基于“工地课堂”的智能建造施工技术课程改革与实践

王斌 彭知数 胡勇军 段瀚

引言

智能建造是基于建筑信息模型（BIM）[1]、物联网+[2]、3D打印[3]、以及人工智能[4，5]等技术，将先进的信息技术与生产技术相融合的新型建造方式。随着我国智能建造产业的转型升级，建筑业逐步从传统的建造模式转向智能建造模式。智能建造技术的出现促使各学科的前沿技术更紧密地协调发展，充分利用智能控制技术和信息技术手段使得建筑设计、施工、生产、管理等各环节都更加智能化、自动化，从而减少项目建设过程中劳动力的投入。[6]

智能建造正在引领建筑业建造方式的进一步改造和升级，而实现建筑业成功转型升级的首要因素是智能建造技术人才的培养。伴随着建筑机器人的普及，未来需要众多智能建造产业相关人员。智能建造施工技术作为土建施工类专业的核心课程也在智能建造技术的推动下要求不断改革与创新[7]，广东碧桂园职业学院依托校企合作资源，利用在建实际工程项目开展“工地课堂”教学，有效地将新技术融入课堂教学中，同时解决了学生在校所学与企业岗位所需相脱节的问题，有助于教师收集施工现场资源从而反哺教学。

一、智能建造施工技术课程概况

智能建造施工技术是在智能建造背景下，在传统施工技术课程基础上融合智能建造相关知识而重构的一门课程。该课程具有知识面广、时效性强、实践性与综合性强等特点。课程的教学内容横跨从降水到装饰装修各分部分项的施工工艺，并要求能够对接新技术、新材料、新工艺、新设备等“四新”技术。前置课程主要有建筑材料、建筑识图与构造、建筑力学与结构、智能测量等。

目前，该课程在高职院校土建施工类专业中属于专业核心课程，通常开设在第二或第三学期，学时不少于72学时。广东碧桂园职业学院智能建造工程系智能建造施工技术课程按照学校独特的“三段递进，校企共育”教学组织模式开展教学工作，课程共分为智能建造施工技术（一）、智能建造施工技术（二）和智能建造施工技术（三）三个部分，分别开设在第2-4学期的不同时间段。

二、智能建造施工技术课程教学面临的困境   智能建造产业升级给智能建造施工技术课程教学带来了诸多新思想、新挑战，新技术、新材料、新设备、新工艺的不断涌现迫使施工技术课程教学必须与企业岗位实际需求相匹配，注重培养学生的岗位实践能力。这需要结合现行技术标准合理重构并优化课程内容，使得教学内容具有前瞻性、避免学生在校所学专业知识与企业岗位所需相脱节，但在实际教学过程中也面临诸多现实问题，主要体现在以下方面。

（一）教学资源匮乏

教材是“三教改革”的重要一环，由于智能建造技术在我国建筑业尚未成熟，加上教材的编写与出版周期较长等因素，导致目前市面上关于智能建造施工技术的教材相对较少。目前现有绝大多数智能建造施工系列教材未能体现智能建造的实质，其内容并不能有效地聚焦岗位需求。

随着信息技术的不断发展，教学环境也由传统教室转向智慧教室，传统的黑板、PPT教学向AR、VR等信息技术转变。AR和VR实训设备虽然能丰富教学技术手段的同时，但由于其造价高，并且维护成本较高，短期内很难在高职院校普及，尤其是民辦高职院校。

建筑工程的建造是一个从时间和空间层面上连续进行的生产活动，是一个人、机、料、法、环紧密衔接的整体。碎片化的视频或者动画在教学过程中能在一定程度上吸引学生的兴趣，但不能准确反映建筑施工过程的工况复杂性和工程项目的实际情况。这容易给学生形成固定思维，在整个教学过程中不能有效发挥学生主动探索、积极思考的主观能动性。

