趙雪鋒 胡曉明 陳映德 陳可欣 李丹洋 趙 龍

(1.北京工業(yè)大學(xué) 城建學(xué)部,北京 100124; 2.北京華筑建筑科學(xué)研究院有限公司,北京 101301)

引言

BIM技術(shù)是現(xiàn)階段建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級的重要抓手，BIM人才教育是BIM技術(shù)實(shí)施推廣的重要途徑。2019年4月1日，人力資源社會(huì)保障部、市場監(jiān)管總局、統(tǒng)計(jì)局正式向社會(huì)發(fā)布了建筑信息模型技術(shù)員、人工智能工程技術(shù)人員、物聯(lián)網(wǎng)工程技術(shù)人員、大數(shù)據(jù)工程技術(shù)人員、云計(jì)算工程技術(shù)人員等13個(gè)新職業(yè)信息[1]。這是自2015年版國家職業(yè)分類大典頒布以來發(fā)布的首批新職業(yè)，也代表BIM技術(shù)職業(yè)在國家層面上的認(rèn)可。2018年3月21日，教高函[2018]4號發(fā)文《教育部關(guān)于公布2017年度普通高等學(xué)校本科專業(yè)備案和審批結(jié)果的通知》中明確在同濟(jì)大學(xué)率先開辦智能建造專業(yè)[2]。2019年4月教育部等部門聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于在院校實(shí)施“學(xué)歷證書+若干職業(yè)技能等級證書”制度試點(diǎn)方案》，部署啟動(dòng)“學(xué)歷證書+若干職業(yè)技能等級證書”(簡稱1+X證書)制度試點(diǎn)工作[3]。方案提出探索建設(shè)職業(yè)教育國家“學(xué)分銀行”，對學(xué)歷證書和職業(yè)技能等級證書所體現(xiàn)的學(xué)習(xí)成果進(jìn)行認(rèn)證、積累與轉(zhuǎn)換。建筑信息模型技術(shù)成為首批試點(diǎn)的有關(guān)職業(yè)技能等級證書。教育部的這兩項(xiàng)政策的發(fā)布，表明BIM的教育已經(jīng)從社會(huì)培訓(xùn)進(jìn)入到高職、高校等學(xué)歷教育的主渠道。

1 現(xiàn)階段BIM教育的主要形式和問題分析

1.1 現(xiàn)階段高校BIM教育的主要形式

我國長期以來一直沿用的知識傳授途徑，其教學(xué)過程中以教師為主體，課堂教學(xué)節(jié)奏緊湊，方法直接，知識系統(tǒng)，優(yōu)勢明顯，是當(dāng)前高校的主要教學(xué)方式。但隨著教科技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)教學(xué)方式弊端漸顯，學(xué)生的非主體地位使其成為知識接受的被動(dòng)者，且教學(xué)方式相對單一等特點(diǎn)使傳統(tǒng)模式的教學(xué)效果大打折扣[4]。而高校的BIM教學(xué)大部分還是沿襲理論教學(xué)的方式展開。由于新冠疫情的影響，在線教學(xué)的形式大大增加，極大地豐富了高校BIM教學(xué)形式，但是很多在線教學(xué)是課堂教學(xué)的網(wǎng)絡(luò)版，沒有充分利用在線教學(xué)的特點(diǎn)。

圖3 管廊土建編碼知識示例

1.2 現(xiàn)階段高校BIM教育的問題分析

高校的BIM教育的受眾群體是大學(xué)生，他們相比較社會(huì)BIM受眾群體的工程師來說具有鮮明的特點(diǎn)。大學(xué)生思想活躍、接受新事物能力強(qiáng)，但是對于專業(yè)的認(rèn)知淺薄、工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)缺乏，對于工程是什么樣、該怎么干、為什么是這樣都缺乏深入理解。然而現(xiàn)有的高校BIM教育一般是從工程師培訓(xùn)轉(zhuǎn)化借鑒而來，在知識維度往往只著重軟件操作，沒有深入涉及工程專業(yè)知識、軟件實(shí)現(xiàn)邏輯和工程應(yīng)用方法[5]。這樣培養(yǎng)出來的學(xué)生能快速畫出模型，但是對于構(gòu)件有什么專業(yè)特點(diǎn)和作用、軟件如何實(shí)現(xiàn)和優(yōu)化、工程項(xiàng)目應(yīng)該如何體系應(yīng)用都缺乏認(rèn)知。

