基于立體知識庫的專業綜合實訓課程教學研究

喬麗艷 趙 麗 張媛媛 許啟凡 王蕊琪 王怡楠 高笑萌 李 岳

（河北建筑工程學院經濟管理學院 河北張家口 075000）

傳統的綜合實訓理論教學過程大多是“圖片+文字”的形式。一些學生理解起來有困難。以BIM技術為代表的建筑行業信息化技術逐漸得到推廣、落地，相關人才培養也應穩步跟進。當前，眾多學者開始探索將BIM技術等引入課堂[1-4]，輔助教學，以提高實踐教學效果。陸海燕等對BIM＋VR技術應用在土木工程CAD與施工中的教學模式和改革進行了探討和實踐；李峰對“互聯網＋”模式下基于VR技術的實踐教學進行了研究；衛星等探討了基于BIM＋VR技術的鋼結構橋梁教學實踐改革研究；王廷魁等探討了BIM和AR技術在施工現場培訓中的應用；Kim指出，基于BIM技術的教學方法有助于學生有效地學習建筑細節，并進行工程計量。本研究擬將立體知識融入BIM和AR/VR技術構建的模型，進行課程講解，提升綜合實訓效果。

一、模型建立與立體知識點嵌入

本研究選取某食堂項目圖紙，運用BIM軟件進行給排水專業建模。

（一）給排水專業模型建立

建筑信息模型包含建設項目全生命周期信息。將一個真實的工程項目各個階段的信息放到模型中，可以相對真實地模擬場景。模型的建立主要可以分為四個步驟：前期準備、布置管道、設備安裝、導出標準文件。

1.前期準備

前期準備主要是為建立模型做準備：首先是將圖紙導入BIM安裝軟件，設好建筑的基本信息，然后，切割圖紙，并將其對應到相應樓層。這樣，前期準備就基本完成了。

2.管道布置

施工人員按照圖紙及施工說明，布置給排水管道。布置管道時，施工人員要注意標高和樓層，再按照圖紙安裝閥門，檢查回路，確認沒有問題了，再進行下一步（如圖1）。

圖1 給排水模型建立

3.設備安裝

管道布置完畢之后，施工人員就可以在排水管道上安裝衛生器具等設備了。安裝時，施工人員要注意設備的標高、安裝方式和方向、連接方式及實際位置，最后，檢查是否安裝到位。

4.導出標準文件

教師應將建好的模型導出為IFC格式（如圖2），導入BIMMAKE軟件，生成動畫模型。這種模型可以增強學生的空間感知能力，提高思維能力，還能激發學生的學習興趣，讓學生更好地掌握課程知識。

圖2 導出lFC標準文件

（二）動畫模型制作

教師將IFC文件導入BIMFILM，制成視頻動畫（如圖3），可使學生在模擬時明確實際的作業原理及過程。

圖3 動畫模型建立

（三）嵌入立體知識點

教師應將知識點通過游戲提示的方式嵌入游戲場景，制作CG，達到在游戲中教學的目的。

（四）構建游戲場景

教師可讓學生以第一人稱的方式，進行模擬安裝（類似《我的世界》），建立一個具有開放性的游戲場景。這樣可以最大限度吸引學生成為玩家，讓學生可以通過解鎖道具、經驗等級制、段位系統等增強興趣，達到在游戲中學習的目的。

（五）AR展示

AR展示是借助設備對真實世界的景象進行增強，提高使用者對真實世界的感知能力。玩家借助AR眼鏡，能體驗更加真實的作業場景。教師可利用AR技術，創建一個交互式的模擬環境，增強課程的趣味性。

二、課堂測試及結果分析

（一）課堂測試

教師可根據本學期課程安排，對該創新教學模式進行課堂測試[5]。為了驗證該創新型教學模式的優勢，使之量化而更加直觀地展現出來，本測試以某高校在校學生為測試對象，專門為之安排了2課時安裝工程專業的示范課，分析新舊教學模式之間的效果差異。

1.測試對象

本測試以河北某高校2018級本科生為樣本，共計167人，根據班級情況分為5組：傳統組1組，創新組4組。

2.測試問卷

測試問卷主要采用李克特五點量表。被測試的學生需根據自己實際的學習體驗和學習情況選擇分值：1分為強烈反對，2分為不同意，3分為既不同意也不反對，4分為同意，5分為堅決同意。

3.測試過程與方法

測試包括示范課學習和課后問卷兩個階段。示范課學習是指教師在不同情境下分別采用創新型的教學模式（如基于立體知識庫的專業綜合實訓教學模式）和傳統教學模式，給作為測試對象的167名學生講授安裝工程的專業課，共2課時。課后問卷是指在示范課結束后，每個參與測試的學生都要完成一份調查問卷，以反映教學效果，作為數據分析的依據。

（1）教師組織樣本學生分兩次上課，并分別命名為一組和二組。一組學生在創新型教學模式下學習安裝工程的專業知識；二組學生在傳統教學模式下學習安裝工程的專業知識。教師要保證兩組的教學內容完全相同。

（2）授課結束后，教師要向參加測試的每一個學生分發問卷，給5分鐘時間填寫，然后，再次分發附件（安裝工程專業的相關試題），最后，整理數據，進行分析。

（二）測試結果分析

測試人員收集課后測試卷共167份，有效測試卷167份，對測試數據進行統計分析。1組采用傳統課堂模式，其他4組采用立體知識庫教學模式。通過對比處理，數據整理如表1所示。

表1 5組課后測試數據統計

數據顯示，5組成績基本呈現正態分布，符合真實情況。具體到各分數段，數據分析顯示：

1.0～5分段（低分段），傳統組的學生分布較多，共4人；創新組為0～1人。可知，三維教學過程可以提高知識的被理解度，適用于更廣泛的人群。

2.16～20分段（高分段），學生測試結果沒有顯著差異，說明整體的教學效果基本持平。

測試人員計算平均分后，發現三維動畫模式的平均得分要高于傳統授課模式。

通過以上分析，本測試基本可以得出結論：三維動畫模式的課堂教學要比傳統模式效果好，學生掌握知識的情況更好。

三、結論與展望

通過對測試數據的分析，本研究得出以下結論：在創新型教學模式下，即基于立體知識庫的專業綜合實訓可以提高學生的學習效果，激發學生的學習興趣。本研究結合現有課程知識體系，運用立體知識庫進行綜合實訓項目教學，增強學生在學習過程中的沉浸感、交互體驗，更好地服務學生的課堂學習、認識實習、生產實習等過程。本研究過程可以作為采用信息化技術進行教學的實踐參考，但由于授課班級的專業不同，測試效果精確性不足。后續研究將在此基礎上進行改進。