（二）师资力量不均衡

智能建造施工技术是一门综合性、实践性非常强的一门课程，尤其近年来智能建造新技术的不断涌现，这就需要任课教师具有较强的实践能力或具备智能建造项目施工的经历。虽然目前多数院校已通过不同形式吸引行业精英和工匠大师进入学校教学，但是在招聘专任教师时往往过于注重教育背景、学历等硬性条件。

教师在缺乏企业工作经历的背景下不能有效将课程教学内容与实践相结合，目前智能建造施工技术的教学普遍采取的是教师备课—课堂讲授—发布任务实施的教学方法，但由于企业资源与项目资源的不足，往往造成项目实际进度与教学进度计划不符，任务发布后真实项目的施工已经完成或施工进度未到，造成理论教学与实践教学出现“两张皮”的现象。

因为缺少实际工程案例教学资源，无法反应施工生产活动的连续性与整体性，导致学生在学习过程中受益不大，从而难以实现课程的教学目标。因此，在智能建造转型升级背景下需要智能建造施工技术课程团队具有不断改革创新的精神，使得教学方式、方法能与时俱进。

（三）校内实训条件滞后行业发展

为了满足课程实训的要求，目前高职院校的普遍做法为在校内建设实训基地，以静态展示与学生动手相结合，但在建设静态样板时缺乏前瞻性，对“四新”技术应用预留空间很少，并且只静态展示局部施工工艺，更新速度较慢。在设置实训项目时，多数仅设置学生比较容易上手、危险性较小的分部分项的工序，不能满足施工活动在空间与时间上的连续性，更不能满足人、机、料、法、环的内在联系，也无法满足行业的发展对教学提出的新要求。

为解决实训问题，部分院校在课程末尾时在校内实训基地开展整周或整月实训。这种方式在一定程度上能提升学生综合实训能力，但也存在一定的弊端，主要体现在以下方面。

（1）校内实训通常以模板、钢筋、砌筑、镶贴等几个分项工程开展实践，各工种在空间上不能体现施工活动的空间层次。

（2）校内实训基地基本无法体现高空作业过程、人与机械的配合、材料与机械的配合、工序与机械的配合。

（3）整周或整月集中实训，会出现学生多、老师少、工作面少等情况，在实训过程中容易造成动手的学生少，观望的学生多，实训效果不佳，同时也给教学中的安全管理带来了很大的难度。

（4）集中实训往往造成学生老问题、旧困惑没有及时解决，新问题、新困惑又积累，从而产生厌学、弃学的现象。

为有效提升学生综合实训能力，而实际的施工生产活动是人、机、料、法、环协调管控的有机整体。由此，广东碧桂园职业学院创新性地提出了校内实训为辅、实际在建工程项目为主的“工地课堂”教学组织形式，有效解决理论教学与实践教学相脱节的情形，以期为高职院校的教学改革提供些许思路与借鉴。

三、创新教学组织形式，实施“工地课堂”教学策略（一）衔接真实项目建设进程，灵活调整授课逻辑

智能建造施工技术课程依托真实智能建造试点项目，融合智能建造体系下的新技术、新工艺和新设备，并结合BIM技术、建筑机器人、3D打印、铝模、塑料模板、装配式技术、高精地面、智能爬架等内容。依据项目总进度计划修订专业人才培养方案中的课程教学内容与授课逻辑，并制定智能建造施工技术课程教学总体实施方案。

总体实施方案中包括理论教学、课内虚拟仿真实训、校内实训基地综合实训以及“工地课堂”的组织安排与实施举措，结合项目年度和季度计划合理安排《智能建造施工技术》课程的具体教学内容，并编写相应的课程标准和授课进度安排。衔接项目每月进度计划及时调整课程内容和教学进程，保证课程教学在总体实施方案下有序、有效地开展。

