融合AI大模型和4C/ID模型的智能建造實踐教學研究

文章編號：1671-489X（2025）14-0016-04

DOI：10.3969/j.issn.1671-489X.2025.14.016

0 引言

智能建造作為建筑行業的重要改革方向，正在重塑傳統的建造實踐。技術的飛速進步，尤其是人工智能、大數據、物聯網等的快速發展，催生了對掌握這些先進技能的智能建造專業人才的迫切需求。面對這一趨勢，教育體系必須進行轉型，不僅要及時更新課程內容，納入建筑信息模型（BIM）、物聯網（IoT）、自動化與機器人技術、虛擬現實（VR）與增強現實（AR）等尖端技術的相關知識，還要著力培養學生的跨學科思維和數據分析技能、提高對可持續性和綠色建筑的認知、樹立終身學習的意識等，以確保他們能夠靈活適應技術環境的持續演變和行業需求的日益增長。

實踐教學作為培養這些專業人才的關鍵環節，其質量直接關系到學生能否將理論知識有效轉化為解決實際問題的能力。因此，探索和實施有效的實踐教學方法對智能建造教育具有重要意義。本研究旨在通過融合AI大模型和4C/ID模型，提出一種創新的智能建造實踐教學方案，以期提高學生的實踐能力和創新思維，滿足行業對高素質人才的需求。

1AI大模型和4C/ID模型的特點

1.1AI大模型在建筑行業中的應用及其特點

AI大模型在建筑行業的應用展現了其在規劃、設計、交易、成本、施工、運維、綜合管理等關鍵領域的全面覆蓋能力，為建筑項目的各階段提供定制化解決方案。大模型運用深度學習和自然語言處理技術，能夠理解和響應復雜的行業查詢，提供精準信息。

在規劃和設計階段，AI大模型能夠分析歷史數據和市場趨勢，輔助設計師和規劃師作出更明智的決策。在交易和管理階段，AI大模型通過實時更新的法律法規和標準規范信息，確保交易的合規性和項目管理的有效性。在成本控制方面，AI大模型通過分析預算和支出模式優化資源分配，提高成本效益。在施工階段，AI大模型支持現場監控和進度管理，通過預測分析降低延誤和超支的風險。在運維階段，AI大模型能夠通過分析設備性能和維護記錄，提升建筑的能效和使用壽命。此外，AI大模型在綜合管理領域通過集成不同來源的數據，提供全面的項目視圖，幫助管理者進行協調和決策。

AI大模型的實時更新和動態學習能力確保了其在快速變化的建筑行業中保持信息的準確性和相關性。其交互式問答和個性化推薦功能可以提高用戶檢索效率，增強用戶體驗。同時，AI大模型的安全性和私保護措施保障了敏感數據的安全。

AI大模型通過其在建筑行業各個階段的深度應用，不僅提高了工作效率，還推動了整個行業的數字化轉型，為建筑行業的專業人士提供了一個全面、高效、可靠的知識查詢和決策支持平臺。

1.24C/ID模型的特點

在教學領域中，4C/ID模型[即四元教學設計（Four-Component Instructional Design），是一種全面的教學設計模型。這種教學設計模型應對綜合性學習任務，通過整合知識、技能和態度，旨在培養學生的綜合能力和職業素養。模型包含四個基本元素：學習任務、相關知能（相關知識與技能）、支持性信息和專項操練，如圖1所示。

圖14C/ID模型

1）4C/ID模型特別強調學習任務（LearningTasks）的復雜性。這些任務通常基于實施項目的情境，要求學生整合知識、技能和態度來完成。這種復雜性不僅能激發學生的學習興趣，還能培養他們面對挑戰的能力。

2）在4C/ID模型中，相關知能（RelatedKnowledge）旨在發展學生的創生性技能，即那些能夠揭示特定學習領域知識結構和問題解決策略的技能。學生需要培養基于圖式的加工能力，從具體細節中抽象出一般信息，構建模式和方法，用于解決問題、推理、決策等。

