基于改進(jìn)層次分析法的高職院校土建類專業(yè)BIM教學(xué)應(yīng)用效果評價研究

曾寅 趙龍 杜志芳 葛美萱

【摘要】基于改進(jìn)層次分析法理論，對以河北軟件職業(yè)技術(shù)學(xué)院為代表的高職院校土建類專業(yè)BIM教學(xué)效果評價開展研究。以0.1～0.9的權(quán)重分配對傳統(tǒng)層次分析法進(jìn)行改進(jìn)，設(shè)計影響指標(biāo)分為三個級別，其中包括有3個二級指標(biāo)與15個三級指標(biāo);二級指標(biāo)中影響最大的為教師教學(xué)質(zhì)量，而該指標(biāo)所轄的三級指標(biāo)中影響最大的又為教師實踐操作能力、教師交流溝通合作度。綜合計算獲得研究對象BIM教學(xué)效果綜合分為8.138，評價屬較好級別。論文可為高職教育體系中應(yīng)用層次分析法研究BIM教學(xué)效果提供一定參考。

【關(guān)鍵詞】改進(jìn)層次分析法;高職院校;土建類專業(yè);BIM教學(xué);評價

【中圖分類號】TU-4;G642

1、引言

BIM技術(shù)作為當(dāng)前建筑土木行業(yè)的發(fā)展方向，不論是從國家層面亦或是地方層面，均在鼓勵BIM技術(shù)的實踐落地，而在發(fā)展BIM技術(shù)落地應(yīng)用層面中，以高職教育作為BIM技術(shù)人才的培養(yǎng)搖籃尤為重要，推動高職系統(tǒng)BIM技術(shù)教學(xué)發(fā)展對提升建筑土木行業(yè)BIM應(yīng)用以及二次開發(fā)等均有重要作用[1-3]。層次分析法作為重要的評價理論方法，其在建筑[4]、水利[5]、交通[6]、礦山[7]等行業(yè)應(yīng)用效果均較佳，引入層次分析法在高職教育中評價BIM技術(shù)的教學(xué)效果具有重要現(xiàn)實意義，不僅對當(dāng)前高職教育總體狀態(tài)有清晰的認(rèn)識，也為探討B(tài)IM技術(shù)教學(xué)在高職院校中所受影響層面提供了一定參考。本文在傳統(tǒng)層次分析法基礎(chǔ)上，對筆者所在的河北軟件職業(yè)技術(shù)學(xué)院土建類專業(yè)群BIM教學(xué)效果開展綜合性評價，并探討相關(guān)指標(biāo)對教學(xué)效果的影響程度，為提升高職院校BIM教學(xué)效果水平提供一定理論參考。

2、項目概況

河北軟件職業(yè)技術(shù)學(xué)院乃是以IT信息類作為發(fā)展方向的高職院校，而所設(shè)立的建筑土木類專業(yè)群中包括有工程造價在校生160人，建筑工程專業(yè)學(xué)生65人，配有10余名專、兼職教師隊伍，該專業(yè)群的發(fā)展方向定位于建筑信息化，以BIM作為核心課程推動學(xué)生建筑信息化理念，為學(xué)生未來發(fā)展以及行業(yè)教育提供重要堅實平臺。目前已開設(shè)有多門BIM技術(shù)相關(guān)課程，包括有《BIM技術(shù)應(yīng)用》、《BIM5D施工管理》、《BIM安裝項目預(yù)算》、《BIM鋼結(jié)構(gòu)預(yù)算》、《BIM建?！?、《BIM綜合實訓(xùn)》等新技術(shù)新方向課程，為新基建時代建筑信息化發(fā)展提前布局，不僅提升學(xué)生應(yīng)用BIM的能力，而且為區(qū)域發(fā)展以及普及建筑行業(yè)信息化提供基礎(chǔ)動力?，F(xiàn)為準(zhǔn)確謀劃專業(yè)發(fā)展布局以及課程設(shè)置，考慮對當(dāng)前專業(yè)BIM技術(shù)教學(xué)應(yīng)用效果開展分析研究，以改進(jìn)層次分析法作為評價基礎(chǔ)，為準(zhǔn)確、科學(xué)評價河北軟件職業(yè)技術(shù)學(xué)院BIM技術(shù)教學(xué)效果提供重要參考。

