合日益紧密。这在技术革新和管理模式上均有所体现。在技术层面上,以多维度协同、静态数据管理和动态数据挖掘相结合、用户可定制和虚拟可视设计与建造为特征的建筑信息建模技术,为全生命周期建筑产业链下实现建筑设计、建造和管理的智慧化提供了技术上的解决方案;在管理模式上,已经试点推行的建筑师责任制,明确了建筑师在参与规划、提出策划、完成设计、监督施工、指导运维、更新改造和辅助拆除七方面的工作内容,以及其在建筑全寿命周期中的主导作用。EPC工程总承包模式也在引导探索整合建筑信息模型、地理信息系统、智能建造、智能运维、物联网等技术,应用于工程项目的实施和管理中,为建筑全生命周期的智慧化提供技术和管理平台。


建筑产业发展新趋向


BIM技术为全生命周期建筑设计与建造的智慧化提供技术解决方案

    不同于前三次以单一技术为主的工业革命引发的建筑产业变革,第四次工业革命则是以多学科集群技术创新为特征,其影响更为全面和深刻。作为对变革进程的推进发挥人力资源保障作用的建筑教育,不仅要起到重要的支撑作用,更应该为新技术、新产业、新业态和新模式的形成和发展发挥促进甚至引领作用。对标这样的教育定位,响应建筑产业的两方面发展趋向,在建筑类专业中建设“智慧建筑与建造”新工科专业,定位专业人才的培养标准,构建专业课程体系和人才培养模式,这些都需要积极的思考和摸索。

2 智慧建筑与建造专业的人才培养标准

    人才培养目标的设定决定着专业建设方向和人才培养定位,而人才培养标准作为培养目标的细化和落实,应有效地支持培养目标的实现。人才培养标准基本上由知识、能力和素质三方面构成,其中能力和素质是培养标准的重点,知识是能力培养和素质养成的基础。

    针对国家创新驱动战略对智慧建筑与建造专业人才培养的需求,我们将其人才培养目标定位为:面向国家智慧建筑与建造人才培养需求,坚持“厚基础、强实践、严过程、求创新”的人才培养特色,培养兼具自然科学知识与人文精神素养,掌握智慧建筑与建造基础与前沿理论方法和智能技术与工具,具备开放兼容的跨学科知识结构、扎实求精的工程能力、开阔的国际视野等六个方面的能力和素养,引领智慧建筑与建造及其相关领域未来发展的创新人才。


专业人才培养目标

    基于上述培养目标,我们从使用数学、自然科学与建筑知识,智慧建筑与建造问题分析,智慧建筑与建造问题解决,自主学习与持续研究,工程项目管理,职业与社会,现代工具使用及交流与合作等八个方面定义了专业毕业要求。图表中的八个方面不仅涵盖了新时期工程教育的基本要求,还分别对智慧建筑与建造专业的人才培养标准做了具体规定。其中,第1点要求“使用数学、自然科学与建筑知识”规定了对人工智能知识的掌握;第2点要求“智慧建筑与建造问题分析”和第3点要求“智慧建筑与建造问题解决”特别针对涉及跨学科和学科交叉的复杂工程问题进行了细化;第5点要求“工程项目管理中”对EPC全生命周期项目管理做了具体要求;第7点要求“现代工具使用”针对性能模拟技术、信息技术工具、虚拟现实技术等方面提出了全新的要求。在毕业生要达成的八个方面标准中,智慧建筑与建造问题“分析”与“解决”两方面的要求是核心。


智慧建筑与建造专业毕业要求

3 智慧建筑与建造专业的课程体系建构

    明确的、可衡量的人才培养标准的制定,有利于构建具有清晰、系统的人才培养指向的专业课程体系。智慧建筑与建造专业课程体系的构建是以全面落实专业培养目标和培养标准为原则。在课程体系的整体架构上,核心设计课程和实践环节对应智慧建筑与建造问题分析及解决、自主学习与持续研究、交流与合作方面的培养标准,同时以通识类和模块式课程对应使用知识、工具使用、职业与社会、工程项目管理等四方面的知识和能力。

    在专业课程体系建构上,培养核心能力的设计与建造类课程集群被设置为大学分课程群;同时强化实践教学环节,将其与设计与建造类课程集群整合,构成智慧建筑与建造专业课程体系的核心内容。并基于此,建构八个方向的模块式核心课程集群,既包括建筑原理、建筑历史、建筑技术、职业素养等经典建筑类核心课程,也包括计算性设计、人工智能、智慧建造、项目管理等交叉学科课程模块。同时在上述核心课程之外,设置围绕八个方向展开的选修课程,建构起由大学分核心课程、模块式核心课程和选修课程共同构成的全方位、立体化智慧建筑与建造专业课程体系。这一体系的特点是以大学分设计与建造类课程整合核心能力,各年级建立培养目标的基本要求,以模块式核心课程集群传授知识点,并在设计与建造课程集群中实践应用,达到从知识传授向能力培养转型的成效。


