新工科背景下以信息為中心的BIM課程教學改革研究

劉欣，聶慶慧，趙慶華

（揚州大學 建筑科學與工程學院，江蘇 揚州）

一 引言

為了應對新一輪科技革命與產業變革，支撐服務創新驅動發展等一系列國家戰略，國家推行新工科建設，致力于探索領跑。面臨新形式、新機遇與新挑戰，信息化引發了新產業與新工科的興起，無論是綜合性大學還是工科院校，新工科及新工科建設等問題已成為當前高等教育領域中的熱議話題[1]。

建筑信息模型（BIM）作為建筑業最具發展前景的技術之一，是符合新工科教育要求的技術，已逐步被廣泛地應用到實際工程中，產生了巨大的經濟和社會效應，進而推動建筑業創新發展。因此，不難發現新工科的“新”的涵義在BIM課程上具有很好的體現。首先，BIM作為建筑領域的新工具，是信息化浪潮下多學科交融的產物，具有“新生”特征；其次，BIM的內涵與外延也得到了大大擴展，從傳統BIM施工應用向前向后階段進行延伸[2]。因此，將BIM納入新工科建設體系是十分必要的。

與其同時，需要研究分析新工科建設下對BIM課程教學的學生知識、能力、素質能力等新要求，探索從傳統的BIM發展向新時代以信息為中心的BIM教學升級轉換的關鍵與方法是十分必要的。揚州大學工程管理專業依托學院土木工程優勢學科基礎上，夯實工程技術基礎，為智慧建造情境下的人才培養與全過程工程管理能力提升提出了新要求，以新工科建設為背景，以滿足信息化為中心的適應時代發展和產業需求，將BIM技術納入教學體系改革中，培養復合型、應用型的工程管理人才。本文以BIM教學實踐為基礎，試圖分析新工科建設下的BIM應用實際以達到BIM教學的理想狀態。

二 傳統培養模式下的BIM發展的局限

我國建筑業正從建造大國向建造強國進行轉型升級，在這個發展歷程中，如何從傳統的粗放式、碎片化生產方式向現代精細化、集成化的技術密集型生產方式轉變，亟需實現工程建設領域信息化與工業化的并行與融合，從而真正實現建筑工程建設的安全、高效、可持續發展。然而，傳統培養模式下的BIM課程建設面臨在以下四大問題。

（一）人才培養不合理

從專業本身發展情況來看，BIM信息化教學與基礎課程教學之間存在矛盾；拓寬專業基礎與培養業務專長之間的矛盾；知識傳授與能力培養之間的矛盾；能力培養與素質全面提升之間的矛盾。具體表現在專業設置口徑狹窄，教學內容陳舊，且在多門課程中存在重復，教學方式傳統守舊，同時本科階段中相關的信息化課程開設不足、理論與實踐教學比例不合理、缺乏相關人才，更加深了BIM人才培養方面的問題。

（二）信息孤立，專業間缺乏系統合作

高校各學院各個專業在開設BIM課程時往往相互之間獨立，信息之間缺乏共享，導致專業之間難以協同[3]，從而未能全面體現BIM本身價值。例如，一棟建筑物往往是由建筑、結構、設備、能源、管理等多個學科與系統構成的有機統一體，需要在各專業系統獨立又合作地展開相應工作。但在學校實際教學過程中，學生在開展BIM實操演練時，很少針對完整項目本身展開多專業集成的學習與實際操作，即使是到了實習設計或者畢業設計階段也僅是從本專業層面上完成選題與設計，對于各專業知識與技能之間的協調與配合的整體要求是不能滿足的。

（三）創新氛圍與創新意識缺乏

當前高校教學模式中以傳授知識為主的傳統教育模式為主，這對大學生的創新能力培育引導力度較低，使得高等院校的創新氛圍略顯不足；同時課堂教學中多以書本內容為主，對于知識更新速度較慢，特別是缺少有關BIM的相關學科交叉內容；在大學生科技創新教育長效機制方面較為缺乏，使得BIM創新教育活動較少，多是以分散、臨時形式出現，缺乏高效優質的教學實踐創新活動；多數高校BIM教學過程中都存在主要進行BIM建模方法講解，對于BIM協同創新以及應用實踐重視不夠，主要是由于BIM教學定位不清晰，使得學生對于BIM定位理解出現偏差，僅認同BIM僅僅是一個繪圖軟件，導致不利于激發學生學習興趣。另外，多數學生在創新能力方面表現不足，缺乏創新意識與欲望，對于知識和技能的積累較為不利，缺乏發現有價值信息的能力。

