基于OBE理念的土木工程專業(yè)BIM教學(xué)改革

曹 煊 杜國(guó)鋒 李文盛 路世偉

(長(zhǎng)江大學(xué) 城市建設(shè)學(xué)院，荊州 434023)

引言

BIM(Building Information Modeling，建筑信息模型)技術(shù)的推廣與應(yīng)用掀起了國(guó)內(nèi)建筑業(yè)的巨大變革。在我國(guó)當(dāng)前智能建造對(duì)掌握信息化技術(shù)的高水平人才的巨大需求的背景下，在高校現(xiàn)有的人才培養(yǎng)模式下，能夠滿足需求的高校畢業(yè)生數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足，人才供求結(jié)構(gòu)不平衡導(dǎo)致引領(lǐng)智能建造發(fā)展的速度滯后。1981年，Spady率先提出了基于學(xué)習(xí)產(chǎn)出的教育理念(Outcomes-Based Education，OBE)，以其成果導(dǎo)向的特點(diǎn)引起了教育者的廣泛關(guān)注?！胺聪蛟O(shè)計(jì)”是OBE理念的特點(diǎn)之一，即以最終要達(dá)成的目標(biāo)為起點(diǎn)，反向進(jìn)行課程設(shè)計(jì)。本文基于OBE理念，將BIM技術(shù)有機(jī)融入土木工程課程教學(xué)和畢業(yè)設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)掌握現(xiàn)代信息技術(shù)的高水平土木工程專業(yè)人才的目的。

1 BIM技術(shù)在國(guó)內(nèi)高校土建類專業(yè)教學(xué)情況分析

近年來，國(guó)內(nèi)土木工程行業(yè)逐漸開始重視和推廣BIM技術(shù)，政府部門也印發(fā)了一系列文件用于推廣BIM技術(shù)，越來越多的高校加入到BIM技術(shù)的研究和應(yīng)用中。2005年，華南理工大學(xué)首次將BIM技術(shù)引入課題研究； 2015年3月，上海交通大學(xué)成立BIM研究中心，在推動(dòng)BIM技術(shù)相關(guān)研究的同時(shí)，培養(yǎng)BIM人才； 同年10月，河南科技大學(xué)成立了BIM協(xié)會(huì)，即河南省各大高校中最早成立的學(xué)生BIM協(xié)會(huì)； 2017年，吉林建筑大學(xué)創(chuàng)立了BIM學(xué)院，將建筑全生命周期整合管理及信息化專業(yè)的教育思想變成現(xiàn)實(shí)；同年，王艷奇等通過問卷調(diào)查的形式調(diào)查了青島理工大學(xué)、江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院等46所高等院校的12個(gè)專業(yè)的學(xué)生對(duì)BIM的認(rèn)知程度，調(diào)查結(jié)果顯示，調(diào)查的46所高校中只有11所高校開展了BIM相關(guān)課程[1]。

大多數(shù)院校并沒有真正地將BIM技術(shù)理念引入課程體系，許多BIM中心、BIM協(xié)會(huì)主要從事課題研究、BIM大賽、考證培訓(xùn)等，而未用于實(shí)際教學(xué)。目前，將BIM技術(shù)引入本科和研究生階段教學(xué)的高校并不是很多。2012年4月，華中科技大學(xué)土木工程與力學(xué)學(xué)院率先開設(shè)BIM方向工程碩士培養(yǎng)課程，在課程體系內(nèi)增加BIM內(nèi)容[2]； 哈爾濱工業(yè)大學(xué)首次開設(shè)《BIM 技術(shù)應(yīng)用》短課程，共16 學(xué)時(shí)，內(nèi)容包括 BIM 技術(shù)簡(jiǎn)介，BIM 技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)、施工領(lǐng)域的應(yīng)用，BIM技術(shù)軟件應(yīng)用等[3]； 大連理工大學(xué)在本科學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)設(shè)置了 BIM 方向。

多數(shù)高校只在特定的教學(xué)環(huán)節(jié)引入BIM技術(shù)，而沒有將BIM技術(shù)系統(tǒng)性地融入教學(xué)中，形成一套完整的教學(xué)體系。各高校工程管理專業(yè)和建筑專業(yè)都有不同程度地引入BIM教學(xué)，但將其用于土木工程教學(xué)的卻并不多。2016年，長(zhǎng)江大學(xué)在荊楚卓越工程師培育計(jì)劃中將BIM技術(shù)系統(tǒng)性地與專業(yè)課程教學(xué)相結(jié)合，形成了較為完整的能夠掌握BIM技術(shù)的人才培養(yǎng)體系。

