现代土木工程教育中面临的挑战与机遇

摘要：土木工程专业作为传统工科学科，近些年随着社会经济发展、房地产市场影响以及就业环境改变等，使得土木工程专业面临诸多挑战。本文首先针对土木工程专业目前面临的挑战与机遇进行说明，针对计算机、互联网和人工智能等前沿专业在土木工程专业中的应用前景和机遇等进行分析，从跨学科融合的角度提出项目驱动学习和培养学生的跨学科思维等方面对土木工程专业教育进行改进。其中培养学生跨学科思维从交叉学科课程设计、组建跨学科项目团队、建立跨学科研究中心等角度进行论述，强调了跨学科教育对于现阶段土木工程专业教育的重要性。以满足现代社会发展和专业领域的实际需求，并以此来提高学生的综合素养，以适应变化的就业市场，提高土木工程专业吸引力。

关键词：土木工程专业；跨学科融合；项目驱动学习；跨学科思维

1 概述

土木工程作为一门传统的工程学科，在社会发展建设过程中扮演着关键的角色，然而，随着社会不断发展，人民生活需求不断提升以及现代科学技术的迭代更替，土木工程领域以及专业教育都面临着不可忽视的挑战。近年来，土木工程领域经历了重大的市场变革，尤其是我国房地产市场的影响，导致曾经热门的专业逐渐变得冷门。学生和家长开始对土木工程的就业前景产生疑虑，这引发了关于专业选择的讨论。

然而，土木工程仍然具有不可替代性。建筑、交通、水资源管理等领域仍然需要专业的土木工程师来解决复杂的问题。此外，土木工程专业在可持续发展和智能化基础设施领域也发挥着关键作用。因此，我们必须审视土木工程教育的现状，寻找创新的途径，以适应新的市场需求和社会挑战。

本文旨在探讨土木工程教育面临的挑战，以及如何通过与计算机、互联网等新兴学科融合来解决土木工程教育面临的问题，并从中寻求教育改革与发展出路［1-4］。本文将首先探讨土木工程教育的传统优势与限制，然后讨论市场变化对该专业的影响，以及学生对土木工程专业的疑虑。本文将重点关注跨学科融合的机遇，探讨计算机技术在土木工程中的作用。之后将讨论教育改革和创新的方法，包括项目驱动学习以及培养学生的跨学科思维能力。通过本文的研究和讨论，希望为土木工程教育的未来提供有益的见解，促进这个传统领域的持续发展和创新。

2 土木工程教育的挑战

2.1 传统土木工程教育的优势与限制

在这一小节中，将探讨传统土木工程教育的优势，同时也要正视其面临的限制和挑战。

首先土木工程学科优势有以下几个方面：

（1）社会建设发展支持：传统土木工程为社会基础设kviNiHgbI/R7FX3FaTiklzTCu0fgnrU4QNIGRkmRzo0=施的建设和维护提供了坚实的支持，包括道路、桥梁、建筑物、水资源管理等领域，这些基础设施对社会的运转至关重要。从全球范围来看，建筑结构、道路桥梁等仍在不断建设和发展过程中，这离不开土木工程专业人员的参与。从国内发展角度，虽然近些年房地产市场遇冷，但土木相关基础设施和建筑结构的建设和发展工作仍在稳步向前，在国内大体量的需求下，土木工程专业仍是国家建设发展刚需。

（2）不可替代性：随着现代计算机、互联网，特别是人工智能技术的出现和不断发展，许多专业性工作逐渐被取代，人工智能领域与其他专业的融合不仅推动了传统专业本身的发展，也取代了一部分工作，这引起了部分从业人员和相关专业学生的担忧。但土木工程相关工作由于具有复杂的专业性，并且随着新兴技术的不断发展，土木工程专业在实际工程中的工作仍然相对复杂，在现阶段仍无法被人工智能所取代，其本身具有不可替代性。

目前土木工程专业所面临的挑战有：

（1）市场需求变化：近年来国内房地产市场发生巨变，人口结构逐步发生改变以及经济发展放缓等情况，社会整体对住房及商业用房需求整体降低，对于土木工程专业毕业生的需求不断减小，导致就业市场缩减。同时随着社会经济发展更迭，对建筑工程及基础设施等的需求不断提高，传统土木工程教育可能需要更新以满足这些新需求。

（2）课程更新困难：土木工程专业具有较长的发展历史，其学科建设已相对完善，但随着社会经济发展以及人们对于建筑和基础设施建设需求的改变和提高，传统土木工程课程可能不足以覆盖新兴领域和技术，在某些领域难以满足现有的需求，如智能基础设施和可持续建筑。因此，更新课程来跟上行业发展是一项挑战。

（3）就业前景疑虑：从国内角度来看，近几年国内经济增长放缓，城镇建设速度逐渐减慢，中大型城市对于住房和商用建筑需求较之前有所降低，使得学生和家长对土木工程专业的就业前景和吸引力感到担忧，尤其是在一些市场发生变化的情况下。这些问题不仅影响到土木工程专业的招生情况，还使得已有的土木工程专业学生在毕业之前寻求专业转换，以更换到更热门更具发展潜力的专业上。

