工程管理专业“数字+”实践教学改革与成效分析

谢琳琳，黄玉翠

（华南理工大学，广东广州 510641）

随着新一轮科技革命和产业变革的持续推进，我国正在全面推进“数字基础设施化、基础设施数字化”，加快引导建筑业与数字技术的深度融合。在宏观方面，建筑业数字化转型催生出了“智能交通”“智慧城市”“智慧水务”和“数字城管”等新业态；在微观方面涌现出了建筑信息模型技术员、智慧施工、数字造价、智能运营等新职业和新岗位。数字化工程管理是建筑行业数字化转型过程中不可或缺的重要组成部分，是指利用数字化思维完成建筑工程项目全生命周期的计划、组织、指挥、协调和控制，这对工程管理人才的数字化能力提出了全新的要求。数字化工程管理人才需要掌握管理科学与工程、计算机科学与技术等相关领域的理论、方法和工具，具备“数据驱动工程”的能力，能够利用数字技术在数据挖掘、建模仿真、管理决策等方面的优势解决复杂工程问题。2021 年11 月，中央网络安全和信息化委员会印发《提升全民数字素质与技能行动纲要》，明确提出将“培育创新型数字人才、复合型数字人才、数字技术工程师”作为主要任务。然而，目前数字化工程管理人才的供给数量和能力难以满足行业需求，培养既具备扎实的基础知识、又能满足行业数字化转型需求的数字化工程管理人才已成为当务之急。因此，如何回应建筑业数字化转型的发展诉求，通过实践教学带动学生基础知识、数字技能和数字管理能力的融合发展，利用数字技术突破传统实践教学面临的资源匮乏、内容碎片化和深度不足的困境，探索一条数字技术赋能实践教学体系的新路径，成为亟须解决的问题。

1 工程管理专业“数字+”实践教学改革诉求

1.1 实践教学以知识输出为目的，忽视学生理论知识与实践能力的同步培养

教师在实践教学过程中易陷入一种固有的教学思维，即将知识的“输出”作为实践教学的主要目的。然而，如果学生只是被动地接受教师所传授的知识，会缺失积极主动思考的能力。学生学习数字技术的目的除了积累数字技术相关知识外，还在于获得利用数字技术解决实际工程问题的能力。与此同时，数字化技术的发展改变了传统以文字、图片、视频为主的知识载体形式，取而代之的是利用VR、BIM、物联网等数字技术为学生创建结构化、沉浸式的虚实结合实践平台。基于数字技术的实践平台能够将抽象的概念具象化、内在关联的知识点外显化，让学生依据具体的情境与问题进行知识的“输出”[5]，给学生知识应用、内化和外显提供更多的弹性机会，促进学生专业知识与实践能力的融合发展。由此可见，数字技术与实践教学的融合不仅能让学生在实际操作中学习和应用数字技术，培养学生“数据驱动工程”的能力，还能突破传统实践教学的局限，利用丰富的数字化资源激发学生的学习兴趣并帮助他们更好地理解知识点。

1.2 实践教学内容以单一课程知识为主，制约学生构建网络化知识体系

工程管理专业涵盖了技术类、经济类、管理类和法律类的专业基础课程，涉及的知识范围广且难度较大，长期存在学科知识的多样性与教学内容的协同性之间的矛盾。例如，建筑结构类、施工技术类和造价管理类课程设计往往独立进行，导致学生所学的知识呈现出碎片化、零散化、泛化的态势[6]，所掌握的技能孤立、不连贯，综合运用多学科知识解决实际工程问题的能力不足[7]。由此可见，这种围绕单一领域知识设置实践教学内容的方式，使学生所构建的知识结构呈现出程序化、线性化和机械化的特征，难以满足解决日益复杂的工程问题需要。而数字技术在可视化、一体化、数据化、仿真性和协调性等方面具有显著优势，一方面能够利用建筑信息模型开发一个能够集成工程实体信息、场地与环境信息、项目管理信息等建筑工程信息的综合性实践案例，解决多专业实践教学内容横向链接所带来的教学案例开发困难、数据量膨胀等问题；另一方面能够突破时间和空间的限制，在调度（4D）、成本（5D）、能源（6D）、运维（7D）等领域纵向链接项目全生命周期需要掌握的知识技能，开展虚拟仿真实训，引导学生综合运用多种学科的基本理论、方法和工具来认识、分析和解决复杂工程问题，构建网络化的知识体系。