2 高校BIM課程教學(xué)所面臨的問題

2.1 教學(xué)條件不足

BIM技術(shù)在我國(guó)尚處于發(fā)展階段，相關(guān)教材內(nèi)容參差不齊，而且大都以如何建模為主線來編寫，綜合類教材不多，在一定程度上限制了課程內(nèi)容的豐富性以及老師授課的擴(kuò)展性，難以從根本上培養(yǎng)學(xué)生對(duì)BIM技術(shù)的綜合應(yīng)用能力。另外，BIM技術(shù)應(yīng)用所涉及到的軟件眾多，大致可分為BIM基礎(chǔ)軟件、BIM工具軟件、BIM平臺(tái)軟件，這些軟件中的大部分如Revit、3D Max等，對(duì)電腦硬件的要求較高，而且價(jià)格較為昂貴，在后期還需要不斷升級(jí)和維護(hù)，這就需要投入大量資金，在一定程度上阻礙了高校更深層次地將BIM技術(shù)引入教學(xué)之中。

2.2 系統(tǒng)性不夠

目前，國(guó)內(nèi)大部分高校開設(shè)的BIM教學(xué)主要體現(xiàn)在淺層理論知識(shí)的講解上，實(shí)操部分的BIM課程也僅限于對(duì)個(gè)別建模軟件進(jìn)行訓(xùn)練。BIM技術(shù)的涵蓋面比較廣，若僅用于建模等方面，則失去了其貫穿建設(shè)項(xiàng)目全生命周期的意義(如圖1所示)。

圖1 BIM建筑全生命周期

由于土木工程專業(yè)課程多、學(xué)習(xí)難度大，從教學(xué)的角度上看，BIM技術(shù)在各專業(yè)課程中各自為政、融合度不足，教學(xué)體系不夠完善、系統(tǒng)性不強(qiáng)。開展教學(xué)之后，學(xué)生無法將BIM技術(shù)與專業(yè)知識(shí)融會(huì)貫通，對(duì)BIM技術(shù)的認(rèn)識(shí)可能仍會(huì)停留在“BIM技術(shù)只是一種三維建模工具”，達(dá)不到教學(xué)的預(yù)期效果。

2.3 師資力量不足

國(guó)內(nèi)BIM技術(shù)人才本就稀缺，而這其中大部分較為精通BIM技術(shù)的人員又分布在各大企業(yè)中，難以為高校所用。而對(duì)于大部分高校老師而言，他們才接觸這項(xiàng)技術(shù)不久，對(duì)BIM技術(shù)的掌握和研究還不夠深入，且很難在實(shí)際工程中熟練的運(yùn)用BIM技術(shù)，缺乏專業(yè)的BIM技術(shù)綜合應(yīng)用能力，更難以將BIM課程融入自己熟知的專業(yè)課程中傳授給學(xué)生，這些都大大地阻礙了高校開展BIM教學(xué)的步伐。

3 開展BIM教學(xué)的必要性

3.1 行業(yè)發(fā)展的需求

當(dāng)前，我國(guó)建筑業(yè)面臨著轉(zhuǎn)型升級(jí)，BIM技術(shù)很大可能會(huì)成為建筑領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新、轉(zhuǎn)型升級(jí)的突破口，國(guó)內(nèi)各省市行業(yè)主管部門也相繼出臺(tái)了許多關(guān)于推進(jìn)BIM技術(shù)推廣應(yīng)用的指導(dǎo)意見。

不僅是政府有要求，市場(chǎng)也有需求。據(jù)了解，在近年來的招聘會(huì)上，擁有BIM技術(shù)的專業(yè)人員更加受建筑企業(yè)的青睞，甚至有些用人單位將掌握BIM技術(shù)作為招聘的必要條件。許多專家學(xué)者通過多年的實(shí)踐應(yīng)用發(fā)現(xiàn)， BIM應(yīng)用要取得成功， 需要有一整套的體系、計(jì)劃和方法， 并且還要有執(zhí)行團(tuán)隊(duì)與之相匹配， 同時(shí)也要求應(yīng)用BIM的建筑業(yè)從業(yè)人員掌握BIM的相關(guān)知識(shí)[4]。

