基于BIM 技術以賽促學的智慧課堂教學模式初探*
——以《建筑設備與識圖》課程為例

湯同芳，李順剛

（1.六安職業技術學院城市建設學院，安徽六安 237158；2.六安市重點工程建設管理處，安徽 六安 237100）

一、引言

“互聯網+教育”的思維模式已融入各階段的教育、各行各業的教育事業中，運用這種新的思維方式結合大數據、云平臺、物聯網等信息技術構建新的課堂——智慧課堂，是時代對智慧教育提出的新課題。各學者對于智慧課堂的理解各有不同，祝智庭認為，智慧課堂是翻轉課堂的升級版，通過提升學習資源的質量、制作互動數字課本等途徑，突破傳統視頻微課的“效果天花板”現象，從而走向智慧課堂[1]。唐燁偉認為，智慧課堂即為在信息技術的支持下，通過變革教學方式方法，將技術融入課堂教學中[2]；黃榮懷等認為，智慧課堂應在智慧教室的支撐下開展，而智慧教室是典型的智慧學習環境[3]。筆者認為智慧課堂是借助先進的信息技術、科學技術融入智慧教學理念創造智慧化教學環境，以“學習者快樂學習、智慧學習為根本”，營造一個學習者樂學、善學、智學，教學者樂教、善教、智教的課堂氛圍。本文以《建筑設備與識圖》課程為例探索借助BIM 技術、職教云平臺以賽促學，創建一個智慧化的課堂。

二、BIM 技術應用于《建筑設備與識圖》課程的必要性

1.《建筑設備與識圖》教學方法面臨的問題

《建筑設備與識圖》課程是建筑類專業的技術基礎課，涵蓋建筑給排水系統、建筑電氣系統、建筑通風與供暖系統、建筑智能化系統等專業知識，具有跨度大、專業性強、實踐性強等特點。在以往的教學模式下，課程知識點系統性不夠、分布零散，較為抽象，教學重難點不夠突出，教師講解不夠透徹，學生對知識點模糊不清；在有限的課堂教學時間中，教師通常只注重了知識的講授，淡化了職業能力的培養；課堂教學中學生不能成為主體，只是被動接受知識，學習過程與工程實例脫離，實踐鍛煉機會不足，沒有操作經驗，學生學習積極性很難被調動，缺乏學習興趣，不愿主動學習，學習效率不高，效果不佳。為了滿足職業院校的辦學宗旨，培養高技能型人才，不斷提高教學質量，學校和教師也實施了多方面的教學改革，采取了很多方法，比如采用多媒體教學、模型展示、實物展示、校內校外實訓實習等。但是效果還是不能完全滿足課程需要，主要存在以下幾個問題：

（1）多媒體教學解決不了學生的互動性問題

多媒體教學雖然可以展現圖片、視頻、文字等資源，但是這些資源大多是簡單的靜止圖片或是不夠直觀的二維動畫，缺乏系統性、整體性，也只能滿足對建筑工程中設備系統基本知識的教學，學生還是停留在看聽的狀態。

（2）設備模型不全

不同的建筑對應不同的建筑設備，專業設備種類繁多、結構復雜、體積龐大、設備更新快速，可用于課堂教學的設備模型少，不能滿足實際課堂教學。

（3）實物展示受限

《建筑設備與識圖》課程專業知識性強、抽象不易想象，面對教學模型不足、學生理解困難的問題，不少教師會利用實物構件作為教學工具在課堂中展示，如水龍頭、閥門等。但是專業設備種類眾多，體積大，結構繁雜，價格高，實物展示受限。

（4）現場教學連續性、完整性不夠

通過參觀、走訪等現場教學法是可以一定程度上調動學生的學習積極性，但是建筑物的建設周期長，要在短時間內完成完整建設周期的實踐不太現實，依照施工工序，部分建筑設備施工在土建施工階段已經開展，如建筑給排水管線施工已經在建筑主體施工中提前敷設，后續施工無法直接看見，此外學生多，施工現場危險因素多，完全把校外實訓工地作為載體完成專業課程的實踐教學任務可實施性不強。現場教學在一定程度上提高了學生的參與度，調動了學生學習興趣，改善了教學效果，但存在教學進度、施工時間、實訓場地、施工進度等因素的約束，亟待完善教學模式，改進教學方法，進一步提高教學效果。