1.3 实践教学模式以现场观摩为主，不利于学生解决实际工程问题的能力的提升

认识实习、生产实习和毕业实习等以现场教学为主的实践教学，通常是由教师带领学生前往工程现场展开实习实训，然而由于技术指导人员不足、企业对隐私采取的保护、接待条件有限、工程进度不一等原因[8]，学生在时间较短、次数有限的现场实习中只能得到片面的理论知识和专业技能训练，难以系统掌握复杂节点设计、施工工艺流程优化、施工组织设计等核心专业技能，时间和空间的限制也让学生难以对工程项目全生命周期的整个流程或整体业务知识形成系统且完整的认识。“数字+”实践教学旨在突破线下实训在时间、空间和资源方面的限制，充分开展以数字技术为载体、以数字资源库为支撑、线上线下有机结合的混合式实践教学模式[9]，为学生提供大量的虚实结合综合实践训练机会，形成“教师—学生—企业”三方联动的学习共同体和实践共同体。

2 工程管理专业“数字+”实践教学改革路径

2.1 搭建虚实结合的“数字+”实践教学平台

为支撑面向项目全生命周期的“数字+”实践教学内容，学校还应配备能够基本满足工程项目全生命周期建模、管理和仿真的软硬件资源，为实践教学和科研项目提供支持。本文以华南理工大学的省级实验教学示范中心——建筑全生命周期管理虚拟仿真中心为例，对“数字+”实践教学平台所需的主要软硬件配置进行说明。硬件设施主要包括教学用PC 机、3D 同步信号发射器、3D 主动立体眼镜、人体及手势识别跟踪设备、三维激光扫描仪、无人机等，应用软件主要包括工程造价技能综合实训课程软件、施工组织设计技能综合实训课程软件、工程项目施工管理沙盘模拟实训课程软件、BIM 5D 智慧工地虚拟实践和安全事故模拟系统、智慧工地现场管理模拟系统等，同时配备强大的后台数据库支持，能够为工程管理、土木工程、水利水电、交通运输等多个专业提供虚拟现实实践教学支撑，以此实现多专业的交互配合。

“数字+”实践教学平台既能开设独立的虚拟现实体验课程，也能穿插在工程管理专业的各个实践教学环节中，如图1 所示。在设计阶段，该建筑全生命周期管理虚拟仿真中心能够利用BIM 技术进行快速建模、基本财务分析和环境影响评价，并利用VR 和AR 技术使得开展综合实训的项目团队更好地理解项目设计的细节，让学生制定碰撞检查、管线优化等协同设计方案，还可以在三维环境中展示不同结构部位的受力，通过动画模拟力在结构中的传导情况，使学生对于结构设计有更加直观、深入的理解。在施工阶段，可以利用VR 和AR技术对施工工艺流程和复杂节点工艺进行重点展示，进而鼓励学生检验施工方案的可行性，对施工方案的优化形成自己的想法；还可以利用MR 技术提供沉浸式的施工技术交底，通过模拟工人在建筑物中活动，要求学生提前识别施工中可能遇到的高处坠落、物体打击、火灾爆炸等安全隐患，让学生提前做好施工安全应急预案，促进学生树立规避安全风险的意识。在运维阶段，主要是在虚拟空间模拟运维人员，通过漫游功能掌握建筑各个部位的情况，用于制定合理的运行和维护方案，以及灾难情况下的人流疏散方案。

