劉超 潘子超 朱青

摘要：工業(yè)4.0時代，智能建造技術變革著橋梁工程行業(yè)，橋梁工程專業(yè)本科培養(yǎng)方案中，傳統(tǒng)的實踐教學方式暨生產實習環(huán)節(jié)，面臨全新的挑戰(zhàn)。在智能建造背景下，需要用信息技術手段變革傳統(tǒng)的實習教學。文章以某屆本科生的畢業(yè)實習改革為案例進行研究，闡述了各實習環(huán)節(jié)的設計方法，為類似實習教學提供范例和參考。

關鍵詞：智能化建造;橋梁工程專業(yè);畢業(yè)實習教學;卓越工程師

中圖分類號：G64244;TU997 ? 文獻標志碼：A ? 文章編號：1005-2909（2019）05-0117-07

隨著世界范圍內生產力的進一步發(fā)展，人類社會正迎來第四次工業(yè)革命的浪潮。在以機械化、電氣化和自動化為核心的前三次工業(yè)革命基礎上，第四次工業(yè)革命突出了“信息化”的基本特點。在新一代工業(yè)化的大背景下，德國和美國先后提出了“工業(yè)4.0”和“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”的發(fā)展戰(zhàn)略。中國也于2014年編制了“中國制造2025規(guī)劃”[1]。

圍繞“信息化”的基本特點，第四次工業(yè)革命特別強調“智能化”在生產過程中的應用，借助“互聯(lián)網(wǎng)+”的理念，將存儲、物流、交換、消費等全過程進行緊密而有效的結合。智能化、信息化和網(wǎng)絡化的大背景不僅對機械、電子、計算機等高尖端學科提出了新的要求，同時給土木工程等學科也帶來了新的挑戰(zhàn)和機遇[2]。

一、橋梁工程的智能化建造對實踐教學提出挑戰(zhàn)

（一）橋梁智能化建造新趨勢

1.物聯(lián)網(wǎng)技術便于全程監(jiān)控

信息技術賦予了裝配式結構更多智能化的特征，每一個構件都有一個對應的二維碼可以全程監(jiān)控，規(guī)?；纳a線更容易引入人工智能，例如，大型的鋼構件加工生產線已經普遍采用焊接機器人等。

2.BIM技術的應用

BIM的全稱是“Building Information Management”，即建筑信息管理，BIM技術在橋梁工程中的應用可稱為BrIM（Bridge Information Management），涵蓋施工、運營養(yǎng)護乃至倒塌拆除的全壽命過程[3]。對于大型橋梁的養(yǎng)護而言，將每個構件的檢測、維修和更換信息數(shù)據(jù)化并進行保存。這對了解大橋的長期性能演變有十分重要的作用[4]。

3.機器人技術

機器人技術是新一代工業(yè)革命“智能化”的一個重要體現(xiàn)。雖然機器人在橋梁工程中的應用尚屬于空白，但目前在研發(fā)中的橋梁養(yǎng)護機器人，將融合圖像識別、深度學習、自適應分析等技術，已達到“初級工程師”水平。

（二）傳統(tǒng)的生產實習面臨挑戰(zhàn)

如上所述，智能建造技術正不斷更新著橋梁工程的各環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的橋梁工程實踐教學環(huán)節(jié)，如生產實習，在教學目標、內容、方式、組織、考核等方面面臨挑戰(zhàn)與變革。

1.目標不清

卓越工程師培養(yǎng)計劃中，實踐能力是重要一環(huán)。對于土木工程等大多數(shù)工科專業(yè)而言，實習環(huán)節(jié)是對課堂教學的補充。但由于受天氣、安全等因素的制約，外出實習環(huán)節(jié)的時間一般較短，傳統(tǒng)的橋梁工程專業(yè)實踐教學往往目標不明確、主題分散，實習演變?yōu)樽唏R觀花式的參觀。經典的力學知識與技術尚且無法體驗，先進的智能建造技術更是鮮有涉及[5]。

