信息化背景下工程类课程转型升级实践——以安装工程概预算课程为例

刘静乐 杨 彬 赵晓会

2019年，“建筑信息模型技术员”被认定为我国13 个新职业之一[1]。2020年，住建部等13 部门明确指出，到2035年建筑工业化全面实现，迈入智能建造世界强国行列[2]。面对建筑行业信息化的发展趋势，工程类课程亟须转型升级。BIM（Building Information Modeling）技术是建筑行业的第二次数字革命，逐渐成为工程类课程教学的新工具。本文以安装工程概预算课程为例，从教学困境出发，探讨BIM 技术教学改革具体方案，以促进工程类课程的转型升级。

一、教学困境及改革意义

安装工程概预算课程是工程造价领域的核心课程，课程所含的知识点也是全国造价工程师考试的必考内容。课程具有很强的实践性和应用性，要求学生具有识读安装工程图的能力，然后根据计量规则计算工程量，最后编制出单位工程的预算书。其中，识图是计量的基础，计量又是计价的基础。因此，整个理论教学以“识图—算量—计价”的顺序展开。

（一）教学困境

一是学生的识图能力不强。工程类课程以建筑工程为主、安装工程为辅，而安装工程又具有隐蔽性，学生在日常生活中可见的部分不多，所以学生对安装系统不够熟悉。安装工程图依托建筑图绘制，更为复杂。因此，传统的多媒体教学方式很难帮助学生将二维平面图纸，抽象为三维的安装系统。

二是算量教学环节挑战度不足。安装工程计量以长度、面积和个数为主，计量规则多但缺乏难度和深度，因此占用课堂教学时间长且挑战性不足，导致学生学习中缺失探索、创新的体验，缺乏学习兴趣，进而无法实现人才培养目标。

三是教学过程中学生参与度不高。课程理论课时少，但教学内容多，授课以完成教学内容讲述为主，采用传统“填鸭式”教学模式，学生只能被动接受知识，缺乏以问题为导向的综合训练，导致学生的综合实践能力有待提高。

四是计价知识考核力度不够。工程计价需要参考清单、定额、市场价等资料，计价过程灵活程度高，计价结果又具有不唯一性。因此，在以往纯理论的课程考核中，考虑到篇幅和评阅等问题，减少了对计价知识的考查。

（二）改革意义

第一，利用BIM 技术优势，提高课堂教学质量和学生实践能力。一方面，以第一视角向学生直观、形象地展示建筑的内部构造，并通过切分、放大、旋转建筑各构成部分，助力学生理解安装管道的真实走向，从而用较短的时间掌握安装工程图，大大提高课堂教学质量；另一方面，由计算机辅助进行工程量的计算，把学生从大量机械重复、烦琐的计算中解脱出来，同时加强工程计价的实操训练，形成理论教学与实践演练的有机对接，有效提升学生的实践能力。

第二，响应建筑行业造价改革政策，培养BIM复合型人才。2020年住房和城乡建设部办公厅印发《工程造价改革工作方案的通知》，提出逐步停止发布预算定额，并提升企业国际竞争力。BIM 技术是工程领域最先进的技术之一，能够计算出精确的工程量，助力企业摆脱对预算定额的依赖，同时提高企业在国际工程中的竞争力。因此具有BIM 技能的工程类专业人才，将逐步成为社会用人单位的择才导向。将BIM 技术引入课程教学，有利于学生考取BIM 类职业资格证书，并为建筑行业输送BIM 复合型人才。

二、教学改革方案

常见的安装工程包括给排水系统、采暖系统、电气系统和通风系统，课堂教学围绕这四个系统，以“识图—算量—计价”的顺序展开。在信息化教学改革中，需要整体调整教学内容，合理分配课时，高度融合理论教学和实践演练，重新设计学习效果评测方式，具体改革方案如下。

（一）重塑BIM 技术教学内容

课程教学内容整体分为基本知识、识图、算量和计价四大部分，共计32 课时。与教改前相比，基本知识部分教学内容和课时量均保持不变。识图部分引入BIM 三维模型，辅助学生理解二维图纸，课时量保持10 课时不变。算量分为手工算量和软件算量两个部分，学生自学对应慕课，课内针对实际项目模拟演练，课时量由13 课时减少为11 课时。计价部分配合BIM 软件讲解原理与程序，并模拟预算书的编制过程，打通“识图—算量—计价”的每个环节，课时量由教改前的8 课时增加到10 课时。

（二）设计BIM 可视化识图教学环节

可视化识图教学一共使用四个BIM 模型，以“识图规则—例题”的思路进行讲解，并且给四个模型设置了不同的引入时间。其中，给排水模型从识图规则开始辅助讲解，采暖模型和电气模型仅在讲解例题时进行可视化展示，而通风模型仅用于例题的回顾与总结。设置不同的引入模型时间，有助于进一步探讨可视化教学中模型的最佳使用方式。

（三）融合理论教学和BIM 软件教学

算量环节和计价环节均涉及理论教学和BIM 软件教学两部分内容，一方面，软件教学需要紧扣理论教学，避免理论与实践的脱节；另一方面，软件教学应在相应理论教学之后进行，避免学生只懂软件操作却不理解背后的原理。因此，四个安装子系统均应形成从识图到计价的闭环，严格按照先理论后软件的教学逻辑，融合各个教学环节。

（四）调整课程考核的形式

采取理论考试与上机演练结合的方式进行考核，理论考试侧重于对识图、算量内容的考查，上机模拟演练则考查学生建模、计价方面的能力，通过多样化的考核方式真实反映学生的能力和水平。考核成绩由期末考试成绩和上机演练成绩两部分构成，总分均为100 分，各占50%。