（二）聚焦岗位重构课程体系，优化教学内容

鉴于学生毕业后主要就业于总承包施工企业的智能建造工程师岗、智慧测量岗、质量岗、技术岗、施工岗和资料岗。为此，该校建筑工程技术专业聚焦学生专业岗位职务能力，以碧桂园集团在校周边项目及学校在建真实项目，结合行业标准与碧桂园集团共同开发以建筑工程制图与识图（规划图、基坑图、建筑图、结构图、室内装修图、机电图、室外图）为基础，建筑工程测量为支撑，智能建造施工技术为骨干的课程体系。

结合总承包企业岗位技能要求及施工承包范围，重构优化智能建造施工技术的教学内容，在形式上划分为地下室施工阶段、主体结构施工阶段、装修与屋面阶段，在教学内容上弱化甲指分包施工内容的教学，强化总承包施工内容的教学。

近年来，随着建筑机器人在实际工程项目中的应用，建筑产业的智能化得到了很大的提升。在这种智能化环境下，施工现场大部分“脏、累、险”的工种作业由智能建造技师通过指挥建筑机器人来替代工人完成，而收边收口则由人工配合完成。这就要求智能建造施工技术课程不能抛弃或放松对于传统施工技能的学习。因此，智能建造施工技术课程教学内容应在传统课程内容基础上植入建筑机器人、3D打印、BIM技术等建造科技，课程教学内容见表1所示。

（三）依托“三段递进 校企共育”人才培养模式，分阶段实施“工地课堂”教学表1智能建造施工技术课程教学内容

序号教学阶段弱化教学内容强化教学内容植入最新建造科技1地下室

施工阶段1.基坑支护与降水

2.地基处理

3.大土方工程

4.除预制桩外的其他类型的桩基工程1.预制桩工程

2.小土方工程

3.塔吊工程

4.地下防水工程

5.大体积混凝土工程1.地库抹平机器人

2.地库抹光机器人

3.地坪漆喷涂机器人

4.智能测量机器人

5.BIM技术2主体结构

施工阶段1.预应力混凝土工程

2.结构安装工程

3.除填充墙外其它砌筑工程1.钢筋工程

2.模板工程

3.楼面混凝土工程

4.装配式施工

5.脚手架工程

6.施工电梯、卸料平台1.预制钢筋、3D打印

2.铝模、塑料模板

3.楼面抹平机器人

4.智能布料机

5.混凝土打磨机器人

6.螺杆洞封堵机器人

7.智能施工电梯

8.装配式技术3屋面及

装修阶段1.正置式屋面施工

2.传统防水卷材作业

3.传统防水涂料作业

4.瓦屋面与金属屋面

5.龙骨天花、隔墙

6.裱糊及软包

7.木窗1.倒置式屋面施工

2.预铺及湿铺类防水卷材作业

3.自愈合类防水涂料作业

4.墙地砖镶贴

5.室内外抹灰、防水、喷涂1.地砖铺贴机器人

2.墙砖铺贴机器人

3.内墙喷涂机器人

4.外墙喷涂机器人1.第一阶段：工地现场开展教学，培养学生职业理念

智能建造施工技术（一）主要培养学生认知相应施工工艺和施工方法，课程内容穿插校内实训和企业认知实践，加深对专业理论知识的理解，让学生清楚建筑项目的建设过程。通过观摩智能建造项目建筑机器人施工、智能爬架顶升、智能布料机浇筑混凝土、铝模支设以及新型塑料模板应用等智能建造体系下的新内容，进一步提升学生对专业学习的积极性、增强职业认同感。

第一阶段工地课堂的组织主要是课内穿插、每次安排半天、由學校统一安排车辆接送师生往返项目和学校之间，教师团队在学校制度支持下与在建项目充分沟通、及时协调、做好周密计划与安排，确保学生课程实践安全、有序开展。

2.第二阶段：植入岗位职责，锻炼学生岗位职务能力

智能建造施工技术（二）主要围绕提升学生岗位典型工作任务的专业实践能力，构建以典型工作任务为载体的岗位专业知识应用深化学习和技能强化训练项目，体现聚焦学生岗位专业实践能力，突出专业知识应用与实践，采用工学交替的教学模式，实践中及时收集并集中解决学生岗位职务工作中的共性问题，培养学生岗位职务能力与职业精神。

