新工科下“五位一體”BIM課程體系構(gòu)建與實踐

摘"要：隨著新工科教育的興起，BIM（建筑信息模型）技術(shù)在工程教育中的重要性日益凸顯。本文旨在探討和實踐新工科背景下“五位一體”BIM課程體系的構(gòu)建，以適應建筑領(lǐng)域可持續(xù)發(fā)展對專業(yè)人才的需求。BIM技術(shù)在土木工程領(lǐng)域的應用不同于傳統(tǒng)CAD軟件，BIM技術(shù)在促進多專業(yè)團隊協(xié)作、集成多維信息、優(yōu)化設(shè)計方案和施工管理中起著關(guān)鍵作用。本文針對BIM課程存在的痛點和面臨的挑戰(zhàn)，提出了以學生為中心的“五位一體”教學改革方案。改革方案包括培養(yǎng)方案定制化、課程目標分級化、教學內(nèi)容創(chuàng)新化、教學實踐融合化和教學路徑多樣化五個方面，以實現(xiàn)課程的全面升級和學生能力的全面提升。

關(guān)鍵詞：BIM課程；五位一體；教學目標；創(chuàng)新

在新工科教育的大背景下，BIM（建筑信息模型）技術(shù)作為土木工程信息化的關(guān)鍵工具，對工程教育提出了新的挑戰(zhàn)和機遇。本文聚焦于BIM課程體系的創(chuàng)新與實踐，旨在通過構(gòu)建“五位一體”教學模式，解決傳統(tǒng)教學中存在的問題，如理論與實踐脫節(jié)、學生能力培養(yǎng)不足等，以滿足新時代對工程人才的高標準要求。本文將探討如何整合數(shù)字技術(shù)，增強教育的創(chuàng)新性和實踐性，以及如何通過校企合作，實現(xiàn)產(chǎn)學研的深度融合，最終培養(yǎng)出具有創(chuàng)新精神和實踐能力的高素質(zhì)工程人才。

1"新時代BIM技術(shù)的發(fā)展

BIM技術(shù)繼傳統(tǒng)CAD軟件之后，成為土建行業(yè)信息化進程中的又一項關(guān)鍵技術(shù)，它為工程建設(shè)領(lǐng)域帶來了創(chuàng)新的模式。BIM技術(shù)不同于傳統(tǒng)CAD技術(shù)，其具有可視化、優(yōu)化、綜合建模模擬場景等特性［1］。在土木工程領(lǐng)域，BIM（建筑信息模型）軟件與傳統(tǒng)的CAD（計算機輔助設(shè)計）軟件相比，具有以下幾個顯著的差異：BIM工具如Revit和Civl"3D，能夠促進不同專業(yè)團隊之間的即時協(xié)作，它們通過構(gòu)建一個集成了幾何、時間、成本、環(huán)境和維護等多維信息的綜合數(shù)字模型，來實現(xiàn)對項目從設(shè)計到施工、再到維護的全周期深度管理和控制［2］。BIM軟件的參數(shù)化建模功能可以自動同步設(shè)計變更，同時提供能量分析、結(jié)構(gòu)分析和沖突檢測等高級功能，以優(yōu)化設(shè)計方案并提前識別潛在的施工難題。與此相對，CAD軟件主要集中于二維設(shè)計和繪圖，盡管它也支持三維模型的創(chuàng)建，但在提供實時協(xié)作能力、整合多維信息以及包含高級分析工具等方面通常不如BIM軟件全面［3］。

因此，BIM軟件為學生提供了更為接近實際建筑工程的體驗，且極大地激發(fā)了學生的實踐能力以及創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力，逐步實現(xiàn)產(chǎn)學研融合教育［4］。探索在數(shù)字化和智能化背景下，基于BIM技術(shù)的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育人才培養(yǎng)模式的改革，對于提升教育質(zhì)量具有重要的促進作用。這不僅是對教育本身的提升，也是對新時代經(jīng)濟社會多元化就業(yè)和創(chuàng)業(yè)需求的積極回應。

2"新工科背景下BIM課程的痛點

在新工科教育背景下，軟件課程的應用已成為勢不可當?shù)内厔?，社會各界以及各大校招企業(yè)對學生的計算機技能有了更高的期待。與以往的工科人才相比，新工科人才需要具備更扎實的工科邏輯思維和實踐操作能力，更強的創(chuàng)新精神和團隊合作能力，以及更全面的人文素養(yǎng)［56］。然而，BIM課程在與傳統(tǒng)工科土木工程學科深度交叉融合中，傳統(tǒng)的工科教學模式已經(jīng)難以適應新時代對新工科人才的培養(yǎng)要求。

