信息化背景下工程類課程轉(zhuǎn)型升級實踐
——以安裝工程概預(yù)算課程為例

劉靜樂 楊 彬 趙曉會

2019年，“建筑信息模型技術(shù)員”被認(rèn)定為我國13 個新職業(yè)之一[1]。2020年，住建部等13 部門明確指出，到2035年建筑工業(yè)化全面實現(xiàn)，邁入智能建造世界強(qiáng)國行列[2]。面對建筑行業(yè)信息化的發(fā)展趨勢，工程類課程亟須轉(zhuǎn)型升級。BIM（Building Information Modeling）技術(shù)是建筑行業(yè)的第二次數(shù)字革命，逐漸成為工程類課程教學(xué)的新工具。本文以安裝工程概預(yù)算課程為例，從教學(xué)困境出發(fā)，探討B(tài)IM 技術(shù)教學(xué)改革具體方案，以促進(jìn)工程類課程的轉(zhuǎn)型升級。

一、教學(xué)困境及改革意義

安裝工程概預(yù)算課程是工程造價領(lǐng)域的核心課程，課程所含的知識點也是全國造價工程師考試的必考內(nèi)容。課程具有很強(qiáng)的實踐性和應(yīng)用性，要求學(xué)生具有識讀安裝工程圖的能力，然后根據(jù)計量規(guī)則計算工程量，最后編制出單位工程的預(yù)算書。其中，識圖是計量的基礎(chǔ)，計量又是計價的基礎(chǔ)。因此，整個理論教學(xué)以“識圖—算量—計價”的順序展開。

（一）教學(xué)困境

一是學(xué)生的識圖能力不強(qiáng)。工程類課程以建筑工程為主、安裝工程為輔，而安裝工程又具有隱蔽性，學(xué)生在日常生活中可見的部分不多，所以學(xué)生對安裝系統(tǒng)不夠熟悉。安裝工程圖依托建筑圖繪制，更為復(fù)雜。因此，傳統(tǒng)的多媒體教學(xué)方式很難幫助學(xué)生將二維平面圖紙，抽象為三維的安裝系統(tǒng)。

二是算量教學(xué)環(huán)節(jié)挑戰(zhàn)度不足。安裝工程計量以長度、面積和個數(shù)為主，計量規(guī)則多但缺乏難度和深度，因此占用課堂教學(xué)時間長且挑戰(zhàn)性不足，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)中缺失探索、創(chuàng)新的體驗，缺乏學(xué)習(xí)興趣，進(jìn)而無法實現(xiàn)人才培養(yǎng)目標(biāo)。

三是教學(xué)過程中學(xué)生參與度不高。課程理論課時少，但教學(xué)內(nèi)容多，授課以完成教學(xué)內(nèi)容講述為主，采用傳統(tǒng)“填鴨式”教學(xué)模式，學(xué)生只能被動接受知識，缺乏以問題為導(dǎo)向的綜合訓(xùn)練，導(dǎo)致學(xué)生的綜合實踐能力有待提高。

四是計價知識考核力度不夠。工程計價需要參考清單、定額、市場價等資料，計價過程靈活程度高，計價結(jié)果又具有不唯一性。因此，在以往純理論的課程考核中，考慮到篇幅和評閱等問題，減少了對計價知識的考查。

（二）改革意義

第一，利用BIM 技術(shù)優(yōu)勢，提高課堂教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生實踐能力。一方面，以第一視角向?qū)W生直觀、形象地展示建筑的內(nèi)部構(gòu)造，并通過切分、放大、旋轉(zhuǎn)建筑各構(gòu)成部分，助力學(xué)生理解安裝管道的真實走向，從而用較短的時間掌握安裝工程圖，大大提高課堂教學(xué)質(zhì)量；另一方面，由計算機(jī)輔助進(jìn)行工程量的計算，把學(xué)生從大量機(jī)械重復(fù)、煩瑣的計算中解脫出來，同時加強(qiáng)工程計價的實操訓(xùn)練，形成理論教學(xué)與實踐演練的有機(jī)對接，有效提升學(xué)生的實踐能力。

