王浩 黎罡

摘?要：BIM技術(shù)作為信息化技術(shù)的代表，有效地解決了傳統(tǒng)教學(xué)過程中理論教學(xué)枯燥、實踐教學(xué)不佳的缺點，能有效提高教學(xué)效果。通過從道路勘測設(shè)計課程教學(xué)改革現(xiàn)狀、BIM技術(shù)應(yīng)用、教學(xué)改革思路、教學(xué)改革模式和教學(xué)資源建設(shè)五個方面，對基于BIM技術(shù)的道路勘測設(shè)計課程教學(xué)模式展開研究，認(rèn)為BIM技術(shù)可以實現(xiàn)道路設(shè)計的數(shù)字化、可視化和動態(tài)化，將先進的信息技術(shù)融合到傳統(tǒng)枯燥的教學(xué)中，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和課堂教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù)；道路勘測設(shè)計；課程教學(xué)模式

中圖分類號：G642；TU4??文獻標(biāo)識碼：A

道路勘測設(shè)計是一門對工程實踐要求高的課程，也是土木工程、道路橋梁與渡河工程等專業(yè)的核心課程。課程內(nèi)容主要學(xué)習(xí)和研究汽車行駛與道路平縱橫之間的關(guān)系，以保證在設(shè)計速度、預(yù)計交通量以及地形和其他自然條件下，實現(xiàn)行駛安全、經(jīng)濟、旅客舒適以及路容美觀等目標(biāo)。該課程內(nèi)容較多，包括土木工程技術(shù)、汽車機械原理、車輛行駛理論、駕駛員心理—行為協(xié)同效應(yīng)、人—汽車—環(huán)境交互機制等。課程各部分內(nèi)容之間關(guān)聯(lián)度較低，相關(guān)理論和詞匯在生活場景中關(guān)注度不高，具有詞匯專業(yè)化、知識碎片化、理論空虛化等特點。在日常教學(xué)中，出現(xiàn)學(xué)生理解課程內(nèi)容困難，課堂教學(xué)效果不佳的現(xiàn)象，同時課程實踐手段單一，實踐教學(xué)資源嚴(yán)重不足，信息化技術(shù)應(yīng)用程度較低，導(dǎo)致學(xué)生的課程實習(xí)和設(shè)計任務(wù)繁重，實踐教學(xué)開展也存在許多問題和不足。因此，亟須從教學(xué)理念、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式和教學(xué)資源等方面對道路勘測設(shè)計課程教學(xué)進行改革和創(chuàng)新，加強信息技術(shù)與道路勘測設(shè)計課程教學(xué)的深度融合，豐富信息技術(shù)應(yīng)用形式，提高應(yīng)用效能，提供信息技術(shù)在土木工程專業(yè)課程中有效應(yīng)用的典型案例。

一、道路勘測設(shè)計課程教學(xué)改革現(xiàn)狀

針對道路勘測設(shè)計課程教學(xué)過程中所存在的問題，目前國內(nèi)各高校教師利用已有的教學(xué)理念和技術(shù)手段，從教學(xué)模式、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式等方面，對該課程的教學(xué)模式進行了許多改革和創(chuàng)新。例如，南京林業(yè)大學(xué)李強等［1］翻轉(zhuǎn)課堂應(yīng)用到道路勘測設(shè)計課程教學(xué)中，增加了師生互動交流，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，從學(xué)習(xí)態(tài)度、課堂發(fā)言和小組討論等方面進行過程性評價。華南理工大學(xué)苑苗苗等［2］采用同伴教學(xué)法開展道路勘測設(shè)計課程教學(xué)，課堂教學(xué)以精講為主，增加學(xué)生互動環(huán)節(jié)，充分利用“雨課堂”和“超星學(xué)習(xí)通”等線上平臺，通過問卷調(diào)查進行對比分析，認(rèn)為該模式能顯著提高學(xué)生的學(xué)生效率。南陽理工學(xué)院李巖等［3］利用“雨課堂”平臺，采取線上+線下的教學(xué)模式，實現(xiàn)了課前的資料推送、課中的精講與互動和課后的個性輔導(dǎo)。南京工程學(xué)院張德育等［4］與交通設(shè)計院等單位合作，結(jié)合實際工程設(shè)計項目，采取項目化教學(xué)模式，實行項目分組、任務(wù)分工和項目后評價，將項目工程設(shè)計與理論教學(xué)深度融合，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性。

