基于知识图谱创新的土木工程人才培养模式研究

［摘 要］ 土木工程专业是典型的传统工科专业，在新工科快速发展背景下，相关学科的知识结构已产生较大变化，新技术、新方法、新工艺大量涌现，产业结构持续调整，技术革新层出不穷。基于传统专业课程的知识图谱，已不能满足行业新型技术人才的需求。因此，基于先进技术需求的知识图谱数据库建设工作亟待补充。研究课题结合互联网平台与AI技术，以企业需求为导向，建立新型土木工程人才培养交流平台将有利于促进学生与企业的交流，并了解用人单位的需求，通过知识图谱引导学生在高校期间获得行业紧缺人才的专业技能。同时，平台的建立有利于促进校企合作，推进高校人才培养模式的创新改革。

［关键词］ 知识图谱；新工科；人才培养；AI技术；校企合作

［基金项目］ 2019年度江西省学位与研究生教育教学改革研究课题“‘双一流’建设背景下土木工程学科研究生科研实践创新培养模式研究”（JXYJG—2019—016）；2022年度教育部产学合作协同育人项目“知识图谱开发与数字化虚拟仿真结合的协同育人实践基地建设”（220905019204617）；2022年度江西省高水平省级本科教学团队“土木工程创新实践教学团队”； 2022年度南昌大学创新创业教育类教学改革研究课题“基于知识图谱开发的交叉复合创新创业人才培养研究”（NCUSCJG—2022N56）

［作者简介］ 陈宝魁（1982—），男，辽宁沈阳人，博士，南昌大学工程建设学院副教授，主要从事结构抗震研究；熊进刚（1970—），男，江西樟树人，博士，南昌大学工程建设学院教授（通信作者），江西省土木工程创新实践教学团队负责人，主要从事建筑结构抗震研究。

［中图分类号］ C961 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2024）42-0001-04 ［收稿日期］ 2023-07-11

在新一轮的科技革命浪潮以及“中国制造2025”的产业发展背景下，装配式建造、智能与绿色建筑，以及新材料在土木工程中的应用等技术，正在改变着土木工程行业，也对从业者提出了更高的要求［1］。住房和城乡建设部等多部门联合印发的《关于推动智能建造与建筑工业化协同发展的指导意见》指出，将全面提高建设工程行业的信息化水平，着手提高大数据、区块链、云计算、BIM信息技术的综合集成能力［2］。然而，作为行业人才培养基地的本科及专科学校，其培养方案仍沿用传统教学培养模式，学生所学的知识技能已不能完全满足市场对专业人才的需求，造成部分新兴产业人才紧缺的现状。因此，人才市场上出现了企业无法获得符合自身需求的新型土木工程人才，而部分毕业生亦存在就业压力的现状［3-4］。这些问题究其根源是因为近些年伴随新工科发展的趋势，不断有新材料、新技术、新工艺在产业中被应用，行业技术变革加速，造成行业与高校培养机制的不协调发展，行业与人才的供求脱节，致使复合型人才、特长型人才极度匮乏，从而影响了行业发展与技术推广。

面对建筑行业快速变革的背景，如何使土木工程从业者打破传统的学科壁垒，掌握更加合理且完备的知识技能，适应建筑行业快速发展的需要，是当前土木工程人才培养亟须解决的问题［5-6］。针对上述问题，我们提出了运用当前成熟的互联网平台为土木工程相关从业者建造一个基于知识图谱构建的网络平台。平台中相关企业可以通过所需人才必备技能，构建自己的知识图谱，从而为寻找相应人才以及培养所需人才指明方向。而从业者和学校则可以通过企业发布的知识图谱来了解市场对于人才的需求，以便调整培养方案及相关课程，通过这种供需关系的快速信息交换，来解决供需关系中的矛盾，培养符合当下需求的新型土木工程专业人才。

一、知识图谱的概念与创新改革

知识图谱是通过将应用数学、图形学、信息可视化技术、信息科学等学科的理论、方法与计量学引文分析、共现分析等方法相结合，利用可视化的图谱形象地展示学科的核心结构、发展历史、前沿领域以及整体知识架构，达到多学科融合目的的现代理论。直白来讲，就是帮助学生获得专业技能的学习方法。