在教學過程中，我們面臨著幾個關(guān)鍵的挑戰(zhàn)和痛點，如圖1所示。首先，提升課程的高階性是一個重要目標，學生對計算機應用的熟悉程度存在顯著差異，這就要求我們在設(shè)計課程時必須考慮到學生計算機基礎(chǔ)水平的多樣性，并滿足他們的個性化學習需求。這不僅涉及教學內(nèi)容的深度和廣度，還包括如何有效地將理論知識與實際應用相結(jié)合，以適應不同學生的學習節(jié)奏和風格。其次，計算機建模過程的學習是一個復雜且考驗綜合能力的過程，學生常常需要在各模塊操作的同時進行建模邏輯思維的訓練［7］。為了解決這一問題，教學過程中需要特別強調(diào)建模邏輯思維能力的培養(yǎng)，這包括問題分析、抽象思維、建模設(shè)計和實際場景融合等關(guān)鍵技能［8］。通過這種方式，學生不僅能夠?qū)W會如何進行建筑模型的設(shè)計，更能學會如何思考和解決問題，這對于他們未來在技術(shù)領(lǐng)域的職業(yè)發(fā)展至關(guān)重要。最后，目前實踐教學與專業(yè)課程之間存在一定程度的脫節(jié)，這直接影響了學生將理論知識應用于實際問題解決的能力。為了彌補這一缺陷，需要探索如何將實踐教學更緊密地與專業(yè)課程結(jié)合起來，通過案例研究、項目驅(qū)動和實驗室工作等手段，增強學生的實踐操作能力和創(chuàng)新思維［9］。

綜上所述，為了應對這些挑戰(zhàn)，我們需要對現(xiàn)有的教學模式進行深入的反思和創(chuàng)新，以確保教學內(nèi)容和方法能夠適應新時代的教育需求，最終實現(xiàn)培養(yǎng)高素質(zhì)新工科人才的目標。

3"“五位一體”課程體系的構(gòu)建

根據(jù)學生的實際情況，教學團隊聚焦教學痛點，以學生為中心，以“培養(yǎng)方案定制化、課程目標分級化、教學內(nèi)容創(chuàng)新化、教學實踐融合化、教學路徑多樣化”為改革方向，從課程培養(yǎng)、課程目標、教學內(nèi)容、實踐創(chuàng)新以及教學路徑五個方面入手進行全面改革，構(gòu)建“五位一體”全方位教學模式，如圖2所示。

3.1"培養(yǎng)方案定制化

在教育領(lǐng)域，“因材施教”是一條重要原則，旨在根據(jù)每個學生的特點和需求定制個性化的教育方案。在構(gòu)建具有特色的培養(yǎng)方案時，致力于實施一項綜合能力評估，以此作為建立學生成長與社會需求之間聯(lián)系的橋梁。我們的目標是創(chuàng)造一個多維度、互動式的教育模式，該模式融合了課堂內(nèi)外、線上與線下、校園內(nèi)外以及傳統(tǒng)課堂與拓展課堂的元素，以實現(xiàn)教育資源和學習體驗的最大化互補。開展全面的能力評估，了解學生在BIM技術(shù)方面的基礎(chǔ)知識和技能水平，同時分析行業(yè)和社會對BIM技術(shù)人才的具體需求。課程設(shè)計與教學內(nèi)容需保持更新度，結(jié)合最新的BIM技術(shù)發(fā)展，更新教學大綱，確保課程內(nèi)容與行業(yè)趨勢及熱點同步，包括BIM軟件操作、模型創(chuàng)建、協(xié)同工作流程、項目管理等。

3.2"課程目標分級化

依據(jù)課程目標要求，以學生為中心，達成課程目標為結(jié)果導向，實現(xiàn)從總體課程目標到章節(jié)目標，再到具體知識點目標的逐級細化，分級實施完成，由基礎(chǔ)到擴展提升再到自我創(chuàng)新。具體來說，將整個課程的目標分解為若干個章節(jié)目標，然后運用層級分析法，將每個章節(jié)目標進一步細化為具體、可執(zhí)行、可評估的知識點目標。這些知識點目標直接對應學生的學習成果，并且按照從基礎(chǔ)知識到能力培養(yǎng)，再到高階技能以及知識創(chuàng)新的順序逐步提升，并在教學活動中層層落實。

