新工科背景下以信息為中心的BIM課程教學(xué)改革研究

劉欣，聶慶慧，趙慶華

（揚(yáng)州大學(xué) 建筑科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州）

一 引言

為了應(yīng)對(duì)新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革，支撐服務(wù)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展等一系列國家戰(zhàn)略，國家推行新工科建設(shè)，致力于探索領(lǐng)跑。面臨新形式、新機(jī)遇與新挑戰(zhàn)，信息化引發(fā)了新產(chǎn)業(yè)與新工科的興起，無論是綜合性大學(xué)還是工科院校，新工科及新工科建設(shè)等問題已成為當(dāng)前高等教育領(lǐng)域中的熱議話題[1]。

建筑信息模型（BIM）作為建筑業(yè)最具發(fā)展前景的技術(shù)之一，是符合新工科教育要求的技術(shù)，已逐步被廣泛地應(yīng)用到實(shí)際工程中，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效應(yīng)，進(jìn)而推動(dòng)建筑業(yè)創(chuàng)新發(fā)展。因此，不難發(fā)現(xiàn)新工科的“新”的涵義在BIM課程上具有很好的體現(xiàn)。首先，BIM作為建筑領(lǐng)域的新工具，是信息化浪潮下多學(xué)科交融的產(chǎn)物，具有“新生”特征；其次，BIM的內(nèi)涵與外延也得到了大大擴(kuò)展，從傳統(tǒng)BIM施工應(yīng)用向前向后階段進(jìn)行延伸[2]。因此，將BIM納入新工科建設(shè)體系是十分必要的。

與其同時(shí)，需要研究分析新工科建設(shè)下對(duì)BIM課程教學(xué)的學(xué)生知識(shí)、能力、素質(zhì)能力等新要求，探索從傳統(tǒng)的BIM發(fā)展向新時(shí)代以信息為中心的BIM教學(xué)升級(jí)轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵與方法是十分必要的。揚(yáng)州大學(xué)工程管理專業(yè)依托學(xué)院土木工程優(yōu)勢(shì)學(xué)科基礎(chǔ)上，夯實(shí)工程技術(shù)基礎(chǔ)，為智慧建造情境下的人才培養(yǎng)與全過程工程管理能力提升提出了新要求，以新工科建設(shè)為背景，以滿足信息化為中心的適應(yīng)時(shí)代發(fā)展和產(chǎn)業(yè)需求，將BIM技術(shù)納入教學(xué)體系改革中，培養(yǎng)復(fù)合型、應(yīng)用型的工程管理人才。本文以BIM教學(xué)實(shí)踐為基礎(chǔ)，試圖分析新工科建設(shè)下的BIM應(yīng)用實(shí)際以達(dá)到BIM教學(xué)的理想狀態(tài)。

二 傳統(tǒng)培養(yǎng)模式下的BIM發(fā)展的局限

我國建筑業(yè)正從建造大國向建造強(qiáng)國進(jìn)行轉(zhuǎn)型升級(jí)，在這個(gè)發(fā)展歷程中，如何從傳統(tǒng)的粗放式、碎片化生產(chǎn)方式向現(xiàn)代精細(xì)化、集成化的技術(shù)密集型生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變，亟需實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)領(lǐng)域信息化與工業(yè)化的并行與融合，從而真正實(shí)現(xiàn)建筑工程建設(shè)的安全、高效、可持續(xù)發(fā)展。然而，傳統(tǒng)培養(yǎng)模式下的BIM課程建設(shè)面臨在以下四大問題。

（一）人才培養(yǎng)不合理

從專業(yè)本身發(fā)展情況來看，BIM信息化教學(xué)與基礎(chǔ)課程教學(xué)之間存在矛盾；拓寬專業(yè)基礎(chǔ)與培養(yǎng)業(yè)務(wù)專長(zhǎng)之間的矛盾；知識(shí)傳授與能力培養(yǎng)之間的矛盾；能力培養(yǎng)與素質(zhì)全面提升之間的矛盾。具體表現(xiàn)在專業(yè)設(shè)置口徑狹窄，教學(xué)內(nèi)容陳舊，且在多門課程中存在重復(fù)，教學(xué)方式傳統(tǒng)守舊，同時(shí)本科階段中相關(guān)的信息化課程開設(shè)不足、理論與實(shí)踐教學(xué)比例不合理、缺乏相關(guān)人才，更加深了BIM人才培養(yǎng)方面的問題。