第二，響應(yīng)建筑行業(yè)造價改革政策，培養(yǎng)BIM復(fù)合型人才。2020年住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部辦公廳印發(fā)《工程造價改革工作方案的通知》，提出逐步停止發(fā)布預(yù)算定額，并提升企業(yè)國際競爭力。BIM 技術(shù)是工程領(lǐng)域最先進(jìn)的技術(shù)之一，能夠計算出精確的工程量，助力企業(yè)擺脫對預(yù)算定額的依賴，同時提高企業(yè)在國際工程中的競爭力。因此具有BIM 技能的工程類專業(yè)人才，將逐步成為社會用人單位的擇才導(dǎo)向。將BIM 技術(shù)引入課程教學(xué)，有利于學(xué)生考取BIM 類職業(yè)資格證書，并為建筑行業(yè)輸送BIM 復(fù)合型人才。

二、教學(xué)改革方案

常見的安裝工程包括給排水系統(tǒng)、采暖系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)和通風(fēng)系統(tǒng)，課堂教學(xué)圍繞這四個系統(tǒng)，以“識圖—算量—計價”的順序展開。在信息化教學(xué)改革中，需要整體調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，合理分配課時，高度融合理論教學(xué)和實踐演練，重新設(shè)計學(xué)習(xí)效果評測方式，具體改革方案如下。

（一）重塑BIM 技術(shù)教學(xué)內(nèi)容

課程教學(xué)內(nèi)容整體分為基本知識、識圖、算量和計價四大部分，共計32 課時。與教改前相比，基本知識部分教學(xué)內(nèi)容和課時量均保持不變。識圖部分引入BIM 三維模型，輔助學(xué)生理解二維圖紙，課時量保持10 課時不變。算量分為手工算量和軟件算量兩個部分，學(xué)生自學(xué)對應(yīng)慕課，課內(nèi)針對實際項目模擬演練，課時量由13 課時減少為11 課時。計價部分配合BIM 軟件講解原理與程序，并模擬預(yù)算書的編制過程，打通“識圖—算量—計價”的每個環(huán)節(jié)，課時量由教改前的8 課時增加到10 課時。

（二）設(shè)計BIM 可視化識圖教學(xué)環(huán)節(jié)

可視化識圖教學(xué)一共使用四個BIM 模型，以“識圖規(guī)則—例題”的思路進(jìn)行講解，并且給四個模型設(shè)置了不同的引入時間。其中，給排水模型從識圖規(guī)則開始輔助講解，采暖模型和電氣模型僅在講解例題時進(jìn)行可視化展示，而通風(fēng)模型僅用于例題的回顧與總結(jié)。設(shè)置不同的引入模型時間，有助于進(jìn)一步探討可視化教學(xué)中模型的最佳使用方式。

（三）融合理論教學(xué)和BIM 軟件教學(xué)

算量環(huán)節(jié)和計價環(huán)節(jié)均涉及理論教學(xué)和BIM 軟件教學(xué)兩部分內(nèi)容，一方面，軟件教學(xué)需要緊扣理論教學(xué)，避免理論與實踐的脫節(jié)；另一方面，軟件教學(xué)應(yīng)在相應(yīng)理論教學(xué)之后進(jìn)行，避免學(xué)生只懂軟件操作卻不理解背后的原理。因此，四個安裝子系統(tǒng)均應(yīng)形成從識圖到計價的閉環(huán)，嚴(yán)格按照先理論后軟件的教學(xué)邏輯，融合各個教學(xué)環(huán)節(jié)。

（四）調(diào)整課程考核的形式

采取理論考試與上機(jī)演練結(jié)合的方式進(jìn)行考核，理論考試側(cè)重于對識圖、算量內(nèi)容的考查，上機(jī)模擬演練則考查學(xué)生建模、計價方面的能力，通過多樣化的考核方式真實反映學(xué)生的能力和水平?？己顺煽冇善谀┛荚嚦煽兒蜕蠙C(jī)演練成績兩部分構(gòu)成，總分均為100 分，各占50%。