2.BIM 的概念和發展

BIM 是建筑工程界的又一次技術革命。BIM 模型是匯集建筑工程有關信息數據的模型，除了涵蓋完整建筑幾何數據，還囊括整個建筑壽命周期非幾何數據，如建筑工程進度，建筑材料價格、重量，建筑構件材質等，集優化、模擬、協調、可視等眾多特點。BIM 技術可以集成建筑材料、建筑設備、建筑功能數據、幾何數據等實現一體化管理，為綠色建筑設計供應必要的分析依據；BIM技術結合施工進度可以做到人、料、機、資金等資源的合理使用，實現成本精細化與規范化控制。BIM 技術可視化模擬可實現項目安全規劃，高效避免工作狀態中的人員與機具設備的沖突，合理布局施工現場。此外還可自動化對施工過程的安全檢查，對各施工區域墜物、墜落進行風險評估，制定開工前安全施工計劃等。

3.BIM 技術應用于《建筑設備與識圖》課程的意義

（1）提高學生學習積極性，由被動變主動

分別建立建筑給排水、建筑通風與供暖、建筑電氣、建筑智能化等系統的動態模擬模型，解決建筑設備系統眾多繁雜、實踐教學難度大的困境，對動態模擬模型通過放大觀察細部構造，旋轉全方位觀察系統構造，剖切觀測內部構造和組成。此外可以將建筑設備各系統整合在一起，全面學習。對于教學重難點可以采取讓學生動手實際操作，從各角度、各層面接受、內化教學內容，激發學生的學習興趣、調動學習積極性，扭轉學習局面，使學習變成一件快樂自主活動。

（2）有機結合整個教學環節，增強動手能力

利用BIM 技術不僅可以模擬建筑設備系統各構成部分，也可以模擬整個系統，可以將各教學環節有機結合，如有機結合課程教學、設計、實習等，一方面，有助于學生理解課程基本知識，另一方面，學生的實踐動手能力還可以得到提高。同時BIM 還可以將整個學科其他課程知識較系統地結合起來，給學生呈現一個完整的建筑工程案例，包含建筑工程的前期研究分析、設計、施工、運營管理、維護等各階段，便于學生將所學學科知識系統地結合起來。

（3）運用BIM 技術可以輕松化解《建筑設備與識圖》課程教學難點

建筑設備各系統的管線布置、空間走向、敷設施工是教學的難點，各系統管線的布置與敷設不僅是單個系統的施工，還要兼顧土建施工與其他設備系統的管線施工在空間上的沖突問題，運用BIM 技術可以使得施工現場各環節施工一目了然。避免不必要的空間碰撞，合理布置施工現場，保障現場施工有序進行。

三、在智慧課堂中融入競賽的可行性

近年來，高職院校大學生各類技能競賽得到迅速發展。在智慧課堂中融入技能競賽，提供行業情境改變教學環境，創設良好的自主學習導向，開拓課程內容的涵蓋面。

首先，由一線企業直接命題的技能競賽，高度展現行業前沿、社會熱點與學科交叉知識。競賽命題體現行業需求、行業標準，這些命題事實上是創設了明確的學習情境。在智慧課堂中融入技能競賽，實際是與行業需求的良好對接，是“智慧學習、智慧教學”的集中體現。

其次，技能競賽賽的不僅僅是單個知識點掌握熟練程度，更是學科的基本知識、基本理論與實踐的結合以及學科的素養、素質。而培養學生的學科知識、理論和素質是課堂教學的目標，同時技能競賽創造了有機的知識整合、能力培養、素質養成的有氧空間。在智慧課堂中融入技能競賽，學生有了實踐機會，運用自己的知識儲備探究未知，對問題進行遷移性的分析、解決，得出結論，實現創新創業各環節。