3）4C/ID模型提供支持性信息（SupportiveInformation），即那些能夠輔助學生學習的信息和資源，旨在幫助學生理解和完成學習任務。學生在圖式熟練中發展認知規則和動作規則，用以滿足學習任務的前提需求。圖式熟練能力是指學生在學習過程中通過不斷練習和實踐，能夠逐漸形成并熟練運用特定的認知模式或規則，以應對各種學習任務和問題；認知規則是指學生在處理信息和解決問題時形成的一般性規則或策略，幫助他們組織和加工知識，進行推理和決策；動作規則是指學生在執行特定任務時形成的規則或程序，幫助他們進行行動和操作。支持程序應采用直接方式指導，學生熟練后及時撤除支架。

4）4C/ID模型還包括專項操練（ProceduralSkills），是一系列針對性的練習，旨在加強學生在特定領域的技能和能力。通過反復練習和應用，學生能夠提高技能水平和應對各種情境的能力。

2融合AI大模型和4C/ID模型的智能建造實踐教學研究設計

2.1 學習過程

本項研究聚焦智能建造領域的一個核心課程單元—“建筑信息模型（BIM）的應用”。選擇這一單元的原因在于，BIM的應用是一項高度復雜的技術能力，不僅涉及對建筑信息模型基礎知識的教授，還注重學生對BIM工具的認知結構和操作規范的掌握與應用，旨在提升學生綜合運用BIM技能的能力[2]。

首先，BIM應用技能的培養適合通過綜合性學習路徑來實施，并通過歸納、精細加工、編輯和強化四個子學習過程來構建和熟練掌握BIM應用的認知結構。

其次，四要素教學設計，包括學習任務、相關知能、支持性信息和專項操練，為BIM應用技能的四個子學習過程提供了支持。

最后，學校現有的智慧教室資源，如多媒體系統、無線網絡和房屋建筑學課程中的BIM實訓軟件，能夠有效地支持學習任務的展示、相關知識與技能的傳授、支持性信息的實施和專項操練的完成，從而促進BIM應用技能的認知結構構建與熟練掌握，確保學生能夠精通BIM應用技能。

融合AI大模型和4C/ID模型的BIM應用技能的綜合學習過程如圖2所示。

圖2融合AI大模型和4C/ID模型的BIM應用技能綜合學習過程

2.2學習任務設計

“建筑信息模型（BIM）的應用”單元旨在培養學生在建筑信息模型領域的綜合應用能力。基于之前討論的智慧教室對BIM技能綜合學習過程的支持，內容將涵蓋創造性和再生性學習活動，并依據4C/ID模型框架構建核心學習流程：1）通過真實案例（BIM軟件）激發興趣，建立初步認知圖式（情境化學習任務）；2）提供領域認知規則（建模步驟）和概念性知識，支持圖式構建（創生性技能培養）；3）通過即時反饋支架（教師指導），內化操作規則；4）在真實場景中重復操練程序性技能，促進技能遷移（再生性技能強化）。具體如表1所示。

表1“建筑信息模型（BIM）應用”技能綜合學習設計

2.3 研究過程

為了驗證融合AI大模型和4C/ID模型的“建筑信息模型（BIM）應用”技能綜合學習設計的有效性，本研究選取了智能建造專業的40名學生，將其隨機分配為實驗組和對照組，每組各20人。首先，通過前測問卷評估學生的先驗知識水平，結果顯示所有學生對BIM應用技能均缺乏深入理解。隨后，實驗組學生參與基于4C/ID模型的“建筑信息模型（BIM）應用”技能綜合學習計劃，而對照組則接受傳統的教學方法，包括教師講授、學生聽講、觀察模型并進行歸納總結。為控制實驗變量確保教學內容、課時等條件一致，實驗中使用了相同的模型、教材和視頻資料。在教學活動結束后，對兩組學生進行綜合測試，測試內容涵蓋知識掌握、問題解決策略、規則理解和技能應用四個維度。