三、教學(xué)改革效果評測

教學(xué)改革以河西學(xué)院土木工程學(xué)院工程管理專業(yè)181 班的學(xué)生為試點對象，在教學(xué)過程中引入BIM 技術(shù)輔助教學(xué)，并通過主觀問卷調(diào)查和客觀考試成績，評測教學(xué)改革效果。

（一）問卷調(diào)查結(jié)果分析

在每個安裝工程子系統(tǒng)學(xué)習(xí)結(jié)束后，對學(xué)生進(jìn)行問卷調(diào)查，了解BIM模型對學(xué)生學(xué)習(xí)是否有幫助。問卷按照幫助的效果分為“非常好”“很好”“一般”“無”四個等級。

在前三個安裝子系統(tǒng)的教學(xué)過程中，所有學(xué)生均認(rèn)為模型對學(xué)習(xí)有幫助，并且僅有極個別的學(xué)生認(rèn)為模型對學(xué)習(xí)的幫助效果一般。而在通風(fēng)系統(tǒng)的學(xué)習(xí)中，有2.78%的學(xué)生認(rèn)為模型對學(xué)習(xí)沒有幫助，并且認(rèn)為幫助效果一般的學(xué)生有所增加。說明BIM可視化教學(xué)的效果顯著，但不適宜在例題講解完畢后才引入BIM模型。

在給排水系統(tǒng)和采暖系統(tǒng)的教學(xué)中，模型難度相近，問卷調(diào)查結(jié)果相近，但BIM 模型首次引入的時間不同。說明只要在講解例題前將BIM 模型引入教學(xué)，就能達(dá)到理想的教學(xué)效果。進(jìn)一步分析，單一的識圖規(guī)則并不能激發(fā)學(xué)生的興趣，項目導(dǎo)向的教學(xué)才能讓學(xué)生主動學(xué)習(xí)，提高教學(xué)效果。

總之，BIM 可視化教學(xué)效果顯著，但利用模型進(jìn)行可視化教學(xué)的時間，不得晚于講解識圖例題的時間。

（二）成績分析

為了進(jìn)一步探究BIM 技術(shù)教學(xué)改革的效果，對課程進(jìn)行橫向和縱向的成績對比分析。橫向成績分析針對期末考試成績和上機(jī)演練成績展開，縱向成績分析主要針對近三年的期末考試成績展開。

一是橫向成績分析。工程管理專業(yè)181 班期末考試和上機(jī)演練成績分布差距極大。期末考試成績分布在“不及格”到“80—89”四個分?jǐn)?shù)段，其中，“60—69”分?jǐn)?shù)段的人數(shù)略多，總體成績分布曲線平緩；上機(jī)演練成績分布在中間三個分?jǐn)?shù)段，并且高達(dá)65.85%的學(xué)生成績位于70—79 分之間。上機(jī)演練成績整體上優(yōu)于期末考試成績，說明實踐教學(xué)的效果優(yōu)于理論教學(xué)。

二是縱向成績分析。從近三年期末考試成績來看，在對2018 級學(xué)生的教學(xué)中引入BIM技術(shù)，平均分最高為66.33 分，并且最低分為45 分，顯著高于前兩年最低分；2017 級由于疫情以線上教學(xué)為主，學(xué)生平均分和最高分均是三年內(nèi)最低；2016 級學(xué)生最高分與2018 級學(xué)生接近，但最低分僅為9 分。此外，2018 級學(xué)生的良好率為21.95%，遠(yuǎn)高于2016級的5.56%和2017 級的6.78%。這說明BIM 技術(shù)與教學(xué)結(jié)合能夠有效降低學(xué)習(xí)的門檻，顯著提高成績，在課程信息化轉(zhuǎn)型升級中具有絕對的優(yōu)勢。

四、教學(xué)著力點

（一）思創(chuàng)新， 揚(yáng)長避短

第一，從理論課堂轉(zhuǎn)向?qū)嵺`教學(xué)。將BIM 技術(shù)引入安裝工程概預(yù)算課程教學(xué)中，促使教學(xué)從單一的理論課堂教學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)槎嘣虒W(xué)。在識圖、算量、計價環(huán)節(jié)中，通過具體的安裝項目案例，讓學(xué)生掌握理論知識并在實踐中演練，不斷提升學(xué)生的實踐能力和專業(yè)綜合素養(yǎng)，并在此基礎(chǔ)上多開展社會實踐活動，使學(xué)生達(dá)到應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)，培養(yǎng)出社會需要的BIM復(fù)合型人才。