2.內容滯后

對于橋梁工程而言，實習一般都安排在加工工廠和施工現(xiàn)場。實習內容的選擇不能體現(xiàn)該領域的最新發(fā)展趨勢，略顯陳舊。

實踐教學本為“卓越工程師”培養(yǎng)計劃中的重要環(huán)節(jié)，學習內容應緊貼當下橋梁智能建造技術的前沿，但實習單位往往由帶隊教師或所在研究室自行聯(lián)系，選擇性較少，無法整合優(yōu)勢資源，內容過于傳統(tǒng)，脫離一線實際工程。

實習環(huán)節(jié)往往多由中青年教師負責，但在大環(huán)境下，青年教師更多專注于理論性學術研究，自身的工程經驗本就比較欠缺，無法及時有效解答學生在實習過程中遇到的問題。

3.教學方式單一

目前，傳統(tǒng)的橋梁工程專業(yè)實踐教學手段多局限于生產實習和畢業(yè)實習，實習的教學方式相對單一，帶隊教師把學生送到工地現(xiàn)場參觀，聽取設計或施工方簡單介紹，學習撰寫實習報告。單一的教學方式，往往導致實習結束后，學生只知道去了哪些地方，看了哪些橋梁，但對細節(jié)問題知之甚少，而學生最終記住的內容實際上不實習也能夠掌握。這些都導致實習“無用論”，從而也得不到學生和教師的重視[6]。

4.教學組織不可控

在以往的實習過程中，帶隊教師更多地充當了“保姆”的角色，即照顧學生的衣食住行和安全問題。學生和教師在技術、學術方面的溝通較少，在實習中所表現(xiàn)出來的積極性也較低，都以完成教學任務為目的。

對學生的管理略顯混亂，缺乏過程性監(jiān)控，學生的學習過程難以掌握。

5.缺乏有效評價

學生實踐評價，往往局限于寫實習日記和實習報告，撰寫過程缺乏有效指導。由于以上所述的實踐教學存在目標不清、內容滯后、方式單一等問題，部分學生的實習報告以參考借鑒為主，缺乏真正的問題意識，實習報告的質量堪憂[7]。

二、實踐教學環(huán)節(jié)改革案例

同濟大學在全國高校率先改革，首度招收“智能建造”專業(yè)本科生。作為傳統(tǒng)的工科優(yōu)勢高校，同濟大學正通過一批新的工科專業(yè)建設、多學科交叉課程等加快培養(yǎng)新興領域的創(chuàng)新型卓越工程科技人才。針對上述各種問題，結合橋梁工程專業(yè)的特點，同濟大學橋梁工程系率先探索基于橋梁智能建造技術的本科生畢業(yè)實習教學改革。

（一）改進設計

（1）首先確定畢業(yè)實習的主題與內容，將“智能建造”技術作為主題，并根據(jù)主題結合現(xiàn)有資源，聯(lián)系采用智能建造技術的地點安排實習，確定每個實習點的實習內容。

（2）將整個實習環(huán)節(jié)劃分為“校內”和“校外”兩部分，圍繞智能建造的前沿理論與技術進行基礎準備。其中，校內講座邀請與具體工程相關的專業(yè)人員給學生講解，讓學生對智能建造技術有大致的了解。校外參觀由于時間較短，采用“求點棄面”的原則，即強調對關鍵點的深入理解，放棄全面但膚淺的走馬觀花式參觀，通過校內、校外環(huán)節(jié)的相互補充，盡可能提升實習效果[8]。

（3）在教師配備上，采用“后勤+技術”的配置模式，進行智能化聯(lián)動管理。設立專門負責后勤（食宿、車輛等）的教師，方便異地集中實踐活動的安排。技術類教師采用“中年+青年”的配置，由教學和工程經驗相對豐富的中年教師負責整個實習的安排、把控，青年教師負責實習中的具體事宜。配備專業(yè)人員，分工明確，遵循每個人只做自己最擅長事情的原則。

