BIM 技術(shù)下的土木工程制圖課程改革研究

李小龍，鄒佳安 （合肥工業(yè)大學(xué)土木與水利工程學(xué)院，安徽 合肥 230009）

1 引言

BIM作為與土木工程制圖課程緊密相關(guān)的現(xiàn)代化信息工具，其具備土木工程及相關(guān)專業(yè)所需信息化、參數(shù)化、可視化等方面的優(yōu)勢，正逐漸在土木工程專業(yè)教學(xué)中得到廣泛關(guān)注。但就目前現(xiàn)狀而言，土木工程制圖課程教學(xué)與BIM技術(shù)的融合仍處于空白期，如何在土木工程制圖課程教學(xué)中最大程度地發(fā)揮出BIM技術(shù)的優(yōu)勢，成為了土木工程制圖課程改革中迫切需要解決的問題。本文基于BIM在各方面優(yōu)點，將土木工程制圖課程教學(xué)與BIM技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，探索性地提出了將BIM技術(shù)與課程體系，教學(xué)內(nèi)容融合的土木工程制圖課程改革方案。

2 BIM技術(shù)課程教學(xué)改革現(xiàn)狀

基于BIM技術(shù)的土木工程制圖課程教學(xué)改革在我國的部分高校已經(jīng)開展，但就大多數(shù)高校而言還處于初步摸索階段。在土木工程制圖課程相關(guān)BIM技術(shù)教學(xué)課程中，各高校主要實行兩種方式：一類是開設(shè)BIM專業(yè)課程，教授學(xué)生BIM相關(guān)軟件的使用；另一類是開展BIM講解課程，教授學(xué)生BIM相關(guān)的理論知識。這兩種方式只是簡單地教授學(xué)生如何了解和使用BIM技術(shù)，沒有充分發(fā)揮出BIM技術(shù)所具有的優(yōu)勢，使學(xué)生在制圖課程學(xué)習(xí)中仍存在以下幾個問題。

2.1 相關(guān)概念理解不夠清晰

在對學(xué)生綜合考核結(jié)果進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，對于制圖課程中一些較難的概念學(xué)生只能通過生硬的記憶來應(yīng)付測試，而沒有真正理解概念的含義，很難達(dá)到教學(xué)的真正目的。在制圖課程的學(xué)習(xí)過程中，對于課程中所講述的制圖相關(guān)概念應(yīng)該是結(jié)合實例模型進(jìn)行講解，使學(xué)生更加了解相關(guān)概念的解釋和意義，但由于課程化教學(xué)有一定的限制性，很難有相關(guān)模型來輔助課堂講解內(nèi)容，老師只能通過圖紙及照片對相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行講解，這些二維圖形對三維概念進(jìn)行講解的方法本身存在著一定的局限性，使學(xué)生很難將實際形體與相關(guān)概念進(jìn)行對應(yīng)，無法真正掌握土木工程制圖的相關(guān)概念。

2.2 三維形體認(rèn)知能力不足

在土木工程制圖課程教學(xué)內(nèi)容中，三維立體圖形的變化作為學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中存在問題較多、難度較大的部分，在傳統(tǒng)教學(xué)方式中，老師只能通過三視圖及繪制三維圖來輔助學(xué)生理解，但由于變化后的圖形多數(shù)為不常見的圖形，要求學(xué)生有較高的空間想象能力，而每個學(xué)生空間想象能力不同，對于三維形體認(rèn)知程度較低的學(xué)生而言，目前的教學(xué)方式很難讓其全部認(rèn)知出三維形體變化后的圖形，這造成了學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的困難，難以預(yù)期教學(xué)目標(biāo)。

2.3 工程圖紙學(xué)生難以識讀

傳統(tǒng)的教學(xué)方式僅從二維認(rèn)知三維，主要借助圖集、板書和PPT實施，形象不夠逼真，遇到復(fù)雜平面圖和構(gòu)造圖，學(xué)生頭腦中很難建立清晰的三維立體模型。二維圖紙的抽象化表達(dá)和信息反映的局限性，使得學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中很難將圖紙內(nèi)容完全掌握，造成了課程開展進(jìn)程緩慢，授課效果難以達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

3 BIM技術(shù)下的土木工程制圖課程改革措施

為解決目前在土木工程制圖課程學(xué)習(xí)中概念理解難、形體認(rèn)知難、圖紙識讀難的“三難”問題，研究決定結(jié)合BIM技術(shù)對土木工程制圖課程進(jìn)行改革。利用文獻(xiàn)綜述、問卷調(diào)查和開創(chuàng)試點教學(xué)的研究方法，將課程培養(yǎng)目標(biāo)、學(xué)生對課程教學(xué)的預(yù)期、同BIM技術(shù)與教育信息化進(jìn)行結(jié)合，提出以學(xué)生為中心、滿足目前土木工程制圖課程現(xiàn)狀的解決措施。具體解決措施分為以下幾點。