3、改進(jìn)層次分析法簡介

3.1改進(jìn)層次分析法理論

3.1.1? 權(quán)重分配

當(dāng)以0.1～0.9的分配比例改變?yōu)?～9的權(quán)重分配比例后，層次分析法的實際求解應(yīng)用就變佳了呢？實質(zhì)上此與矩陣求解過程中1～9的權(quán)重分配對標(biāo)準(zhǔn)矩陣的歸一化以及求解均帶來較大困難，無法準(zhǔn)確獲得精確解，對評價參數(shù)的準(zhǔn)確性帶來較大負(fù)面影響，因而從實際角度考慮，利用0.1～0.9的權(quán)重分配更有利于評價分析，筆者設(shè)計0.1、0.5、0.9三個指標(biāo)分配權(quán)重，其中以0.5作為中間狀態(tài)權(quán)重值，而0.1、0.9分別為兩個極端狀態(tài)指標(biāo)權(quán)重值，此為準(zhǔn)確預(yù)判BIM技術(shù)教學(xué)效果提供了重要鋪墊。

3.1.2? 模糊歸一化

在層次分析法中，模糊矩陣乃是計算指標(biāo)權(quán)重的重要中間參數(shù)矩陣，根據(jù)各個影響指標(biāo)，按照改進(jìn)層次分析法中權(quán)重分配比例[14]，構(gòu)建起模糊矩陣C，如（1）式所示：

（1）

式中cij為權(quán)重比值。

由于各個模糊矩陣并不是處于同一評價基準(zhǔn)指標(biāo)下，因而需要將各個模糊矩陣進(jìn)行歸一化處理，使各個影響指標(biāo)逐漸從定性至定量的轉(zhuǎn)變，所獲得歸一化矩陣指標(biāo)G如下式所示：

（2）

（3）

式中g(shù)ij為矩陣G的元素，i，j均為1，2，…，m，下同。

再進(jìn)行歸一化的列向量處理，獲得

（4）

式中rif '為矩陣R中元素。

利用行向量或列向量之和作為各個模糊矩陣歸一化處理后的總評價矩陣，以影響參數(shù)的模糊歸一化矩陣分布，按照行向量求和的方法，獲得：

（5）

（6）

式中ri'為矩陣R第i行元素之和。

同理，獲得各個影響參數(shù)的歸一化矩陣，如下式：

（7）

（8）

式中r為指標(biāo)占比矩陣，而ri為該矩陣中元素。

3.3 BIM教學(xué)效果影響指標(biāo)

本文針對BIM教學(xué)效果影響指標(biāo)分為三個大類：教師教學(xué)質(zhì)量指標(biāo)N、學(xué)生學(xué)習(xí)效果指標(biāo)M、BIM技術(shù)社會影響力指標(biāo)K;其中教師教學(xué)質(zhì)量指標(biāo)N包括教師實踐操作能力N1、教師理論授課能力N2、教師BIM相關(guān)科研能力N3、教師課堂掌控能力N4、教師與課題組教師交流溝通合作度N5、教師備課水平N6、教師教學(xué)過程中授課狀態(tài)N7、教師職業(yè)興趣度N8。按照BIM技術(shù)實際教學(xué)效果所受影響對指標(biāo)的權(quán)重進(jìn)行設(shè)計，以教師實踐操作能力指標(biāo)N1為例，可知

（10）

式中Fr指教師實際操作BIM技術(shù)的能力，F(xiàn)d指教師可獨立完成BIM建模及預(yù)算等的最大能力。

可依據(jù)教師實踐操作能力指標(biāo)N1劃分出教師實踐操作能力權(quán)重分配，并獲得相應(yīng)的權(quán)重比，如表1。

表1教師BIM技術(shù)實踐操作能力權(quán)重表

3.2 BIM教學(xué)效果評價

影響B(tài)IM教學(xué)效果評價的三個大類指標(biāo)分別容納了所有影響因子的指標(biāo)權(quán)重值，借助三個大類指標(biāo)占BIM教學(xué)效果的比重，即可獲得BIM教學(xué)效果評分值，最終確定教學(xué)效果狀態(tài)，以函數(shù)表達(dá)式表述如下：

（11）

式中Q指BIM教學(xué)效果綜合分值，Ui為第三級指標(biāo)評分值，Ri、Rj分別為第三級指標(biāo)、第二級指標(biāo)權(quán)重值。

根據(jù)計算出的BIM教學(xué)效果綜合評估分值Q，并結(jié)合表2中教學(xué)效果劃分的等級，獲得河北軟件職業(yè)技術(shù)學(xué)院BIM教學(xué)效果評價結(jié)果。

表2BIM教學(xué)效果等級表

4、BIM教學(xué)效果應(yīng)用分析

4.1? 構(gòu)建評價指標(biāo)

