基于改進層次分析法的高職院校土建類專業BIM教學應用效果評價研究

曾寅 趙龍 杜志芳 葛美萱

【摘要】基于改進層次分析法理論，對以河北軟件職業技術學院為代表的高職院校土建類專業BIM教學效果評價開展研究。以0.1～0.9的權重分配對傳統層次分析法進行改進，設計影響指標分為三個級別，其中包括有3個二級指標與15個三級指標;二級指標中影響最大的為教師教學質量，而該指標所轄的三級指標中影響最大的又為教師實踐操作能力、教師交流溝通合作度。綜合計算獲得研究對象BIM教學效果綜合分為8.138，評價屬較好級別。論文可為高職教育體系中應用層次分析法研究BIM教學效果提供一定參考。

【關鍵詞】改進層次分析法;高職院校;土建類專業;BIM教學;評價

【中圖分類號】TU-4;G642

1、引言

BIM技術作為當前建筑土木行業的發展方向，不論是從國家層面亦或是地方層面，均在鼓勵BIM技術的實踐落地，而在發展BIM技術落地應用層面中，以高職教育作為BIM技術人才的培養搖籃尤為重要，推動高職系統BIM技術教學發展對提升建筑土木行業BIM應用以及二次開發等均有重要作用[1-3]。層次分析法作為重要的評價理論方法，其在建筑[4]、水利[5]、交通[6]、礦山[7]等行業應用效果均較佳，引入層次分析法在高職教育中評價BIM技術的教學效果具有重要現實意義，不僅對當前高職教育總體狀態有清晰的認識，也為探討BIM技術教學在高職院校中所受影響層面提供了一定參考。本文在傳統層次分析法基礎上，對筆者所在的河北軟件職業技術學院土建類專業群BIM教學效果開展綜合性評價，并探討相關指標對教學效果的影響程度，為提升高職院校BIM教學效果水平提供一定理論參考。

2、項目概況

河北軟件職業技術學院乃是以IT信息類作為發展方向的高職院校，而所設立的建筑土木類專業群中包括有工程造價在校生160人，建筑工程專業學生65人，配有10余名專、兼職教師隊伍，該專業群的發展方向定位于建筑信息化，以BIM作為核心課程推動學生建筑信息化理念，為學生未來發展以及行業教育提供重要堅實平臺。目前已開設有多門BIM技術相關課程，包括有《BIM技術應用》、《BIM5D施工管理》、《BIM安裝項目預算》、《BIM鋼結構預算》、《BIM建模》、《BIM綜合實訓》等新技術新方向課程，為新基建時代建筑信息化發展提前布局，不僅提升學生應用BIM的能力，而且為區域發展以及普及建筑行業信息化提供基礎動力。現為準確謀劃專業發展布局以及課程設置，考慮對當前專業BIM技術教學應用效果開展分析研究，以改進層次分析法作為評價基礎，為準確、科學評價河北軟件職業技術學院BIM技術教學效果提供重要參考。

3、改進層次分析法簡介

3.1改進層次分析法理論

3.1.1? 權重分配

當以0.1～0.9的分配比例改變為1～9的權重分配比例后，層次分析法的實際求解應用就變佳了呢？實質上此與矩陣求解過程中1～9的權重分配對標準矩陣的歸一化以及求解均帶來較大困難，無法準確獲得精確解，對評價參數的準確性帶來較大負面影響，因而從實際角度考慮，利用0.1～0.9的權重分配更有利于評價分析，筆者設計0.1、0.5、0.9三個指標分配權重，其中以0.5作為中間狀態權重值，而0.1、0.9分別為兩個極端狀態指標權重值，此為準確預判BIM技術教學效果提供了重要鋪墊。

3.1.2? 模糊歸一化

在層次分析法中，模糊矩陣乃是計算指標權重的重要中間參數矩陣，根據各個影響指標，按照改進層次分析法中權重分配比例[14]，構建起模糊矩陣C，如（1）式所示：

（1）

式中cij為權重比值。

由于各個模糊矩陣并不是處于同一評價基準指標下，因而需要將各個模糊矩陣進行歸一化處理，使各個影響指標逐漸從定性至定量的轉變，所獲得歸一化矩陣指標G如下式所示：

（2）

（3）

式中gij為矩陣G的元素，i，j均為1，2，…，m，下同。

再進行歸一化的列向量處理，獲得

（4）

式中rif '為矩陣R中元素。

利用行向量或列向量之和作為各個模糊矩陣歸一化處理后的總評價矩陣，以影響參數的模糊歸一化矩陣分布，按照行向量求和的方法，獲得：

（5）

（6）

式中ri'為矩陣R第i行元素之和。

同理，獲得各個影響參數的歸一化矩陣，如下式：

（7）

（8）

式中r為指標占比矩陣，而ri為該矩陣中元素。

3.3 BIM教學效果影響指標

本文針對BIM教學效果影響指標分為三個大類：教師教學質量指標N、學生學習效果指標M、BIM技術社會影響力指標K;其中教師教學質量指標N包括教師實踐操作能力N1、教師理論授課能力N2、教師BIM相關科研能力N3、教師課堂掌控能力N4、教師與課題組教師交流溝通合作度N5、教師備課水平N6、教師教學過程中授課狀態N7、教師職業興趣度N8。按照BIM技術實際教學效果所受影響對指標的權重進行設計，以教師實踐操作能力指標N1為例，可知

