宋夢 劉允才

[摘 要]為實現高校應用型人才發(fā)展的培養(yǎng)目標，以土木工程專業(yè)實踐性較強的課程土木工程施工為依托，探索理論知識、實踐和能力培養(yǎng)融合的教學改革模式。首先，以案例教學為切入點對所學知識進行構建和整合，讓學生通過學習之后自己反設計題目以增強對重要知識點的理解和掌握，這體現了知識和能力的并重培養(yǎng)，提高了課堂的趣味性和生動性，解決了傳統(tǒng)教學中存在的一些問題。其次，教師通過情景法進行課堂教學后，對課程的工程案例進行整體設計，再次通過以能力為導向的BIM技術對所選的工程模架進行模擬，這可以增強學生的軟件操作能力和知識應用能力。最終，通過引入項目案例實現了教學與工程實踐的有效對接，提升了學生的工程素養(yǎng)和解決實際問題的能力，增強了課程的教學效果，并得到了社會的認可。

[關鍵詞]案例教學;BIM技術;教學改革;實踐能力;應用研究

[中圖分類號] G642 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2020）12-0077-04

目前，土木工程行業(yè)在我國社會經濟發(fā)展中占有重要的地位，這對土木工程專業(yè)的人才提出了較高的要求，尤其是新工科[1]的提出，對學生應用能力的培養(yǎng)要求越來越高，但是課堂教學與實踐卻存在一定的矛盾。近年來，一級建造師的考試題也越來越接近實際工程，尤其是實操題的考查，這對沒有從事過一線施工的人員來說存在一定的難度。土木工程施工作為土木工程專業(yè)的一門核心課程，具有涉及面廣、實踐性強、知識更新快的特點，以BIM技術為手段的教學改革與實踐能力相結合對于培養(yǎng)應用型人才具有重要的意義。BIM（Building Information Modeling）技術，是近年來發(fā)展較快、應用較廣的一種新的技術理念。其通過數字信息仿真模擬建筑物的真實信息，具有信息一致性、可視化、協調性、可出圖性等特點[2]。

它的核心是將信息化技術與建筑行業(yè)結合，以建筑信息模型作為核心貫穿整個項目。該技術不是僅僅將以往的二維圖紙、人員管理、資料信息化，而是將這些信息進行智能整合，完成項目的設計、施工、管理各個環(huán)節(jié)都能夠合理提取、共享和運用這些信息[3-4]。運用BIM技術的優(yōu)勢在于可以通過三維展示仿真模擬施工的過程，使圖片動態(tài)可視化，激發(fā)學生的學習興趣，加深學生對知識點的理解和運用，提高教學效果。高?？梢源藶槠鯔C有針對性地對學生進行培養(yǎng)，為培養(yǎng)應用型人才打下一定的基礎。

一、土木工程施工課程教學現狀及存在的問題

土木工程施工是土木工程專業(yè)的核心課程，在黃河科技學院（以下簡稱“我?！保┍究迫瞬排囵B(yǎng)方案中該門課程開設于第五學期，學時數為72，學分為4，設有課程設計和相應的生產實習，與生產密切相關。土木工程施工的先修課程有土木工程制圖、房屋建筑學、土木工程材料、理論力學、材料力學、結構力學，這些課程能為學生后續(xù)進行畢業(yè)設計及畢業(yè)后走上設計、施工、管理崗位奠定一定的基礎。

近年來，BIM信息技術發(fā)展迅猛，企業(yè)也在積極推廣，很多高校都參與其中并開設了相應的課程，BIM協會以畢業(yè)設計大賽或以模塊形式的技能創(chuàng)新大賽在高校中推廣應用。在這種背景下，單靠傳統(tǒng)的理論教學很難滿足社會對應用型人才的需求。將BIM技術引入課程教學中，對促進新技術在課程中的應用，提高學生的軟件操作能力，培養(yǎng)符合社會需求的土木工程專業(yè)特色的應用型人才有積極的意義[5]。

