数据化思潮下的在线教学思考与研究<br/>——基于BIM 技术的桥梁建筑课程改革

数据化思潮下的在线教学思考与研究
——基于BIM 技术的桥梁建筑课程改革

2023-01-10李海宗浙江工业大学教育科学与技术学院硕士生导师

建筑与文化 2022年7期

文／李海宗浙江工业大学教育科学与技术学院教授硕士生导师

乔婷婷浙江工业大学教育科学与技术学院硕士研究生（通讯作者）

引言

随着我国后疫情时代的到来，各个专业学科开始倡导进行线上的数据化与信息化教学改革，这种改革需要当前的专业课程设置与授课方式符合信息化与数据化的基础要求，应在最大程度上还原线下教学的基础上，融合高新技术来提升学习者的学习真实体验感与知识掌握程度。其中，在建筑学的专业课程领域当中桥梁建筑学课程体系是其中较为重要的一门基础课程体系，在进行该课程授课内容设计的过程中，授课教师会在基础理论之外纳入实地考察、课外实践、绘图作业等实践性的任务来提升学习者的知识掌握牢固度与对知识的理解深度。BIM 技术也就是在这种需求下所产生与发展的，BIM 技术可以很好地对桥梁工程进行协同工作观测（涵盖桥梁工程可视化、桥梁工程3D 设计以及桥梁工程参数化等多个方面），合理地在桥梁工程的不同施工环节应用BIM 技术可以提升桥梁工程的设计效果并有效降低工程的投资成本。党的十八大明确指出“信息化和工业化深度融合”的方针政策，力求加快当前传统土木建筑行业与桥梁建筑行业的改革效率，各个学校也积极响应党中央的号召将BIM 技术融合到桥梁建筑课程的授课环节当中，且随着BIM 技术的不断成熟与发展，BIM 技术在桥梁建筑课程设置中所占比例也逐渐增加，可见BIM 技术对于提升桥梁建筑学的线上授课效率有着不可忽视的重要作用。

1 BIM 技术应用于桥梁建筑课程改革中存在的问题

1.1 BIM 技术应用于桥梁建筑课程改革中的研究现状分析

BIM 技术（建筑信息模型技术）最早由Chunk Eastman 教授①提出，该技术最初旨在对建筑工程进行可视化的具体参数分析来提高工程设计与实施的效率，其具体的工作原理是对建筑工程的参数情况建立可视化的信息管理模型[1]，并利用该信息模型贯通整体的设计、施工、后期维护的工程建筑过程，尽可能保障施工的效率与精细化要求。当前BIM 技术在土木建筑领域的应用已经日渐成熟，但目前国内外针对如何有效将BIM 技术与相关理念融合到对应的专业课程改革当中却还有着广阔的研究空间。我国的高校格外注重对于学生的科研与就业导向问题，在相关的专业课程设计上也力求追随科研与就业的前沿需求，BIM 技术之于建筑工程领域不仅可以提升教学的授课质量，还可以塑造高质量的建筑专业人才，故合理地利用BIM 技术对建筑领域的课程体系进行改革与创新是我国建筑专业学府的必由之路。然而结合文献分析的结果来看[2,3]，当前围绕基于BIM 技术进行建筑相关课程改革的文献结果较少，且在桥梁建筑领域结合BIM 技术进行课程改革的研究并无涉足，故可以看出本文是一项具有开创性的研究课题，旨在结合BIM 技术对桥梁建筑工程课程进行改革来提升在线教学的信息化程度与专业人才培养效率。

1.2 桥梁建筑课程改革中的重难点问题分析

桥梁建筑专业的基础课程覆盖面积较为广泛，以《桥梁施工》[4]这一核心骨干专业课程为例，该课程全面地叙述了桥梁建筑的施工技术方案、组织管理技术以及施工后期维护的相关知识，早期该课程的授课方案是将施工图示作为授课载体进行教学革新，再经历利用多媒体设备载体进行网络课程体系建设改革[5]，虽然基于多媒体设备载体的网络课程体系当前已积累了一定的教学资源与知识储备，然而仍然存在着一些显著性的问题亟待进一步的深化改革。