BIM課程目標分級，其中課程目標能力目標以及知識目標兩部分培養(yǎng)學生自主研究、自主解決問題的能力，要求學生掌握BIM基礎(chǔ)知識，并進行能力提升，為今后在工作中承擔案例設(shè)計打下堅實軟件基礎(chǔ)以及計算邏輯思維。章節(jié)目標依據(jù)課程內(nèi)容劃分為四個部分：BIM概述、結(jié)構(gòu)及建筑專業(yè)建模、深化設(shè)計以及體量與族，各個章節(jié)逐步遞進，由易到難，由基礎(chǔ)到提升，問題不斷復雜化，提升學生對軟件的變通應用能力。知識點目標針對章節(jié)目標展開，對章節(jié)目標進行細化，落實到每一個細小步驟，對應學生應掌握的基本計算機能力，學生可明晰教學的每一個小目標，落實到每一個細節(jié)進行實操學習，從而可進一步明確而高效地進行自主學習。

3.3"教學內(nèi)容創(chuàng)新化

堅持以學生為中心，打造高質(zhì)量專業(yè)課程，對課程體系進行重新構(gòu)建，建立課程全方位考核流程，從教學設(shè)計到教學過程再到教學考核以及教學創(chuàng)新能力提升，以此增強課程在教學設(shè)計、教學實施和教學評價方面的深度、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)性。貫徹案例教學，培養(yǎng)理論與實踐相結(jié)合的工程思維。擴展教學中的工程案例應用實例，培養(yǎng)學生將知識應用于實踐的邏輯思維和實際操作能力，并讓學生在工程案例的設(shè)計中不斷反思，并進行創(chuàng)新型設(shè)計與改進，培養(yǎng)學生自主思考問題、解決問題的能力。

通過基礎(chǔ)案例到提升案例的學習，逐步提高學生學習能力、創(chuàng)新能力，不斷深化知識點的學習。針對基礎(chǔ)案例，通過基礎(chǔ)案例引導學生線上自主學習，利用互聯(lián)網(wǎng)資源進行基礎(chǔ)知識點的細化及補充學習，參與測試和答疑討論，測試可進一步采用學習通線上進行，以便學生及時測試并進行知識點的鞏固和加深，并可作為學生今后復習的依據(jù)，測試題目可采用簡明的選擇題和判斷題以及單一知識點的簡易實操題。所選的基礎(chǔ)案例應聚焦基礎(chǔ)知識點，問題設(shè)計簡單直觀，避免復雜化工程案例以及涉及交叉學科的工程案例，從而便于學生快速理解和掌握，使得自主學習過程更為順暢。針對提升案例，旨在拓展學生的思維并達成能力目標。這些案例在基礎(chǔ)案例之上增加難度和復雜性，融入新技術(shù)、前沿資訊和社會熱點，采用啟發(fā)式、探究式和互動式教學法，引導學生從模仿程序到修改程序，最終實現(xiàn)自主編程，逐步深化對基礎(chǔ)知識的理解和應用，拓寬視野，提升綜合能力，在提升案例中鼓勵學生進行小組設(shè)計，培養(yǎng)學生團結(jié)協(xié)作能力，活躍課堂氛圍。提升案例可涉及較復雜的工程案例，并要求具有一定的創(chuàng)新性，以培養(yǎng)學生計算邏輯思維和創(chuàng)新能力，提升對軟件掌握的變通能力，為將來獨自完成復雜工程案例的設(shè)計打下堅實的計算機基礎(chǔ)。

3.4"教學實踐融合化

在工程學科中，實踐不僅是其核心，也是激發(fā)創(chuàng)新和促進多學科交流的催化劑。然而，目前工程管理專業(yè)的教學存在理論與實踐之間的斷層，缺少一個與建筑信息化技術(shù)同步的仿真實訓平臺，這造成了教學成效與教育宗旨、畢業(yè)標準及行業(yè)需求之間的不匹配［10］。在新工科教育的推動下，重點轉(zhuǎn)向了增強學生的實踐與創(chuàng)新技能。盡管現(xiàn)有的實體實驗室提供了實際操作的體驗，它們卻難以實現(xiàn)對工程項目變化的實時監(jiān)控和模擬，同時伴隨潛在的安全問題。這種缺陷導致了學生在創(chuàng)新思維和團隊協(xié)作方面的培養(yǎng)不足。