（四）理論與實踐教學脫離，教學資源不共享

針對現有BIM相關人才培養需求來看，專業建設過程中對基礎信息部分重復操作，一旦部分專業出現操作失誤使得各專業協同合作受到影響。與此同時，相關專業在BIM課程引入過程中，教師往往選擇的是本專業知識點案例，但這對于各專業協同的典型工程案例諸多特征以及過程來說，缺乏足夠的理論學習與實踐操作，同時在專業課程學習過程也可能發生部分內容重復學習的情況，導致資源浪費；教學方式方面則偏重于傳統守舊的方式，缺乏開放式、情景式、研討式、實踐式等有利于大學生素質培養的教學方式。

三 面向新工科的BIM課程教學建設思路

新工科建設的三部曲開拓了工程教育改革的新路徑，同時也激發了人才培養的潛力[4,5]。BIM課程改革以新工科體系為發展契機，按照新工科要求加強教學創新升級，強化學生能力培養，提出以信息為中心的BIM課程教學改革思路秉承“由專到綜、縱橫聯合、虛實結合、協同創新”的模式。

（一）由專到綜

立足于建筑行業發展需求，以信息化發展實際，克服單一學科專業知識局限帶來的弊端，集合建筑、結構、能源、環保、設備、管理等多學科，融合新一代信息技術，著力提升學生的綜合實踐能力。

（二）縱橫聯合

當前的BIM課程建設中教學與實踐之間相互獨立，所產生的“信息孤島式”的教學方式對于各專業知識在工程項目中的定位不明晰，這也造成了設計的返工與浪費。BIM教學內容設計時，應明確每個專業同學進入的時間節點和其上下游專業的聯系，橫向則根據專業特色與成果形式統一建模規則及要求，避免由于規則不統一所導致的模型誤差；縱向則將相關課程有機聯系在一起，強調課程體系的完整性和一體性，進而培養學生的綜合知識能力。

圖1 BIM課程教學理念優化圖

（三）虛實結合

由真到仿，協同創新。學生在對真實項目翻模得到仿真模型基礎上，對其進行系列測試，同時結合工程現場調研對模型進行綜合優化，提升了學生理解合理設計的內涵，同時在優化過程中，不同專業學生針對BIM應用實際中相互辯論，激發創新思維。另外，除BIM技術外，隨著虛擬現實技術的發展也越來越得到人們的重視，如Wang等[6]，王廷魁等[7]提出將BIM與AR結合應用到施工中，這些都為基于BIM與AR的結合應用奠定了基礎。

（四）協同創新

BIM課程的創新人才培養既要與傳統學科優勢相結合，同時又要站在綠色建筑、智慧建造的角度做好課程設計。要切實以學生為中心，準確把握學生成長成才需求。依托人才培養方案，通過BIM課程的個性化設置、開展專題教學、實行雙導師制等實現“以學生為中心”的教育模式改革。同時，針對BIM協同教學特點，增加學生自主學習時間，拓展系統性，為滿足學生需求同時，提供可拓展知識的平臺。同時，作為信息集成模型，BIM可實現信息的共享與協同作業，通過與大數據、云技術等新一代技術的融合，使得BIM人才需求逐漸成為用人單位擇“才”導向。因此，高校在以信息為導向的BIM課程建設中培養兼具操作與應用能力的復合型人才，同時要適應創新需求，培養基礎知識扎實、專業技能強的創新創業人才。

四 以信息為中心的BIM課程體系建設

為突破“新工科”建設和發展的瓶頸問題，本文針對當前BIM課程建設發展現狀，提出新工科背景下BIM課程應當突破傳統思維模式，建立以信息為中心的BIM人才培養模式，改革教學手段等，從而提升BIM人才培養的質量。

（一）BIM課程教學理念

BIM課程建設中秉承新工科體系“三個面向”的教學指南，即面向工程、面向未來、面向世界。新課程體系的設置需要針對學生的個性需求進而采用多層次的培養理念，同時對學生創新創業實踐能力進行綜合培養。從學科交叉多元化人才培養視角出發，培養具有組織、管理、經濟、法律、技術（IT技術）等全面知識組織架構。在專業課程教學實踐過程中，加強育人理念，并引入交叉學科建設機制，服務于教學實踐，創新人才培養機制。BIM課程教學理念優化如圖1所示。首先，通過對教學資源，包括教學平臺、教學設施、教學團隊等資源整合的基礎上，完成BIM課程知識共享平臺的搭建；其次依據不同類型與應用方向對BIM課程內容進行整合，形成以建筑CAD、建筑工程項目識圖、設備安裝工程識圖等為基礎課程，建設工程信息管理，BIM5D應用分析、Revit軟件應用等為BIM核心課程，BIM技術綜合實踐作為拓展課程，完成知識傳授;最后，通過創新創業課程、畢業設計（論文）、專項實踐等，引導學生將所學知識與工程實踐相結合，完成對學生實踐與創新能力的培養。