首先是桥梁建筑工程的课程教学难度整体偏高，由于我国的桥梁建设结构复杂且施工难度系数较高，导致应用于桥梁建筑工程中的施工技术多样、施工工序繁琐、工作地点流动性强，这也就为普通高校的专业课程授课带来了一定的授课负担。这种授课负担不仅仅体现在无法高效创建出或快速找寻到适配于教学的实际桥梁建筑场景进行实景演绎法教学，也是由于我国不同建筑类型桥梁的分布较为分散，导致学习者不能够在短暂的实践时间内完成考察与记录。

其次是当前的桥梁建筑工程相关的教材都存在着一定的局限性，由于土木工程技术的不断发展与国家针对于施工工程要求的变更，导致桥梁建筑工程理论知识也在不断迭代与优化，不论是在桥梁工程设计还是桥梁建筑施工方面都有着明显的优化与发展，但是在相关教材方面却存在着明显的理论重叠性与刻意模仿，不同的教材在理论阐述或实践样例方面过于雷同导致整体教材质量低下，且当前桥梁建筑工程与施工的教材过于注重专业的系统性与理论性，教材中的大部分篇幅在介绍整体的桥梁建筑与桥梁施工知识体系，但是知识体系中有相当一部分已不再沿用，这就导致教材中缺少对于创新性与实践性的内容注入，这也就导致相关的专业课程无法与实际的就业工作或学术科研相互接轨。

2 基于BIM 技术的桥梁建筑课程改革措施分析

2.1 BIM 技术特性及其教学优势分析

针对于桥梁建筑课程当前存在的问题，BIM技术的特性在其中较为凸显，BIM 技术的特性可大致整理为可出图性、协调性、优化性、可视化性以及模拟性，其中可出图性是指BIM 技术的应用可以根据需求的剖析角度给出工程施工的细节构造图示；协调性是指BIM 可以对当前建筑工程的各环节碰撞数据进行规划与协调并形成协调后的参数；优化性是指应用BIM 技术可以更好地展现整体建筑工程的优化过程（包含设计、施工、维护等）；可视化性则是BIM 技术最为突出的应用特性，以三维可视的线条式构件展示工程本身；模拟性所反映的不仅仅是模拟出建筑工程的设计概况，也同样能够模拟出各项在真实桥梁建筑工程过程中无法模拟的行为，可以进一步提升学习者的理解深度。

结合上述的BIM 技术的应用特性，不难看出BIM 技术应用于在线桥梁建筑学教学课程中的优势：第一是保障在线教学的教学过程与教学结果可视化，传统的施工图示与多媒体设备不能够全方面地展示施工细节，这也就会导致部分学习者会对教师所传授的知识存在误区，而使用BIM技术不仅可以让教学过程可视化与细致化，还能够通过“平面转立体”的方式来可视化地考察学习者的掌握程度；第二是提升学习者的自身专业理解与分析能力，学习者可以应用达索、revit 等BIM 标准桥梁数据库中的模板数据进行自我考察，通过不断纠错与知识体系搭建来提升自身的专业分析能力与理解水平，且BIM 可以自动导出不同需求剖面的CAD 平面图纸，以此构成学习闭环来提升知识掌握效果；第三是改善了传统授课中实践缺失的问题，应用BIM 技术进行桥梁建筑工程的授课可以更为全面地展现不同桥梁类型的工程设计详情，再结合BIM 技术的模拟性优势还可以增强学习者的客观设计能力与实践积累。

2.2 BIM 技术可优化的桥梁建筑课程问题分析

综合3.1 节中BIM 技术的应用特性以及其应用于教学课程的优势分析，再结合前文中对于当前桥梁建筑工程课程中存在的问题分析，可以得出BIM 技术应用于桥梁建筑工程课程中可优化的实际问题包括以下三个方面。

