BIM技术下的“工程制图”课程教学改革与实践

■李俊

（齐齐哈尔工程学院，黑龙江 齐齐哈尔 161005）

一、“工程制图”课程教学改革背景

“工程制图”课程是一门实践性较强的学科基础课，其教学内容主要包括画法几何和建筑、结构施工图两部分内容。部分高校相关专业，将《AutoCAD》课程与“工程制图”课程相结合，则增加计算机绘图部分。虽然“工程制图”课程具有悠久的历史和成就，但随着时代的发展与进步，建筑产业的转型与革新，传统的“工程制图”课程已经不能适应现代建筑行业相关岗位的工作需要，也反应出教学中不可规避的问题。

（一）学生的“空间思维、创新意识”难以激发

在“工程制图”课程的教学内容中，“画法几何”部分是培养学生空间思维的主要环节，根据教学大纲的内容，按照“点→线→面→基本体→组合体→建筑物”的图形思路进行讲解，需要在平面绘图中培养学生的空间立体感，帮助学生建立空间思维。而目前的授课对象，从小接解电子产品，包括空间立体感极强的3D 电影、游戏等资源，如今面临通过平面图形去构想立体效果，缺少空间想象的载体，多数学生会觉得“想象力”受限，授课教师即使通过制作的模型、PPT 演示来帮助学生理解，但依旧缺乏感染力，对于立体感、想象力不够丰富的学生来说，教学难度依旧很大。

（二）传统“工程制图”课程的教学模式难以与先进的制图发展趋势相契合

传统“工程制图”课程的教学模式多采用讲授式、案例式等教学方法，部分高校根据专业人才培养方案单独设置了绘图实训环节进行集中手工绘图，但在实际工作中，手绘施工图已早已被淘汰，先进的制图软件具有更全面、更高效的绘图功能，学生辛苦几天完成的绘图作品，在实际工作中没有实际价值，也使得授课教师质疑自己的教学方向是正确。同时，传统的教学方法，在一定程度上阻碍了学生发挥想象力、激发创造力，课堂的学习氛围不浓厚，使学生对“工程制图”课程失去学习兴趣，逐渐产生了厌学的心理。“工程制图”课程本身较为抽象，也具有学习难度，需要学生能够静下心来认真去推敲、琢磨和研究。所以，使学生掌握与时俱进绘图技能，首先要改变教师的传统授课模式，创新教学思路，更新教学资源，改变教学方法，设计出适合学生崭新的“工程制图”课程，是迫在眉睫的首要任务。

（三）适应行业发展，实践技能难以提升。

随着时代进步，建筑业的“CAD”时代也早已成为过去时，BIM 技术的飞速发展，使施工图迅速从“二维”变成“三维”，更形象、更高效地参与到建筑工程的各环节当中。“工程制图”课程作为建筑类专业的学科基础课，学生掌握本门课程的理论知识、实践技能，关系到学生能否适应今后在实习、工作中制图或相关岗位的需求。课程中“绘制施工图”部分是培养学生对施工图绘图、识图能力培养的关键环节。学生需要手绘施工图，在绘图的过程中，了解绘图规范和建筑基本构造，但实际上需要耗费学生大量的时间，而手绘图纸早已被先进的绘图软件取代，不利于学生今后的专业技术发展。所以，如何使教学内容跳出教材，充分结合现代科学技术，直接对应建筑工程实践，充分实现“理实一体”，成为了一个有难度的探索性问题。

以上问题对于“工程制图”课程教学都是面临的极为迫切的问题，这也迫使“工程制图”课程的教学改革势在必行。

二、“工程制图”课程教学改革思路

针对“工程制图”课程面临的以上迫切问题，需要对课程的教学资源、教学形式和方法、课赛融合等方面做出优化和创新，以适应行业发展和学科进步。以下内容为“工程制图”课程的教学改革的新思路：（1）跳出“教材”的束缚，基于BIM技术，重新整合教学内容和资源；（2）创新教学模式、教学方法，通过BIM技术优化教师的教学方法，丰富学生的学习形式和成果；（3）适应行业发展趋势，结合BIM技术融入教学，通过课赛融合的形式，提高学生实践技能。

三、BIM技术融入“工程制图”课程实践案例

（一）BIM技术融入“制图”资源

首先，以“工程制图”课程的教学目标为基础，重新梳理本课程的教学框架。可将原有的教学内容按照项目重新梳理，分为建筑基本图形绘制与识读、建筑形体绘制与识读、住宅楼施工图绘制与识读三个项目，适当调整、删减教学大纲中未涉及的教学内容，使课程在有限的学时中可以最大限度调整、优化教学内容，从“低阶”到“高阶”逐层深入设计教学活动。