从以上分析可以看出，土木工程专业作为曾经热门的传统工科专业，已经逐渐走出曾经的趋之若鹜，在现代社会发展的大背景下，其所面临的挑战不言而喻。

2.2 学生对土木工程专业的疑虑与挑战

随着国内经济发展结构转变，房地产整体下滑以及就业环境的改变，土木工程专业的吸引力似乎有所下降，学生对该专业的看法也发生了变化。土木工程专业学生对目前的就业前景、职业发展方向、与其他专业领域互通性等方面产生了疑虑。对于学生最关心的就业问题，尤其是针对相关职业类型的选择以及职业发展前景等问题上尤其突出。相对于科技领域如计算机科学、互联网技术以及一些老牌热门专业如金融、医学等，土木工程专业的吸引力相较于过去几十年迅速降低，学生认为其他专业和领域不管是在就业还是职业发展以及薪资待遇上更具有竞争力和发展潜力。此外，由于现代人工智能等新兴科学技术的产生和发展，部分学生对于人工智能对土木工程专业工作的可替代性产生了质疑。同时也担心传统工科专业与计算机等前沿技术脱轨，滞后于最新的技术与趋势，无法满足未来社会发展的需求，且一些学生希望获得更多与数字技术和计算机科学相关的知识。

专业环境的改变以及学生对土木工程专业的疑虑都反映了目前土木工程专业教育所面临的挑战。首先，为了向学生传达土木工程专业的价值和发展潜力，应该努力提高专业吸引力。同时，为了从根本上提高土木工程专业的竞争力，应对市场以及社会发展变化，土木工程教学本身应不断发展更新，不仅要发展本学科的教学方式、专业知识以及考核方式等，还要将传统学科教学与新兴学科和前沿科技等相结合，这不仅有助于提高专业学生的竞争力，还能够保持土木工程专业的新鲜度。另外，应积极推动交叉学科以及跨学科融合发展，以培养具备多样性和前沿性的土木工程专业毕业生，提高其在就业市场的竞争力。理解并应对学生的疑虑和教育界面临的挑战，是确保土木工程专业持续发展和吸引力的关键因素。

3 跨学科融合的机遇

随着计算机技术的不断发展以及人工智能的兴起，越来越多的专业性工作被取代，同时也有更多专业性工作借助新兴科技实现迭代更新并发展出许多分支学科。目前，国内外高校通过跨学科融合对专业教育进行改革，使得如土木工程之类的传统专业借助新兴技术焕发出新的生命力。土木工程专业与计算机等新兴学科看似截然不同的领域，但在实际应用中可以建立深刻的联系。首先，计算机能够为土木工程相关计算提供有效手段，计算机模拟和建模技术在土木工程专业研究和设计工作中发挥着关键作用，且逐步具有不可替代性，其在帮助学生和专业工程师预测结构反应、分析设计方案等方面都起着关键作用。其次，随着人工智能技术的兴起和发展，不断有相关研究人员将这一新兴科技融入不同学科领域中，以土木工程专业为例，已有相关研究借助人工智能实现简单的建筑结构设计，并且在未来必定会接管更多的专业性工作。最后，土木工程技术的发展与计算机等密切相关，通过编程、模拟等解决工程问题已经成为现代土木工程应用的主流之一，因此土木工程专业与计算机、人工智能等专业密切相关。

社会经济发展是实现跨学科融合的内在驱动力，专业环境以及市场需求改变是跨学科融合的必然结果。目前国内许多高校已经开设了交叉学科等不同方向，将计算机等新兴专业与传统工科专业相结合。以同济大学为例，土木工程作为其传统王牌专业，随着近几年房地产环境改变，专业遇冷，学校主动寻求教学改革以及专业方向改变，在保证传统教学的基础上积极引入计算机和人工智能等专业。尽管从长远角度来看跨学科融合具有广阔的发展前景，但在教学中实现这种融合也面临着一些挑战。首先，从教学角度，教师本身需要在具备扎实专业能力的同时，还要涉及相关计算机领域知识，这对于专业授课教师本身具有一定的挑战。其次，跨学科融合并不是简单将两个学科的专业知识打包教学，而应该针对土木工程专业具体问题和实际应用方向上寻求学科之间的互补互长。这些不仅要求学校更新课程，改进教学方法，加强跨学科合作，同时也要确保学生能够掌握不同领域专业的核心知识和技能，而不会产生较大负担，以应对未来不断变化发展的就业市场，并为未来的工作和工程实践做好准备。

4 教学方法的创新

4.1 项目驱动学习

项目驱动学习是指通过将实际项目引入教学中，并将知识点引入项目运行中实现教学与实践相结合，帮助学生更直观感性了解和学习相关专业知识，并对其实际应用有所了解，对于工科以及实践类专业具有明显优势［5］。项目驱动学习在土木工程专业教学中具有较大的发展潜力，尤其是在跨学科融合领域，将计算机科学和人工智能等融入相关专业知识学习。传统土木工程专业教学通过大量理论知识学习，以及试验课程帮助学生完成相关专业知识的学习。但土木工程专业具有较强的实践属性，许多毕业生进入实际工程岗位后，对于曾经学习过的专业知识缺乏实际运用能力。而项目驱动学习强调实践能力的培养以及实际工程项目的综合应用，能够帮助学生在学习专业知识的同时锻炼其实践能力。

