基于改進(jìn)層次分析法的高職院校土建類(lèi)專(zhuān)業(yè)BIM教學(xué)應(yīng)用效果評(píng)價(jià)研究

曾寅 趙龍 杜志芳 葛美萱

【摘要】基于改進(jìn)層次分析法理論，對(duì)以河北軟件職業(yè)技術(shù)學(xué)院為代表的高職院校土建類(lèi)專(zhuān)業(yè)BIM教學(xué)效果評(píng)價(jià)開(kāi)展研究。以0.1～0.9的權(quán)重分配對(duì)傳統(tǒng)層次分析法進(jìn)行改進(jìn)，設(shè)計(jì)影響指標(biāo)分為三個(gè)級(jí)別，其中包括有3個(gè)二級(jí)指標(biāo)與15個(gè)三級(jí)指標(biāo);二級(jí)指標(biāo)中影響最大的為教師教學(xué)質(zhì)量，而該指標(biāo)所轄的三級(jí)指標(biāo)中影響最大的又為教師實(shí)踐操作能力、教師交流溝通合作度。綜合計(jì)算獲得研究對(duì)象BIM教學(xué)效果綜合分為8.138，評(píng)價(jià)屬較好級(jí)別。論文可為高職教育體系中應(yīng)用層次分析法研究BIM教學(xué)效果提供一定參考。

【關(guān)鍵詞】改進(jìn)層次分析法;高職院校;土建類(lèi)專(zhuān)業(yè);BIM教學(xué);評(píng)價(jià)

【中圖分類(lèi)號(hào)】TU-4;G642

1、引言

BIM技術(shù)作為當(dāng)前建筑土木行業(yè)的發(fā)展方向，不論是從國(guó)家層面亦或是地方層面，均在鼓勵(lì)BIM技術(shù)的實(shí)踐落地，而在發(fā)展BIM技術(shù)落地應(yīng)用層面中，以高職教育作為BIM技術(shù)人才的培養(yǎng)搖籃尤為重要，推動(dòng)高職系統(tǒng)BIM技術(shù)教學(xué)發(fā)展對(duì)提升建筑土木行業(yè)BIM應(yīng)用以及二次開(kāi)發(fā)等均有重要作用[1-3]。層次分析法作為重要的評(píng)價(jià)理論方法，其在建筑[4]、水利[5]、交通[6]、礦山[7]等行業(yè)應(yīng)用效果均較佳，引入層次分析法在高職教育中評(píng)價(jià)BIM技術(shù)的教學(xué)效果具有重要現(xiàn)實(shí)意義，不僅對(duì)當(dāng)前高職教育總體狀態(tài)有清晰的認(rèn)識(shí)，也為探討B(tài)IM技術(shù)教學(xué)在高職院校中所受影響層面提供了一定參考。本文在傳統(tǒng)層次分析法基礎(chǔ)上，對(duì)筆者所在的河北軟件職業(yè)技術(shù)學(xué)院土建類(lèi)專(zhuān)業(yè)群BIM教學(xué)效果開(kāi)展綜合性評(píng)價(jià)，并探討相關(guān)指標(biāo)對(duì)教學(xué)效果的影響程度，為提升高職院校BIM教學(xué)效果水平提供一定理論參考。