当下的教育培养模型在一定程度上也可以理解为基于知识图谱构建的，但仅是基于表层的知识图谱理论，无法实现系统的体系构建以及知识图谱的快速更新，这就对人才的培养造成了困扰。针对上述问题，本研究通过与在校学生及企业进行访谈，总结提出以下几个问题：（1）高校现有专业课设置是否仍能满足行业发展的需求。（2）如何让企业参与人才的培养，选拔与培养急需的工科人才。（3）如何利用互联网与人工智能资源，实现合理的自主求学、自助学习。因此，本研究创新性提出构建一个满足学科交叉需要，培养复合型人才的知识图谱智慧平台。该平台将以企业与行业需求作为导向，提出了以问题为线索的学科知识图谱；以高校与教师作为技术支撑，建立多学科知识合理排列的“技能树”，为学生厘清自主学习的思路与线索；以学生作为主体，驱动知识图谱的发展与优化。创新知识图谱的完善有利于提升学生的就业竞争力，并为新兴产业提供急需的复合型人才。

本科培养方案是高等教育思想和理念的集中体现，课程体系的构建是其核心，也是本科教育的基础，课程构建的好坏体现着高校教育质量的高低［7-8］。因此，院校人才培养方案必须与市场需求相匹配，院校的人才培养方案必须及时地依据市场需求做出适当的调整，以便大学生学习到的知识可以很好地运用到工作中。这样不仅可以提高大学生的就业率，而且会大幅度提高人们对高等教育的评价。因此，本研究提出的创新知识图谱智慧平台，既有利于促进工科专业本科生教学培养方案与教学方法的改革，又有利于学生按照职业规划自主设计学习方案，增强自身的学习与专业能力。

二、创新知识图谱构建方法

伴随新技术、新材料、新工艺的不断研发，以及国家提出建筑行业绿色可持续性发展的指导方针，一些新的结构形式、设计方法与分析技术快速发展，如装配式结构的设计与施工、工程施工的BIM管理、结构分析软件的二次开发与自主研究等。面对新的产业需求，掌握新技术的工程师与从业人员严重匮乏，同时应届毕业生缺乏对新知识的掌握，不能与企业需求衔接，从而造成专业人才稀缺，甚至影响了国家对装配式结构物推广与应用的步伐。如图1所示，目前本科教学内容与新工科背景下的行业需求存在空白区域，需要构建新的知识图谱串联。

基于新工科发展现状重建知识图谱，实现人才培养与技术需求的合理对接势在必行。首先，该部分内容研发阶段拟聘请各工科行业的专业教师、企业人事部门与专业工程师共同探讨毕业生的技能需求，厘清新技术与新工艺配套人才需求的知识储备。其次，补充高校现有课程设置与专业培训的漏洞，增加必要的跨专业知识点。再次，关联新增与原有知识点的构架（学习顺序与课程深度），建立新的知识图谱。最后，明确新工科建设背景下专业必修课、专业选修课、自学课程的设置并整合学习资源，形成知识图谱的“技能树”与资料检索功能。

三、资源开放型多方交流平台建设思路与价值

随着当前互联网与AI大数据的快速发展，为我们解决这一问题提供了新途径，通过建立一个互联网平台，将围绕高校、企业、学生三个方面进行布局。

1.高校方面。高校可以为平台提供最新的科研成果与优秀的教学资源，供平台中的学生自行学习；也可以通过平台实时了解社会对人才的最新需求，及时调整培养方案，培养出符合社会需求的人才。同时，高校可以通过平台，找到合适的企业，并与企业展开合作，为学生提供实习、科研等参与实践的机会，从而实现高质量人才的培养［9］。

2.企业方面。企业可以实时上传当前市场对相关行业人才的最新需求，以及参与相关工作所必须掌握的技能，为高校学生提供实习的机会，使学生提前了解社会对人才的需求。同时，企业可以在线方式对学生及高校提出的关于就业问题进行及时解答，这样不仅有利于企业寻求人才，也有助于社会对人才的培养。

3.学生方面。学生可以通过平台获取高校相关专业的学习资料以及企业对本专业人才的最新要求，可以及时根据市场对人才的需求学习相关的专业技能，以便就业时更好地适应社会需求。同时，对于学业以及职业规划中所遇到的问题，也可以通过平台对相关企业以及高校进行询问，通过相关人员的解答实现知识的增长。

综上，本文提出一个知识图谱智慧平台，该平台是依托AI与互联网，服务于人才培养与校企对接的大数据平台，平台统筹学校、企业、学生之间的关系。平台通过企业发布的行业人才信息、企业要求从业者所需掌握的基本技能，以及相应的算法实现知识图谱的构建，并通过大数据的强大分析能力实现知识图谱的不断优化。企业以及学校则可以通过相应的知识图谱，快速获取行业对人才的最新需求，并及时调整培养方案，掌握市场所需就业技能，从而实现人才培养与市场需求的快速对接。

