土木工程專業(yè)課程BIM技術(shù)基于OBE理念的教學(xué)方案設(shè)計(jì)
——以濰坊學(xué)院建筑工程學(xué)院為例

白志強(qiáng)，于蘭蘭，王建萍，范 升，王 榮

（濰坊學(xué)院 建筑工程學(xué)院，山東 濰坊 261061）

1 研究背景

建筑產(chǎn)業(yè)向數(shù)字化方向發(fā)展已經(jīng)成為時(shí)代趨勢，建筑企業(yè)對BIM技術(shù)人才的需求更加迫切，這對高校的BIM技術(shù)人才培養(yǎng)提出了新要求[1-2]。2015年，住建部《關(guān)于推進(jìn)建筑信息模型應(yīng)用的指導(dǎo)意見》中明確提出，新立項(xiàng)的項(xiàng)目勘察設(shè)計(jì)和運(yùn)維管理，集成BIM應(yīng)用比例要達(dá)到90%以上[3]。從目前的地方企業(yè)調(diào)研結(jié)果看，除了少數(shù)示范企業(yè)在政策推動(dòng)下開展基于BIM技術(shù)的局部性示范應(yīng)用外，BIM技術(shù)的“提質(zhì)增效”優(yōu)勢還遠(yuǎn)沒有發(fā)揮出來[4-5]。但值得注意的是，盡管多家建筑企業(yè)仍然沿用傳統(tǒng)建筑建造組織方式，但多數(shù)建筑企業(yè)對BIM技術(shù)的應(yīng)用前景非常看好，且非常注重對BIM技術(shù)人才的儲備。顯而易見，國內(nèi)二三線城市的建筑企業(yè)BIM技術(shù)應(yīng)用仍處于傳統(tǒng)建筑建造組織方式與信息技術(shù)組織方式并存的過渡階段。

作為服務(wù)區(qū)域經(jīng)濟(jì)的地方高校，始終瞄準(zhǔn)地方建筑企業(yè)人才需求目標(biāo)，積極探索符合新工科背景下的BIM技術(shù)人才的培養(yǎng)模式，為企業(yè)提供人才支撐。國內(nèi)一些高校已經(jīng)開始了BIM技術(shù)教學(xué)研究和BIM技術(shù)人才培養(yǎng)體系研究[1,6,7]，但現(xiàn)有研究中，針對新舊技術(shù)過渡時(shí)期的BIM技術(shù)教學(xué)研究仍然比較缺乏。本文針對濰坊及周邊建筑經(jīng)濟(jì)發(fā)展的實(shí)際情況，探索滿足地方建筑企業(yè)需求的BIM人才教學(xué)方案，在建筑全生命周期視角下，將BIM技術(shù)教學(xué)內(nèi)容科學(xué)地融入現(xiàn)有人才培養(yǎng)課程體系中，通過精心設(shè)計(jì)科學(xué)合理的BIM技術(shù)教學(xué)方案，促進(jìn)學(xué)生專業(yè)能力與BIM技術(shù)應(yīng)用能力的協(xié)同發(fā)展。

2 OBE 教育理念

OBE（Outcome Based Education），即基于成果導(dǎo)向的教育理念。成果導(dǎo)向教育作為一種先進(jìn)的教育理念，已成為美國、英國、加拿大等國家教育改革的主流理念。自從我國工程教育加入華盛頓協(xié)議以來，用成果導(dǎo)向教育理念引導(dǎo)工程教育改革逐漸成為國內(nèi)高校工程教育改革和工程教育認(rèn)證的指導(dǎo)性理念。因此，充分理解并運(yùn)用OBE教育理念在新時(shí)期工程技術(shù)人才培養(yǎng)方面具有現(xiàn)實(shí)意義。

OBE有四個(gè)核心問題：第一，我們想讓學(xué)生取得的學(xué)習(xí)成果是什么？第二，為什么要讓學(xué)生取得這樣的學(xué)習(xí)成果？第三，如何有效地幫助學(xué)生取得這些學(xué)習(xí)成果？第四，如何知道學(xué)生已經(jīng)取得了這些學(xué)習(xí)成果？本文結(jié)合BIM技術(shù)人才培養(yǎng)目標(biāo)，圍繞上述四個(gè)核心問題，對土木工程專業(yè)課程體系與BIM技術(shù)教學(xué)融合問題進(jìn)行了教學(xué)方案設(shè)計(jì)。

3 教學(xué)目標(biāo)

3.1 現(xiàn)有課程體系中的能力目標(biāo)