（10）

式中Fr指教師實際操作BIM技術的能力，Fd指教師可獨立完成BIM建模及預算等的最大能力。

可依據教師實踐操作能力指標N1劃分出教師實踐操作能力權重分配，并獲得相應的權重比，如表1。

表1教師BIM技術實踐操作能力權重表

3.2 BIM教學效果評價

影響BIM教學效果評價的三個大類指標分別容納了所有影響因子的指標權重值，借助三個大類指標占BIM教學效果的比重，即可獲得BIM教學效果評分值，最終確定教學效果狀態，以函數表達式表述如下：

（11）

式中Q指BIM教學效果綜合分值，Ui為第三級指標評分值，Ri、Rj分別為第三級指標、第二級指標權重值。

根據計算出的BIM教學效果綜合評估分值Q，并結合表2中教學效果劃分的等級，獲得河北軟件職業技術學院BIM教學效果評價結果。

表2BIM教學效果等級表

4、BIM教學效果應用分析

4.1? 構建評價指標

以改進層次分析法為理論基礎，確定BIM教學效果Q為第一級指標;其所包括的教師教學質量指標N、學生學習效果指標M、BIM技術社會影響力指標K為第二級指標;而各個第二級指標所包括的小類指標乃為第三級指標，其中教師教學質量指標已在前文指出，而學生學習效果指標M包括有學生學習基礎能力M1、學生對BIM技術的興趣度M2、學生投入BIM學習的用功程度M3;BIM技術社會影響力指標K包括有政府推動BIM應用廣泛性K1、BIM功能綜合性K2、建筑行業信息化發展程度K3、企業應用BIM技術的廣泛性K4。上述各級別指標可采用圖1指標組織結構圖表述。

圖1BIM教學效果指標組織圖

4.2? 指標評分值計算

當三級指標均確定后，專家按照改進層次分析法的“0.1～0.9”指標分配分別對15個三級指標依次打分，依次獲得第二級指標以及第一級指標的評分值。其中第一級指標Q的權重配比組成如下：

（12）

第二級指標N、M、K的權重配比又分別為：

經歸一化后獲得第一級指標：

（20）

第二級指標：

（21）

最終獲得各級指標評判權重結果，如下：

第一級指標權重解：

（22）

第二級指標權重解：

（23）

從BIM教學效果指標權重量分配可知，第一級指標中占比最大的乃為教師教學質量指標，占比可達0.43，表明高職院校BIM教學效果狀態主要取決于教師教學質量;而BIM教學效果權重分配最低的乃為BIM技術社會影響力指標，僅為0.24，表明BIM技術高職教育效果好壞很大程度上取決于師生的教與學。在教師教學質量指標中，又以教師實踐操作能力N1、教師與課題組教師交流溝通合作度N5兩個層面為最重要指標。

4.3 BIM教學效果綜合評價

根據BIM教學效果的評判標準，7個專家對三個二級指標、15個三級指標分別進行量化評分，獲得15個三級指標的評分值，如表3所示。

表3BIM教學效果第三級指標評分值結果

綜合表3中結果，并根據式（14）計算出BIM教學效果綜合評估分：

并根據表2中BIM教學效果評價等級劃分可知，本學院專業群BIM教學效果綜合評分值為8.138，屬較好狀態，應保持當前教學質量;從教師層面逐步提升影響BIM教學效果評分值指標：教師BIM相關科研能力N3、教師備課水平N6，而從學生層面，應提升學生對BIM技術的興趣度M2，社會方面應多鼓勵教師參與建筑行業信息化發展，為行業發展提供推動力。

結論：

（1）對傳統層次分析法進行權重分配改進，以0.1～0.9為權重的分配，設計高職教育中BIM教學效果有三級影響指標，以BIM教學效果綜合評價為第一級指標，第二級指標包括有教師教學質量、學生學習效果、BIM技術社會影響力，第三級指標乃是二級指標所轄的總共15個基礎指標。

（2）研究了BIM教學效果綜合評價中二級指標影響最大的為教師教學質量，權重達0.43，而教師教學質量指標所轄第三級指標中以教師實踐操作能力、教師交流溝通合作度為最重要指標;BIM教學效果綜合分為8.138，屬較好狀態。

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作者簡介：

曾寅（1994-），男，江西吉安人，碩士研究生，助教，主要從事土木工程方面及高職BIM技術教學研究。

基金項目：

2020年度河北軟件職業技術學院院級研究課題（YZ2020003）