另外，現(xiàn)階段高校BIM教育重視課堂教授和課堂操作練習(xí)，輕視甚至是缺乏課堂項(xiàng)目應(yīng)用練習(xí)、課后操作練習(xí)和課后項(xiàng)目應(yīng)用練習(xí)。課后操作練習(xí)和項(xiàng)目應(yīng)用練習(xí)要做好，工作量非常大，而且對于老師的要求也非常高。一般操作練習(xí)和項(xiàng)目應(yīng)用練習(xí)，要求學(xué)生提交的是做好的模型文件，批閱時(shí)打開文件難、讀取信息難，信息比對和修訂反饋就更難了。

2 高校BIM在線教育知識體系

建立完整的知識體系架構(gòu)可以促使學(xué)生更快更好地掌握相關(guān)知識，同時(shí)有利于未來成為真正懂理論、能操作、知來由、會(huì)應(yīng)用的BIM人才。

圖1 知識體系架構(gòu)

2.1 工程專業(yè)知識

工程專業(yè)知識主要有工程構(gòu)造知識、工程分類和編碼體系以及工程工藝工法，圖2和圖3分別是管廊土建構(gòu)造知識和編碼知識的示例。工程專業(yè)知識是BIM應(yīng)用的出發(fā)點(diǎn)和落腳點(diǎn)。蘊(yùn)含和符合工程專業(yè)知識的BIM模型，才能夠真正地能用、有用、能互用。

圖2 管廊土建構(gòu)造知識示例

2.2 軟件知識

軟件知識主要講解軟件的體系架構(gòu)和軟件的構(gòu)建實(shí)現(xiàn)方法[6]。圖4是歐特克公司的Revit軟件的體系架構(gòu)。在這個(gè)體系架構(gòu)上，還要講解軟件的構(gòu)件實(shí)現(xiàn)方法，例如在這個(gè)體系架構(gòu)中沒有樁基礎(chǔ)的類別，也就是說在頂層架構(gòu)中就沒有樁基礎(chǔ)這個(gè)類別。我們要實(shí)現(xiàn)這個(gè)往往是用柱來替代，這就是Revit軟件樁基礎(chǔ)的實(shí)現(xiàn)方法。

圖4 Revit的體系架構(gòu)

2.3 軟件操作知識

軟件操作知識主要是配置軟件的操作環(huán)境、每一個(gè)構(gòu)件的軟件操作步驟以及軟件操作的協(xié)同方法。

2.4 項(xiàng)目應(yīng)用知識

項(xiàng)目應(yīng)用知識就是指在面向項(xiàng)目應(yīng)用時(shí)軟件環(huán)境的配置方法、項(xiàng)目模型的創(chuàng)建方法和流程，以及項(xiàng)目的主要應(yīng)用點(diǎn)的價(jià)值和實(shí)現(xiàn)方式。

3 高校BIM在線教育的流程體系

在線教學(xué)模式的興起離不開閉環(huán)式管理理念，閉環(huán)式管理由創(chuàng)始人羅伯特·卡普蘭(Robert S.Kaplan)和戴維·諾頓(David P.Norton)在《閉環(huán)式管理：從戰(zhàn)略到運(yùn)營》一文中首先提出，閉環(huán)管理(Closed-Management)把整個(gè)生產(chǎn)管理過程視為一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)，通過對生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的問題及時(shí)發(fā)現(xiàn)、分析、決策、處理、控制、反饋、再控制、再反饋，使整個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)自動(dòng)循環(huán)優(yōu)化迭代，促進(jìn)系統(tǒng)不斷地自我革新與自我超越[7]。