图1 工程管理专业“数字+”实践教学体系

2.2 设计面向项目全生命周期的“数字+”实践教学内容

BIM、物联网、大数据、移动互联网等数字技术在建筑全生命周期的协同设计、能源模拟、施工仿真模拟、计量与计价、碰撞检查、运行维护等方面具有巨大的应用价值。由此可见，数字技术与工程管理专业课程之间存在一定的映射关系，例如BIM 技术在施工仿真模拟方面的应用能够很好地整合施工技术类和项目管理类的课程，并实现其他课程与信息技术类课程的有效融合。因此，在专业核心课程的实践教学环节中，引入BIM+VR/AR/MR 等信息技术开展虚拟仿真实践教学，流水式串联决策、设计、招投标、施工、运营维护等工程项目不同阶段的核心业务，通过促进各类课程教学内容的横向联合以及工程项目全生命周期知识技能的纵向贯通，构建面向项目全生命周期的“数字+”实践教学体系，能够有效实现理论知识、数字化能力和实践能力之间的相互促进、相互融合、相互补充，从而帮助学生形成“网状”的知识结构体系。

考虑到学生对知识和技能的掌握是一个从局部到整体、从简单到综合的过程，需要基于逐层递进与综合集成相结合的原则构建面向项目全生命周期的“数字+”实践教学内容[10]。大一、大二主要是让学生理解数字技术的概念、掌握数字技术应用现状和发展趋势和了解主流的应用软件，并将数字建模技术引入设计类、识图类、结构构造类专业课程的实践教学过程中，让学生根据设计图纸创建建筑、结构、安装的三维模型，以便更好地理解钢筋节点、幕墙节点等复杂构造节点的设计要点；与此同时，还可以利用数字技术辅助认识实习和生产实习，例如基于BIM+AR/VR 构建一个三维可视化、实时交互、动态模拟的建筑信息模型，通过施工动画、施工进度模拟、施工工艺模拟等动态模拟手段将工程项目全生命周期的信息要素真实、直观、全面地展示给学生，以此构建一个数字化虚拟实践教学空间。大三、大四的学生主要是利用数字技术对实际工程问题进行模拟仿真，一方面开展施工技术类、工程造价类、项目管理类的课程实践教学和课程设计，这一阶段的实践教学遵循自主发现问题、自主提出问题和自主解决问题的原则，由教师将课程设计分解为若干个知识点，一对一给予学生训练指导；另一方面可以通过设计一个综合性、系统性的虚实结合实践教学案例贯通工程管理专业大部分的课程内容，开展涵盖协同设计、计量计价、招投标、施工管理、项目管理的一体化综合实践教学，这一阶段通过将孤立的课程设计转变为相互嵌套的综合实训，由学生以小组的方式自主提出实际工程问题的解决方案，并由教师在教学前、中、后3 个阶段穿插多次测试以提升学生对理论知识的理解力和吸收率，由企业高级工程师对学生成果进行评价[11]，以此帮助学生积累丰富的实践经验，培养学生的专业核心能力、综合实践能力和解决工程实际问题的能力。

2.3 构建“4+1+1+1+N”的立体式“数字+”实践教学模式

“4+1+1+1+N”混合式“数字+”实践教学模式指的是，基于数字技术开展“4 个工作坊+ 1 项学科竞赛+ 1 个资源库+ 1 门数字技术课程+ N 场讲座”的实践教学活动。“4 个工作坊”是以虚拟实训为核心、以学生为主体、以解决工程实际问题为导向的综合实践教学模式，除了传统的教师讲授，工作坊更注重邀请广联达、品茗、斯维尔等企业提供数字化解决方案的工程师参与教学过程，通过设计开放式和非结构性问题引导学生主动参与，允许学生从不同的视角、思路、方法和手段来获得多个解决问题的路径。