首先应用BIM 技术进行桥梁建筑工程授课可以提升当前的教学质量与教学效率。由于当前土木工程建筑的相关领域都在大力开展信息化与专业化的深度融合，所以在课程授课中合理地应用BIM 技术可以很好地提升当前授课的质量与授课效率，针对性地培养专业对口人才。其次应用BIM 技术进行桥梁建筑工程授课可以缓解当前课程体系设置中缺乏有力教学载体的问题。由于桥梁工程设计繁琐、工序设定复杂、技术应用多样以及工作地点流动性强，导致目前针对于桥梁建筑工程的授课过程中缺乏有效的授课载体与实践环节，而BIM 技术的可视化性与模拟性可以很好地将桥梁建筑工程中所涉及的设计构造、信息参数以及构件三维模型进行展示与操作，以此提升学习者在授课阶段的知识掌握程度与互动性，来达到增强教学效果的目的。

2.3 基于BIM 技术的桥梁建筑课程改革实施方案

从应用BIM 技术进行桥梁建筑工程课程改革的整体实施目标来看，BIM 技术的应用是将该课程体系的授课载体从平面转向三维立体与数据信息，而本次课程改革的核心就是探索应用BIM 技术在桥梁建筑工程课程的应用方案、教学形式与具体改革措施，并且坚持以任务型驱动与效果型驱动作为反馈渠道来优化BIM 技术在课程中的应用效率，以此形成基于BIM 技术的桥梁建筑工程课程体系建设成果，对口提升专业人才的培养与课程体系的整体授课质量。

在展开课程改革措施实施前，笔者通过文献整理法对当前BIM 技术应用的相关国内外研究文献进行了再次梳理，动态地掌握BIM 技术的发展情况与在课程体系中的应用现状，以此确立本次课程改革的实际方向；并结合调查分析法展开了对于行业企业、高校教师与高校学生的调研，旨在于为后续设计课程改革措施提供详实的现实依据与数据基础，综合得出了我国基于BIM 技术的桥梁建筑工程课程改革实施方案：

（1）结合各个高校的专业授课情况与教师意向分析当前高校的学生定位（包含：学术科研与行业工作这两个类别），详细地设定当前高校的桥梁建筑工程课程体系改革总体方案。

（2）针对不同高校定位来构建当前专业的课程体系，设定与之匹配的课程学习流程及工程项目导向，并力求专家教授编撰融合BIM 技术的配套教材。

（3）基于编撰的融合BIM 技术配套教材进行桥梁建筑工程数据库的搭建与开发，并配套相关的技术应用指南、3D 桥梁模型以及相关分析视频等。

（4）选取同等学力下的高校开展为期一个学期的试点教学，并在试点教学的过程中继续探索融合BIM 技术的授课方向与创新思维，力求在试点教学的过程中合理应用各类BIM 教学辅助资料，培养学习者的自主学习能力与创新思维发散能力，切实做到以项目学习任务为驱动。

（5）对各试点教学班级展开学期末的评价考核，量化当前试点学期的教学成果，分析不同试点班级的学习能力、建模能力与知识体系构建完善度情况，总体评估与验收试点学习的教育成果。

（6）结合试点教学班级的评价考核结果与授课过程中的BIM 技术应用情况与效率，对先前制定的桥梁建筑工程课程体系改革总体方案进行反馈优化。

结合上述的改革实施方案可以总结出基于BIM 技术的桥梁建筑课程改革的创新点与推广价值主要集中于：（1）高效地将BIM 技术与桥梁建筑工程课程进行有机融合，展开了对于BIM 技术的课程应用探索，为数据化与信息化的在线教学提供了具有参考价值的高质量授课思路；（2）开创三维立体的桥梁建筑工程课程体系建设格局，BIM 技术将平面化的施工图纸转向三维立体的信息化设计架构，提升了授课互动当中的空间抽象思维能力的注入，将繁琐复杂的设计构件、施工工序以及参数设定问题进行抽象与改观，优化了现有教学的刻板印象；（3）打造围绕BIM技术的桥梁建筑工程课程体系，课程体系中将会搭建配套于BIM技术的教学辅助资源、视频资源、桥梁建筑数据库以及对应的考核评价方案，对整体的课程体系进行信息化与可视化的改善。