基于“厚基礎(chǔ)、寬口徑”的大土木類人才培養(yǎng)總思路，現(xiàn)有土木工程專業(yè)課程體系主要由專業(yè)必修課模塊和專業(yè)拓展課模塊組成。專業(yè)必修課模塊包括專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)主干課，此模塊是專業(yè)知識基礎(chǔ)框架，強(qiáng)調(diào)的是專業(yè)基礎(chǔ)的“通識性”，目的是夯實(shí)學(xué)生專業(yè)理論基礎(chǔ)；專業(yè)拓展課依據(jù)學(xué)生從業(yè)興趣，鼓勵(lì)學(xué)生在房屋建筑和道路橋梁兩個(gè)專業(yè)方向做深入研修，同時(shí)兼顧在大土木專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)可持續(xù)發(fā)展能力的培養(yǎng)。通過修讀兩大模塊課程體系，逐步培養(yǎng)學(xué)生工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能力和工程施工管理能力。圖1清晰地展示出現(xiàn)有課程體系的“雙能力”培養(yǎng)目標(biāo)。隨著建筑信息技術(shù)的不斷發(fā)展，將BIM技術(shù)能力融入到“雙能力”培養(yǎng)目標(biāo)，是時(shí)代發(fā)展的必然。

3.2 為不同課程匹配相應(yīng)的BIM技術(shù)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法

與傳統(tǒng)土木專業(yè)課程體系內(nèi)容不同，BIM技術(shù)體系呈現(xiàn)出的是一種大工程觀的概念，它本質(zhì)上是建筑全生命周期視角下的多專業(yè)建筑信息協(xié)同交互管理技術(shù)[8]。而現(xiàn)有課程體系中，僅有《BIM技術(shù)基礎(chǔ)》一門課程聚焦BIM技術(shù)的基本概念和基礎(chǔ)理論教學(xué)，無論從教學(xué)深度還是廣度上都難以滿足BIM技術(shù)教學(xué)需求。圖1清晰地展示出現(xiàn)有課程體系中的部分代表性課程與雙能力目標(biāo)的對應(yīng)關(guān)系。從圖中可以看出，“雙能力”的培養(yǎng)與現(xiàn)有課程的教學(xué)內(nèi)容息息相關(guān)。如何在現(xiàn)有“基礎(chǔ)理論+專業(yè)深修”建構(gòu)思路下，為不同特點(diǎn)的課程設(shè)計(jì)出相應(yīng)的BIM技術(shù)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法，是將BIM技術(shù)融入到現(xiàn)有課程體系的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

3.3 BIM技術(shù)與現(xiàn)有課程體系相關(guān)性分析

BIM技術(shù)應(yīng)用以軟件操作為表現(xiàn)形式，而課程設(shè)計(jì)類的教學(xué)效果與軟件操作熟練程度息息相關(guān)，故將課程體系中有利于促進(jìn)軟件實(shí)操的課程定義為“直接相關(guān)課程”，將相關(guān)基礎(chǔ)理論課程定義為“間接相關(guān)課程”。圖2針對現(xiàn)有課程體系框架與BIM技術(shù)各階段的教學(xué)內(nèi)容建立了對應(yīng)關(guān)系。從圖中可以看出，現(xiàn)有課程體系中的大多數(shù)課程與“BIM結(jié)構(gòu)建模及計(jì)算”和“BIM項(xiàng)目進(jìn)度及管理”兩種能力具有多重相關(guān)性，這與前文所述的兩種能力培養(yǎng)目標(biāo)具有高度契合性。因此，教學(xué)改革聚焦BIM結(jié)構(gòu)建模和BIM項(xiàng)目管理兩個(gè)方面，不僅有利于BIM技術(shù)與原有教學(xué)課程體系融合，而且還有利于前文所述的工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能力和工程項(xiàng)目管理能力的培養(yǎng)。然而現(xiàn)有課程體系在“工程規(guī)劃與勘察”和“BIM建筑建模及分析”、以及“項(xiàng)目日常管理與維護(hù)”方面的BIM技術(shù)教學(xué)內(nèi)容偏少，這也說明現(xiàn)有課程體系仍然以單一的土木工程專業(yè)人才培養(yǎng)架構(gòu)為主。筆者認(rèn)為，在保證現(xiàn)有師資水平和教學(xué)資源投入的前提下，首先鞏固土木工程專業(yè)BIM技術(shù)教學(xué)成果，再逐步輻射到周邊相近專業(yè)的BIM技術(shù)教學(xué)，循序漸進(jìn)地形成完整的、系統(tǒng)性、全面性的BIM技術(shù)教學(xué)體系。