（二）信息孤立，專業(yè)間缺乏系統(tǒng)合作

高校各學(xué)院各個(gè)專業(yè)在開設(shè)BIM課程時(shí)往往相互之間獨(dú)立，信息之間缺乏共享，導(dǎo)致專業(yè)之間難以協(xié)同[3]，從而未能全面體現(xiàn)BIM本身價(jià)值。例如，一棟建筑物往往是由建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備、能源、管理等多個(gè)學(xué)科與系統(tǒng)構(gòu)成的有機(jī)統(tǒng)一體，需要在各專業(yè)系統(tǒng)獨(dú)立又合作地展開相應(yīng)工作。但在學(xué)校實(shí)際教學(xué)過程中，學(xué)生在開展BIM實(shí)操演練時(shí)，很少針對(duì)完整項(xiàng)目本身展開多專業(yè)集成的學(xué)習(xí)與實(shí)際操作，即使是到了實(shí)習(xí)設(shè)計(jì)或者畢業(yè)設(shè)計(jì)階段也僅是從本專業(yè)層面上完成選題與設(shè)計(jì)，對(duì)于各專業(yè)知識(shí)與技能之間的協(xié)調(diào)與配合的整體要求是不能滿足的。

（三）創(chuàng)新氛圍與創(chuàng)新意識(shí)缺乏

當(dāng)前高校教學(xué)模式中以傳授知識(shí)為主的傳統(tǒng)教育模式為主，這對(duì)大學(xué)生的創(chuàng)新能力培育引導(dǎo)力度較低，使得高等院校的創(chuàng)新氛圍略顯不足；同時(shí)課堂教學(xué)中多以書本內(nèi)容為主，對(duì)于知識(shí)更新速度較慢，特別是缺少有關(guān)BIM的相關(guān)學(xué)科交叉內(nèi)容；在大學(xué)生科技創(chuàng)新教育長(zhǎng)效機(jī)制方面較為缺乏，使得BIM創(chuàng)新教育活動(dòng)較少，多是以分散、臨時(shí)形式出現(xiàn)，缺乏高效優(yōu)質(zhì)的教學(xué)實(shí)踐創(chuàng)新活動(dòng)；多數(shù)高校BIM教學(xué)過程中都存在主要進(jìn)行BIM建模方法講解，對(duì)于BIM協(xié)同創(chuàng)新以及應(yīng)用實(shí)踐重視不夠，主要是由于BIM教學(xué)定位不清晰，使得學(xué)生對(duì)于BIM定位理解出現(xiàn)偏差，僅認(rèn)同BIM僅僅是一個(gè)繪圖軟件，導(dǎo)致不利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。另外，多數(shù)學(xué)生在創(chuàng)新能力方面表現(xiàn)不足，缺乏創(chuàng)新意識(shí)與欲望，對(duì)于知識(shí)和技能的積累較為不利，缺乏發(fā)現(xiàn)有價(jià)值信息的能力。

（四）理論與實(shí)踐教學(xué)脫離，教學(xué)資源不共享

針對(duì)現(xiàn)有BIM相關(guān)人才培養(yǎng)需求來看，專業(yè)建設(shè)過程中對(duì)基礎(chǔ)信息部分重復(fù)操作，一旦部分專業(yè)出現(xiàn)操作失誤使得各專業(yè)協(xié)同合作受到影響。與此同時(shí)，相關(guān)專業(yè)在BIM課程引入過程中，教師往往選擇的是本專業(yè)知識(shí)點(diǎn)案例，但這對(duì)于各專業(yè)協(xié)同的典型工程案例諸多特征以及過程來說，缺乏足夠的理論學(xué)習(xí)與實(shí)踐操作，同時(shí)在專業(yè)課程學(xué)習(xí)過程也可能發(fā)生部分內(nèi)容重復(fù)學(xué)習(xí)的情況，導(dǎo)致資源浪費(fèi)；教學(xué)方式方面則偏重于傳統(tǒng)守舊的方式，缺乏開放式、情景式、研討式、實(shí)踐式等有利于大學(xué)生素質(zhì)培養(yǎng)的教學(xué)方式。

三 面向新工科的BIM課程教學(xué)建設(shè)思路

新工科建設(shè)的三部曲開拓了工程教育改革的新路徑，同時(shí)也激發(fā)了人才培養(yǎng)的潛力[4,5]。BIM課程改革以新工科體系為發(fā)展契機(jī)，按照新工科要求加強(qiáng)教學(xué)創(chuàng)新升級(jí)，強(qiáng)化學(xué)生能力培養(yǎng)，提出以信息為中心的BIM課程教學(xué)改革思路秉承“由專到綜、縱橫聯(lián)合、虛實(shí)結(jié)合、協(xié)同創(chuàng)新”的模式。