最后，完成競賽命題需要用到的知識不僅僅是一個知識點，也不是一門課程的內容，往往是需要貫穿某一學科的基本理論、基本知識，甚至是多個交叉學科的知識與理論，在以往課堂教學中，實現這一過程轉化難度極大。然而智慧課堂打破了傳統“課上”“課下”界限，創設了“線上”“線下”自由空間，放大自主學習空間，實現了競賽內容完成的可行性。

四、基于BIM 技術以賽促學的智慧課堂試點設計思路——以《建筑設備與識圖》課程為例

本研究結合專業實踐，選擇《建筑設備與識圖》課程中“識讀與繪制建筑給排水施工圖”情境作為“智慧課堂”試點，寄望通過融入技能競賽，一方面，在提高學生識讀建筑設備圖能力的同時，深化學生繪制、設計建筑設備圖的基礎；另一方面，開拓學生的視野，積累實踐經驗，提高實踐能力，并將這種能力升華輻射到其他專業課程的學習中。

1.《建筑設備與識圖》智慧課堂試點

選擇六安職業技術學院2017 版《建筑設備與識圖》課程標準中學習情境三“識讀與繪制建筑給排水系統施工圖”作為智慧課堂試點，其內容結構較為完整和獨立，具有典型性，以實際工程案例指導學生如何正確識讀建筑給排水系統施工圖，教學重點為識讀方法、繪圖方法，難點在于對各走向管線的正確把握、對空間管道的布置走向的理解、對繪圖標準的理解。

面向全國高職院校土建類學生舉行的“建筑工程識圖競賽”涵蓋識圖與繪圖兩個環節，形式包含個人賽與團體賽。識圖環節，要求選手獨立完成給定的識圖任務，在給定的建筑工程施工圖紙會審記錄、設計變更等資料中完成識圖相關內容的答題。繪圖環節，選手可以選擇合作完成競賽任務，根據給定資料，運用繪圖軟件繪制指定的建筑工程施工圖。這一要求與《建筑設備與識圖》“識讀與繪制建筑給排水施工圖”情境的教學內容非常契合，因此選取該知識點作為智慧課堂教學內容。

2.“識讀與繪制建筑給排水施工圖”智慧課堂實施過程

（1）課前

以競賽為切入點，利用BIM 技術，借助職云課堂為平臺，教師設計和布置學習任務——識讀建筑工程實訓大圖冊（我校實訓中心實體模型配套圖冊）中第一個案例“某綜合辦公樓建筑給排水施工圖”，并將事先準備好的識圖方法微課、辦公樓BIM 管道模型、BIM 漫游視頻、識圖任務工單、預習卡等學習資源和預習任務發布至職教云課堂平臺。要求學生結合教材、微課、網絡、實訓中心實體模型、身邊實際案例等學習資源，探究建筑給排水系統組成、理解管道敷設原則等知識，完成課前預習卡并提交至職教云課堂。學生可根據個人需要在課余時間隨時隨地利用手機、平板或者筆記本電腦登錄職教云課堂平臺，在規定時間之前查看學習任務，完成并上傳學習成果。通過云課堂平臺教師可以查看每一位學生預習情況并評價學生預習成果，做到心里有數，靈活掌控課堂。

（2）課中

課堂教學時間為90 分鐘，即兩節課連續教學(課間休息10 分鐘）的形式。首先借助職教云課堂投屏進行課前預熱（15 分鐘），回顧復習、對課前預習情況進行典型展示，直觀展示引導鞏固學生自主學習成果，通過不同答案展示，讓學生進行比較選擇。第二個環節（20 分鐘），由教師明確正確的識圖方法與原則，對比BIM 模型、漫游視頻解讀案例“某綜合辦公樓建筑給排水施工圖——底層建筑給排水施工圖”。讓學生清晰讀圖原理、讀圖方法，提高空間想象能力，化解了學生從二維CAD施工圖難以想象空間管道布置位置的教學難點。第三個環節（30 分鐘）分組競賽，識讀“某綜合辦公樓建筑給排水施工圖——第二層、第三層建筑給排水施工圖”并填寫任務工單上傳至云課堂。第四個環節（25 分鐘）評價與總結，各組選舉發言人，借助云課堂投屏分別展示講解各組識圖情況，并判斷、點評其他小組識圖結果是否有誤。最后教師總結評價各組完成情況，在此過程中不僅調動了學生的學習積極性、主動性，還可以培養其團隊協作能力，發揮團隊精神，同時加深了學生對建筑給排水施工圖識讀方法、原理、管道布置原則等的認知。