在教学过程中，根据三个项目的教学内容，不同程度地使用BIM技术：在“项目1：建筑基本图形绘制与识读”中，应用AutoCAD、BIM 技术建立几何结构模型，能够使学生理解相关概念，更有益于理解空间形体、识读基本体、组合体，通过教学活动学生制作立体模型，帮助学生理解三视图的原理，能够正确分析基本体、组合体的遮挡关系和重影关系。在“项目2：建筑形体绘制与识读”中，可以在项目1 的基础上，继续优化已完成的模型，并通过形体的组合来提高难度，学生团队需要录制制作过程，通过软件来展示对相交、相贯后的模型的三维效果，同时也可以结合模型分析自己制作过程中出现的问题。在“项目3：住宅楼施工图绘制与识读”中，随着施工图纸深度、难度的提高，可以更多地通过建筑天正、AutoCAD、BIM技术方式进行教学讲解和课堂活动，如学生在教材或打印的图纸中只能看到一种或者几种最常见的门窗类型、楼梯构造，也仅能了解这些门窗和楼梯的构造，而对于现在各大写字楼、商场等最新的结构设计都没有机会认识；而Revit（BIM）软件中门窗、楼梯的族有成百上千个，学生能够形象地查看各种类型的建筑构件，开阔学生的眼界。如在学习建筑立面图的内容时，学生首先通过Revit（BIM）软件在完成每一楼层的建筑平面图构建后，由软件的自动生成功能生成立面，再与实际的建筑立面图进行对比分析，检查建模过程中是否存在误差或错误，使学生在认识建筑立面图表达内容的同时，培养学生严谨认真的工作态度，为学生初步建立二维建筑施工图与三维建筑模型联系的空间立体感[1]。又如在学习建筑剖面图的内容时，教学过程不再依靠教材提供的几张建筑剖面图，应用Revit（BIM）软件对课本中给出的图纸模型进行建立，通过软件自带的三维立体效果及使用剖面框任意位置进行建筑物的剖切处理[2]。在授课过程中，学生可以模拟老师运用Revit（BIM）软件对模型进行剖切操作，通过剖面图生成过程及原理，了解建筑内部的构件组成和连接关系，全方位直观地了解建筑设计方案，使学生具有代入感，加深对建筑施工图的认知。通过以上方法，可以帮助学生更好地理解教学内容，熟悉建筑构造，培养学生对空间形体认知和想象力，激发学生的创新思维。此外，教师的每节课预习任务、教学课件中，也大量融入了BIM技术模型演示的视频或软件操作过程，充分展现BIM技术在“工程制图”课程教学中的最大优势，利用BIM在可视化、参数化、信息化等方面的特点，有效促进教学内容的展现形式，学生读取BIM 模型的信息，能够更全面地认识建筑结构与施工图，有益于为学生建立空间形体模型和空间位置关系，打破二维图纸识读的抽象性和空间想象能力的局限性，使学生了解BIM的前沿技术，为工程意识的培养奠定了形体认知基础，同时也为今后BIM相关课程的教学和专业相关课程图纸的识读做好铺垫。

（二）BIM技术丰富学习形式和成果

以往的“工程制图”课程多采用讲授式、案例式等教学方法。这样的课堂形式主要以“教师为主体”，教学全程都是教师一人在说，而忽略了学生的作用，也达不到理想的教学效果。而本门“工程制图”课程在基于BIM技术的同时，也坚持“以学生为中心”的教育理念，并将该理念与BIM技术有机融合到一起，起到了互相促进的作用。“工程制图”课程采用分组教学形式，学生需要建立学生团队，完成各项预习任务、课堂活动以及课后作业。教师在课前通过“学习通” APP 布置本次课建筑形体绘制与识读或施工图的教学视频（视频内容多为通过BIM技术完成的模型），学生团队通过讨论和分工合作，使用BIM相关软件完成模型制作或图纸绘制任务，并将作品上传至学习通；在课中，教师通过随机抽查检验团队，通过课堂团队竞技的形式完成检验，充分调动学生积极性，并对学生的绘图作品进行点评，给予修改意见，并由此发现问题，引入新知识点的讲解和学习；在课后，教师分别布置学生个人作业和团队作业，学生通过BIM虚拟仿真实训室使用建筑天正、BIM等相关软件进行简单易操作的建模工作，来加深学生对空间形体的认识和了解，最终的作业成果也是通过“学习通” APP 进行上传，并根据学生完成的效果情况，制定下一节课的预习任务，在此过程中，也充分展现PDCA 的循环模式。以建筑施工图学习的内容为例，传统的教学方法是以一栋住宅楼为例，教师通过PPT 或教材依次介绍建筑总平图、建筑平面图、建筑立面图和建筑剖面图，所有的图纸都是二维的，而学生的理解，要凭借图纸进行想象，很多学生认为过于抽象。而在结合BIM 技术进行教学的思路则是，通过Revit（BIM）软件录制视频，学生通过自学依次认识柱、墙、门窗等构配件，并分别介绍其在施工图中不同角度的展现形式，以及具体的绘图要求，再通过课堂上的活动、教师的讲解，进一步了解整个建筑结构。教师布置的任务难度随着教学内容的进行而逐渐深入，包括团队制作基本体模型、团队合作设计组合体、团队制作住宅建筑模型、团队分工绘制施工图。在每个项目中，分别设置了阶段性成果，来检验团队整体对知识的理解、创新思维的培养以及团队配合默契，充分考查学生的建筑制图与识图能力。