（一）由專到綜

立足于建筑行業(yè)發(fā)展需求，以信息化發(fā)展實(shí)際，克服單一學(xué)科專業(yè)知識(shí)局限帶來的弊端，集合建筑、結(jié)構(gòu)、能源、環(huán)保、設(shè)備、管理等多學(xué)科，融合新一代信息技術(shù)，著力提升學(xué)生的綜合實(shí)踐能力。

（二）縱橫聯(lián)合

當(dāng)前的BIM課程建設(shè)中教學(xué)與實(shí)踐之間相互獨(dú)立，所產(chǎn)生的“信息孤島式”的教學(xué)方式對(duì)于各專業(yè)知識(shí)在工程項(xiàng)目中的定位不明晰，這也造成了設(shè)計(jì)的返工與浪費(fèi)。BIM教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)明確每個(gè)專業(yè)同學(xué)進(jìn)入的時(shí)間節(jié)點(diǎn)和其上下游專業(yè)的聯(lián)系，橫向則根據(jù)專業(yè)特色與成果形式統(tǒng)一建模規(guī)則及要求，避免由于規(guī)則不統(tǒng)一所導(dǎo)致的模型誤差；縱向則將相關(guān)課程有機(jī)聯(lián)系在一起，強(qiáng)調(diào)課程體系的完整性和一體性，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的綜合知識(shí)能力。

圖1 BIM課程教學(xué)理念優(yōu)化圖

（三）虛實(shí)結(jié)合

由真到仿，協(xié)同創(chuàng)新。學(xué)生在對(duì)真實(shí)項(xiàng)目翻模得到仿真模型基礎(chǔ)上，對(duì)其進(jìn)行系列測(cè)試，同時(shí)結(jié)合工程現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研對(duì)模型進(jìn)行綜合優(yōu)化，提升了學(xué)生理解合理設(shè)計(jì)的內(nèi)涵，同時(shí)在優(yōu)化過程中，不同專業(yè)學(xué)生針對(duì)BIM應(yīng)用實(shí)際中相互辯論，激發(fā)創(chuàng)新思維。另外，除BIM技術(shù)外，隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展也越來越得到人們的重視，如Wang等[6]，王廷魁等[7]提出將BIM與AR結(jié)合應(yīng)用到施工中，這些都為基于BIM與AR的結(jié)合應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

（四）協(xié)同創(chuàng)新

BIM課程的創(chuàng)新人才培養(yǎng)既要與傳統(tǒng)學(xué)科優(yōu)勢(shì)相結(jié)合，同時(shí)又要站在綠色建筑、智慧建造的角度做好課程設(shè)計(jì)。要切實(shí)以學(xué)生為中心，準(zhǔn)確把握學(xué)生成長(zhǎng)成才需求。依托人才培養(yǎng)方案，通過BIM課程的個(gè)性化設(shè)置、開展專題教學(xué)、實(shí)行雙導(dǎo)師制等實(shí)現(xiàn)“以學(xué)生為中心”的教育模式改革。同時(shí)，針對(duì)BIM協(xié)同教學(xué)特點(diǎn)，增加學(xué)生自主學(xué)習(xí)時(shí)間，拓展系統(tǒng)性，為滿足學(xué)生需求同時(shí)，提供可拓展知識(shí)的平臺(tái)。同時(shí)，作為信息集成模型，BIM可實(shí)現(xiàn)信息的共享與協(xié)同作業(yè)，通過與大數(shù)據(jù)、云技術(shù)等新一代技術(shù)的融合，使得BIM人才需求逐漸成為用人單位擇“才”導(dǎo)向。因此，高校在以信息為導(dǎo)向的BIM課程建設(shè)中培養(yǎng)兼具操作與應(yīng)用能力的復(fù)合型人才，同時(shí)要適應(yīng)創(chuàng)新需求，培養(yǎng)基礎(chǔ)知識(shí)扎實(shí)、專業(yè)技能強(qiáng)的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才。

四 以信息為中心的BIM課程體系建設(shè)

為突破“新工科”建設(shè)和發(fā)展的瓶頸問題，本文針對(duì)當(dāng)前BIM課程建設(shè)發(fā)展現(xiàn)狀，提出新工科背景下BIM課程應(yīng)當(dāng)突破傳統(tǒng)思維模式，建立以信息為中心的BIM人才培養(yǎng)模式，改革教學(xué)手段等，從而提升BIM人才培養(yǎng)的質(zhì)量。