“1 项学科竞赛”是指学生在教师指导下至少参与一个学科竞赛或创新创业训练，例如全国大学生数字建造与工程管理创新竞赛、全国大学生工业化建筑与智能建造竞赛、全国高等院校学生“斯维尔杯” BIM-CIM 创新大赛等。“数字+”学科竞赛为学生提供了一个“以赛促教、以赛促学、以赛促用”的线上综合实训平台，竞赛内容包括数字规划与设计、智慧生产与施工、建筑全流程BIM 应用等，基本涵盖了项目全生命周期管理的知识点和实践技能。学生跨专业联合参加“数字+”学科竞赛能够有效解决高校软硬件教学资源不足和实践教学学时有限的问题，充分锻炼学生的实践能力、自学能力、数字技术应用能力和团队协作能力。

“1 个资源库”是指基于校企合作打造教学资源库，以提高实践教学质量。实践教学离不开配套的教学案例，而企业拥有丰富的工程案例资源、数字技术应用案例资源和技能培训资源，高校可以在企业资源的支持下不断丰富与数字技术相关的案例库、教材库、模型库和专利库[12]，并在线上教学平台发布高质量的施工现场视频、专业软件教学视频、招投标文件、设计图纸、现行相关行业标准和规范等资料，一方面为教师、企业和学生搭建一个互通互融、共享共赢的信息共享平台[13]，逐步模糊课堂知识与工程实践、高校与企业之间的知识边界，另一方面为形成“数字+”实践教学共同体和产学研一体化生态提供有力支撑，实现数字资源赋能实践教学的高质量发展。

“1 门数字技术课程”是指学生至少选修一门数字技术类课程，例如工程大数据分析与处理、工程软件系统设计与开发、区块链经济与资产管理、智能设计中的知识管理、智慧工地运营与管理，为培养学生的软件应用能力、系统开发能力和数据分析能力提供课程支持，实现“专业课程+项目实践”的“两条腿走路”实践教学模式。“N 场讲座”是指学校可以通过定期举办讲座或学术沙龙活动，邀请海内外名师、行业专家和企业高工开展土木工程学科系列讲座、工程管理学科系列讲座和智能建造前沿讲座等，为学生营造一个正式与非正式相结合、线上与线下相结合的学术交流和答疑解惑的沟通平台，不断开阔学生的视野，激发学生的学习兴趣。

3 工程管理专业“数字+”实践教学效果分析

华南理工大学于2016 年成立建筑全生命周期管理虚拟仿真（BIM）中心，依托软件仿真实验平台、项目管理沙盘、沉浸式多人协同虚拟现实系统、无人机及三维激光扫描仪等实验平台，形成了以“虚拟实验”+“数字建造”为特色，以建筑信息模型（BIM）建模与信息管理模块、建筑全生命周期虚拟仿真模块、建成环境数据采集模块3 个教学模块为架构的数字化实践教学体系，为工程管理专业10 门主干课程的实践教学提供支撑。本文以华南理工大学2019—2021 级工程管理专业的本科生为研究对象，采用问卷调查和半结构化访谈相结合的方式，分别从“数字+”实践教学的教学内容评价、能力培养效果评价、满意度评价、改进建议4 个方面评估“数字+”实践教学改革的实施效果[14,15]。本次参与问卷调查的学生一共有59 名，以SPSS 22.0 对问卷数据的信度与效度进行分析，Cronbach’s α 系数为0.977，KMO 值为0.928，均通过检验，具体实施效果评价情况如表1 所示。

表1 “数字+”实践教学实施效果评价

实施效果评价结果表明：在教学内容方面，相较于传统教学模式，有69.5%的学生认为“数字+”实践教学能够帮助其更好地理解项目全生命周期的专业知识，有72.9%的学生认为“数字+”实践教学能够更好地实现专业知识与工程实践的结合，有71.2%的学生认为“数字+”实践教学能够接轨建筑行业的前沿数字技术，有72.9%的学生认为“数字+”实践教学切实地反映了社会和企业对工程管理专业人才的实际需求。由此可见，“数字+”实践教学的教学内容具有较好的完整性、实践性、前沿性和需求性。整体来看，“数字+”实践教学的满意度较高（占比为73.4%），在趣味性、丰富性、希望继续使用、希望更多使用4 个方面的均值都在4.1 以上，并且在开放式问题中，有93.2%的学生更喜欢“数字+”实践教学模式。