（4）優(yōu)化過程管理。應用手機APP等信息化技術在實習期間實現(xiàn)智能化管理和溝通。例如，采用簽到系統(tǒng)督促學生積極參加校內講座，在外期間遵守作息時間等。通過社交類APP，每天以知識問答的形式與學生及時溝通，了解學生需求，解答學生的問題，組織學生撰寫實習微文并進行推送。采用信息化技術一方面提高了實習管理的效率，另一方面拉近了師生之間的距離，同時也增加了學生參與實習的積極性[9]。

（5）改進評價模式。改變傳統(tǒng)的單一結果評價模式，將過程性評價與結果性評價相結合，力求實踐實效。同時，在實習期間，以360°三維相機采集照片并進行整理。在實習歸來后仍可通過非常真實的畫面重現(xiàn)實習的整個過程。在此基礎上，還可進一步發(fā)展虛擬實習課程，讓學生在高科技產品的支撐下最有效地開展學習。

（二）改進案例

根據(jù)上文所述的橋梁工程實習環(huán)節(jié)改革措施，結合智能化建造的趨勢，同濟大學橋梁工程系對2013級本科畢業(yè)實習進行了教學改革。

學生人數(shù)共70人，由3名專業(yè)教師和1名行政教師帶隊，分為校內外學習兩個環(huán)節(jié)。4月11日—12日為校內準備階段，安徽省交通規(guī)劃設計研究總院股份有限公司的幾位設計負責人到同濟大學橋梁工程系為實習學生進行了4場技術報告。4月13日—17日為現(xiàn)場實踐階段，學生赴蕪湖進行了為期5天的現(xiàn)場學習，主要實習現(xiàn)場有8個。

1.目標與內容呼應“智能建造”

首先確定此次畢業(yè)實習的主題為“橋梁工程中的智能建造”。圍繞這一主題，先后聯(lián)系了多家預制場、預制車間以及施工現(xiàn)場。所有實習現(xiàn)場均體現(xiàn)了“智能建造”的特點，包括節(jié)段預制、智能化（機器人）焊接、BIM技術等（圖1～圖3）。

實習地點和主要內容為：蕪湖長江公路二橋，重點掌握大跨徑斜拉橋的施工工藝（圖4）;巢蕪高速，重點掌握雙工字鋼板組合梁的構造特點和施工工藝;蕪湖二橋引橋，重點掌握預制裝配式梁的構造特點和施工工藝（圖5）;巢蕪高速跨裕溪河矮塔斜拉橋，重點掌握部分斜拉橋的施工工藝和掛籃構造;中泰鋼結構加工廠，了解鋼結構的制造和加工工藝（圖6）;裕溪口鎮(zhèn)混凝土預制場，對混凝土預制構件的生產有全面的認識，包括場地的布設、預制施工的主要步驟、預制施工的特點、生產及管理的要點等，沿途還參觀了蘇通大橋及其展覽館和江陰大橋。

2.人員配備及行程安排

針對學生數(shù)量及學校對實習教學的基本要求，安排了4位帶隊教師，如圖7所示。其中，后勤教師負責學生食宿、車輛、經費和安全等方面的事宜。將所有學生劃分為3組，分別由3位技術教師帶隊。

外出實習環(huán)節(jié)持續(xù)5天的時間。在保證時間的前提下，盡量縮短在外時間，除安全性方面的考慮，也避免了由學生的新鮮感迅速衰減而造成的懈怠和厭惡情緒。外出實習期間，智能化管理起到了較好的作用。根據(jù)實習點的地理方位及交通情況，選擇了如圖8所示的放射狀行程，即核心實習環(huán)節(jié)只有一個住宿點，給予師生最大的便利，同時加強實習期間的管理[10]。