年輕一代作為未來建筑行業(yè)的主力軍，不僅可以為國(guó)內(nèi)建筑業(yè)注入新鮮血液，還能在很大程度上推動(dòng)建筑業(yè)的發(fā)展，讓中國(guó)在國(guó)際BIM技術(shù)領(lǐng)域上占得一席之地，而想要實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，高校的培養(yǎng)是必不可少的。

3.2 培養(yǎng)高級(jí)人才的需求

BIM技術(shù)作為近年來新興的一項(xiàng)技術(shù)，想要學(xué)習(xí)并掌握需要付出較多的時(shí)間、精力和資金，且對(duì)于現(xiàn)在大部分已參加工作多年的工程師、設(shè)計(jì)師來說，他們已經(jīng)擁有了一套自己得心應(yīng)手的工作方式和流程，而重新學(xué)習(xí)一門新技術(shù)，實(shí)施難度很大。經(jīng)過十多年的發(fā)展，BIM技術(shù)已成為助推建筑業(yè)實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新式發(fā)展的重要技術(shù)手段，其應(yīng)用與推廣對(duì)建筑業(yè)的進(jìn)步將產(chǎn)生不可估量的影響，而年輕一輩對(duì)新事物有著更強(qiáng)的探索和接受能力，因此，我們更應(yīng)該加快開展高校BIM教學(xué)，早日培養(yǎng)出一批將專業(yè)知識(shí)和BIM技術(shù)融合的優(yōu)秀土木工程專業(yè)人才。

4 基于OBE的土木專業(yè)BIM教學(xué)改革

基于成果導(dǎo)向的教育模式OBE實(shí)質(zhì)上是強(qiáng)調(diào)以學(xué)科專業(yè)技能成果為基礎(chǔ)，以成果本身結(jié)構(gòu)構(gòu)成組織教學(xué)，在全過程中密切關(guān)注學(xué)生專業(yè)技能的培育[5]。

4.1 優(yōu)化課程設(shè)置方案

在OBE 教育系統(tǒng)中，教育者必須對(duì)學(xué)生畢業(yè)時(shí)應(yīng)達(dá)到的能力及水平有清楚的目標(biāo)，在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)適宜的教育結(jié)構(gòu)來保證學(xué)生達(dá)到這些預(yù)期目標(biāo)，教育結(jié)構(gòu)和課程被視為手段而非目的。土木專業(yè)的BIM教學(xué)改革對(duì)于高校學(xué)生在畢業(yè)時(shí)需要達(dá)到的能力要求十分明確，即在掌握土木工程必備專業(yè)知識(shí)的同時(shí)，能熟練地運(yùn)用BIM相關(guān)軟件，并可以在一定程度上將兩者進(jìn)行融合。

高校土木工程專業(yè)包含的課程除了基本力學(xué)課程(如理論力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、流體力學(xué)等)外，一般都會(huì)開設(shè)房屋建筑學(xué)、荷載與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法、工程地質(zhì)、基礎(chǔ)工程、混凝土與砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、土木工程施工、建筑工程經(jīng)濟(jì)等課程，這些課程作為土木工程專業(yè)的核心課程，在引入BIM技術(shù)后，要重新設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容，明確區(qū)分，將關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)與BIM技術(shù)有機(jī)融合。此外，調(diào)整課程體系可以在最大程度上為開展BIM課程提供有效條件，增加BIM相關(guān)課程(如BIM概論、BIM建模與工程應(yīng)用)等。