三、教学改革效果评测

教学改革以河西学院土木工程学院工程管理专业181 班的学生为试点对象，在教学过程中引入BIM 技术辅助教学，并通过主观问卷调查和客观考试成绩，评测教学改革效果。

（一）问卷调查结果分析

在每个安装工程子系统学习结束后，对学生进行问卷调查，了解BIM模型对学生学习是否有帮助。问卷按照帮助的效果分为“非常好”“很好”“一般”“无”四个等级。

在前三个安装子系统的教学过程中，所有学生均认为模型对学习有帮助，并且仅有极个别的学生认为模型对学习的帮助效果一般。而在通风系统的学习中，有2.78%的学生认为模型对学习没有帮助，并且认为帮助效果一般的学生有所增加。说明BIM可视化教学的效果显著，但不适宜在例题讲解完毕后才引入BIM模型。

在给排水系统和采暖系统的教学中，模型难度相近，问卷调查结果相近，但BIM 模型首次引入的时间不同。说明只要在讲解例题前将BIM 模型引入教学，就能达到理想的教学效果。进一步分析，单一的识图规则并不能激发学生的兴趣，项目导向的教学才能让学生主动学习，提高教学效果。

总之，BIM 可视化教学效果显著，但利用模型进行可视化教学的时间，不得晚于讲解识图例题的时间。

（二）成绩分析

为了进一步探究BIM 技术教学改革的效果，对课程进行横向和纵向的成绩对比分析。横向成绩分析针对期末考试成绩和上机演练成绩展开，纵向成绩分析主要针对近三年的期末考试成绩展开。

一是横向成绩分析。工程管理专业181 班期末考试和上机演练成绩分布差距极大。期末考试成绩分布在“不及格”到“80—89”四个分数段，其中，“60—69”分数段的人数略多，总体成绩分布曲线平缓；上机演练成绩分布在中间三个分数段，并且高达65.85%的学生成绩位于70—79 分之间。上机演练成绩整体上优于期末考试成绩，说明实践教学的效果优于理论教学。

二是纵向成绩分析。从近三年期末考试成绩来看，在对2018 级学生的教学中引入BIM技术，平均分最高为66.33 分，并且最低分为45 分，显著高于前两年最低分；2017 级由于疫情以线上教学为主，学生平均分和最高分均是三年内最低；2016 级学生最高分与2018 级学生接近，但最低分仅为9 分。此外，2018 级学生的良好率为21.95%，远高于2016级的5.56%和2017 级的6.78%。这说明BIM 技术与教学结合能够有效降低学习的门槛，显著提高成绩，在课程信息化转型升级中具有绝对的优势。

四、教学着力点

（一）思创新， 扬长避短

第一，从理论课堂转向实践教学。将BIM 技术引入安装工程概预算课程教学中，促使教学从单一的理论课堂教学转变为多元化教学。在识图、算量、计价环节中，通过具体的安装项目案例，让学生掌握理论知识并在实践中演练，不断提升学生的实践能力和专业综合素养，并在此基础上多开展社会实践活动，使学生达到应用型人才培养目标，培养出社会需要的BIM复合型人才。

第二，学以致用，教学相长。通过完整的教学过程，让每位学生都学会建立BIM 模型，并根据现行的计量规范以及各地区最新的市场价，形成计量与计价文件，为编制投标文件打下基础，符合“新工科”背景下的人才培养要求。而教师在评阅学生成果的同时，积累优秀案例，形成特色模型库和造价库，为之后的教学提供丰富的素材。

第三，顺应造价改革的大潮，提升学生的综合竞争力。将BIM技术引入安装工程概预算课程教学，强化对安装工程计价的训练，并且通过模型精准地完成安装工程量的计算，符合住房和城乡建设部印发的《工程造价改革工作方案》的要求，提高学生参与工程招投标的技术素养，提升学生的就业创业核心竞争力。

（二）思发展， 精益求精

第一，BIM技术与拓展现实技术融合辅助教学。拓展现实（简称XR）技术，能够提供物理与虚拟环境相混合的沉浸式可交互体验[3]。教学中应用BIM技术建立信息化模型，然后利用XR 技术提供虚拟项目场景，带给学生沉浸式的学习体验，提高可视化教学的效果。通过BIM 技术和XR 技术再现真实的项目场景，弥补传统工程类课程理论与实践脱节的缺陷，加深学生对于知识的理解。通过XR 技术的交互性，学生全面参与课堂，真正实现以学生为中心的教学，进一步提升教学质量。

第二，BIM 技术在其他工程类课程教学中的应用。将BIM 技术由安装工程概预算课程推广到其他工程类课程的教学中，如土木工程施工、项目管理、工程造价、建设工程法规等课程，利用BIM 技术实践性强的优势，实现项目式教学。以项目为驱动、问题为导向，学生实现从被动学习到主动学习的转变，教师也从知识的传递者转变为项目演练的组织者和解惑者。在项目演练中理解并应用知识，积极开展团队合作，在解决问题中实现创新和发展。通过真实的任务和情景再现，培养学生的软硬技能，最终培养出融合“施工、管理、经济、法规”四个维度的BIM复合型人才。

综上所述，在建筑行业信息化的浪潮下，对工程类课程进行教学改革迫在眉睫。工程类课程利用BIM 技术进行转型升级，可以培养学生解决实际问题的能力，大大提高学生的实践能力和综合素质，为社会输送BIM 复合型人才，同时，有利于学生提升就业创业能力，并具备快速进入工作状态、缩短社会适应期的能力。