（三）BIM技术融入竞赛

在国内各高校中多数专业开设的BIM课程往往在大三、大四，部分课程还是以选修课的形式出现，很多学生即使学习完课程，也没有时间、精力参加比赛。而“工程制图”课程通过融入BIM技术，使学生在大一就能够接触BIM技术，学生在了解图纸表达信息的基础上，完成简单的建模工作，并结合建筑天正、BIM等相关软件可以拓展认识建筑构配件的表达，通过操作BIM建模软件，培养学生能将建筑工程设计和建造中产生的各种模型和相关信息，制作成可用于工程设计、施工和后续应用所需的二维工程图样、三维几何模型和其它相关的图形、模型和文档的能力。全国大学生先进成图技术与产品信息建模创新大赛是适应“图学”类课程的技术发展需要，加强基础学科学生培养，着力造就创新人才，持续展示各高校创新成图载体的教学成果的一项重要竞赛。在教学过程中，教师在进行图形讲解时，将往届的先进成图技术与产品信息建模创新大赛试题作为素材，使学生开拓思维，激发灵感。部分学生甚至能够熟练操作软件，完成简单建筑模型的创建，再经过系统的竞赛培训，能够作为参赛选手独立参赛。全国高校BIM毕业设计创新大赛，是国家为深入实施创新驱动发展战略，引领新时代高校人才培养范式深刻变革，推动形成新的人才培养观和新的质量观而举办的创新型竞赛，共设置9 个模块内容，属于国家级A 类赛事，是教育部官方认可的、建筑类专业比赛BIM方向唯一入选赛事。学生通过“工程制图”课程的学习，为多数模块的参赛都奠定了基础，结合其他专业课程的学习和融入，能够检验学生的创新设计能力。此外，如全国高等院校学生BIM-CIM 创新大赛、“龙图杯”全国BIM（建筑信息模型）大赛、创新杯建筑信息模型（BIM）应用大赛都是中国建筑业协会和中国施工企业管理协会等国家级协会组织的正规BIM竞赛，通过参加此类竞赛，可有效地检验新式“工程制图”课程的教学效果，可有效倡导创新教育，培养学生创新能力，提高学生的专业技能，探索研究制图技术的发展方向，展现现代大学生先进的制图技能水平。通过参加竞赛，为学生搭建了BIM 技术切磋的平台，拓宽了思路和视野，同时积累了不同类型工程三维设计的实战经验、丰富了各专业的模型库，为今后的专业课程学习奠定基础。

四、“工程制图”课程改革效果

（一）教学改革效果

通过“工程制图”课程的教学改革，学生的学习状态有较大改善，学生团队在课堂中的表现也越发活跃，从最初的被动完成任务，逐渐发展到主动汇报团队的设计方案和创新成果，师生互动也越发频繁。在此过程中，学生的语言表述能力、逻辑思维能力、空间立体感、创新意识等多方面都得到了显著提高。

“工程制图”课程自2018 年进行基于BIM的课程教学改革探索，随着教学经验的积累，每年授课教师也在不断优化和调整教学思路。每年的课程教学达标率都在稳步提升（此处的课程达标率包含：学生的平时成绩、实践考核、模型制作、期末成绩四项之和）。

（二）学生实践成效

学生在课堂教学效果提升的同时，个人实践技能也有显著提高，并通过参加各类竞赛检验自己的成果。2021 年，依托BIM相关软件，师生共同研发实用新型专利2 项。2021 年学生参加黑龙江省第十四届先进成图技术与产品信息建模创新大赛二等奖1 人、三等奖1 人；2022 学生参第年十五届大学生先进成图技术与产品信息建模创新大赛二等奖2 人，三等奖6 人。2022 年学生参加第八届全国高校BIM 毕业设计创新大赛三等奖3组，优秀奖6 组。2020-2022 年期间，学生参加全国第23届-27 届CaTICS 网络赛（2D）荣获二等奖3 组，荣获三等奖13 组；个人赛一等奖8 人，二等奖12 人，三等奖10 人。

（三）教师教学成效

主讲教师通过在教学中融入BIM相关软件，在教学资源、教学形式和方法、课赛融合等方面取得一些成绩，参加了较多的课程竞赛和课程推广活动，取得成果显著：2022 年5 月荣获第二届黑龙江省高校教师教学创新大赛三等奖；2022 年8 月荣获第六届黑龙江省高校青年教师教学竞赛二等奖；2022 年8 月荣获第九届黑龙江省高校青年教师多媒体课件制作大赛一等奖；2021 年8 月荣获第八届黑龙江省高校青年教师多媒体课件制作大赛三等奖，以及较多的校内获奖和个人荣誉。

五、结束语

通过以上BIM技术以多种方式融入“工程制图”课程的教学中，能够展现出“工程制图”课程不再是陈旧的“老”课程，而是随着时代发展，顺应建筑行业发展趋势，适应建筑类专业人才培养需求，发挥BIM技术的优势，能够最大限度地发挥它的优势和前瞻性，拓宽了课程的广度，提升了课程的深度，更有效地激发、培养学生的“图学”思维，培养具有创新精神、实践能力的高素质应用型人才，同时本课程的教学思路也为相关“图学类”课程提供了参考和借鉴。