第二，學(xué)以致用，教學(xué)相長。通過完整的教學(xué)過程，讓每位學(xué)生都學(xué)會建立BIM 模型，并根據(jù)現(xiàn)行的計量規(guī)范以及各地區(qū)最新的市場價，形成計量與計價文件，為編制投標(biāo)文件打下基礎(chǔ)，符合“新工科”背景下的人才培養(yǎng)要求。而教師在評閱學(xué)生成果的同時，積累優(yōu)秀案例，形成特色模型庫和造價庫，為之后的教學(xué)提供豐富的素材。

第三，順應(yīng)造價改革的大潮，提升學(xué)生的綜合競爭力。將BIM技術(shù)引入安裝工程概預(yù)算課程教學(xué)，強(qiáng)化對安裝工程計價的訓(xùn)練，并且通過模型精準(zhǔn)地完成安裝工程量的計算，符合住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部印發(fā)的《工程造價改革工作方案》的要求，提高學(xué)生參與工程招投標(biāo)的技術(shù)素養(yǎng)，提升學(xué)生的就業(yè)創(chuàng)業(yè)核心競爭力。

（二）思發(fā)展， 精益求精

第一，BIM技術(shù)與拓展現(xiàn)實技術(shù)融合輔助教學(xué)。拓展現(xiàn)實（簡稱XR）技術(shù)，能夠提供物理與虛擬環(huán)境相混合的沉浸式可交互體驗[3]。教學(xué)中應(yīng)用BIM技術(shù)建立信息化模型，然后利用XR 技術(shù)提供虛擬項目場景，帶給學(xué)生沉浸式的學(xué)習(xí)體驗，提高可視化教學(xué)的效果。通過BIM 技術(shù)和XR 技術(shù)再現(xiàn)真實的項目場景，彌補(bǔ)傳統(tǒng)工程類課程理論與實踐脫節(jié)的缺陷，加深學(xué)生對于知識的理解。通過XR 技術(shù)的交互性，學(xué)生全面參與課堂，真正實現(xiàn)以學(xué)生為中心的教學(xué)，進(jìn)一步提升教學(xué)質(zhì)量。

第二，BIM 技術(shù)在其他工程類課程教學(xué)中的應(yīng)用。將BIM 技術(shù)由安裝工程概預(yù)算課程推廣到其他工程類課程的教學(xué)中，如土木工程施工、項目管理、工程造價、建設(shè)工程法規(guī)等課程，利用BIM 技術(shù)實踐性強(qiáng)的優(yōu)勢，實現(xiàn)項目式教學(xué)。以項目為驅(qū)動、問題為導(dǎo)向，學(xué)生實現(xiàn)從被動學(xué)習(xí)到主動學(xué)習(xí)的轉(zhuǎn)變，教師也從知識的傳遞者轉(zhuǎn)變?yōu)轫椖垦菥毜慕M織者和解惑者。在項目演練中理解并應(yīng)用知識，積極開展團(tuán)隊合作，在解決問題中實現(xiàn)創(chuàng)新和發(fā)展。通過真實的任務(wù)和情景再現(xiàn)，培養(yǎng)學(xué)生的軟硬技能，最終培養(yǎng)出融合“施工、管理、經(jīng)濟(jì)、法規(guī)”四個維度的BIM復(fù)合型人才。

綜上所述，在建筑行業(yè)信息化的浪潮下，對工程類課程進(jìn)行教學(xué)改革迫在眉睫。工程類課程利用BIM 技術(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)型升級，可以培養(yǎng)學(xué)生解決實際問題的能力，大大提高學(xué)生的實踐能力和綜合素質(zhì)，為社會輸送BIM 復(fù)合型人才，同時，有利于學(xué)生提升就業(yè)創(chuàng)業(yè)能力，并具備快速進(jìn)入工作狀態(tài)、縮短社會適應(yīng)期的能力。