目前，針對土木工程施工的教學改革方法和內容改革主要有多媒體教學、互動式教學、施工組織設計和生產實習等[6-7]，這些嘗試雖然取得了一定的效果，但沒有能充分發(fā)揮“以學為主”的主導思想，對于培養(yǎng)應用型人才目標的實踐程度不夠。

從現有的教學模式看，土木工程施工教學主要存在如下問題。1.教學內容比較陳舊，未體現最新的施工技術，知識點瑣碎，系統(tǒng)性較差，導致學生的學習壓力較大，學習效果不夠理想。2.教學模式相對比較單一，缺少“以學為主”的教學設計環(huán)節(jié)，師生互動少，上課使用多媒體課件雖然可以傳遞給學生較大的信息量，但是學生的接受程度有限，這導致課堂效果大打折扣。3.學生學習BIM軟件的應用能力不強，從畢業(yè)設計和課程設計反饋的信息來看，學生對BIM模型的建立和施工過程模擬不夠熟練，無法滿足工作的要求，需要提高軟件的操作能力。4.理論知識點與工程實踐不能有效結合。應用型人才培養(yǎng)的目標在于培養(yǎng)學生的動手能力、發(fā)現問題和解決問題的綜合能力，這也是工程教育專業(yè)認證的一個標準。但目前由于各種因素，學校無法創(chuàng)造出各種施工過程的真實場景，學生對于一些關鍵施工技術學習起來比較困難。從往屆的課程設計和畢業(yè)設計中可以看出，學生對信息的綜合運用能力和整合能力有待提高。

二、教學改革新模式的探討

針對目前課程的教學現狀，筆者從以下兩方面對土木工程施工課程進行教學改革，以培養(yǎng)學生把知識轉換成能力的本領。一是采用緊密結合執(zhí)業(yè)資格考試的建造師案例分析為切入點進行課堂教學，使學生所學的知識與工程實際緊密結合，以提高學生對知識的整合能力，真正達到學以致用的目的。另外，還可以改善學生學習枯燥的現狀，通過結合案例真題調動學生學習的積極性，提高學生的工程意識和工程素養(yǎng)。二是采用以BIM技術為手段的實際工程模擬進行情景法教學。通過三維模型的模擬展示使課堂更具有吸引力，增加學生對軟件學習的興趣，調動學生學習軟件的積極性，從而讓學生體會到軟件功能的強大和高效，為以后的工作奠定基礎。

三、教學改革實施思路及方法

（一）土木工程施工案例教學模式

在注冊建造師的考試中，一些案例考到了知識點的靈活運用，可以作為教學素材引入到課堂上，以加深學生對知識點的理解和應用。在教學實施過程中一般遵守如下程序：引入基礎知識點→知識結構整合→綜合案例的應用→運用素材進行實踐教學。下面以施工現場平面的布置為例進行說明。（2018年考題）某建筑施工場地，東西長110米，南北寬70米，擬建的建筑物首層平面80米×40米，地下2層，地上6/20層，檐口高26/68米，建筑面積約48000平方米。施工場地部分臨時設施平面布置圖見圖1。圖中布置的臨時設施有：現場辦公室，木工加工及堆場，鋼筋加工及堆場，油漆庫房，塔吊，施工電梯，物料提升機，混凝土地泵，大門及圍墻，車輛沖洗池（圖中未顯示的設施均視為符合要求）。寫出圖中臨時設施編號最宜布置的臨時設施名稱如⑨大門與圍墻，并簡單寫出原因。

在采用案例教學過程中，為了加強學生對重要知識點的理解和掌握，通常采用讓學生開動腦筋自己設計題目對所學知識進行考核，這提高了課堂的趣味性和生動性。

（二）以BIM技術為手段的三維模擬情景法教學應用

結合BIM畢業(yè)設計大賽的要求，選擇有代表性的建筑物使用revit軟件進行三維建模，讓學生熟悉建筑物建造的全過程，掌握和施工聯系緊密的模板腳手架這一模塊進行情景法教學。這可以提高學生對BIM軟件的操作能力，加深模板腳手架在工程中的實際應用。最后，以實際工程項目為依托，主要讓學生建立模型并模擬模架的設計施工過程，強化學生軟件應用的能力和施工技術方案編制的能力訓練。這里主要闡述一下學生的情景法教學。

