蔣 杰，吳偉東

(西南石油大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，四川 成都 610500)

0 前 言

新工科理念是以互聯(lián)網(wǎng)和人工智能為核心，培養(yǎng)實踐能力強、創(chuàng)新能力強、具備國際競爭力的高素質(zhì)復(fù)合型新工科人才的新型人才培養(yǎng)理念。這也就要求高校在人才培養(yǎng)中必須將信息技術(shù)廣泛應(yīng)用于課程教學(xué)之中。工程管理專業(yè)所開設(shè)的大量課程中均需要實現(xiàn)二維圖紙和三維工程實體的聯(lián)想對應(yīng)，過去我們依靠的是CAD圖紙和自己的聯(lián)想能力。近年來，隨著BIM 技術(shù)的出現(xiàn)，由于其具有三維可視化、信息化、協(xié)同化等諸多優(yōu)點，加之政府的推廣及廠商全方位的宣傳，完全蓋過了CAD[1]。國外的 BIM 教學(xué)實踐，以美國工程管理為例，很多高校的建筑或工程管理專業(yè)，針對不同的課程、采取不同的模式進行了 BIM 教學(xué)改革[2]。因此，必須探索如何在新的歷史時代背景下，合理運用互聯(lián)網(wǎng)+云和BIM技術(shù)，在相關(guān)課程中完美結(jié)合二維圖學(xué)教育和三維模型的特點，追求更為優(yōu)質(zhì)的教學(xué)效果，充分激發(fā)學(xué)生對于學(xué)習(xí)的積極性，建立起對工程行業(yè)的直觀認(rèn)識。

1 國內(nèi)現(xiàn)狀

工程估價2課程是工程管理專業(yè)學(xué)生一門非常重要的專業(yè)課程，重點講述安裝工程的計量與計價內(nèi)容，由于學(xué)生對于建筑機電系統(tǒng)的不熟悉，也由于建筑設(shè)備的多樣性遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于結(jié)構(gòu)和建筑構(gòu)件，在課程教學(xué)中學(xué)生難以形成直觀的認(rèn)識，學(xué)習(xí)積極性普遍不高，對課程內(nèi)容的理解不到位。從而帶來了學(xué)習(xí)效果不盡如人意的后果。

1.1 工程估價2課程的傳統(tǒng)教學(xué)模式

工程估價2也被稱為安裝工程估價課，其傳統(tǒng)教學(xué)模式是教師在課堂上講解安裝工程圖紙的識讀以及安裝工程工程量計算規(guī)則，并要求學(xué)生掌握使用定額進行組價的方法。在實踐教學(xué)環(huán)節(jié)配合實際工程圖紙要求學(xué)生進行估價練習(xí)，鞏固理論教學(xué)成果。這一傳統(tǒng)模式有著很明顯的缺陷：①工程管理專業(yè)在大一開設(shè)的識圖部分內(nèi)容課程學(xué)時僅有16學(xué)時，對于建結(jié)水暖電全套圖紙來說，這點學(xué)時只可能用于建筑和結(jié)構(gòu)施工圖的講解學(xué)習(xí)，所以缺乏安裝部分識圖的前期積累；②工程圖紙是以二維圖形按照平法規(guī)則展現(xiàn)三維構(gòu)件的位置、大小、構(gòu)造等相關(guān)信息，需要學(xué)生具備較強的三維想象能力，但是不可否認(rèn)的是，不能奢求每個學(xué)生都具備這樣的能力，甚至大多數(shù)學(xué)生都需要一個完整的三維構(gòu)件來與圖形進行對比才能建立起直觀的認(rèn)識；③安裝工程部分涉及的建筑設(shè)備、構(gòu)件形式多樣化，如無直觀認(rèn)識容易混淆。

1.2 BIM技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢

BIM即建筑信息模型(Building Information Modeling)的簡稱，是當(dāng)前建筑行業(yè)的發(fā)展趨勢，通過在三維模型中附加材質(zhì)、進度、造價等重要信息，可以實現(xiàn)設(shè)計、施工、運維一體化。目前，REVIT軟件是BIM建模的主要工具，在建筑設(shè)計中通過REVIT模型為載體的方式有效地傳遞和共享統(tǒng)一多維建筑數(shù)據(jù)信息，相比只有平面繪圖能力的CAD 優(yōu)勢明顯。隨著國家標(biāo)準(zhǔn)[3]和地方標(biāo)準(zhǔn)[4]的相繼出臺，BIM 設(shè)計的規(guī)范化，采用BIM 進行結(jié)構(gòu)設(shè)計、結(jié)構(gòu)與建筑模型一體化進行碰撞檢測、利用Revit進行結(jié)構(gòu)出圖，弱化CAD 輔助設(shè)計已經(jīng)是大勢所趨[5]。