4.2 調(diào)整授課模式

OBE實(shí)施中最重要和最基本的原則是“清楚聚焦”， 它要求教學(xué)與課程設(shè)計(jì)要清楚地聚焦在學(xué)生完成學(xué)習(xí)過程后能達(dá)成的最終學(xué)習(xí)成果[6]。OBE特別強(qiáng)調(diào)學(xué)生學(xué)到了什么，而不是教師教了什么，改變由教師自上而下向?qū)W生傳授知識(shí)的傳統(tǒng)教學(xué)模式及學(xué)生一人一組的個(gè)體學(xué)習(xí)形式，即根據(jù)實(shí)際情況先讓學(xué)生自由組合成立小組； 由教師篩選學(xué)習(xí)資料、提出引導(dǎo)性問題； 再讓學(xué)生在課下進(jìn)行自主學(xué)習(xí)、準(zhǔn)備，課上分組匯報(bào)，相互提問； 最后針對(duì)多數(shù)人出現(xiàn)的關(guān)鍵性問題，由教師進(jìn)行重點(diǎn)講解。這種教學(xué)模式有利于提高學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，發(fā)揮其創(chuàng)造性，培養(yǎng)其發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的積極性，增進(jìn)了解學(xué)習(xí)進(jìn)程與效果，以便更好地因材施教。因此，為達(dá)成較好的BIM教學(xué)效果，要充分利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)等信息化手段，運(yùn)用探究式、討論式、參與式和混合式等教學(xué)方式與手段[7]，以3D 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)與虛擬現(xiàn)實(shí)等信息技術(shù)創(chuàng)新教學(xué)模式，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)BIM技術(shù)在建筑信息化時(shí)代的重要性的認(rèn)知。

4.3 創(chuàng)新畢業(yè)設(shè)計(jì)

OBE更關(guān)注高階能力，這種能力可以通過團(tuán)隊(duì)的形式完成某些比較復(fù)雜的任務(wù)來獲得[8]。在畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書中增加BIM應(yīng)用，并以BIM大賽為載體，在保證傳統(tǒng)土木工程畢業(yè)設(shè)計(jì)所需要完成的任務(wù)基礎(chǔ)上，加入BIM內(nèi)容，學(xué)生通過團(tuán)隊(duì)形式完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。此種畢業(yè)設(shè)計(jì)創(chuàng)新，在長(zhǎng)江大學(xué)2016級(jí)土木工程專業(yè)的部分學(xué)生中得以實(shí)施，得到了很好的反響。

畢業(yè)設(shè)計(jì)以廣聯(lián)達(dá)畢業(yè)設(shè)計(jì)大賽的要求為基礎(chǔ)，由教師提供本校在建的22號(hào)學(xué)生宿舍樓工程項(xiàng)目相關(guān)信息，學(xué)生團(tuán)隊(duì)在完成傳統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)的基礎(chǔ)上，利用BIM相關(guān)軟件，建立BIM三維模型(如圖2所示)，完成基于BIM的工程項(xiàng)目施工組織設(shè)計(jì)、基于 BIM 的施工投標(biāo)報(bào)價(jià)的編制、基于 BIM 的工程項(xiàng)目施工管理應(yīng)用等內(nèi)容。這樣的創(chuàng)新畢業(yè)設(shè)計(jì)模式，不僅克服了選題陳舊、與工程實(shí)際脫離的弊端，具有建設(shè)過程與教學(xué)過程時(shí)間同步的特征，而且一改往年畢業(yè)設(shè)計(jì)由學(xué)生個(gè)人獨(dú)自完成的形式，增加了協(xié)同創(chuàng)新能力與團(tuán)隊(duì)協(xié)作經(jīng)驗(yàn)。

圖2 22號(hào)宿舍樓三維效果圖

4.4 改進(jìn)考核機(jī)制

OBE理念的教學(xué)評(píng)價(jià)聚焦在學(xué)習(xí)成果上。傳統(tǒng)課程考核方式，對(duì)學(xué)生的評(píng)價(jià)主要依賴于期末卷面成績(jī)，缺乏全面性[9]。為解決這一問題，基于OBE理念，強(qiáng)化過程考核，采用學(xué)習(xí)過程與考試結(jié)果相結(jié)合的評(píng)價(jià)辦法，將課堂提問、作業(yè)完成情況等平時(shí)表現(xiàn)納入考核標(biāo)準(zhǔn)，并引入組內(nèi)互評(píng)、組間互評(píng)的模式，建立更加多元化、綜合性的考核機(jī)制。

5 總結(jié)

本文基于OBE理念提出的土木工程專業(yè)BIM教學(xué)改革方案，為培養(yǎng)一批具有基礎(chǔ)理論、實(shí)踐能力、創(chuàng)新意識(shí)、國(guó)際視野、面向未來的土木工程BIM應(yīng)用型人才奠定了良好的基礎(chǔ)，也為我國(guó)智能建造領(lǐng)域培養(yǎng)了更多掌握信息技術(shù)的專業(yè)人才。