3.過程性評價

改變傳統(tǒng)的教學實踐終結性評價方式，將過程性評價與結果性評價相結合，控制實踐質量。首先以基于信息化的社交類APP實現(xiàn)對整個外出實習階段的管理。所采用的APP涵蓋如下內容：（1）自動簽到系統(tǒng)，保證學生在規(guī)定的時間返回住宿點。（2）師生問答“曉黑板”，增進技術類話題的討論和交流。在“曉黑板”中，共有14名學生發(fā)貼提問，39名學生參與討論、回答問題。未參與討論與提問的學生此項考核成績?yōu)?分，發(fā)帖提問的學生得10分，其他參與討論的學生按次數(shù)分別給予2分到10分的評價。

過程性評價還設計了最佳提問、小組總結匯報等指標，引導學生提高參與性學習的質量。

4.評價與反饋

實踐教學環(huán)節(jié)的傳統(tǒng)評價形式比較單一，學生撰寫一份《實習日記》、一份《實習報告》即可。由于教師缺乏對實習過程的有效控制，學生的報告撰寫往往走過場、應付了事。

本研究對學生的實習考評，將過程性評價與終結性評價相結合，并綜合了習題、網(wǎng)上討論、現(xiàn)場小組匯報、實習報告撰寫等多種方式。結合實習內容，編制若干題目，共進行3次測試練習，及時提供評價分數(shù)，并計入總評。學生在“曉黑板”平臺上的問答討論也按質量分級計入總成績。實習結束后，學生分組匯報，圍繞工業(yè)化建造的主題，總結實習內容，并對橋梁工程的未來發(fā)展趨勢發(fā)表自己的見解。最后，綜合全過程的各種學習收獲，撰寫實習報告。

此次實習還通過組織滿意度問卷調查來總結經驗和發(fā)現(xiàn)問題。調查發(fā)現(xiàn)，學生對社交類APP的使用以及行程安排最為滿意，認為APP的使用增加了實習的樂趣和參與感，而放射狀的行程保證了住宿點的穩(wěn)定，給學生提供了最大程度的便利。學生還提出，在信息化時代，實習日記已經作用不大，電子平臺支撐的過程性評價模式提升了實習實效。

三、結語

土木工程課程，尤其是本科教學內容基本以經典的力學知識為主，已有上百年歷史。雖然土木工程領域的創(chuàng)新一直沒有停止，但并不能及時在書本和授課中得到體現(xiàn)。面向智能化建造的實習課程設計，在很大程度上彌補了課堂教學的滯后性。

在智能建造的大背景下，信息化和智能化成為新時期各行業(yè)發(fā)展的主題。這對于土木工程，尤其是橋梁工程而言，既是機遇，又充滿挑戰(zhàn)。實習目標要與時俱進，以智能化建造技術實踐的了解與掌握為主，培養(yǎng)學生的前沿學科能力。實習內容要及時調整，為使學生更好了解學科發(fā)展趨勢，圍繞智能化建造的工程實踐，從理論與實踐兩方面著手安排實習內容。在組織方式、師生互動等方面，借用智能化管理新技術手段，引入實時、全程的智能化管理，提高管理效率與學習效率，加強過程性評價與效果反饋，對高校土木工程專業(yè)改進實踐教學環(huán)節(jié)具有一定的參考借鑒價值。

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Abstract： In the era of Industry 4.0， intelligent construction technology is revolutionizing the bridge engineering industry. In the undergraduate training program of bridge engineering， the traditional practical teaching method and production practice are facing new challenges. In the context of intelligent construction， information technology is needed to transform traditional practice teaching. This study takes a graduation fieldwork reform as a case， elaborates on the design method of internship， and provides an example and reference for similar practice.

Key words：intelligent construction; bridge engineering; graduation fieldwork teaching; excellent engineer

（責任編輯 周 沫）