（3）課后

教師編寫兩種拓展任務：①針對于全體學生的，編寫8 種不同的“某綜合辦公樓建筑給排水施工圖——頂層建筑給排水施工圖和系統圖識圖任務工單”并發布至云課堂作為拓展案例，同時教師制作配套的BIM 三維模型小視頻等三維模型資源，便于學生課后的學習，并在完成任務過程中遇到問題可以有針對性地查看、對比視頻、模型解決問題，學生也可以在云平臺中提問。每位學生都會隨機領取到8 種任務工單中的一種，要求填寫任務工單。②拓展任務。針對學有余力的學生，要求他們在讀懂圖紙完成拓展任務工單的基礎上，利用BIM 軟件Revit 繪制“給定教學樓衛生間給排水平面圖”并建立Revit 模型提交成果，作為學習資源上傳至云課堂。通過提供不同程度、不同類型的課后拓展任務，可以更好地體現個性化學習、智慧化學習，平時不愛學習的學生因為可以輕松完成學習任務而變得愿意學、樂學了，而學有余力的學生作為資源創建者，也獲得了極大的成就感，更加樂學、善學、會學。

3.智慧課堂考核評價

《建筑設備與識圖》課程考核方式為過程性考核，考核權重為線上20%、線下40%，作業為40%。其中線上考核包含學習進度、評價、問答、筆記、糾錯，主要是對學生課前、課后自主學習的考核；線下考核包含出勤、參與、課堂表現，測驗平均分主要是對學生課堂中學習的考核；作業考核主要是針對課后、課前任務工單完成情況的考核。教師可以依據學生不同環節的學習進度與表現及時在云課堂平臺中給與評分，云平臺系統可以依據事先設置好的權重，隨著教學進度實時記錄，學生可以通過云課堂平臺隨時看到，隨時了解自己的學習進度、學習程度、得分情況，并及時調整，改變學習態度和學習方法。

五、結束語

本文以《建筑設備與識圖》課程為例，探索并實踐了以行業新技術BIM 和以具體建筑工程項目為載體，融入競賽，借助職教云平臺的智慧型課堂教學模式。通過一段時間的研究與實踐教學，筆者有以下幾點體會：①有機結合BIM 和《建筑設備與識圖》課程，學生的識圖能力有了大幅度提高，90%的學生可以較好地獨立完成建筑設備施工圖的識圖，85%能夠利用BIM 軟件Reirt較熟練地繪制建筑設備各系統施工圖。②借助職教云課堂平臺進行課堂教學，活躍了課堂氣氛，使得每位學生都可以實時參與課堂教學，成為課堂的主體，激發了學生的學習興趣，創造了隨時隨地學習的機會，使其更加清晰地掌握自己的學習狀態、學習進度、學習效果，縮短了學生與教師之間的距離，拓寬了師生更為便捷的溝通方式，教師可以更直觀地了解每一位學生，此外云課堂完整記錄了所有的教學環節、教學方式、教學內容，便于后期的改進、參照、對比分析、統計。③將技能競賽融入智慧課堂教學，化理論知識為實踐操作，更加便于學生理解與掌握專業知識，帶動全員參與，激發學生的學習熱情和創新思維能力。④智慧課堂教學新模式要求教師對專業知識的掌握更加透徹，對行業標準、新技能的掌握更加嚴謹，對課堂的把控能力更強。