高校BIM在線教育的閉環管理體系研究

趙雪鋒 胡曉明 陳映德 陳可欣 李丹洋 趙 龍

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

引言

BIM技術是現階段建筑業轉型升級的重要抓手，BIM人才教育是BIM技術實施推廣的重要途徑。2019年4月1日，人力資源社會保障部、市場監管總局、統計局正式向社會發布了建筑信息模型技術員、人工智能工程技術人員、物聯網工程技術人員、大數據工程技術人員、云計算工程技術人員等13個新職業信息[1]。這是自2015年版國家職業分類大典頒布以來發布的首批新職業，也代表BIM技術職業在國家層面上的認可。2018年3月21日，教高函[2018]4號發文《教育部關于公布2017年度普通高等學校本科專業備案和審批結果的通知》中明確在同濟大學率先開辦智能建造專業[2]。2019年4月教育部等部門聯合印發《關于在院校實施“學歷證書+若干職業技能等級證書”制度試點方案》，部署啟動“學歷證書+若干職業技能等級證書”(簡稱1+X證書)制度試點工作[3]。方案提出探索建設職業教育國家“學分銀行”，對學歷證書和職業技能等級證書所體現的學習成果進行認證、積累與轉換。建筑信息模型技術成為首批試點的有關職業技能等級證書。教育部的這兩項政策的發布，表明BIM的教育已經從社會培訓進入到高職、高校等學歷教育的主渠道。

1 現階段BIM教育的主要形式和問題分析

1.1 現階段高校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，其教學過程中以教師為主體，課堂教學節奏緊湊，方法直接，知識系統，優勢明顯，是當前高校的主要教學方式。但隨著教科技術的發展，傳統教學方式弊端漸顯，學生的非主體地位使其成為知識接受的被動者，且教學方式相對單一等特點使傳統模式的教學效果大打折扣[4]。而高校的BIM教學大部分還是沿襲理論教學的方式展開。由于新冠疫情的影響，在線教學的形式大大增加，極大地豐富了高校BIM教學形式，但是很多在線教學是課堂教學的網絡版，沒有充分利用在線教學的特點。

圖3 管廊土建編碼知識示例

1.2 現階段高校BIM教育的問題分析

高校的BIM教育的受眾群體是大學生，他們相比較社會BIM受眾群體的工程師來說具有鮮明的特點。大學生思想活躍、接受新事物能力強，但是對于專業的認知淺薄、工程實踐經驗缺乏，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。然而現有的高校BIM教育一般是從工程師培訓轉化借鑒而來，在知識維度往往只著重軟件操作，沒有深入涉及工程專業知識、軟件實現邏輯和工程應用方法[5]。這樣培養出來的學生能快速畫出模型，但是對于構件有什么專業特點和作用、軟件如何實現和優化、工程項目應該如何體系應用都缺乏認知。

另外，現階段高校BIM教育重視課堂教授和課堂操作練習，輕視甚至是缺乏課堂項目應用練習、課后操作練習和課后項目應用練習。課后操作練習和項目應用練習要做好，工作量非常大，而且對于老師的要求也非常高。一般操作練習和項目應用練習，要求學生提交的是做好的模型文件，批閱時打開文件難、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可以促使學生更快更好地掌握相關知識，同時有利于未來成為真正懂理論、能操作、知來由、會應用的BIM人才。

圖1 知識體系架構

2.1 工程專業知識

工程專業知識主要有工程構造知識、工程分類和編碼體系以及工程工藝工法，圖2和圖3分別是管廊土建構造知識和編碼知識的示例。工程專業知識是BIM應用的出發點和落腳點。蘊含和符合工程專業知識的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和軟件的構建實現方法[6]。圖4是歐特克公司的Revit軟件的體系架構。在這個體系架構上，還要講解軟件的構件實現方法，例如在這個體系架構中沒有樁基礎的類別，也就是說在頂層架構中就沒有樁基礎這個類別。我們要實現這個往往是用柱來替代，這就是Revit軟件樁基礎的實現方法。

圖4 Revit的體系架構

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境、每一個構件的軟件操作步驟以及軟件操作的協同方法。

2.4 項目應用知識

項目應用知識就是指在面向項目應用時軟件環境的配置方法、項目模型的創建方法和流程，以及項目的主要應用點的價值和實現方式。

3 高校BIM在線教育的流程體系

在線教學模式的興起離不開閉環式管理理念，閉環式管理由創始人羅伯特·卡普蘭(Robert S.Kaplan)和戴維·諾頓(David P.Norton)在《閉環式管理：從戰略到運營》一文中首先提出，閉環管理(Closed-Management)把整個生產管理過程視為一個閉環系統，通過對生產過程中產生的問題及時發現、分析、決策、處理、控制、反饋、再控制、再反饋，使整個閉環系統自動循環優化迭代，促進系統不斷地自我革新與自我超越[7]。