在國家大力發(fā)展新工科專業(yè)的背景下，傳統(tǒng)工科專業(yè)需主動適應(yīng)教育信息化改革的新趨勢，對培養(yǎng)方案、課程設(shè)置、課程評價等多方面進行改革創(chuàng)新，對課程教學(xué)質(zhì)量提出更高的要求。許多教師從教學(xué)模式、自主學(xué)習(xí)、信息化平臺、效果評價等方面對道路勘測設(shè)計課程教學(xué)模式進行了改革探索，改革成果為任課教師提高教學(xué)效果提供了寶貴經(jīng)驗。

二、BIM技術(shù)在本科教學(xué)中的應(yīng)用

國內(nèi)越來越多的高校注重將BIM技術(shù)運用到土木工程等專業(yè)課程教學(xué)中，并探索將BIM協(xié)同納入教學(xué)體系。2009年清華大學(xué)開展了國內(nèi)的BIM框架研究工作，梳理了中國BIM標(biāo)準(zhǔn)的核心定義和基本架構(gòu)，明確了其開放、兼容、應(yīng)用的BIM協(xié)同特性。2012年同濟大學(xué)邀請國內(nèi)建筑高校多名建筑領(lǐng)域?qū)＜?，研究討論將BIM技術(shù)應(yīng)用到本科教學(xué)和實踐培訓(xùn)中。BIM技術(shù)最大的特點是通過構(gòu)建三維模型，立體地展示所設(shè)計的各種建筑物，實現(xiàn)所看即所得的可視化效果。各專家交流相關(guān)BIM技術(shù)和教學(xué)經(jīng)驗，積極推進BIM技術(shù)和本科教學(xué)深度融合。西南交通大學(xué)衛(wèi)星等［5］將BIM+VR技術(shù)應(yīng)用到鋼結(jié)構(gòu)橋梁課程中，利用Revit等軟件實現(xiàn)BIM+VR體驗環(huán)境，改善了教學(xué)實踐效果。湖北第二師范學(xué)院戴曉燕等［6］探索工程管理專業(yè)改革新模式，通過提升教學(xué)團隊實踐教學(xué)水平，開展創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育，加強校企合作等措施，致力于培養(yǎng)學(xué)生的BIM技術(shù)運用能力。天津城建大學(xué)呂巖和楊德?。?］將BIM技術(shù)應(yīng)用在房屋建筑學(xué)教學(xué)中，引入實際工程案例，分組教學(xué)和討論，鼓勵學(xué)生對案例圖紙進行優(yōu)化或再設(shè)計。黎明職業(yè)大學(xué)林曉星［8］提出BIM技術(shù)可以有效提高學(xué)生對建筑供暖、管線和設(shè)備等建筑內(nèi)部環(huán)境和地下環(huán)境的認(rèn)識，了解管線設(shè)計改造、電力系統(tǒng)工作原理等。

通過收集相關(guān)資料和文獻發(fā)現(xiàn)，BIM技術(shù)在工程施工、工程造價、工程管理等課程應(yīng)用較多，主要面向土木工程專業(yè)建筑工程方向的課程。但是，在道路勘測設(shè)計課程應(yīng)用較少，有部分學(xué)校將BIM技術(shù)應(yīng)用在道路工程識圖與繪圖、道路工程施工等課程教學(xué)，基于BIM技術(shù)構(gòu)建道路勘測設(shè)計課程實踐教學(xué)新模式，將在日常教學(xué)中進行驗證和完善，助力土木工程等傳統(tǒng)專業(yè)向新工科專業(yè)的轉(zhuǎn)型升級。

三、道路勘測設(shè)計課程教學(xué)改革思路

近年來，計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和大數(shù)據(jù)技術(shù)迅猛發(fā)展，數(shù)字化是基于這些技術(shù)發(fā)展的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換技術(shù)，可以實現(xiàn)圖片、聲音、文字和視頻的加工、儲存和傳播，廣泛應(yīng)用于動漫設(shè)計、虛擬現(xiàn)實開發(fā)、人機交互研發(fā)等領(lǐng)域。