（二）創新人才培養模式

BIM課程作為典型的符合新工科理念的課程，其創新人才培養模式既要從人才視角上進行個性培養，同時也要培養學生創新思維。首先，要培養學生的社會責任感與創新意識，使其具備扎實的基礎及寬厚的專業知識、同時可充分的運用BIM基本理論、知識、技能與方法等分析和解決BIM應用中的理論與實際問題的專業技術型人才[1]。其次，培養內容上突破傳統的教學模式，采用多模塊、錯層次、多路徑的教學形式，并輔以相應的知識體系和工具進行學習。最后，培養方法上建立多系統聯動培養機制，充分發揮學校、企業之間的作用。

（三）改革教學手段

提高學生的課堂關注力是教學方法改革的基礎與核心。新工科背景下的廣泛采用多學科有機統一體，大力采用新興技術等作為BIM課程支撐。根據BIM課程改革將其分為專業認知、專業提升、專業應用三個階段，通過基礎理論教學輔助以實踐，以基礎理論夯實基礎、以課程實踐輔助于知識系統提升，利用分階段互補式理論實踐教學模式。

（四）加強產學研合作

在傳統BIM課程教學基礎上，根據行業需求不同，模擬不同工程專業的工藝流程，并將專業需求、規范，并結合江蘇本地企業進行深度融合。

首先，以科研研究為核心更新教學內容，將建筑信息化相關新理論、新技術轉化為教學內容，從提高學生的研究素養方面培養學生科研興趣，增強學生創新應用的能力。例如，在BIM模型建立完善的基礎上，通過與VR技術結合可以讓學生在施工前可以看到施工后的工程狀態，詳細了解施工過程中可能發生的某個事件，無論是從設計角度還是施工角度，都能夠得到充分指導，避免在施工過程中很多可能發生的事故、問題，同時對于成本、進度還是管理上，都可以使工程建設變得更為合理。其次，以項目為導向更新教學內容，將新方法、新應用不斷融入到BIM課程實踐中，通過新觀念、新技術、新案例經驗等對理論與實踐教育進行豐富。最后，從行業需求角度出發，在傳統BIM教學基礎上，依據行業需求不同，通過不同工程的工藝流程模擬，結合江蘇本地企業實際進行深度融合，使得學生可以理解不同工程需求條件下的BIM課程。

五 多層次協同的創新實踐平臺

新課程體系設置針對學生個性需求和多層次培養要求，注重加強學生的創新實踐能力培養。在基礎教育的基礎上，設計以學生為中心的教學模式，采用基于項目的人才培養方式，將管理、經濟、技術、法律、信息化等知識體系相融合，引導學生以專業人員進行實踐，形成面向工程管理能力需求的新型體驗式、沉浸式的視角教學形式。理論學習中，采用課堂與機房教學相結合，從基礎知識、BIM案例啟發教學、創新課堂出發，以專業教師進行創新與認知指導，工程師輔以實驗應用指導，有利于學生理論創新學習體系的完善；實踐教學方面，則積極引進行業內的一線企業資源，引入企業工程師進課堂、合辦校企工作坊、申報創新創業課程、建設虛擬仿真實驗室、企業實踐等多種教學形式，使得學生在全面接觸建筑工程案例的同時，見圖2。

圖2 產學研深度融合

以信息為中心的BIM課程教學改革是一個綜合型的復雜工作，必須具有系統統一的認識，設計課程建設思路與課程體系建設高度統一、產學研融合，在充分發揮教師潛能的同時，對于教學理念更新、師資水平提高、實踐教學體系強化、硬件平臺完善等各方面提供了基礎支撐，全面保障了面保障新工科建設體系下的BIM人才培養質量。

六 結語

新工科建設作為新的歷史進程中對高等教育所提出的新希望與新要求，其本身應當是產學研教的深度融合，同時也是改革創新教育評價體系。BIM課程作為其自身的應用性與綜合性，需要緊密結合建筑工程行業發展的趨勢，不可避免的要對BIM課程本身進行教育改革。本文基于新工科視角下探討BIM課程教學改革，從傳統培養模式下的BIM發展局限出發，提出了面向新工科BIM課程教學建設思路，對以信息為中心的BIM課程體系建設進行了探索，為高水平、高素質的工程項目管理人才的培養而不斷努力。