随着技术与需求的不断发展，许多实际工程中涉及土木工程专业与计算机、人工智能等专业的交叉融合。例如房屋智能检测中无人机的应用，建筑结构设计中编程的应用以及智能监测和大数据分析等。通过在教学中引入交叉学科实际项目工程，在教授专业知识的同时，帮助学生直观理解交叉学科在实际工程中的应用方式，学生可以在解决实际问题的过程中加深对于计算机科学和本专业知识的学习和理解。这种创新方法不仅使学生更好地理解和应用土木工程知识，还使他们具备了适应未来工程领域快速发展和变化的能力。

4.2 培养跨学科思维

培养学生的跨学科思维是现代土木工程教育的关键任务之一，特别是在与计算机和互联网专业之间的交叉学科问题愈加突出的情况下。

（1）交叉学科课程设计：创建跨学科课程，将土木工程与计算机科学和互联网技术融合在一起。这些课程可以涵盖计算机建模、数据分析、虚拟实验和互联网应用等方面，鼓励学生学习多个领域的知识并将其整合到项目中。相关专业课老师应涉猎相关交叉学科的知识，并能够熟练运用，以帮助学生理解和掌握相关知识。

（2）跨学科项目团队：组建跨学科的项目团队，由土木工程、计算机科学和互联网专业的学生一同参与。这样的团队将不同背景的学生汇集在一起，迫使他们学会理解和学习不同学科的观点和方法。同时应以实际工程优先，通过将不同专业知识融汇在实践项目中，不仅能够帮助学生理解理论知识，还能够提高其实践综合素养。

（3）实际项目经验：鼓励学生参与实际项目，特别是那些涉及计算机和互联网技术的项目。这些项目可以包括智能城市规划、建设智能化建筑或开发基础设施监测系统等。通过亲身参与，学生将学会如何将不同学科的知识应用到实际问题的解决中。

（4）跨学科研究：鼓励学生参与跨学科研究项目。这可以包括与其他学科的教授或研究人员合作，共同研究解决复杂问题的方法。通过研究，学生将更深入地了解不同学科的互动和协作。

（5）综合性项目：设计综合性的毕业项目或综合性考试，要求学生综合应用土木工程、计算机和互联网技术的知识来解决复杂的工程问题。这样的项目可以考核学生的跨学科思维和解决问题的能力。

（6）跨学科研究中心：以学校为中心，通过校级之间、院级之间建立跨学科教学与研究中心，旨在提升跨学科之间的交流与合作，促进跨学科融合。通过跨学科间教师与项目交流，建立专业课教授与学生学习实践重要平台，并推进校企联合，积极实施项目推动学习建设。

跨学科思维的培养与训练不仅取决于专业课教师和学生，更重要的是从学校层面给予支持和推动，通过跨学科课程建立、教学改革、项目牵引、课题研究相联合，学生可以更好地学习和理解各学科之间的联系，培养学生的跨学科思维，从根本上培养学生将不同学科领域应用在本专业中的潜力，并且使学生同时具备多学科综合素养。这样的教育模式不仅有助于学生的个人发展，还有助于推动土木工程领域的创新和进步。

结语

现代土木工程专业面临的挑战以及市场和社会环境改变，使得土木工程专业教育应寻求突破与创新以适应这种改变。计算机和人工智能等新兴科技的发展给予了土木工程这类传统工科专业革新的机会，跨学科融合在现代专业教育中具有关键地位，有助于为土木工程专业寻求新的发展机会。本文通过讨论传统土木工程专业面临的挑战和机遇，从跨学科融合的角度讨论了目前专业教学中可以进行改进的方向，以提高学生的综合素养和土木工程专业的吸引力并优化其就业前景。

参考文献：

［1］余颂平，程书林，陈发军.跨学科综合创新设计教育的理论与实践［J］.高等工程教育研究，2017，2（4）：33-39.

［2］李俊，赵德刚，杨林，等.土木工程本科专业发展与教育改革研究［J］.教育教学论坛，2019，36（9）：119-122.

［3］王晓峰，肖江.土木工程教育中跨学科课程融合的实践与探索［J］.实验室研究与探索，2016，35（7）：187-191.

［4］张庆龙，李子明，张卫东.计算机与土木工程交叉学科研究与教学改革［J］.中国高等工程教育研究，2018，9：30-34.

［5］孙兆云，黄艳红.基于项目驱动学习的土木工程教育改革研究［J］.实验室研究与探索，2019，38（3）：69-72.

作者简介：宋戈（1992—），男，汉族，江苏徐州人，工学博士，讲师，研究方向：防灾减灾工程及防护工程。