（一）BIM課程教學(xué)理念

BIM課程建設(shè)中秉承新工科體系“三個(gè)面向”的教學(xué)指南，即面向工程、面向未來、面向世界。新課程體系的設(shè)置需要針對(duì)學(xué)生的個(gè)性需求進(jìn)而采用多層次的培養(yǎng)理念，同時(shí)對(duì)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)踐能力進(jìn)行綜合培養(yǎng)。從學(xué)科交叉多元化人才培養(yǎng)視角出發(fā)，培養(yǎng)具有組織、管理、經(jīng)濟(jì)、法律、技術(shù)（IT技術(shù)）等全面知識(shí)組織架構(gòu)。在專業(yè)課程教學(xué)實(shí)踐過程中，加強(qiáng)育人理念，并引入交叉學(xué)科建設(shè)機(jī)制，服務(wù)于教學(xué)實(shí)踐，創(chuàng)新人才培養(yǎng)機(jī)制。BIM課程教學(xué)理念優(yōu)化如圖1所示。首先，通過對(duì)教學(xué)資源，包括教學(xué)平臺(tái)、教學(xué)設(shè)施、教學(xué)團(tuán)隊(duì)等資源整合的基礎(chǔ)上，完成BIM課程知識(shí)共享平臺(tái)的搭建；其次依據(jù)不同類型與應(yīng)用方向?qū)IM課程內(nèi)容進(jìn)行整合，形成以建筑CAD、建筑工程項(xiàng)目識(shí)圖、設(shè)備安裝工程識(shí)圖等為基礎(chǔ)課程，建設(shè)工程信息管理，BIM5D應(yīng)用分析、Revit軟件應(yīng)用等為BIM核心課程，BIM技術(shù)綜合實(shí)踐作為拓展課程，完成知識(shí)傳授;最后，通過創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)課程、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）、專項(xiàng)實(shí)踐等，引導(dǎo)學(xué)生將所學(xué)知識(shí)與工程實(shí)踐相結(jié)合，完成對(duì)學(xué)生實(shí)踐與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

（二）創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式

BIM課程作為典型的符合新工科理念的課程，其創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式既要從人才視角上進(jìn)行個(gè)性培養(yǎng)，同時(shí)也要培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維。首先，要培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感與創(chuàng)新意識(shí)，使其具備扎實(shí)的基礎(chǔ)及寬厚的專業(yè)知識(shí)、同時(shí)可充分的運(yùn)用BIM基本理論、知識(shí)、技能與方法等分析和解決BIM應(yīng)用中的理論與實(shí)際問題的專業(yè)技術(shù)型人才[1]。其次，培養(yǎng)內(nèi)容上突破傳統(tǒng)的教學(xué)模式，采用多模塊、錯(cuò)層次、多路徑的教學(xué)形式，并輔以相應(yīng)的知識(shí)體系和工具進(jìn)行學(xué)習(xí)。最后，培養(yǎng)方法上建立多系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)培養(yǎng)機(jī)制，充分發(fā)揮學(xué)校、企業(yè)之間的作用。

（三）改革教學(xué)手段

提高學(xué)生的課堂關(guān)注力是教學(xué)方法改革的基礎(chǔ)與核心。新工科背景下的廣泛采用多學(xué)科有機(jī)統(tǒng)一體，大力采用新興技術(shù)等作為BIM課程支撐。根據(jù)BIM課程改革將其分為專業(yè)認(rèn)知、專業(yè)提升、專業(yè)應(yīng)用三個(gè)階段，通過基礎(chǔ)理論教學(xué)輔助以實(shí)踐，以基礎(chǔ)理論夯實(shí)基礎(chǔ)、以課程實(shí)踐輔助于知識(shí)系統(tǒng)提升，利用分階段互補(bǔ)式理論實(shí)踐教學(xué)模式。

（四）加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研合作

在傳統(tǒng)BIM課程教學(xué)基礎(chǔ)上，根據(jù)行業(yè)需求不同，模擬不同工程專業(yè)的工藝流程，并將專業(yè)需求、規(guī)范，并結(jié)合江蘇本地企業(yè)進(jìn)行深度融合。