BIM是一種全新的數(shù)字化生產(chǎn)模式，不僅給工程建設(shè)行業(yè)轉(zhuǎn)型升級帶來了新的機遇，未來的工程設(shè)計和建設(shè)在保障工程質(zhì)量的前提下，發(fā)展新理念，開發(fā)新技術(shù)，實現(xiàn)建設(shè)工期和工程投資的縮減，BIM技術(shù)能為實現(xiàn)這一目標(biāo)提供技術(shù)支持；BIM技術(shù)也能為高等院校土木工程專業(yè)教學(xué)模式改革創(chuàng)新提供新的教學(xué)手段，實現(xiàn)教學(xué)模式數(shù)字化改革，符合新工科人才培養(yǎng)理念。在道路勘測設(shè)計課程教學(xué)過程中，教師應(yīng)向?qū)W生們更多地展示BIM技術(shù)的理念和亮點，將BIM技術(shù)和軟件與課程教學(xué)深度融合。教師可以利用該技術(shù)直觀講解道路各結(jié)構(gòu)和組成部分，幫助學(xué)生快速有效地識別工程圖紙，了解道路結(jié)構(gòu)構(gòu)造；指導(dǎo)學(xué)生進行軟件學(xué)習(xí)和操作，將協(xié)同設(shè)計、模塊化設(shè)計、一體化設(shè)計、數(shù)據(jù)共享等BIM理念和技術(shù)傳授給學(xué)生；學(xué)生利用課余時間自主學(xué)習(xí)BIM軟件功能和操作流程，增強實踐操作和創(chuàng)新學(xué)習(xí)的能力。BIM技術(shù)不僅適用于道路勘測設(shè)計課程教學(xué)，也適用于結(jié)構(gòu)力學(xué)，土木工程施工等課程，可以進行力學(xué)仿真、施工模擬和虛擬建造等。

同時還應(yīng)加強數(shù)字化教學(xué)資源建設(shè)，與施工、監(jiān)理、設(shè)計等單位進行深度合作，共同參與工程項目的全過程建設(shè)，將優(yōu)秀案例和典型案例建設(shè)為課程教材、電子課件和教學(xué)視頻等數(shù)字化教學(xué)資源。課程教材編寫打破傳統(tǒng)教材模式，突出工程案例新理念和新技術(shù)，特別是在數(shù)字化技術(shù)、能耗水平控制、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航和泛在感知設(shè)施等具有重大創(chuàng)新的方面進行重點介紹。同時還需要對課程所用的軟件引入優(yōu)秀教材，沒有教材的軟件，鼓勵教師編寫教材和課件，制作教學(xué)視頻。教學(xué)視頻制作可以借鑒微課堂模式，制作教學(xué)短視頻，結(jié)合教材結(jié)構(gòu)體系進行系統(tǒng)化建設(shè)，克服微課堂知識點碎片化的缺點，實現(xiàn)內(nèi)容的有效銜接和知識點的前后貫通，供課余時間學(xué)生自主學(xué)習(xí)。

四、道路勘測設(shè)計課程教學(xué)改革模式

依據(jù)道路勘測設(shè)計課程教學(xué)內(nèi)容與要求，借鑒于化龍、崔楊［9］提出的“三類型、四層次”的層次遞進教學(xué)模式，結(jié)合道路勘測設(shè)計課程的特點和人才培養(yǎng)要求進行改進和完善，提出了“四類型、五層次”實訓(xùn)教學(xué)模式，該模式以層次遞進、由簡入繁、虛實結(jié)合的思路開展理論和實踐教學(xué)。該模式的四類型是指驗證型訓(xùn)練、綜合型訓(xùn)練、創(chuàng)設(shè)型訓(xùn)練和實踐型訓(xùn)練，五層次是指課堂示范、模仿操作、綜合訓(xùn)練、拓展訓(xùn)練和項目實訓(xùn)。在該教學(xué)模式中，通過以下四種類型的訓(xùn)練，鼓勵本科生進行實驗項目訓(xùn)練和科學(xué)研究，強化學(xué)生實踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

（1）驗證型訓(xùn)練。該訓(xùn)練包括課堂示范和模仿操作兩個層次。課堂示范，教師制作課堂示范微視頻，此視頻將知識講解與運用技術(shù)解決學(xué)科教學(xué)具體問題融于一體，既傳授知識與技能，又培養(yǎng)學(xué)生在學(xué)科教學(xué)中運用技術(shù)的意識。模仿操作，教師制作道路設(shè)計操作微視頻，視頻內(nèi)容為完成任務(wù)的具體操作步驟供學(xué)生模仿，此類型訓(xùn)練意在達到教、學(xué)、做的有機結(jié)合。

（2）綜合型訓(xùn)練。對應(yīng)培養(yǎng)工程設(shè)計綜合能力，教師制定實踐學(xué)習(xí)任務(wù)，提供地形地物、水文地質(zhì)、路線方案、設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)指標(biāo)等相關(guān)素材，并提出詳細的實施要求；學(xué)生獨立思考和設(shè)計，了解廣聯(lián)達路易等道路BIM設(shè)計軟件專業(yè)協(xié)同和三維動態(tài)的設(shè)計理念，掌握設(shè)計軟件操作方法和進行地形處理、三維模型構(gòu)建、道路平面、縱面、橫斷面的設(shè)計流程，最后完成一項包括道路平面、縱面、橫斷面的設(shè)計成果。