圖5 閉環(huán)管理體系架構(gòu)

基于閉環(huán)管理的理念，突破原有傳統(tǒng)教育模式，對某高校的工程管理班級，通過在線教育模式，以制度為基礎(chǔ)，以體系為保障，以過程管控為載體，以互聯(lián)網(wǎng)資源為橋梁，按閉環(huán)管理體系的一級模塊課程活動(dòng)[8]、章節(jié)學(xué)習(xí)、任務(wù)點(diǎn)、章節(jié)測試、學(xué)生管理、課程積分、討論等，構(gòu)建“下游式”的課前視頻預(yù)習(xí)、課前問題引導(dǎo)、專業(yè)知識講解、軟件知識講解、操作方法講解、操作習(xí)題練習(xí)、項(xiàng)目應(yīng)用講解、課堂項(xiàng)目練習(xí)、課后習(xí)題練習(xí)、課后項(xiàng)目練習(xí)的在線教育閉環(huán)全流程，實(shí)現(xiàn)“教與學(xué)”間的配合與協(xié)同，形成一個(gè)閉環(huán)式的高效實(shí)踐教學(xué)管理體系[9]。

這個(gè)閉環(huán)體系中知識學(xué)習(xí)翻倍，專業(yè)知識和BIM軟件知識。課堂練習(xí)翻倍，包含BIM軟件操作練習(xí)和項(xiàng)目應(yīng)用練習(xí)。課后作業(yè)翻倍，包含課后軟件操作作業(yè)和項(xiàng)目練習(xí)作業(yè)。這樣老師批改反饋講解的閉環(huán)工作量就大大增加，而在線的教學(xué)方式以及主觀題客觀化的方法能夠大大增強(qiáng)老師批改、分發(fā)作業(yè)的效率。

4 案例分析

4.1 教學(xué)基本情況

某高校土木工程專業(yè)工程管理方向班級的《BIM基礎(chǔ)課程系統(tǒng)應(yīng)用》小學(xué)期課程，完全以在線形式，通過學(xué)習(xí)通線上平臺+騰訊會(huì)議+微信群而進(jìn)行的閉環(huán)管理模式教學(xué)展開。

4.2 BIM在線教育管理體系模塊應(yīng)用

(1)課程活動(dòng)模塊

課前視頻練習(xí)和問題引導(dǎo)在該模塊下最大化地解決學(xué)前問題，它是實(shí)現(xiàn)在線教育閉環(huán)管理體系中的首要環(huán)節(jié)，為后續(xù)課程的實(shí)施奠定了良好的基礎(chǔ)。

(2)章節(jié)學(xué)習(xí)模塊

專業(yè)知識、軟件知識、軟件操作方法等講解通過每章節(jié)的設(shè)置，以講義、視頻等形式體現(xiàn)(圖6)。

圖6 章節(jié)學(xué)習(xí)模塊

(3)任務(wù)點(diǎn)模塊

軟件操作習(xí)題練習(xí)和課后習(xí)題練習(xí)通過此模塊進(jìn)行任務(wù)設(shè)置，并根據(jù)設(shè)置原則進(jìn)行評估打分(圖7)。

圖7 任務(wù)點(diǎn)模塊

(4)章節(jié)測試模塊

章節(jié)測試模塊用于設(shè)置課后項(xiàng)目練習(xí)的應(yīng)用,見圖8。

圖8 章節(jié)檢測模塊

(5)學(xué)生管理模塊

BIM在線教育實(shí)訓(xùn)考核中，主觀題為主要考核點(diǎn)題目類型，主觀題的批閱會(huì)耗費(fèi)時(shí)間且精準(zhǔn)度低。如何將主觀問題客觀化是重點(diǎn)問題，以Autodesk平臺某軟件為例，如選擇主觀問題主觀答，學(xué)生會(huì)提交大量壓縮文件，教師在閱卷時(shí)既要依次下載學(xué)生壓縮文件分別打開，又要安裝多版本軟件以便閱卷，大幅降低效率。如選擇主觀問題客觀答，效率將明顯提升。方法上可以要求學(xué)生提交模型構(gòu)件屬性截圖、某視圖截圖、文字輔助答案，教師在平臺端可直觀查看學(xué)生提交的圖片和文字，快速批閱，不僅能保障答題精準(zhǔn)度還能了解該知識點(diǎn)掌握情況。而且在線培訓(xùn)平臺端后臺系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)核算學(xué)生成績及個(gè)題比值，教師可根據(jù)比值情況總結(jié)重點(diǎn)難點(diǎn)，選擇性講解,如圖9-11所示。

