基于BIM軟件的工程制圖課程教學(xué)方法的研究與實踐

吳姍姍 蔣博林

摘?要：為了使土建類學(xué)生在工程制圖課程中能夠更容易實現(xiàn)三維空間與二維圖紙的相互轉(zhuǎn)換，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，本文研究采用BIM軟件信息化教學(xué)方法，應(yīng)用BIM工程識圖三維仿真實訓(xùn)軟件，結(jié)合Revit軟件建模效果展示，以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和教學(xué)的有效性，使教學(xué)方法和教學(xué)手段更加契合人才培養(yǎng)目標(biāo)，并最終實現(xiàn)課程教學(xué)效果適應(yīng)崗位技能需求的目的。

關(guān)鍵詞：工程制圖課程;信息化教學(xué);BIM軟件;三維仿真實訓(xùn)軟件;Revit軟件

一、緒論

工程制圖是一門具有很強(qiáng)實踐性的課程，就其學(xué)習(xí)內(nèi)容而言，并不需要學(xué)生死記硬背大量的公式和深奧的理論，而是需要加強(qiáng)繪圖與識圖能力。要教好這門課程，教師應(yīng)盡力開拓學(xué)生的思路，培養(yǎng)學(xué)生較好的空間想象力，從而提高學(xué)生的實踐應(yīng)用能力[1]。目前，大部分高職院校在開設(shè)土木工程制圖課程時，都是輔以Auto CAD軟件進(jìn)行授課。但學(xué)生在學(xué)習(xí)Auto CAD的過程中，主要是繪制二維圖紙，這會造成學(xué)生在學(xué)習(xí)后閱讀實際的工程圖紙的能力不強(qiáng)，而且三維空間與二維圖紙的相互轉(zhuǎn)換能力也不理想。

本文在總結(jié)教學(xué)經(jīng)驗[2]和參考同類高校教學(xué)方法[3-6]的基礎(chǔ)上，應(yīng)用BIM（Building Information Modeling）工程識圖三維仿真實訓(xùn)軟件，結(jié)合Revit軟件建模效果展示，以建筑信息模型BIM技術(shù)的Revit三維建模軟件替代Auto CAD軟件。Revit三維建模軟件操作更方便，建模更精準(zhǔn)，可實現(xiàn)三維空間與二維平面的平穩(wěn)轉(zhuǎn)換。本文以高職類土木工程制圖課程為例，研究Revit軟件應(yīng)用的教學(xué)方法和教學(xué)手段，并進(jìn)行對比分析，闡述經(jīng)驗心得。本文基于BIM軟件，從信息化教學(xué)方法改革入手，進(jìn)行工程制圖課程教學(xué)方法的研究與實踐。

二、教學(xué)現(xiàn)狀

通過查找文獻(xiàn)資料以及走訪調(diào)研同類高職院校，了解到目前大部分高職院校在開設(shè)土木工程制圖課程時，教學(xué)方法仍采用板書講授為主、教學(xué)軟件和模型為輔，教師在講授時也僅通過二維的三面投影圖來培養(yǎng)學(xué)生的空間思維能力。

作者近幾年講授土木工程制圖課程時，通過分析學(xué)生的課程考核和調(diào)查問卷，得知大部分學(xué)生的空間想象能力不能匹配課程教學(xué)目標(biāo)的要求，學(xué)生也無法及時、準(zhǔn)確地實現(xiàn)二維圖紙和三維實體的轉(zhuǎn)換。在課內(nèi)實訓(xùn)或校外實訓(xùn)時，學(xué)生識讀專業(yè)工程圖紙的能力有限，無法將工程圖與工程實體一一對應(yīng)，需要花費(fèi)大量的時間來思考，甚至?xí)D紙識讀錯誤。另一方面，高職院校土建類專業(yè)注重培養(yǎng)學(xué)生的實操能力，在重技能弱理論的情況下，工程制圖的課時在逐漸調(diào)整減少，如何讓學(xué)生在有限的課時內(nèi)掌握制圖技巧與識圖能力，是工程制圖課程教學(xué)改革的迫切需要。

近幾年，隨著BIM技術(shù)的推廣，各大高校紛紛開設(shè)BIM課程，但由于國內(nèi)的BIM技術(shù)還不夠成熟，開設(shè)的BIM課程大多以理論講解為主，主要使學(xué)生了解BIM技術(shù)，以便于畢業(yè)后在工作中實踐BIM技術(shù)時能盡快適應(yīng)。隨著對BIM課程的逐漸深入探索，作者發(fā)現(xiàn)將BIM技術(shù)貫穿整個專業(yè)課程中尤為重要，如果僅一門課程講解BIM技術(shù)，那作用就非常細(xì)微，學(xué)生容易忘記所學(xué)的BIM知識，更談不上應(yīng)用。課程組成員通過多次研討，制定適應(yīng)本專業(yè)學(xué)生的工程制圖課程教學(xué)改革方案，逐步將BIM技術(shù)引入工程制圖課程教學(xué)中，培養(yǎng)學(xué)生的空間思維能力，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和教學(xué)的有效性，使教學(xué)方法和教學(xué)手段更加契合人才培養(yǎng)目標(biāo)。