2、項(xiàng)目概況

河北軟件職業(yè)技術(shù)學(xué)院乃是以IT信息類(lèi)作為發(fā)展方向的高職院校，而所設(shè)立的建筑土木類(lèi)專(zhuān)業(yè)群中包括有工程造價(jià)在校生160人，建筑工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生65人，配有10余名專(zhuān)、兼職教師隊(duì)伍，該專(zhuān)業(yè)群的發(fā)展方向定位于建筑信息化，以BIM作為核心課程推動(dòng)學(xué)生建筑信息化理念，為學(xué)生未來(lái)發(fā)展以及行業(yè)教育提供重要堅(jiān)實(shí)平臺(tái)。目前已開(kāi)設(shè)有多門(mén)BIM技術(shù)相關(guān)課程，包括有《BIM技術(shù)應(yīng)用》、《BIM5D施工管理》、《BIM安裝項(xiàng)目預(yù)算》、《BIM鋼結(jié)構(gòu)預(yù)算》、《BIM建模》、《BIM綜合實(shí)訓(xùn)》等新技術(shù)新方向課程，為新基建時(shí)代建筑信息化發(fā)展提前布局，不僅提升學(xué)生應(yīng)用BIM的能力，而且為區(qū)域發(fā)展以及普及建筑行業(yè)信息化提供基礎(chǔ)動(dòng)力。現(xiàn)為準(zhǔn)確謀劃專(zhuān)業(yè)發(fā)展布局以及課程設(shè)置，考慮對(duì)當(dāng)前專(zhuān)業(yè)BIM技術(shù)教學(xué)應(yīng)用效果開(kāi)展分析研究，以改進(jìn)層次分析法作為評(píng)價(jià)基礎(chǔ)，為準(zhǔn)確、科學(xué)評(píng)價(jià)河北軟件職業(yè)技術(shù)學(xué)院BIM技術(shù)教學(xué)效果提供重要參考。

3、改進(jìn)層次分析法簡(jiǎn)介

3.1改進(jìn)層次分析法理論

3.1.1? 權(quán)重分配

當(dāng)以0.1～0.9的分配比例改變?yōu)?～9的權(quán)重分配比例后，層次分析法的實(shí)際求解應(yīng)用就變佳了呢？實(shí)質(zhì)上此與矩陣求解過(guò)程中1～9的權(quán)重分配對(duì)標(biāo)準(zhǔn)矩陣的歸一化以及求解均帶來(lái)較大困難，無(wú)法準(zhǔn)確獲得精確解，對(duì)評(píng)價(jià)參數(shù)的準(zhǔn)確性帶來(lái)較大負(fù)面影響，因而從實(shí)際角度考慮，利用0.1～0.9的權(quán)重分配更有利于評(píng)價(jià)分析，筆者設(shè)計(jì)0.1、0.5、0.9三個(gè)指標(biāo)分配權(quán)重，其中以0.5作為中間狀態(tài)權(quán)重值，而0.1、0.9分別為兩個(gè)極端狀態(tài)指標(biāo)權(quán)重值，此為準(zhǔn)確預(yù)判BIM技術(shù)教學(xué)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(jì)算指標(biāo)權(quán)重的重要中間參數(shù)矩陣，根據(jù)各個(gè)影響指標(biāo)，按照改進(jìn)層次分析法中權(quán)重分配比例[14]，構(gòu)建起模糊矩陣C，如（1）式所示：

（1）

式中cij為權(quán)重比值。

由于各個(gè)模糊矩陣并不是處于同一評(píng)價(jià)基準(zhǔn)指標(biāo)下，因而需要將各個(gè)模糊矩陣進(jìn)行歸一化處理，使各個(gè)影響指標(biāo)逐漸從定性至定量的轉(zhuǎn)變，所獲得歸一化矩陣指標(biāo)G如下式所示：

（2）

（3）

式中g(shù)ij為矩陣G的元素，i，j均為1，2，…，m，下同。

再進(jìn)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(gè)模糊矩陣歸一化處理后的總評(píng)價(jià)矩陣，以影響參數(shù)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(gè)影響參數(shù)的歸一化矩陣，如下式：

（7）

（8）

式中r為指標(biāo)占比矩陣，而ri為該矩陣中元素。

3.3 BIM教學(xué)效果影響指標(biāo)

本文針對(duì)BIM教學(xué)效果影響指標(biāo)分為三個(gè)大類(lèi)：教師教學(xué)質(zhì)量指標(biāo)N、學(xué)生學(xué)習(xí)效果指標(biāo)M、BIM技術(shù)社會(huì)影響力指標(biāo)K;其中教師教學(xué)質(zhì)量指標(biāo)N包括教師實(shí)踐操作能力N1、教師理論授課能力N2、教師BIM相關(guān)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(xué)過(guò)程中授課狀態(tài)N7、教師職業(yè)興趣度N8。按照BIM技術(shù)實(shí)際教學(xué)效果所受影響對(duì)指標(biāo)的權(quán)重進(jìn)行設(shè)計(jì)，以教師實(shí)踐操作能力指標(biāo)N1為例，可知