圖9 主觀問題主觀答

圖10 主觀問題客觀答

圖11 成績管理模塊

課堂管理：根據(jù)后臺統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，可直觀查看學(xué)生學(xué)習(xí)進(jìn)度、時(shí)長，快速遠(yuǎn)程了解學(xué)生狀態(tài)及知識點(diǎn)掌握情況，輕松解決在線教育培訓(xùn)監(jiān)管難的問題,如圖12所示。

圖12 課堂管理模塊

(6)討論模塊

項(xiàng)目應(yīng)用講解設(shè)置在討論模塊下，把線上學(xué)員與老師互動(dòng)的問題進(jìn)行歸納總結(jié)，便于學(xué)員后期對知識的溫故,如圖13所示。。

圖13 討論模塊

圖14 課程積分模塊

(7)課程積分模塊

項(xiàng)目應(yīng)用講解設(shè)置在此模塊下，便于講師通過此項(xiàng)積分環(huán)節(jié)對學(xué)員后期進(jìn)行綜合評估，見圖14。

(8)作業(yè)統(tǒng)計(jì)模塊

此模塊根據(jù)老師預(yù)先出的題目，自動(dòng)劃分歸類進(jìn)行主觀題和客觀題的辨別,見圖15。

圖15 作業(yè)統(tǒng)計(jì)模塊

(9)成果總結(jié)模塊

成本總結(jié)模塊見圖16-20所示。

圖16 建筑模型

圖17 結(jié)構(gòu)模型

圖18 機(jī)電模型

圖19 施工模擬

圖20 動(dòng)畫場景

5 結(jié)論

實(shí)踐證明基于閉環(huán)管理的在線教育模式，通過教學(xué)知識的拓展，教學(xué)流程的豐富和閉環(huán)，各個(gè)教學(xué)模塊的數(shù)據(jù)化應(yīng)用統(tǒng)計(jì)及導(dǎo)出，不僅提高了教學(xué)的質(zhì)量，還使整個(gè)教學(xué)進(jìn)入了良性循環(huán)的自我革新模式。但也存在缺乏有效學(xué)習(xí)監(jiān)督機(jī)制，缺少線下課堂面對面的學(xué)習(xí)氛圍等問題。學(xué)生是學(xué)習(xí)的實(shí)踐者，是在線教學(xué)的主要對象，更是學(xué)習(xí)的主體，其在線學(xué)習(xí)習(xí)慣的養(yǎng)成有助于他們充分利用在線教學(xué)平臺資源，豐富學(xué)習(xí)方式，還可隨時(shí)隨地利用碎片化的時(shí)間進(jìn)行學(xué)習(xí)，提升學(xué)習(xí)效率，進(jìn)而促進(jìn)高校在線教學(xué)水平的提高。另外，加強(qiáng)自主在線教學(xué)平臺的建設(shè)與完善，在疫情期間在線教學(xué)的過程中，都出現(xiàn)過各種各樣的問題，例如準(zhǔn)備不充分，網(wǎng)絡(luò)不順暢，平臺不統(tǒng)一等。

隨著信息技術(shù)的不斷演進(jìn)，知識、交互、教師、學(xué)生等教育要素都在發(fā)生改變，尤其是人工智能技術(shù)發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)在線教育正在向以開放性、互動(dòng)性、智能性、創(chuàng)新性為主要特征的“智能+教育”新生態(tài)轉(zhuǎn)化，基于BIM的在線教育閉環(huán)管理體系會(huì)變得更加成熟。