BIM技術(shù)所提供的模擬教學環(huán)境，能夠以高度仿真、動態(tài)、可重復和真實的方式模擬物理環(huán)境，為學習者帶來沉浸式的學習體驗。這種環(huán)境不僅能夠提供安全無風險的實驗場所，還能夠讓學生在沒有時間和空間限制的情況下，進行各種復雜工程問題的探索和解決。鑒于此，地方高校在推進工程管理專業(yè)的教學改革時，需要積極與BIM技術(shù)企業(yè)合作，整合和利用校內(nèi)外資源，共同開發(fā)課程、培養(yǎng)師資、實施項目，形成校企深度合作的新范式。高?？梢匝埰髽I(yè)專家參與課程設(shè)計，提供行業(yè)視角和實際案例，使教學內(nèi)容更加貼近實際應用。同時，企業(yè)可以為學生提供實習機會，讓學生在真實的工作環(huán)境中鍛煉技能，增強職業(yè)素養(yǎng)。此外，高校還應該建立一套完善的評價體系，對學生的學習成果進行全面評估，包括理論知識掌握、實踐技能運用、創(chuàng)新思維能力和團隊協(xié)作精神等方面。通過定期的測試、項目評審和同行評議等方式，及時反饋學生的學習進展，幫助學生不斷改進學習方法，提高學習效果。

3.5"教學路徑多樣化

BIM課程實質(zhì)是基于建筑專業(yè)化設(shè)計、結(jié)構(gòu)專業(yè)化設(shè)計、暖通設(shè)計、室外場地設(shè)計、工程造價、全過程項目管理等多學科專業(yè)知識。因此，可實施多學科教師講授，采取多學科教師進行授課，進一步擴展軟件應用領(lǐng)域。具體實施可開設(shè)多門BIM相關(guān)選修課，學生可根據(jù)興趣需求以及就業(yè)需求自主選擇所需要深入了解的領(lǐng)域內(nèi)容，促進不同學科間知識整合與技能的協(xié)同進步，努力打造一個以BIM技術(shù)為中心，涵蓋多個學科領(lǐng)域的綜合性課程體系。該體系旨在通過新型教學模式，為學生提供一個全面接觸和理解工程項目實際操作的平臺，形成一個多維度、跨學科的教學結(jié)構(gòu)，以點燃他們對專業(yè)學習的熱情，并有效提升其實踐操作技能，以適應未來建筑行業(yè)的信息化、數(shù)字化轉(zhuǎn)型需求。通過這一體系，學生將有機會深入探索BIM技術(shù)在工程設(shè)計、施工和設(shè)施管理中的應用，同時，也能夠?qū)W習到與工程相關(guān)的管理知識和信息技術(shù)，為將來的職業(yè)生涯打下堅實的基礎(chǔ)。

結(jié)語

本文深入探討了新工科背景下BIM技術(shù)在工程教育中的應用及其對教學模式創(chuàng)新的推動作用。通過構(gòu)建“五位一體”的BIM課程體系，旨在實現(xiàn)課程教學的全面改革，以適應新時代對工程人才的高標準要求。這一體系涵蓋了課程培養(yǎng)方案定制化、課程目標分級化、教學內(nèi)容創(chuàng)新化、教學實踐融合化以及教學路徑多樣化等關(guān)鍵方面，旨在培養(yǎng)學生的綜合素質(zhì)，特別是強化其計算思維、實踐能力和創(chuàng)新精神。本文提出了一系列創(chuàng)新的教學策略，包括因材施教、采用分級化的教學目標、創(chuàng)新教學內(nèi)容，以及將理論與實踐緊密結(jié)合，通過與BIM技術(shù)企業(yè)的深度合作，建立校企合作的新范式，這不僅為學生提供了接觸行業(yè)前沿的機會，也為企業(yè)輸送了大量高素質(zhì)的工程人才。此外，還強調(diào)了教學路徑的多樣化，鼓勵學生根據(jù)自己的興趣和職業(yè)規(guī)劃選擇不同的學習路徑，以促進個性化發(fā)展。

最后，需要強調(diào)的是BIM課程的教學改革是一個持續(xù)的過程，需要高校、企業(yè)和社會的共同努力。今后需繼續(xù)探索和完善“五位一體”的BIM課程體系，以培養(yǎng)出更多既懂技術(shù)又具備創(chuàng)新能力的高素質(zhì)工程人才，為社會的發(fā)展做出更大的貢獻，共同開創(chuàng)工程教育的新篇章。

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基金項目：江蘇省高等教育教改研究課題（2023"JSJG374）；江蘇省產(chǎn)教融合型一流課程《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理A》（2022153）；蘇州科技大學“五育融通”教學研究專項課題（2023WYY01）

作者簡介：李梅（1991—"），女，漢族，山西太原人，博士，講師，研究方向：混凝土結(jié)構(gòu)抗爆、抗沖擊；蔡新江（1981—"），男，漢族，黑龍江哈爾濱人，博士，教授，研究方向：新型抗震/減振工程結(jié)構(gòu)體系與工程結(jié)構(gòu)多災害安全評估；史慧媛（1989—"），女，漢族，山東濟南人，博士，副教授，研究方向：復合材料力學性能。