（10）

式中Fr指教師實(shí)際操作BIM技術(shù)的能力，F(xiàn)d指教師可獨(dú)立完成BIM建模及預(yù)算等的最大能力。

可依據(jù)教師實(shí)踐操作能力指標(biāo)N1劃分出教師實(shí)踐操作能力權(quán)重分配，并獲得相應(yīng)的權(quán)重比，如表1。

表1教師BIM技術(shù)實(shí)踐操作能力權(quán)重表

3.2 BIM教學(xué)效果評(píng)價(jià)

影響B(tài)IM教學(xué)效果評(píng)價(jià)的三個(gè)大類(lèi)指標(biāo)分別容納了所有影響因子的指標(biāo)權(quán)重值，借助三個(gè)大類(lèi)指標(biāo)占BIM教學(xué)效果的比重，即可獲得BIM教學(xué)效果評(píng)分值，最終確定教學(xué)效果狀態(tài)，以函數(shù)表達(dá)式表述如下：

（11）

式中Q指BIM教學(xué)效果綜合分值，Ui為第三級(jí)指標(biāo)評(píng)分值，Ri、Rj分別為第三級(jí)指標(biāo)、第二級(jí)指標(biāo)權(quán)重值。

根據(jù)計(jì)算出的BIM教學(xué)效果綜合評(píng)估分值Q，并結(jié)合表2中教學(xué)效果劃分的等級(jí)，獲得河北軟件職業(yè)技術(shù)學(xué)院BIM教學(xué)效果評(píng)價(jià)結(jié)果。

表2BIM教學(xué)效果等級(jí)表

4、BIM教學(xué)效果應(yīng)用分析

4.1? 構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)

以改進(jìn)層次分析法為理論基礎(chǔ)，確定BIM教學(xué)效果Q為第一級(jí)指標(biāo);其所包括的教師教學(xué)質(zhì)量指標(biāo)N、學(xué)生學(xué)習(xí)效果指標(biāo)M、BIM技術(shù)社會(huì)影響力指標(biāo)K為第二級(jí)指標(biāo);而各個(gè)第二級(jí)指標(biāo)所包括的小類(lèi)指標(biāo)乃為第三級(jí)指標(biāo)，其中教師教學(xué)質(zhì)量指標(biāo)已在前文指出，而學(xué)生學(xué)習(xí)效果指標(biāo)M包括有學(xué)生學(xué)習(xí)基礎(chǔ)能力M1、學(xué)生對(duì)BIM技術(shù)的興趣度M2、學(xué)生投入BIM學(xué)習(xí)的用功程度M3;BIM技術(shù)社會(huì)影響力指標(biāo)K包括有政府推動(dòng)BIM應(yīng)用廣泛性K1、BIM功能綜合性K2、建筑行業(yè)信息化發(fā)展程度K3、企業(yè)應(yīng)用BIM技術(shù)的廣泛性K4。上述各級(jí)別指標(biāo)可采用圖1指標(biāo)組織結(jié)構(gòu)圖表述。

圖1BIM教學(xué)效果指標(biāo)組織圖

4.2? 指標(biāo)評(píng)分值計(jì)算

當(dāng)三級(jí)指標(biāo)均確定后，專(zhuān)家按照改進(jìn)層次分析法的“0.1～0.9”指標(biāo)分配分別對(duì)15個(gè)三級(jí)指標(biāo)依次打分，依次獲得第二級(jí)指標(biāo)以及第一級(jí)指標(biāo)的評(píng)分值。其中第一級(jí)指標(biāo)Q的權(quán)重配比組成如下：