（3）創(chuàng)設(shè)型訓(xùn)練。組織學(xué)生結(jié)合BIM設(shè)計軟件自主開展公路或城市道路設(shè)計，設(shè)計涵蓋道路的橫斷面設(shè)計、縱斷面設(shè)計、平面設(shè)計、橋梁設(shè)計、涵洞設(shè)計、隧道設(shè)計、交通設(shè)施、土石方計算等。學(xué)生結(jié)合項目要求，自行確定設(shè)計對象、設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計方案，并運用BIM設(shè)計軟件完成任務(wù)。

（4）實踐型訓(xùn)練。與地方工程設(shè)計院等單位合作，以實際項目為依托，以設(shè)計任務(wù)為驅(qū)動，將項目實訓(xùn)納入專業(yè)人才培養(yǎng)方案實踐教學(xué)內(nèi)容，完善實踐教學(xué)人才培養(yǎng)大綱，明確實踐時間、考核要求、考核內(nèi)容和考核方式。項目實訓(xùn)過程對學(xué)生進行項目分組、任務(wù)分工，邀請設(shè)計院專業(yè)工程師參與學(xué)生項目設(shè)計指導(dǎo)，講解項目的具體步驟和方法，制訂任務(wù)計劃，合理安排任務(wù)時間，嚴(yán)格執(zhí)行預(yù)定計劃。

五、道路勘測設(shè)計課程教學(xué)資源建設(shè)

教學(xué)資源建設(shè)是道路勘測設(shè)計課程信息化、項目化、應(yīng)用化的重要組成部分，是衡量該課程教學(xué)改革與創(chuàng)新的重要指標(biāo)，其可以利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)平臺和先進技術(shù)，提供了一個教師與學(xué)生溝通與交流的新渠道?；贐IM技術(shù)的道路勘測設(shè)計課程教學(xué)資源建設(shè)應(yīng)注重技能培訓(xùn)與崗位對接，基于工程項目設(shè)計工作過程，全面梳理課程知識點和技能點，不斷補充、完善和優(yōu)化課程資源，實現(xiàn)課程教學(xué)資源的迭代升級，持續(xù)輸出優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源，滿足學(xué)生自主學(xué)習(xí)、探索創(chuàng)新的需求。

道路勘測設(shè)計課程教學(xué)資源：（1）授課教材及參考資料。包括《道路勘測設(shè)計（第五版）》專業(yè)教材以及《公路工程技術(shù)BIM標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件應(yīng)用指南》《市政橋梁工程（寧波澄浪橋）全流程BIM工程化應(yīng)用》《道路工程BIM設(shè)計指南CNCCBIM?OpenRoads入門與實踐》等BIM技術(shù)應(yīng)用教材。（2）教學(xué)資料。包括教材配套的電子課件、課程考核標(biāo)準(zhǔn)和教學(xué)大綱、相關(guān)道路橋梁設(shè)計規(guī)范。（3）課程軟件。主要是路易BIM道路設(shè)計軟件、CNCCBIM?OpenRoads軟件、廣聯(lián)達數(shù)維道路設(shè)計軟件等BIM設(shè)計軟件，以及斑馬進度計劃軟件、鴻城InfraFuser軟件等具有進度管理、數(shù)據(jù)集成和可視化功能的配套軟件。（4）標(biāo)準(zhǔn)案例。包括原始地形等案例圖紙，項目背景和方案等案例資源包和教學(xué)視頻。

結(jié)語

通過利用BIM技術(shù)及相關(guān)設(shè)計軟件，先后在道路勘測設(shè)計課堂教學(xué)、課程設(shè)計、生產(chǎn)實習(xí)和畢業(yè)設(shè)計等多個環(huán)節(jié)中開展教學(xué)與實踐。從學(xué)生的實踐、探索與創(chuàng)新等方面來看，BIM技術(shù)能在枯燥的理論教學(xué)中實現(xiàn)數(shù)字化、可視化、動態(tài)化的教學(xué)效果，將先進的信息化技術(shù)帶進課堂中，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，有效提高教學(xué)質(zhì)量，為學(xué)生的未來學(xué)習(xí)和工作打下扎實的理論基礎(chǔ)和實踐經(jīng)驗。

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基金項目：湖南省一流本科專業(yè)建設(shè)項目（湘教通〔2020〕248號）；湖南省普通高等學(xué)校教學(xué)改革研究項目（HNJG20220816）；湖南省社會科學(xué)成果評審委員會課題（XSP21YBC022）；中國建設(shè)教育協(xié)會教育教學(xué)科研課題（2019126）；吉首大學(xué)獨立設(shè)置實驗課項目“土木工程實驗”（JDDL2018010）

作者簡介：王浩（1987—?），男，漢族，江西萍鄉(xiāng)人，博士研究生，工程師，研究方向：道路工程。