以改進(jìn)層次分析法為理論基礎(chǔ)，確定BIM教學(xué)效果Q為第一級指標(biāo);其所包括的教師教學(xué)質(zhì)量指標(biāo)N、學(xué)生學(xué)習(xí)效果指標(biāo)M、BIM技術(shù)社會影響力指標(biāo)K為第二級指標(biāo);而各個第二級指標(biāo)所包括的小類指標(biāo)乃為第三級指標(biāo)，其中教師教學(xué)質(zhì)量指標(biāo)已在前文指出，而學(xué)生學(xué)習(xí)效果指標(biāo)M包括有學(xué)生學(xué)習(xí)基礎(chǔ)能力M1、學(xué)生對BIM技術(shù)的興趣度M2、學(xué)生投入BIM學(xué)習(xí)的用功程度M3;BIM技術(shù)社會影響力指標(biāo)K包括有政府推動BIM應(yīng)用廣泛性K1、BIM功能綜合性K2、建筑行業(yè)信息化發(fā)展程度K3、企業(yè)應(yīng)用BIM技術(shù)的廣泛性K4。上述各級別指標(biāo)可采用圖1指標(biāo)組織結(jié)構(gòu)圖表述。

圖1BIM教學(xué)效果指標(biāo)組織圖

4.2? 指標(biāo)評分值計算

當(dāng)三級指標(biāo)均確定后，專家按照改進(jìn)層次分析法的“0.1～0.9”指標(biāo)分配分別對15個三級指標(biāo)依次打分，依次獲得第二級指標(biāo)以及第一級指標(biāo)的評分值。其中第一級指標(biāo)Q的權(quán)重配比組成如下：

（12）

第二級指標(biāo)N、M、K的權(quán)重配比又分別為：

經(jīng)歸一化后獲得第一級指標(biāo)：

（20）

第二級指標(biāo)：

（21）

最終獲得各級指標(biāo)評判權(quán)重結(jié)果，如下：

第一級指標(biāo)權(quán)重解：

（22）

第二級指標(biāo)權(quán)重解：

（23）

從BIM教學(xué)效果指標(biāo)權(quán)重量分配可知，第一級指標(biāo)中占比最大的乃為教師教學(xué)質(zhì)量指標(biāo)，占比可達(dá)0.43，表明高職院校BIM教學(xué)效果狀態(tài)主要取決于教師教學(xué)質(zhì)量;而BIM教學(xué)效果權(quán)重分配最低的乃為BIM技術(shù)社會影響力指標(biāo)，僅為0.24，表明BIM技術(shù)高職教育效果好壞很大程度上取決于師生的教與學(xué)。在教師教學(xué)質(zhì)量指標(biāo)中，又以教師實踐操作能力N1、教師與課題組教師交流溝通合作度N5兩個層面為最重要指標(biāo)。

4.3 BIM教學(xué)效果綜合評價

根據(jù)BIM教學(xué)效果的評判標(biāo)準(zhǔn)，7個專家對三個二級指標(biāo)、15個三級指標(biāo)分別進(jìn)行量化評分，獲得15個三級指標(biāo)的評分值，如表3所示。

表3BIM教學(xué)效果第三級指標(biāo)評分值結(jié)果

綜合表3中結(jié)果，并根據(jù)式（14）計算出BIM教學(xué)效果綜合評估分：

并根據(jù)表2中BIM教學(xué)效果評價等級劃分可知，本學(xué)院專業(yè)群BIM教學(xué)效果綜合評分值為8.138，屬較好狀態(tài)，應(yīng)保持當(dāng)前教學(xué)質(zhì)量;從教師層面逐步提升影響B(tài)IM教學(xué)效果評分值指標(biāo)：教師BIM相關(guān)科研能力N3、教師備課水平N6，而從學(xué)生層面，應(yīng)提升學(xué)生對BIM技術(shù)的興趣度M2，社會方面應(yīng)多鼓勵教師參與建筑行業(yè)信息化發(fā)展，為行業(yè)發(fā)展提供推動力。

結(jié)論：

（1）對傳統(tǒng)層次分析法進(jìn)行權(quán)重分配改進(jìn)，以0.1～0.9為權(quán)重的分配，設(shè)計高職教育中BIM教學(xué)效果有三級影響指標(biāo)，以BIM教學(xué)效果綜合評價為第一級指標(biāo)，第二級指標(biāo)包括有教師教學(xué)質(zhì)量、學(xué)生學(xué)習(xí)效果、BIM技術(shù)社會影響力，第三級指標(biāo)乃是二級指標(biāo)所轄的總共15個基礎(chǔ)指標(biāo)。

（2）研究了BIM教學(xué)效果綜合評價中二級指標(biāo)影響最大的為教師教學(xué)質(zhì)量，權(quán)重達(dá)0.43，而教師教學(xué)質(zhì)量指標(biāo)所轄第三級指標(biāo)中以教師實踐操作能力、教師交流溝通合作度為最重要指標(biāo);BIM教學(xué)效果綜合分為8.138，屬較好狀態(tài)。

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作者簡介：

曾寅（1994-），男，江西吉安人，碩士研究生，助教，主要從事土木工程方面及高職BIM技術(shù)教學(xué)研究。

基金項目：

2020年度河北軟件職業(yè)技術(shù)學(xué)院院級研究課題（YZ2020003）