圖5 閉環管理體系架構

基于閉環管理的理念，突破原有傳統教育模式，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，以體系為保障，以過程管控為載體，以互聯網資源為橋梁，按閉環管理體系的一級模塊課程活動[8]、章節學習、任務點、章節測試、學生管理、課程積分、討論等，構建“下游式”的課前視頻預習、課前問題引導、專業知識講解、軟件知識講解、操作方法講解、操作習題練習、項目應用講解、課堂項目練習、課后習題練習、課后項目練習的在線教育閉環全流程，實現“教與學”間的配合與協同，形成一個閉環式的高效實踐教學管理體系[9]。

這個閉環體系中知識學習翻倍，專業知識和BIM軟件知識。課堂練習翻倍，包含BIM軟件操作練習和項目應用練習。課后作業翻倍，包含課后軟件操作作業和項目練習作業。這樣老師批改反饋講解的閉環工作量就大大增加，而在線的教學方式以及主觀題客觀化的方法能夠大大增強老師批改、分發作業的效率。

4 案例分析

4.1 教學基本情況

某高校土木工程專業工程管理方向班級的《BIM基礎課程系統應用》小學期課程，完全以在線形式，通過學習通線上平臺+騰訊會議+微信群而進行的閉環管理模式教學展開。

4.2 BIM在線教育管理體系模塊應用

(1)課程活動模塊

課前視頻練習和問題引導在該模塊下最大化地解決學前問題，它是實現在線教育閉環管理體系中的首要環節，為后續課程的實施奠定了良好的基礎。

(2)章節學習模塊

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

圖6 章節學習模塊

(3)任務點模塊

軟件操作習題練習和課后習題練習通過此模塊進行任務設置，并根據設置原則進行評估打分(圖7)。

圖7 任務點模塊

(4)章節測試模塊

章節測試模塊用于設置課后項目練習的應用,見圖8。

圖8 章節檢測模塊

(5)學生管理模塊

BIM在線教育實訓考核中，主觀題為主要考核點題目類型，主觀題的批閱會耗費時間且精準度低。如何將主觀問題客觀化是重點問題，以Autodesk平臺某軟件為例，如選擇主觀問題主觀答，學生會提交大量壓縮文件，教師在閱卷時既要依次下載學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。方法上可以要求學生提交模型構件屬性截圖、某視圖截圖、文字輔助答案，教師在平臺端可直觀查看學生提交的圖片和文字，快速批閱，不僅能保障答題精準度還能了解該知識點掌握情況。而且在線培訓平臺端后臺系統會自動核算學生成績及個題比值，教師可根據比值情況總結重點難點，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：根據后臺統計數據，可直觀查看學生學習進度、時長，快速遠程了解學生狀態及知識點掌握情況，輕松解決在線教育培訓監管難的問題,如圖12所示。

圖12 課堂管理模塊

(6)討論模塊

項目應用講解設置在討論模塊下，把線上學員與老師互動的問題進行歸納總結，便于學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

項目應用講解設置在此模塊下，便于講師通過此項積分環節對學員后期進行綜合評估，見圖14。

(8)作業統計模塊

此模塊根據老師預先出的題目，自動劃分歸類進行主觀題和客觀題的辨別,見圖15。

圖15 作業統計模塊

(9)成果總結模塊

成本總結模塊見圖16-20所示。

圖16 建筑模型

圖17 結構模型

圖18 機電模型

圖19 施工模擬

圖20 動畫場景

5 結論

實踐證明基于閉環管理的在線教育模式，通過教學知識的拓展，教學流程的豐富和閉環，各個教學模塊的數據化應用統計及導出，不僅提高了教學的質量，還使整個教學進入了良性循環的自我革新模式。但也存在缺乏有效學習監督機制，缺少線下課堂面對面的學習氛圍等問題。學生是學習的實踐者，是在線教學的主要對象，更是學習的主體，其在線學習習慣的養成有助于他們充分利用在線教學平臺資源，豐富學習方式，還可隨時隨地利用碎片化的時間進行學習，提升學習效率，進而促進高校在線教學水平的提高。另外，加強自主在線教學平臺的建設與完善，在疫情期間在線教學的過程中，都出現過各種各樣的問題，例如準備不充分，網絡不順暢，平臺不統一等。

隨著信息技術的不斷演進，知識、交互、教師、學生等教育要素都在發生改變，尤其是人工智能技術發展，互聯網在線教育正在向以開放性、互動性、智能性、創新性為主要特征的“智能+教育”新生態轉化，基于BIM的在線教育閉環管理體系會變得更加成熟。