1.模擬前準備工作

首先，學生對模架的理論知識掌握比較扎實，熟悉模板腳手架設計和施工規(guī)范，對模架的設計、構造、類型、材料等有一定的認識。然后教師選定某典型的工程項目，建立三維模型，在機房向學生演示模架搭設的主要過程，參數的設置，主要文件圖形的導出等。應組織有教學及實踐經驗的教師進行具體的指導，以BIM技術為手段的情景法的實踐應用必須編制詳盡的教學設計方案，包括教學目標、教學內容及重難點、課時分配、BIM模架軟件應用和鏈接、學生課下學習方法、學生分組等情況。

2.以實際工程項目為載體進行實戰(zhàn)

考慮到學生學習任務的繁重，整個過程以小組模式進行。每個小組選定組長，分配任務。教學實施過程以模擬前的準備為先導，注重整個模架模擬的過程管理，以成績評定的要求為指導思想，引導學生按照順序實驗操作步驟完成實驗任務。整個情景法應用于教學的展開順序為：具有基本的專業(yè)知識和軟件操作能力儲備→根據工程項目信息對建筑物進行三維建?！Ｐ臀募g的轉換→模架軟件中進行模架的搭設→進行合規(guī)性的檢查判斷→高支模的識別→安全驗算→方案書的編制→構件節(jié)點詳圖→材料匯總→技術經濟效果對比→提交實驗項目的結果。

首先，學生要具有基本的模架專業(yè)知識和軟件操作能力。在整個實驗教學過程中，學生所涉及的課程較多，如房屋建筑學、土木工程材料、結構力學、土木工程施工、技術經濟學、模板腳手架技術規(guī)程等，整個實驗過程綜合性較強，這鍛煉了學生的動手操作能力，提高了學生的工程安全意識。在此過程中，可以邀請施工單位的一線技術人員進行現場講解部分施工過程并提供技術指導，以增加學生對課堂理論知識的理解，實現教學內容和模架施工新技術的同步發(fā)展。以分組的形式模擬實際工程，這不僅實現了“教學與工程實踐相結合”的目的，還提高了學生的團隊意識、合作精神。

3.課程案例整體設計

（1）以培養(yǎng)學生自主學習和研究性學習為目標，基于工程實際問題探討教學課程，并基于BIM技術進行模架工程多媒體的課件設計。

（2）以實際的工程案例為切入點，指導學生運用BIM技術建立模型，并對模架搭設進行模擬。這其中包括確定搭設構件的參數，如進行立桿、橫桿、連墻件等的計算，在模架計算軟件中建立扣件式腳手架的三維設計模型，并進行安全驗算、材料匯總、節(jié)點詳圖、方案計算書編制、方案的經濟對比分析、專項方案的編制及分析論證等。圖2為部分學生小組作品成果展示。

（3）考慮到模架體積較大，實際操作難度大、成本高，運用BIM技術設計虛擬施工的情境，不僅可以解決實操困難，還可以培養(yǎng)學生綜合分析與解決問題的能力。學生針對不同的建筑物情況，可以選擇具體的模架方案，并對其合理性及技術經濟效果進行分析，這可以培養(yǎng)學生綜合分析問題的能力、安全意識及工程素養(yǎng)。

（4）以培養(yǎng)應用型人才與團隊協作能力為目標的參與式教學。將學生分成若干小組，針對不同的工程項目，每組學生完成各自的模架方案設計及相關方案圖形成果，并論證方案的可行性和技術經濟效果，這可以訓練學生知識綜合運用的能力。