智慧建筑与建造专业课程体系构建


智慧建筑与建造专业课程体系设计与建造类课程集群

    课程体系中实践教学环节的强化则在另一个维度体现了新工科的教育理念,是加强学生在实践创新方面的训练、培养解决复杂工程问题能力、支撑培养目标实现的重要手段。一方面,专业实践类课程设置贯穿本科教学始终,实践学分占比达到35%;另一方面,构建了包含创意设计和设计基础课程的建造实践环节、一至二年级的建筑类实践环节、三至四年级的智慧建造、EPC工程实践环节和五年级的综合业务实践的递进式实践教学体系;同时还辅助以项目为中心的创新创业实践教育环节等。


智慧建筑与建造专业课程体系实践教学环节

4 智慧建筑与建造专业的人才培养模式

    新工科专业建设中最关键的工作是人才培养模式的改革与创新。在新工科教育理念的指导下,如何使新专业的课程体系顺利实施落地、人才培养目标和规格得以实现,理顺实施教育教学的途径、方式、方法、规范、过程及关联关系则至关重要。在智慧建筑与建造专业的人才培养模式的探索中,我们着力在跨学院教学组织、科教协同育人、校企协同育人和国际化拓展教育等四方面进行了改革尝试。

    跨学院教学组织方面,在多学科融合、跨学院建设、多平台共享的建设理念下,需要针对智慧建筑与建造专业的人才培养建立跨学院的教学组织模式。在建筑类的课程教学基础上,课程体系中增加的计算性设计、智慧建造、人工智能、项目管理等交叉模块课程集群的教学组织跨学院进行。跨学院课程由土木工程、计算机、电气、经管、机电、材料等学院与建筑学院协同,共同完成教学进程。跨学院的教学组织模式有利于打破专业细分形成的壁垒,但在组织管理上带来了一定难度。与此同时,哈尔滨工业大学在近几年致力于跨学院的交叉教育与教学互动,如建设智能无人系统、计算金融等新型辅修专业,这些探索和改革措施为“智慧建筑与建造”专业的跨学院教学组织提供了有力保障。

    在科教协同育人方面,智慧建筑与建造专业面向国家创新驱动发展的战略性定位,决定了专业教育的探究式、研究型过程和人才的科研创新能力培养要求。因此,专业教育中以科研成果、科研项目、科研平台、科研方法深化教学改革的科教协同育人模式具有重要意义。科研资源向本科生全面开放,建立本科生参与科研的常态化培养机制,构建项目牵引和课题牵引的教育模式,具体举措包括将最新科研成果及时固化为课堂教学内容,以科研项目为载体培养学生的研究意识和研究能力,集合科研设备转化为实践育人平台,以科研方法引导学生创新能力培养等。教学团队在虚拟现实技术、计算性设计、数控建造等方面的相关科研积累为专业的科教协同育人模式建设提供了有力支撑。


智慧建筑与建造专业科教协同育人模式

    在校企协同育人方面,学院经过多年的探索,致力于建设“高校+社会机构”的“双主体”拔尖创新人才协同培养模式,并于2018年获批教育部首批“新工科”研究与实践项目。构建融合双方优势资源的双主体人才培养模式,将大型设计机构、地产开发企业、大型建设企业、智能科技企业等企业资源渗透作用于专业培养方案制定、专业课程教学、实训实践指导等各个环节,建立起专业人才培养的两个主体、两支队伍、两个阵地。通过体制机制的改革创新,使校企双方实现资源协同,共同深度参与到专业人才培养的全过程中。


智慧建筑与建造专业校企协同育人模式

    在国际化拓展教育方面,继续深化通过“走出去、请进来”的国际化教育教学方式,拓展学生的国际化视野、跨界整合能力和跨文化沟通能力;同时继续加强国际学术和人才交流,打造一支面向“双一流建设”的高水平国际化教师队伍,以回应新工科建设的工程教育国际化理念,积极整合优质国际高等工程教育资源,为全球市场培养具有国际竞争力的卓越创新人才[4]。在以往与国际高校及科研设计机构的联合教学和合作科研中,教学团队在智慧建筑与建造领域的学术积累为专业教育的国际化资源拓展奠定了良好基础。

5 结语

    习近平总书记在2019年新年贺词中指出“中国制造、中国创造、中国建造共同发力,继续改变着中国的面貌”。面向中国的城镇化进程,城乡建设对于传统的建筑类专业人才仍然有很大的需求,智慧建筑与建造新工科专业的思考与探索是回应和推动建筑产业的信息化和智能化转型,面向未来培养具备跨学科复合知识结构、能够解决建筑全生命周期内复杂工程问题的创新型工程科技人才。虽千里之行,但不恤跬步,相信驰而不息,久久为功,新工科理念下的未来建筑教育体系将不断拓展、完善。

(图片来源:图片由作者提供)

全文详见:https://mp.weixin.qq.com/s/ZF6XKLUw0zUlrZ3k2Bfdvg

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