這方面的教學(xué)研究成果包括：BIM課程能夠提高學(xué)生圖紙閱讀的能力、編制工程造價的能力(Dennis2006)[6]；能夠有助于學(xué)生更好地理解項目實施的復(fù)雜問題(Boon 和Prigg 2011)[7]；能夠加深學(xué)生對建筑結(jié)構(gòu)的理解(Nawari等2011)[8]；能夠提高學(xué)生的空間理解能力(Glick等2011)[9]；能夠提高學(xué)生的工程設(shè)計理解能力(Pikas等 2013)[10]。

運用BIM技術(shù)，可以有效幫助學(xué)生進行三維形體的想象，幫助學(xué)生認(rèn)識圖紙內(nèi)涵，如果再配合互聯(lián)網(wǎng)+云技術(shù)幫助學(xué)生實現(xiàn)實時學(xué)習(xí)、隨時學(xué)習(xí)，并且更容易回顧已學(xué)過的知識，形成知識積累，這樣的改革可以有效提升教學(xué)效果。

2 教學(xué)方法改革的具體舉措

本次課程教學(xué)改革使用了BIM技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)+云技術(shù)，其運用如圖1所示。

圖1 BIM和互聯(lián)網(wǎng)+云技術(shù)的運用內(nèi)容

具體的做法是，在工程估價2課程中引入使用BIM技術(shù)建立的三維模型，以更加直觀地說明各種安裝構(gòu)件的實際形狀、尺寸和圖紙的對應(yīng)關(guān)系。通過二維圖紙和三維模型的對比，能夠讓學(xué)生更容易建立起對安裝工程的直觀認(rèn)識，極大地提高學(xué)習(xí)效率。建立云課堂，學(xué)生可以在線上自行學(xué)習(xí)各種理論知識和安裝工程計量計價軟件的操作，課堂教學(xué)將重點集中于答疑解惑。

2.1 課程網(wǎng)站應(yīng)盡可能完整，并具備隨時互動功能

工程估價2課程中涉及安裝工程建模和計量計價，有必要為學(xué)生準(zhǔn)備足夠甚至稍有超前的學(xué)習(xí)資料，使得學(xué)生在上課前能夠進行適當(dāng)?shù)念A(yù)習(xí)。其中，關(guān)于安裝工程各種分部分項工程的分類、形式等知識，必須提供給學(xué)生進行提前學(xué)習(xí)，由于課堂學(xué)時的有限，這一部分的學(xué)習(xí)如能安排在課外由學(xué)生自行完成，可以更好地提高課堂教學(xué)效率，因此，課程網(wǎng)站中的資料完備性非常重要。一個完整的工程制圖課程網(wǎng)站，除了包含必須的教案、教學(xué)大綱、課件、試題之外，還應(yīng)該有擴展性的參考資料，如平法圖集、實際工程案例等。另外，為了適應(yīng)BIM技術(shù)教學(xué)，還應(yīng)該加入BIM基礎(chǔ)知識、BIM軟件基礎(chǔ)操作教程、BIM模型庫等。

2.2 適當(dāng)實現(xiàn)翻轉(zhuǎn)課堂

翻轉(zhuǎn)課堂的主要做法，是由學(xué)生事先通過自學(xué)掌握相關(guān)內(nèi)容，再進行課堂的分享，可以就此開展課堂討論，和借由老師的補充拓展完成知識的掌握。本次教改采用學(xué)生按照課程上課次數(shù)分組，教師提前提供一次課程的教學(xué)視頻和課件，由學(xué)生自行學(xué)習(xí)領(lǐng)悟，并依序指定一個小組的學(xué)生在課堂上使用三維模型和課件進行講解和分析，其他學(xué)生則提出問題，并共同討論解決。教師在課程講授中不再進行詳細(xì)計量規(guī)則的講解，而是僅對重點內(nèi)容進行說明，再結(jié)合學(xué)生講解內(nèi)容進行點評，總結(jié)存在的問題，并進行解答。