第二阶段工地课堂的组织在校内岗位强化训练的基础上，针对校外在建项目分岗位分阶段分批实训。在现场教学中植入项目相应岗位职责，锻炼学生岗位责任、提升岗位职务能力。

3.第三阶段：深化专业知识，理论学习联系实际应用

智能建造施工技术（三）重点围绕提升学生专业岗位职务能力，实现本专业培养基层一线管理干部或技术骨干的目标，聚焦学生企业岗位职务工作标准，构建专业岗位职务能力提升课程，对学生的创新思维和创新能力培养落实到指导学生毕业设计之中。

第三阶段工地课堂的组织主要是以企业导师1对1指导为主、校内导师定期指导为辅的企业实践教学培养。该阶段培养要求学生针对岗位有目标、有计划地开展学习，在企业岗位上不断深化专业知识，做到理论学习能够联系实际应用，让学生帮助项目解决实际工程应用问题，培养学生具备基层一线管理干部或技术骨干的业务能力，力争培养学生毕业前就能达到施工管理岗位主管级别的业务水平和职业管理能力。

四、聚焦专业岗位职务能力培养，“工地课堂”教学实施成效（一）人才培养质量逐年提升

“工地课堂”教学模式在保留必备基础性内容基础上，以专业课的课程设置、教学内容、学习效果评价方法的优化升级作为切入点，利用工地课堂作为项目模拟平台，突出培养学生的组织领导力、风险把控力、项目运营力、技术创新性等。

经过近几年以“工地课堂”为平台的教改探索，毕业生的培育质量获得了显著提高。这种转变意味着高等教育在不断满足用人单位对人才需求方面迈出了非常坚实的一步。用人单位不仅局限于碧桂园集团旗下企业，众多国有企业、机关事业单位都对我校毕业生培养质量给予了极大的肯定。我校毕业生就业率和毕业薪酬也获得了逐年稳步提高。

在智能建造背景下，聚焦智能建造产业技师这一新型岗位。校企联合开发课程和教材，通过聚焦专业岗位职务所需知识与能力，着重培养学生专业技能和综合素养。近年来，学生参加土建类各项省级技能竞赛和创新创业类项目申报屡获佳绩。

（二）教师团队教研能力显著提升

“工地课堂”教学要求教师从教学目标的设置、教学资源的获取、课堂活动安排、学习效果评价等方面都体现出创新性与实践性。课程团队强调实践为王、学以致用，并结合工地课堂的教学特点充分发挥现场资源，教师团队教学能力显著提升，在各级各类教师教学能力比赛和教育研究成果奖方面均取得优异成绩。

校企组建混编课程团队，联合开发智能建造建筑机器人施工教材并出版，校企双方针对现场教学痛点联合申报多项实用新型专利并获授权，多项省级科研项目获批立项。

总结

文章聚焦智能建造产业需求，分析智能建造背景下智能建造施工技术课程教学面临的困境及课程教学改革的迫切需要，通过重构课程体系，优化课程内容，创新教学组织形式，提出了智能建造背景下基于“工地课堂”的教学组织形式。

结合专业人才培养目标，在学校“三段递进 校企共育”模式下分阶段开展智能建造施工技术课程“工地课堂”教学，使学生清晰职业理念、掌握专业知识、能解决实际问题。通过“工地课堂”的教学，逐步实现“懂知识-能应用-会管理”三段递进培养目标。

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[基金项目：2022年度广东省普通高校青年创新人才项目“智能建造背景下建筑机器人施工课程建设探索”（项目编号：2022WQNCX303）；广东省智能建造施工产业学院、广东省建筑工程技术高水平专业群项目建设成果。]

责任编辑朱守锂