3.4 BIM技術(shù)教學(xué)內(nèi)容分配方案

在現(xiàn)有課程體系中植入BIM技術(shù)教學(xué)內(nèi)容，同時(shí)增加學(xué)時(shí)以使得BIM技術(shù)教學(xué)內(nèi)容與現(xiàn)有課程知識體系融合。表1將BIM技術(shù)教學(xué)內(nèi)容與關(guān)聯(lián)度最高的課程對應(yīng)起來，便于授課教師在常規(guī)教學(xué)中開展高響應(yīng)度的課程教學(xué)改革。比如在房屋建筑學(xué)課程設(shè)計(jì)中，采用案例驅(qū)動(dòng)教學(xué)法，選取難度適中的工程案例，從工程案例中分解出具有高度可操作性的三維建模任務(wù)，通過revit等三維建模軟件完成分配到的任務(wù)，促進(jìn)學(xué)生深度掌握BIM三維建模技術(shù)。再比如，在混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程中，在保持原有手算受彎構(gòu)件設(shè)計(jì)訓(xùn)練方案外，增加運(yùn)用GSrevit、YJK等三維設(shè)計(jì)軟件開展計(jì)算及分析，在完成案例任務(wù)的同時(shí)，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)理論與BIM技術(shù)協(xié)同應(yīng)用的能力。

表1 BIM技術(shù)教學(xué)內(nèi)容分配方案

4 BIM技術(shù)教學(xué)“兩階段、三層次”實(shí)施策略

4.1 BIM技術(shù)教學(xué)的“兩階段”師資結(jié)構(gòu)建設(shè)

BIM技術(shù)涵蓋專業(yè)內(nèi)容寬泛，技術(shù)應(yīng)用綜合性強(qiáng)。從遵從認(rèn)知規(guī)律的角度出發(fā)，BIM技術(shù)教學(xué)應(yīng)該結(jié)合不同專業(yè)課程特點(diǎn)分階段、分層次開展。結(jié)合我院教學(xué)實(shí)際情況，本文提出了“兩階段、三層次”策略?！皟呻A段”指的是，第一階段首先集中優(yōu)勢師資在“BIM結(jié)構(gòu)建模計(jì)算”和“BIM項(xiàng)目進(jìn)度管理”兩個(gè)方面鞏固基礎(chǔ)，積累經(jīng)驗(yàn)。第二階段要積極整合學(xué)院與地方企業(yè)教學(xué)師資，深入開展產(chǎn)教融合式教學(xué)，不斷壯大工程規(guī)劃與勘察、建筑建模分析和項(xiàng)目運(yùn)維管理方面的BIM技術(shù)教學(xué)師資力量，構(gòu)建與相近專業(yè)高效互動(dòng)，有機(jī)融合的全生命周期BIM技術(shù)人才結(jié)構(gòu)。

4.2 基于OBE理念的“三層次”BIM技術(shù)教學(xué)方案設(shè)計(jì)

本文以土木工程專業(yè)為例，從OBE教育理念出發(fā)，開展“三層次”BIM技術(shù)教學(xué)。“三層次”指的是BIM技術(shù)教學(xué)要遵從理論教學(xué)、實(shí)操訓(xùn)練、綜合運(yùn)用依次遞進(jìn)的教學(xué)方法。第一步，基于專業(yè)基礎(chǔ)理論，建立BIM技術(shù)全生命周期知識框架，夯實(shí)專業(yè)基礎(chǔ)；第二步，采用案例驅(qū)動(dòng)教學(xué)，利用一系列專業(yè)課的課程設(shè)計(jì)，將專業(yè)知識與BIM軟件實(shí)操有機(jī)結(jié)合，通過BIM軟件實(shí)操訓(xùn)練，內(nèi)化專業(yè)知識，提高理論水平；第三步，堅(jiān)持“以賽促學(xué)，以賽促用”，積極參與BIM系列學(xué)科競賽活動(dòng)，促進(jìn)BIM技術(shù)的綜合運(yùn)用水平，充分利用第三方評價(jià)機(jī)制，客觀評價(jià)BIM技術(shù)綜合應(yīng)用能力和教學(xué)成效。