2.3 靈活運用BIM模型，加強學(xué)生直觀感知

在工程估價2課程教學(xué)中普遍應(yīng)用BIM技術(shù)，學(xué)生以不多于5人一組，按照上課次數(shù)進行分組，每組提供一套安裝工程施工圖紙，學(xué)生自行隨著課程進程利用Revit和Dynamo軟件進行建模，以三維直觀的模型來反映每一種安裝構(gòu)件的形狀和各種附加信息。BIM軟件中自帶有各種機電族，可以直接進行項目插入，也可以從屬性編輯中找到每一個構(gòu)件的關(guān)鍵尺寸信息，解決了構(gòu)件不直觀的問題。另外，使用Navisworks進行碰撞檢測并修改設(shè)計，使用廣聯(lián)達(dá)、清華斯維爾等BIM算量計價軟件，也可以對于各種安裝工程量的計算以及套價調(diào)價方面工作內(nèi)容進行直觀說明。

3 教學(xué)方法改革效果與思考

通過上述一系列舉措，工程估價2課程不管是從課堂組織上、成績分布上還是學(xué)生的學(xué)習(xí)效果上都展現(xiàn)出相當(dāng)多的優(yōu)勢，說明課程教學(xué)方法改革已經(jīng)體現(xiàn)出效果，但是其中優(yōu)劣之處，仍需進一步的分析和改革。

3.1 純粹的“教”轉(zhuǎn)化為師生互動

互聯(lián)網(wǎng)+云技術(shù)的運用，課程網(wǎng)站的建立，都給教師提供了翻轉(zhuǎn)課堂的基礎(chǔ)，以問題為引導(dǎo),讓學(xué)生自行識讀工程圖紙并提出問題、分析問題和解決問題，大大地減少了課堂講授的時間。通過實施翻轉(zhuǎn)課堂式教學(xué)，課程可以把大約三分之二的課程學(xué)時改變?yōu)閹熒g、學(xué)生之間的互動時間，大大地減少了教師的講課時間，同時學(xué)生在課前自學(xué)和課堂互動中主動或者被動的參與思考、投入討論，均能有效起到提高學(xué)習(xí)效率的作用，達(dá)到翻轉(zhuǎn)課堂的目的。

3.2 深化了對BIM技術(shù)的認(rèn)識，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣

本次課堂教學(xué)改革的重點，是把BIM技術(shù)進行了廣泛而深入的應(yīng)用，從而成功地讓本科學(xué)生接觸到、認(rèn)識到了BIM這一引發(fā)建設(shè)行業(yè)巨大變革的前沿技術(shù)的重要意義。而在工程估價課程學(xué)習(xí)時引入BIM技術(shù)，可以直觀對二維圖紙和三維模型進行對比，學(xué)生自然會發(fā)現(xiàn)BIM技術(shù)的優(yōu)越性，并進而激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。在工程估價課程教學(xué)結(jié)束后，很多學(xué)生自發(fā)的開始了對BIM技術(shù)的學(xué)習(xí)，圖學(xué)技能明顯提高，為之后參加高水平學(xué)科競賽做好了準(zhǔn)備，也明顯提高了工程管理專業(yè)學(xué)生的就業(yè)競爭力。

3.3 應(yīng)盡量實行小班教學(xué)

以工程估價2課程教學(xué)改革的實踐經(jīng)驗，如果要獲得不錯的教學(xué)效果，必須將教學(xué)班人數(shù)控制在40人及以下。如果人數(shù)過多，例如達(dá)到70人左右，在組織進行課堂互動時會出現(xiàn)較大的困難。以學(xué)生分成16個小組為例，每個小組均安排一個實際工程項目的圖紙，每次上課需要安排一個小組進行工程信息和工作內(nèi)容講解，這樣每次課上均需要有4～5名學(xué)生發(fā)言，而每個人發(fā)言時間必須控制在10分鐘以內(nèi)，才能保證教師每次課上解答問題和改正學(xué)生錯誤的時間達(dá)到40分鐘左右，難以再進行大面積的學(xué)生互動討論。

4 總結(jié)和展望

對于工程管理專業(yè)的學(xué)生來說，識圖、造價能力是專業(yè)核心技能。面對BIM這一新興的建筑信息化技術(shù)，其三維直觀性的特點可以在本科教學(xué)中發(fā)揮巨大作用，值得進行推廣，但是近幾年還鮮有前例。互聯(lián)網(wǎng)+云技術(shù)提供了更為便捷的學(xué)習(xí)平臺，兩者的結(jié)合可以說完全改變了工程管理專業(yè)知識教育的模式。對于應(yīng)用型知識技能來說，實現(xiàn)以學(xué)生為中心的翻轉(zhuǎn)課堂向來艱難，BIM+云技術(shù)的出現(xiàn)為其提供了一種可能，也值得繼續(xù)探索和總結(jié)。