在能力培养方面，“数字+”实践教学对学生数字技术应用能力（占比为69.5%）和创新能力（占比为67.8%）的培养效果较好，对专业知识掌握能力、解决实际工程问题能力、自主学习能力3 种能力的提高效果不显著。但是学生在开放式问题（您认为“数字+”实践教学是否能够提高学习效率？）中表明：“数字+”实践教学能够帮助自己“学习更多课外知识”“拓展学习的维度”“充分地利用课余时间进行自主学习”“让专业知识更加可视化和直观化”“有助于对知识的理解和掌握”“提高了具体的操作实践能力”等。总的来说，“数字+”实践教学不再局限于传统的教材知识和课堂教学学时，有效地拓宽了学生知识面、延长了学习时间，并且让专业知识以一种可视化的方式直观地展现出来，提高了知识的可记忆性、可理解性和可操作性。因此，专业知识掌握能力、解决实际工程问题能力、自主学习能力的培养效果不显著的原因可能在于“数字+”实践教学的学时占比较少，学生在开放式问题（请您根据“数字+”实践教学的具体实施情况，给我们提一些建议）中也提出：希望“多增加实践教学内容”，目前“数字+”实践教学仍然存在“对应的课程课时较少”“教师操作演示多于学生动手实践”等情况。

由以上分析可知，“数字+”实践教学在教学内容的认可度、能力的提升、教学模式的满意度等方面，相较于传统教学模式显现出了一定的优势，但根据问卷调查中改进建议的反馈情况来看，目前“数字+”实践教学仍然处于初步阶段，还存在以下问题。（1）教学学时不足。工程管理专业培养体系经过多年修改完善已基本完整，很难再缩减现有的课程课时为“数字+”实践教学提供充足的教学时间，导致学生缺少充足的软件操作和综合实践训练的机会，如何解决实践教学内容的丰富性与专业总课时的有限性之间的矛盾成为“数字+”实践教学推进的关键之一。（2）师资力量短缺。“数字+”实践教学的知识体系是跨专业、跨学科的，其实施效果受到教师数字化能力的限制，仅由工程管理系的教师组成师资力量难以满足“数字+”实践教学在软件应用和系统开发方面的高要求，解决这一问题的关键在于提升本专业教师的数字化教学能力，以及实现与其他专业和学科师资力量的共享。（3）教学资源陈旧。“数字+”实践教学系统的硬件设备经过一定的使用年限后存在老化和性能落后等情况，需要根据数字技术的发展不断进行检修维护和更新升级；而资料库中的工程案例、科研课题、教学视频等学习资料存在缺乏系统性、适用性、时效性等问题，基于知识图谱的教学资源个性化推荐将是提升“数字+”实践教学效率的关键着力点。由此可见，“数字+”实践教学的软硬件教学资源建设离不开学校的经费支持。

4 结束语

“数字+”实践教学改革对于培养具有实践能力、信息化素质、多学科知识技能的复合型工程管理专业人才具有重要意义。本文阐述了数字技术与实践教学的深度融合如何解决工程管理专业现有实践教学知识碎片化和实践深度不足的问题，并针对工程管理专业实践教学改革诉求，从教学内容、教学平台、教学模式3 个方面提出了工程管理专业的“数字+”实践教学框架，最后以华南理工大学工程管理专业为调研对象，分析了该实践教学框架的实施效果，结果表明：“数字+”实践教学相较于传统实践教学具有显著优势。除了利用工作坊、学科竞赛、学术沙龙、专题讲座等教学模式增加“数字+”实践教学的广度与深度，未来研究还可以积极探索如何将翻转课堂、混合式教学、案例式教学、任务式教学等多种教学模式与“数字+”实践教学有机结合，以及教师数字能力提升路径、数字资源库建设等，为工程管理专业的实践教学改革探索一条切实可行的实施路径。