四、实现知识图谱的个性化设计

在知识图谱智慧平台完成了以上两个阶段的发展后，将有可能进一步把知识图谱资源打造成为一个巨大的数据库。基于高校、企业对复合型及特殊人才的培养与需求，不断扩充知识图谱内容，通过知识图谱的供求关系必然可以使知识图谱形成更加完备的体系。

随着知识图谱的发展，个性化的设计将被需求；同时，更合理、更高效的知识图谱将有利于人才的培养，从而形成一个良性发展循环，真正地使知识图谱智慧平台成为一个被更多人所熟知，对更多人有用的培育新平台。

此外，当知识图谱达到了庞大的数量后，通过计算机的智能学习功能，可以为不同专业、年级、就业目标的学生提供量身打造培养方案（多知识图谱耦合）的功能。知识图谱个性化设计功能必将是平台最大的使用群体——学生更加喜欢知识图谱智慧平台。随之而来便是品牌化的进一步发展与升华，使知识图谱智慧平台成为如微信、百度等互联网品牌资源一样的不可或缺的网络工具。

五、校企共赢、人才自主学习的立体培养模式

为实现以学生为中心的教学理念［10-11］，通过知识图谱智慧平台可以实现优质学校与优质企业的快速对接，形成校企对接培养的新模式，企业可以提供实习场地以及资源，让高校学生充分了解行业不同类型企业的工作状况，为当下学习树立现实目标，也为今后就业开拓思路。同时，培养学生的自主学习意识与能力，通过了解行业技术需求，利用知识图谱资源，实现学生自主选择培养方案与专业技能。

高校的相关实践类课程也可以通过平台与相关企业达成合作协议，企业不仅实现了自身品牌与文化价值观的宣传，也为高校提供了实习基地，为学生提供认识实习以及毕业设计选题等方面的支持。工科人才的培养离不开校企间的共同培养，学生通过实践不断积累经验，并巩固理论知识，将所学知识运用到社会生产实践，并从中收获成就感，从而激发学生学习的热情。基于平台实现的校企合作机制，可以更好地实现土木工程专业人才的培养，构建一个校企共赢、人才自主学习的立体培养模式。

结语

面对高校人才培养与行业发展错位而造成人才供求脱节问题，本文创新性提出构建一个满足学科交叉需要，培养复合型人才的知识图谱智慧平台。简要介绍创新知识图谱工作的重要性与实施方法，实现人才培养与技术需求的合理对接。基于创新知识图谱改进工作，利用网络化共享技术，建立一个高校、企业、学生交流对接的资源开放型多方交流平台。本文提出的“知识图谱智慧交流平台”，不仅有助于实现人才培养与市场需求的快速对接，还有利于推进校企合作与学生自主学习模式的建立，甚至可以将知识图谱智慧平台打造成如微信、百度等互联网品牌的重要网络工具。

参考文献

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（2020-07-03）［2023-06-01］.https：//www.gov.cn/zhengce/zhengceku/2020-07/28/content_5530762.htm.

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［10］张伟，郑俊杰，严有为.论“以学生为中心”的课堂设计与教学方式［J］.高等建筑教育，2012，21（5）：64-67.

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Research on the New Civil Engineering Talent Training Model Based on Knowledge Graph Innovation

CHEN Bao-kui， XU Yan-qing， XIONG Jin-gang， WEN Ming

（School of Infrastructure Engineering， Nanchang University， Nanchang， Jiangxi 330031， China）

Abstract： Civil engineering is a typical traditional engineering major， under the background of the rapid development of new engineering， it’s knowledge structure of related disciplines has undergone great changes. New technologies， new methods， new processes have emerged in large quantities， the industrial structure has been continuously adjusted， and technological innovations have emerged in an endless stream. Based on the knowledge graph of traditional professional courses， it can no longer meet the needs of new technical talents in the industry. Therefore， the construction of knowledge graph databases based on advanced technology requirements needs to be urgently supplemented. Combining the Internet platform and AI technology， guided by the needs of enterprises， the establishment of a new civil engineering talent training exchange platform will help promote the communication between students and enterprises， understand the needs of employers. Through the knowledge graph’s "guidance， students can obtain the skills of talents strongly needed in the industry during the study period of colleges and universities. At the same time， the establishment of the platform is conducive to promoting school-enterprise cooperation and the innovation and reform of the talent training model of colleges and universities.

Key words： knowledge graph; Emerging Engineering Education; talent training; AI technology; school-enterprise cooperation