3.1 結(jié)合BIM技術(shù)梳理課程知識體系

改變傳統(tǒng)的授課體系和授課方式。結(jié)合課程培養(yǎng)目標(biāo)，以BIM技術(shù)使用方式、BIM技術(shù)展現(xiàn)形式等作為依據(jù)，將原有授課內(nèi)容分為畫法幾何基本元素及相關(guān)知識、空間幾何的圖形轉(zhuǎn)化、工程制圖中的基本制圖知識及作圖方法三部分，在三部分的課程內(nèi)容教學(xué)中，根據(jù)每一部分教學(xué)內(nèi)容的特點，對BIM技術(shù)進(jìn)行不同程度的使用，以發(fā)揮BIM技術(shù)在土木工程制圖課程教學(xué)中的最大優(yōu)勢，輔助學(xué)生充分理解課程授課內(nèi)容，轉(zhuǎn)變學(xué)生對空間形體認(rèn)知的思維方式，加深學(xué)生對空間形體的認(rèn)識，還能讓學(xué)生對BIM技術(shù)有初步了解，在學(xué)習(xí)過程中對BIM技術(shù)理念進(jìn)行培養(yǎng)，為今后BIM相關(guān)課程的開展和專業(yè)相關(guān)課程圖紙的識讀奠定良好基礎(chǔ)。同時在整個課程體系的培養(yǎng)過程中利用信息化教學(xué)平臺對課前預(yù)習(xí)內(nèi)容布置、課中點名提問、課后作業(yè)任務(wù)上傳，實現(xiàn)以學(xué)生為中心的“老師引導(dǎo)，學(xué)生自主”的課程培養(yǎng)體系。

3.2 應(yīng)用BIM技術(shù)對課程模型進(jìn)行建立

轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的“二維-三維-二維”思維授課方式，增加全新的課堂互動方式。充分利用BIM在可視化、參數(shù)化、信息化等方面的特點，應(yīng)用BIM技術(shù)建立課程中所能用到的模型，向?qū)W生進(jìn)行展示，便于學(xué)生對相關(guān)概念的理解、空間形體的認(rèn)識和工程圖紙的試讀，例如在立體與立體相貫章節(jié)中，可以通過草圖大師對兩立體模型進(jìn)行制作，錄制制作過程及對相貫后的整體模型數(shù)字化立體模擬展示；在建筑平剖面圖中，應(yīng)用PKPMBIM對課本中給出的圖紙模型進(jìn)行建立，通過軟件自帶的輕量化處理功能對模型進(jìn)行處理，在授課過程中學(xué)生可以運用電子設(shè)備與老師一同對模型進(jìn)行剖切操作，了解剖斷面圖生成過程及原理。在原有的提問、學(xué)生上臺演講等的傳統(tǒng)互動方式基礎(chǔ)上，增加了老師與學(xué)生的互動方式，活躍了課堂氣氛，使學(xué)生對相關(guān)概念進(jìn)行理解掌握。同時學(xué)生直接對BIM模型的信息進(jìn)行讀取，使學(xué)生對建筑實體有著更全面的認(rèn)識，有助于學(xué)生快速建立起空間位置關(guān)系和空間形體模型，打破個人圖紙識讀能力和空間想象能力的局限性，為工程意識的培養(yǎng)奠定了形體認(rèn)知基礎(chǔ)。

3.3 基于BIM技術(shù)布置多元化課程任務(wù)

轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的任務(wù)完成方式、任務(wù)完成形式及任務(wù)提交形式。土木工程制圖課程本身是理論學(xué)習(xí)與繪圖實踐相結(jié)合的課程，在理論學(xué)習(xí)的同時還應(yīng)該增加繪圖實踐過程，使學(xué)生的制圖能力和對理論知識的理解得到提升，通過課后要求學(xué)生使用BIM相關(guān)軟件進(jìn)行一些簡單易操作的模型制作，來加深學(xué)生對空間形體的認(rèn)知，例如應(yīng)用草圖大師制作立體相貫的模型、使用revit進(jìn)行簡單平面圖的繪制和樓板鋼筋的布置等任務(wù)，加深學(xué)生對理論知識的理解和空間形體的認(rèn)識。同時擬將學(xué)院BIM中心機房對學(xué)生建立開放日，學(xué)生可以利用課余時間結(jié)合課程內(nèi)容實現(xiàn)對BIM軟件的深度操作，通過操作加深對BIM軟件的了解，深化對工程形體的認(rèn)知。豐富了學(xué)生的學(xué)習(xí)方式和形式，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，使學(xué)生樂于將大量時間用來了解學(xué)習(xí)土木工程制圖課程。

4 結(jié)語

作為與BIM技術(shù)有著密切聯(lián)系的土木工程制圖課程，其基于BIM的課程改革勢在必行，僅是開展BIM技術(shù)相關(guān)軟件學(xué)習(xí)課程和BIM理論化教學(xué)課程并不能真正提升學(xué)生對于土木工程制圖課程的學(xué)習(xí)和掌握程度。將BIM技術(shù)與土木工程制圖課程教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行融合，充分發(fā)揮出BIM技術(shù)在土木工程制圖課程教學(xué)中的優(yōu)勢，幫助學(xué)生更加深入地學(xué)習(xí)和理解土木工程制圖課程的教學(xué)內(nèi)容，也希望能為土木工程各專業(yè)的課程與BIM技術(shù)的融合改革提供參考。