三、教學(xué)改革研究

本次教學(xué)改革采用BIM軟件信息化教學(xué)方法，前期已經(jīng)選取一個教學(xué)班，應(yīng)用BIM工程識圖三維仿真實訓(xùn)軟件，開展工程制圖課程試驗研究[2]。通過對研究結(jié)果的分析總結(jié)，相較于普通教學(xué)方法的班級，學(xué)生接受度更好，對圖形的空間想象能力更好一些。但是對于三維空間與二維圖紙的相互轉(zhuǎn)換能力尚有欠缺，對工程圖紙的識讀不夠完整、準(zhǔn)確。

完成前期試驗教學(xué)研究后總結(jié)經(jīng)驗，對教學(xué)方案和教學(xué)方法進(jìn)行改進(jìn)，開展實踐教學(xué)研究。重新選取一個教學(xué)班，采用BIM軟件信息化教學(xué)方法，在應(yīng)用BIM工程識圖三維仿真實訓(xùn)軟件的基礎(chǔ)上，結(jié)合Revit軟件建模效果展示，旨在進(jìn)一步提高學(xué)生的空間想象能力，實現(xiàn)工程圖三維空間與二維平面的相互轉(zhuǎn)換。

Revit軟件創(chuàng)建的三維模型能夠與二維平面圖完全對應(yīng)，可以切換視角方向，以觀察各種視圖，使得看似難以理解的二維圖紙變得生動起來。Revit軟件還可以構(gòu)建三維可視化動態(tài)仿真工程，可以模擬各種工程案例，將課堂教學(xué)變得生動起來，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，加深對工程圖紙的理解。

本文以土木工程制圖課程中的“杯形基礎(chǔ)”一節(jié)為例，對比分析兩種不同教學(xué)方法的效果。圖1所示為杯形基礎(chǔ)的二維圖紙，授課時僅講解該二維圖紙，學(xué)生的反饋為：30%的學(xué)生能夠理解圖紙內(nèi)容，可以順利想象出杯形基礎(chǔ)的空間結(jié)構(gòu);60%的學(xué)生感覺比較迷糊，思維有點(diǎn)混亂，腦海中不能完整、清晰的搭建空間結(jié)構(gòu);10%的學(xué)生則完全不能理解圖紙，無法想象出空間結(jié)構(gòu)。圖2所示為采用Revit軟件創(chuàng)建的杯形基礎(chǔ)三維模型，不僅可以直觀看到結(jié)構(gòu)的空間構(gòu)造，還可以切換不同剖面視圖得到與圖1所示二維圖紙的視圖，做到一一對應(yīng)。講授后學(xué)生的反饋為：90%的學(xué)生能夠理解圖紙內(nèi)容，可以順利想象出杯形基礎(chǔ)的空間結(jié)構(gòu);10%的學(xué)生能夠在腦海中比較完整的搭建出空間結(jié)構(gòu)。

選擇兩個班級進(jìn)行學(xué)習(xí)效果測試，A班采用BIM軟件信息化教學(xué)方法，B班采用原來的教學(xué)方法，測試內(nèi)容為三面投影圖的繪制、土木工程圖的繪制。測試結(jié)果對比如下圖3、圖4所示。

通過學(xué)生測試結(jié)果可以看出，在三面投影圖的繪制部分，兩個班級當(dāng)中掌握知識點(diǎn)的學(xué)生比例相差不大，說明大部分學(xué)生掌握了投影基礎(chǔ)知識，兩種方法的學(xué)習(xí)效果差距不明顯;在土木工程圖的繪制部分，兩個班級當(dāng)中掌握知識點(diǎn)的學(xué)生比例差距比較大，采用BIM軟件信息化教學(xué)方法班級學(xué)生掌握知識點(diǎn)的比例大于未采用的，說明采用BIM軟件信息化教學(xué)方法大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，能夠順利實現(xiàn)三維空間與二維圖紙的相互轉(zhuǎn)換。

四、結(jié)論

本文通過研究工程制圖課程中怎樣讓學(xué)生能順利實現(xiàn)三維空間與二維圖紙的相互轉(zhuǎn)換問題，采取BIM技術(shù)信息化教學(xué)方法，應(yīng)用工程識圖三維仿真實訓(xùn)軟件，結(jié)合Revit軟件建模效果展示，大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，教學(xué)效果有所提升。根據(jù)教學(xué)效果可知，采取BIM技術(shù)信息化教學(xué)方法能讓學(xué)生順利實現(xiàn)三維空間與二維圖紙的相互轉(zhuǎn)換，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和教學(xué)的有效性，使教學(xué)方法和教學(xué)手段更加契合人才培養(yǎng)目標(biāo)，并最終實現(xiàn)課程教學(xué)效果適應(yīng)崗位技能需求的目的，為高職院校土建類工程制圖課程教學(xué)提供借鑒。

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基金項目：重慶公共運(yùn)輸職業(yè)學(xué)院教育教學(xué)改革研究項目（項目編號：YSJG20180507）;重慶市教育委員會高等教育教學(xué)改革研究項目（項目編號：183238）