OBE理念注重學(xué)習(xí)成果的目標(biāo)導(dǎo)向性，其特點(diǎn)是通過擬達(dá)成的目標(biāo)逆向設(shè)計(jì)教學(xué)過程?；贠BE理念，將“三層次”BIM技術(shù)教學(xué)成果指標(biāo)化，分析各層次BIM教學(xué)指標(biāo)與教學(xué)內(nèi)容關(guān)聯(lián)度，運(yùn)用現(xiàn)代信息教育技術(shù)完成教學(xué)過程。第一層次為理論教學(xué)，該層次注重BIM基礎(chǔ)概念和知識架構(gòu)的建立；第二層次為實(shí)操訓(xùn)練，該層次注重BIM技術(shù)軟件操作和專業(yè)知識的應(yīng)用；第三層次為綜合運(yùn)用，該層次注重BIM技術(shù)的深度應(yīng)用和知識升華。

圖3總結(jié)了基于OBE理念的BIM技術(shù)教學(xué)過程的組織脈絡(luò)。針對不同類型的課程特點(diǎn)，通過將“三層次”BIM技術(shù)教學(xué)目標(biāo)的關(guān)聯(lián)指標(biāo)進(jìn)行分解，與相應(yīng)課程對接后，分別采用傳統(tǒng)課堂知識體系教學(xué)法和案例驅(qū)動(dòng)教學(xué)方法開展教學(xué)活動(dòng)，將兩類教學(xué)活動(dòng)與多種教學(xué)組織方式有機(jī)結(jié)合形成合力，提升教學(xué)效果。

圖3 基于OBE理念BIM技術(shù)教學(xué)過程組織脈絡(luò)

5 基于OBE理念的教學(xué)方案保障措施

5.1 積極提升BIM技術(shù)師資力量和師資結(jié)構(gòu)

BIM技術(shù)全生命周期的各個(gè)階段均不同程度地涉及到建筑學(xué)專業(yè)、土木工程專業(yè)、工程管理專業(yè)和水電暖專業(yè)的技術(shù)應(yīng)用，但各專業(yè)技術(shù)應(yīng)用的側(cè)重點(diǎn)不同，且各專業(yè)的BIM軟件種類繁多，數(shù)據(jù)交互需要具備多專業(yè)知識背景，這對BIM技術(shù)教學(xué)和BIM師資建設(shè)提出了更高的要求。從圖4所示的四個(gè)專業(yè)的BIM師資分布看出，四個(gè)專業(yè)共有8名教師從事BIM技術(shù)教學(xué)工作，占總師資的16%，其中建筑學(xué)專業(yè)教師1名，土木工程專業(yè)教師4名，工程管理專業(yè)3名，目前沒有水暖電專業(yè)背景的BIM教師。圖5顯示出了土木工程專業(yè)現(xiàn)有BIM技術(shù)教學(xué)情況。從圖5可以看出，BIM技術(shù)教學(xué)師資主要集中在“BIM學(xué)科競賽”和“BIM畢業(yè)設(shè)計(jì)”兩個(gè)方面，在這兩個(gè)方面已經(jīng)積累了較為豐富的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)。在下一步的BIM教學(xué)過程中，通過整合全院師資力量，在各專業(yè)選擇2至3名青年博士教師，尤其鼓勵(lì)建筑學(xué)和水暖電專業(yè)的教師積極從事BIM技術(shù)教學(xué)工作，通過企業(yè)調(diào)研、BIM專題培訓(xùn)、學(xué)術(shù)交流等方式，提高教師的BIM技術(shù)教學(xué)能力，在教研室活動(dòng)中增加BIM技術(shù)專題教研內(nèi)容的比重，鼓勵(lì)授課教師積極開展BIM技術(shù)教學(xué)改革，更新教學(xué)內(nèi)容。盡管在BIM基礎(chǔ)教學(xué)方面和課程設(shè)計(jì)方面師資欠缺，但隨著上述措施的實(shí)施，再結(jié)合企業(yè)師資利用力度和博士師資引進(jìn)力度的不斷增大，一定會(huì)在“BIM基礎(chǔ)教學(xué)”和“BIM技術(shù)融入課程設(shè)計(jì)”兩方面的教學(xué)得到極大地增強(qiáng)。

圖4 現(xiàn)有BIM師資隊(duì)伍結(jié)構(gòu)