四、實施效果

目前，該教改項目已從學校2016版培養(yǎng)方案開始實施，以學校翻轉校園為依托進行，以正式課加實驗學時和施工組織設計的方式在土木工程施工課程中實施。

1.引入歷年建造師考試的真題進行案例教學，可以增加學生對知識的理解和工程實踐中的運用，為畢業(yè)后學生參加資格考試奠定良好的理論基礎和實踐能力。在平時授課過程中，采用讓學生自己設計題目以變化角色的方法掌握重要的知識點，這提高了課堂的趣味性、生動性，解決了傳統(tǒng)教學中存在的問題。

2.采用BIM技術對模架進行模擬，實現了人機交互、三維可視化、虛擬現實化，趣味性強、生動直觀，有效減輕了學生學習的負擔，提高了學生的興趣，彌補了模架工程實際操作過程中體積大、成本高、安全性無法保證的問題。

3.按照課程案例的整體設計思路進行仿真模擬，使學生能夠更好地把理論知識和工程實際對接起來，且可在畢業(yè)以后直接應用，達到“所學即所用的目標”，這提高了學生的工程素養(yǎng)，培養(yǎng)了學生分析問題和解決問題的能力。

4.整個模架的模擬設計思路采用分階段、分過程考核的模式，鼓勵每個小組做小型的模擬實驗，這樣可以加深學生對知識的應用和掌握，提高學生對模架模擬實驗的學習效果和主動學習的能力。分組完成實際任務，激發(fā)了學生自主學習和探索的能力，鍛煉了學生的實操能力，培養(yǎng)了學生團隊合作的意識，這也在一定程度上提高了學生的科研能力和意識。

5.通過此次課程教學改革，在2018年度的品茗杯全國畢業(yè)設計大賽中，兩個學生團隊在模架設計模塊中分別了獲得了二等獎和三等獎，這與平時的課程教改和知識的運用掌握不無聯系。

五、研究的價值及意義

土木工程施工教學改革已在2016級和2017級土木工程本科教學中實施，案例教學提升了學生知識的綜合應用能力，學生的學習興趣和積極性有所提高，教學效果較好。以BIM技術為手段的三維模架模擬情景法實踐教學應用，提升了學生的軟件操作能力和知識應用及團隊協作能力。隨后在總結教學改革和實踐經驗的基礎上，我們會在學校的道橋專業(yè)中進行推廣。

基于BIM技術的整體課程的教學改革思路以施工課程的教學效果為出發(fā)點，以當下熱門和應用較廣的BIM技術為手段，以培養(yǎng)土木工程專業(yè)高素養(yǎng)、高技能人才為目標，讓學生學以致用，并以為國家建設服務為最終落腳點，通過對課程內容體系的整合、重構、以變換角色的方法提高了學生對知識的掌握和應用能力。通過BIM技術的應用實現了三維模擬，對工程項目的引入實現了教學與工程實踐的有效對接。此項教學改革的成果提高了土木工程施工課程的教學效果，畢業(yè)設計大賽更加增強了學生的自信。本課程的教學改革模式可以為其他課程教學改革提供參考，具有一定的推廣應用價值。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 教育部高等教育司.“新工科”建設復旦共識[J].高等工程教育研究，2017（1）：10-11.

[2] 曾紹武，蔣平江，羅建華. 基于BIM技術的橋梁施工課程教學改革探索[J].石家莊鐵路職業(yè)技術學院學報，2015，14（4）：83-88.

[3] 何關培.BIM總論[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011.

[4] Chuck? Eastman，Paul? teicholz，Rafacks . BIM Handbook[M].John Wiley &Sons，2008.

[5] 徐澤宇 ，申宏圖.能源與動力工程在電力行業(yè)中的節(jié)能減排應用研究[J].科技展望，2017，27（20）：48-52.

[6] 李衛(wèi)鋒.橋梁施工技術課程教學改革探討[J].中國教育技術裝備，2012（33）：90-94.

[7] 羅建華.以施工圖為載體的“橋梁施工”課程教學改革[J].溫州職業(yè)技術學院學報，2011，11（1）：86-88.

[責任編輯：陳 明]