（12）

第二級(jí)指標(biāo)N、M、K的權(quán)重配比又分別為：

經(jīng)歸一化后獲得第一級(jí)指標(biāo)：

（20）

第二級(jí)指標(biāo)：

（21）

最終獲得各級(jí)指標(biāo)評(píng)判權(quán)重結(jié)果，如下：

第一級(jí)指標(biāo)權(quán)重解：

（22）

第二級(jí)指標(biāo)權(quán)重解：

（23）

從BIM教學(xué)效果指標(biāo)權(quán)重量分配可知，第一級(jí)指標(biāo)中占比最大的乃為教師教學(xué)質(zhì)量指標(biāo)，占比可達(dá)0.43，表明高職院校BIM教學(xué)效果狀態(tài)主要取決于教師教學(xué)質(zhì)量;而B(niǎo)IM教學(xué)效果權(quán)重分配最低的乃為BIM技術(shù)社會(huì)影響力指標(biāo)，僅為0.24，表明BIM技術(shù)高職教育效果好壞很大程度上取決于師生的教與學(xué)。在教師教學(xué)質(zhì)量指標(biāo)中，又以教師實(shí)踐操作能力N1、教師與課題組教師交流溝通合作度N5兩個(gè)層面為最重要指標(biāo)。

4.3 BIM教學(xué)效果綜合評(píng)價(jià)

根據(jù)BIM教學(xué)效果的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，7個(gè)專(zhuān)家對(duì)三個(gè)二級(jí)指標(biāo)、15個(gè)三級(jí)指標(biāo)分別進(jìn)行量化評(píng)分，獲得15個(gè)三級(jí)指標(biāo)的評(píng)分值，如表3所示。

表3BIM教學(xué)效果第三級(jí)指標(biāo)評(píng)分值結(jié)果

綜合表3中結(jié)果，并根據(jù)式（14）計(jì)算出BIM教學(xué)效果綜合評(píng)估分：

并根據(jù)表2中BIM教學(xué)效果評(píng)價(jià)等級(jí)劃分可知，本學(xué)院專(zhuān)業(yè)群BIM教學(xué)效果綜合評(píng)分值為8.138，屬較好狀態(tài)，應(yīng)保持當(dāng)前教學(xué)質(zhì)量;從教師層面逐步提升影響B(tài)IM教學(xué)效果評(píng)分值指標(biāo)：教師BIM相關(guān)科研能力N3、教師備課水平N6，而從學(xué)生層面，應(yīng)提升學(xué)生對(duì)BIM技術(shù)的興趣度M2，社會(huì)方面應(yīng)多鼓勵(lì)教師參與建筑行業(yè)信息化發(fā)展，為行業(yè)發(fā)展提供推動(dòng)力。

結(jié)論：

（1）對(duì)傳統(tǒng)層次分析法進(jìn)行權(quán)重分配改進(jìn)，以0.1～0.9為權(quán)重的分配，設(shè)計(jì)高職教育中BIM教學(xué)效果有三級(jí)影響指標(biāo)，以BIM教學(xué)效果綜合評(píng)價(jià)為第一級(jí)指標(biāo)，第二級(jí)指標(biāo)包括有教師教學(xué)質(zhì)量、學(xué)生學(xué)習(xí)效果、BIM技術(shù)社會(huì)影響力，第三級(jí)指標(biāo)乃是二級(jí)指標(biāo)所轄的總共15個(gè)基礎(chǔ)指標(biāo)。

（2）研究了BIM教學(xué)效果綜合評(píng)價(jià)中二級(jí)指標(biāo)影響最大的為教師教學(xué)質(zhì)量，權(quán)重達(dá)0.43，而教師教學(xué)質(zhì)量指標(biāo)所轄第三級(jí)指標(biāo)中以教師實(shí)踐操作能力、教師交流溝通合作度為最重要指標(biāo);BIM教學(xué)效果綜合分為8.138，屬較好狀態(tài)。

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作者簡(jiǎn)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(shù)教學(xué)研究。

基金項(xiàng)目：

2020年度河北軟件職業(yè)技術(shù)學(xué)院院級(jí)研究課題（YZ2020003）