3應用效果評估

通過問卷調查和訪談的方式，對AI大模型和4C/ID模型在智能建造本科專業實踐教學中的應用效果進行評估。調查問卷涵蓋基本信息、教學方案滿意度、實踐能力與創新能力、學生作品分析四個方面。問題包括“您對本學期智能建造領域教學方案的總體滿意度如何？”“您認為大語言模型提供的個性化學習支持對您的學習幫助大嗎？”“您認為自己在智能建造領域的實踐能力/創新能力有提升嗎？”“您認為您的作品在創新性和實用性方面的表現如何？”等，全面調查學生對教學方案的滿意度。

3.1 學生反饋

學生普遍對AI大模型和4C/ID模型的應用表示滿意，認為AI大模型不僅為他們提供了智能輔導，還拓展了他們的知識視野，幫助他們更深入地理解專業知識。4C/ID模型設計的實踐任務因其挑戰性和綜合性，有效激發了學生的學習興趣和創新能力。

3.2 教師評價

教師對這兩種模型的應用給予了積極評價。教師認為，AI大模型作為一種新型教學工具，極大地輔助了教學的實施，使教師對學生問題的解答和對學生學習的指導更為高效。4C/ID模型則通過設計深度學習任務促進了學生的團隊合作能力和問題解決能力的提高，提升了教學質量和效果。

3.3 教學成果

實踐表明，AI大模型和4C/ID模型的應用顯著提升了學生的實踐能力和創新能力。學生完成的智能建筑項目設計方案和實踐報告展現了高水平的專業素養。此外，通過團隊合作和有效溝通，學生的技能得到了明顯增強，這為他們未來的職業生涯打下了堅實基礎[3]。

教學實施后，通過數據分析發現，學生在智能建造領域的實踐能力和創新能力顯著提升。問卷調查結果顯示，學生對教學方案的滿意度高，特別是對AI大模型提供的個性化學習支持和4C/ID模型設計的實踐任務表示認可4， 20% 的學生表示非常滿意， 60% 的學生表示滿意， 15% 的學生表示一般，僅有 5% 的學生表示不滿意。學生作品分析顯示，設計方案的創新性和實用性較之前有明顯提高。

研究結果表明，融合AI大模型和4C/ID模型的實踐教學方案能夠有效提升學生的實踐能力和創新思維[5]。AI大模型的個性化學習支持為學生提供了靈活的學習路徑，而4C/ID模型的任務設計則促進了學生的深度學習和團隊合作。

4結束語

本研究提出的融合AI大模型和4C/ID模型的智能建造本科專業實踐教學方案，為該領域的教學提供了新的視角和方法。該方案通過AI大模型提供的自主學習資源和4C/ID模型設計的任務，促進了學生對智能建造知識和技能的學習和掌握，提高了他們的實踐能力和創新能力。4C/ID模型通過整合程序性信息和部分任務練習可以有效幫助學生逐步掌握學習內容，并注重學習的遷移，使學生能夠將理論知識應用于實際問題的解決。AI大模型則通過不斷學習新的數據，持續提升性能，為學生提供了豐富的學習資源和專業知識拓展的機會。在實施過程中，教師的指導作用至關重要。教師需要及時解決學生在實踐中遇到的問題并增強評價機制，以提高學生的學習積極性和主動性。盡管研究取得了一定成果，但仍然存在一些局限，例如，參與研究的樣本數量有限，這可能會限制研究結果的廣泛適用性。此外，教學方案的長期效果和在不同教育環境下的適用性仍需進一步研究。

5 參考文獻

[1]周知恂.基于4C/ID模型的復雜技能學習設計與實踐[D]．上海：華東師范大學，2020.

[2] 徐顯龍，周知恂，嵇云，等.基于4C/ID模型的復雜技能綜合學習設計及成效[J].中國電化教育，2019（10）：124-131.

[3] 紀小絨.信息科技課程中培養拔尖創新學生的策略探究［J].試題與研究，2024（12）：112-114.

[4] 明華.基于4C/ID模型的教學設計及教學應用：以《基礎會計》課程為例［J].武漢船舶職業技術學院學報，2022，21（3）：65-69.

[5]何書，劉強，唐鵬，等.四元教學設計模式視域下混合式教學設計探索[J].大學教育，2024（7）：65-69.