圖5 現(xiàn)有BIM技術(shù)教學(xué)分布

5.2 完善BIM學(xué)科競賽平臺

目前BIM技術(shù)類的學(xué)科競賽包括全國高校BIM畢業(yè)設(shè)計(jì)創(chuàng)新大賽、全國信息技術(shù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競賽、“品茗杯”全國高校BIM應(yīng)用畢業(yè)設(shè)計(jì)大賽、“構(gòu)力杯”國產(chǎn)BIM軟件大學(xué)生菁英邀請賽、山東省信息技術(shù)競賽等。各個(gè)比賽的側(cè)重點(diǎn)和風(fēng)格有所不同，充分利用每一種學(xué)科競賽的突出特點(diǎn)，讓不同學(xué)科競賽在促進(jìn)我院BIM技術(shù)教學(xué)方面各盡所長，各顯其能。成立BIM學(xué)科競賽團(tuán)隊(duì)，打造BIM學(xué)科競賽平臺，建立師生激勵(lì)機(jī)制，完善保障制度，用實(shí)際行動(dòng)踐行“以賽促學(xué)”理念，把BIM學(xué)科競賽打造成我院第二課堂的教學(xué)特色和優(yōu)勢。

5.3 打造基于BIM技術(shù)的畢業(yè)設(shè)計(jì)綜合實(shí)踐教學(xué)平臺

相較于單一專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)，BIM技術(shù)畢業(yè)設(shè)計(jì)的工作量要大的多，現(xiàn)有12周的學(xué)時(shí)很難滿足基于BIM技術(shù)的畢業(yè)設(shè)計(jì)要求。為了更好地將BIM技術(shù)融入到畢業(yè)設(shè)計(jì)中，可考慮打通BIM學(xué)科競賽與生產(chǎn)實(shí)習(xí)、畢業(yè)實(shí)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)之間的界限，鼓勵(lì)學(xué)生從大三學(xué)年就開始著手參與BIM學(xué)科競賽，優(yōu)先選擇與BIM技術(shù)有關(guān)的生產(chǎn)實(shí)習(xí)單位，積極與地方企業(yè)開展聯(lián)合教學(xué)，借用企業(yè)BIM人才導(dǎo)師的優(yōu)勢資源，鼓勵(lì)學(xué)生到工程一線參加BIM技術(shù)實(shí)踐鍛煉。逐步形成以BIM學(xué)科競賽，生產(chǎn)實(shí)習(xí)，畢業(yè)實(shí)習(xí)，畢業(yè)設(shè)計(jì)四級聯(lián)動(dòng)的畢業(yè)設(shè)計(jì)綜合實(shí)踐教學(xué)平臺，從根本上提升畢業(yè)設(shè)計(jì)質(zhì)量，提高學(xué)生的BIM技術(shù)應(yīng)用能力。

6 教學(xué)評價(jià)

本文從知識維度和能力維度對BIM技術(shù)教學(xué)效果進(jìn)行評價(jià)。知識維度評價(jià)通過在各門課程平時(shí)作業(yè)和期末考試中設(shè)置BIM技術(shù)考核內(nèi)容，針對學(xué)生對BIM技術(shù)內(nèi)容的完成度做出評價(jià)，評價(jià)細(xì)則應(yīng)該能夠服務(wù)各門課程教學(xué)目標(biāo)，同時(shí)也應(yīng)該具有統(tǒng)一性，體現(xiàn)BIM技術(shù)的整體教學(xué)目標(biāo)。能力維度評價(jià)則通過鼓勵(lì)學(xué)生參與各類各級BIM技術(shù)學(xué)科競賽，根據(jù)學(xué)科競賽獲獎(jiǎng)?lì)l次和獲獎(jiǎng)等級來評價(jià)，根據(jù)各級學(xué)科競賽的影響力和獲獎(jiǎng)等級制定科學(xué)合理的評價(jià)權(quán)重。

7 結(jié)束語

基于人才培養(yǎng)現(xiàn)狀分析，通過對現(xiàn)有課程體系和BIM技術(shù)能力的相關(guān)性分析，明確了現(xiàn)有課體系與BIM技術(shù)教學(xué)應(yīng)該從“BIM結(jié)構(gòu)建模及分析”和“BIM項(xiàng)目進(jìn)度管理”兩個(gè)切入點(diǎn)開展BIM技術(shù)教學(xué)研究。基于以上兩個(gè)切入點(diǎn)，結(jié)合OBE教育理念，提出了“兩階段、三層次”的BIM技術(shù)教學(xué)方案，從優(yōu)化師資結(jié)構(gòu)、完善學(xué)科競賽、建立畢業(yè)設(shè)計(jì)綜合平臺三個(gè)方面提出了對BIM技術(shù)教學(xué)過程的保障措施，為地方高校開展BIM技術(shù)教學(xué)工作提供參考。