首先，以科研研究為核心更新教學(xué)內(nèi)容，將建筑信息化相關(guān)新理論、新技術(shù)轉(zhuǎn)化為教學(xué)內(nèi)容，從提高學(xué)生的研究素養(yǎng)方面培養(yǎng)學(xué)生科研興趣，增強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新應(yīng)用的能力。例如，在BIM模型建立完善的基礎(chǔ)上，通過與VR技術(shù)結(jié)合可以讓學(xué)生在施工前可以看到施工后的工程狀態(tài)，詳細(xì)了解施工過程中可能發(fā)生的某個(gè)事件，無論是從設(shè)計(jì)角度還是施工角度，都能夠得到充分指導(dǎo)，避免在施工過程中很多可能發(fā)生的事故、問題，同時(shí)對(duì)于成本、進(jìn)度還是管理上，都可以使工程建設(shè)變得更為合理。其次，以項(xiàng)目為導(dǎo)向更新教學(xué)內(nèi)容，將新方法、新應(yīng)用不斷融入到BIM課程實(shí)踐中，通過新觀念、新技術(shù)、新案例經(jīng)驗(yàn)等對(duì)理論與實(shí)踐教育進(jìn)行豐富。最后，從行業(yè)需求角度出發(fā)，在傳統(tǒng)BIM教學(xué)基礎(chǔ)上，依據(jù)行業(yè)需求不同，通過不同工程的工藝流程模擬，結(jié)合江蘇本地企業(yè)實(shí)際進(jìn)行深度融合，使得學(xué)生可以理解不同工程需求條件下的BIM課程。

五 多層次協(xié)同的創(chuàng)新實(shí)踐平臺(tái)

新課程體系設(shè)置針對(duì)學(xué)生個(gè)性需求和多層次培養(yǎng)要求，注重加強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)。在基礎(chǔ)教育的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)以學(xué)生為中心的教學(xué)模式，采用基于項(xiàng)目的人才培養(yǎng)方式，將管理、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、法律、信息化等知識(shí)體系相融合，引導(dǎo)學(xué)生以專業(yè)人員進(jìn)行實(shí)踐，形成面向工程管理能力需求的新型體驗(yàn)式、沉浸式的視角教學(xué)形式。理論學(xué)習(xí)中，采用課堂與機(jī)房教學(xué)相結(jié)合，從基礎(chǔ)知識(shí)、BIM案例啟發(fā)教學(xué)、創(chuàng)新課堂出發(fā)，以專業(yè)教師進(jìn)行創(chuàng)新與認(rèn)知指導(dǎo)，工程師輔以實(shí)驗(yàn)應(yīng)用指導(dǎo)，有利于學(xué)生理論創(chuàng)新學(xué)習(xí)體系的完善；實(shí)踐教學(xué)方面，則積極引進(jìn)行業(yè)內(nèi)的一線企業(yè)資源，引入企業(yè)工程師進(jìn)課堂、合辦校企工作坊、申報(bào)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)課程、建設(shè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室、企業(yè)實(shí)踐等多種教學(xué)形式，使得學(xué)生在全面接觸建筑工程案例的同時(shí)，見圖2。

圖2 產(chǎn)學(xué)研深度融合

以信息為中心的BIM課程教學(xué)改革是一個(gè)綜合型的復(fù)雜工作，必須具有系統(tǒng)統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)，設(shè)計(jì)課程建設(shè)思路與課程體系建設(shè)高度統(tǒng)一、產(chǎn)學(xué)研融合，在充分發(fā)揮教師潛能的同時(shí)，對(duì)于教學(xué)理念更新、師資水平提高、實(shí)踐教學(xué)體系強(qiáng)化、硬件平臺(tái)完善等各方面提供了基礎(chǔ)支撐，全面保障了面保障新工科建設(shè)體系下的BIM人才培養(yǎng)質(zhì)量。

六 結(jié)語

新工科建設(shè)作為新的歷史進(jìn)程中對(duì)高等教育所提出的新希望與新要求，其本身應(yīng)當(dāng)是產(chǎn)學(xué)研教的深度融合，同時(shí)也是改革創(chuàng)新教育評(píng)價(jià)體系。BIM課程作為其自身的應(yīng)用性與綜合性，需要緊密結(jié)合建筑工程行業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)，不可避免的要對(duì)BIM課程本身進(jìn)行教育改革。本文基于新工科視角下探討B(tài)IM課程教學(xué)改革，從傳統(tǒng)培養(yǎng)模式下的BIM發(fā)展局限出發(fā)，提出了面向新工科BIM課程教學(xué)建設(shè)思路，對(duì)以信息為中心的BIM課程體系建設(shè)進(jìn)行了探索，為高水平、高素質(zhì)的工程項(xiàng)目管理人才的培養(yǎng)而不斷努力。