數據化思潮下的在線教學思考與研究
——基于BIM 技術的橋梁建筑課程改革

文／李海宗 浙江工業大學教育科學與技術學院 教 授 碩士生導師

喬婷婷 浙江工業大學教育科學與技術學院 碩士研究生（通訊作者）

引言

隨著我國后疫情時代的到來，各個專業學科開始倡導進行線上的數據化與信息化教學改革，這種改革需要當前的專業課程設置與授課方式符合信息化與數據化的基礎要求，應在最大程度上還原線下教學的基礎上，融合高新技術來提升學習者的學習真實體驗感與知識掌握程度。其中，在建筑學的專業課程領域當中橋梁建筑學課程體系是其中較為重要的一門基礎課程體系，在進行該課程授課內容設計的過程中，授課教師會在基礎理論之外納入實地考察、課外實踐、繪圖作業等實踐性的任務來提升學習者的知識掌握牢固度與對知識的理解深度。BIM 技術也就是在這種需求下所產生與發展的，BIM 技術可以很好地對橋梁工程進行協同工作觀測（涵蓋橋梁工程可視化、橋梁工程3D 設計以及橋梁工程參數化等多個方面），合理地在橋梁工程的不同施工環節應用BIM 技術可以提升橋梁工程的設計效果并有效降低工程的投資成本。黨的十八大明確指出“信息化和工業化深度融合”的方針政策，力求加快當前傳統土木建筑行業與橋梁建筑行業的改革效率，各個學校也積極響應黨中央的號召將BIM 技術融合到橋梁建筑課程的授課環節當中，且隨著BIM 技術的不斷成熟與發展，BIM 技術在橋梁建筑課程設置中所占比例也逐漸增加，可見BIM 技術對于提升橋梁建筑學的線上授課效率有著不可忽視的重要作用。

1 BIM 技術應用于橋梁建筑課程改革中存在的問題

1.1 BIM 技術應用于橋梁建筑課程改革中的研究現狀分析

BIM 技術（建筑信息模型技術）最早由Chunk Eastman 教授①提出，該技術最初旨在對建筑工程進行可視化的具體參數分析來提高工程設計與實施的效率，其具體的工作原理是對建筑工程的參數情況建立可視化的信息管理模型[1]，并利用該信息模型貫通整體的設計、施工、后期維護的工程建筑過程，盡可能保障施工的效率與精細化要求。當前BIM 技術在土木建筑領域的應用已經日漸成熟，但目前國內外針對如何有效將BIM 技術與相關理念融合到對應的專業課程改革當中卻還有著廣闊的研究空間。我國的高校格外注重對于學生的科研與就業導向問題，在相關的專業課程設計上也力求追隨科研與就業的前沿需求，BIM 技術之于建筑工程領域不僅可以提升教學的授課質量，還可以塑造高質量的建筑專業人才，故合理地利用BIM 技術對建筑領域的課程體系進行改革與創新是我國建筑專業學府的必由之路。然而結合文獻分析的結果來看[2,3]，當前圍繞基于BIM 技術進行建筑相關課程改革的文獻結果較少，且在橋梁建筑領域結合BIM 技術進行課程改革的研究并無涉足，故可以看出本文是一項具有開創性的研究課題，旨在結合BIM 技術對橋梁建筑工程課程進行改革來提升在線教學的信息化程度與專業人才培養效率。

1.2 橋梁建筑課程改革中的重難點問題分析

橋梁建筑專業的基礎課程覆蓋面積較為廣泛，以《橋梁施工》[4]這一核心骨干專業課程為例，該課程全面地敘述了橋梁建筑的施工技術方案、組織管理技術以及施工后期維護的相關知識，早期該課程的授課方案是將施工圖示作為授課載體進行教學革新，再經歷利用多媒體設備載體進行網絡課程體系建設改革[5]，雖然基于多媒體設備載體的網絡課程體系當前已積累了一定的教學資源與知識儲備，然而仍然存在著一些顯著性的問題亟待進一步的深化改革。

首先是橋梁建筑工程的課程教學難度整體偏高，由于我國的橋梁建設結構復雜且施工難度系數較高，導致應用于橋梁建筑工程中的施工技術多樣、施工工序繁瑣、工作地點流動性強，這也就為普通高校的專業課程授課帶來了一定的授課負擔。這種授課負擔不僅僅體現在無法高效創建出或快速找尋到適配于教學的實際橋梁建筑場景進行實景演繹法教學，也是由于我國不同建筑類型橋梁的分布較為分散，導致學習者不能夠在短暫的實踐時間內完成考察與記錄。

其次是當前的橋梁建筑工程相關的教材都存在著一定的局限性，由于土木工程技術的不斷發展與國家針對于施工工程要求的變更，導致橋梁建筑工程理論知識也在不斷迭代與優化，不論是在橋梁工程設計還是橋梁建筑施工方面都有著明顯的優化與發展，但是在相關教材方面卻存在著明顯的理論重疊性與刻意模仿，不同的教材在理論闡述或實踐樣例方面過于雷同導致整體教材質量低下，且當前橋梁建筑工程與施工的教材過于注重專業的系統性與理論性，教材中的大部分篇幅在介紹整體的橋梁建筑與橋梁施工知識體系，但是知識體系中有相當一部分已不再沿用，這就導致教材中缺少對于創新性與實踐性的內容注入，這也就導致相關的專業課程無法與實際的就業工作或學術科研相互接軌。

2 基于BIM 技術的橋梁建筑課程改革措施分析

2.1 BIM 技術特性及其教學優勢分析

針對于橋梁建筑課程當前存在的問題，BIM技術的特性在其中較為凸顯，BIM 技術的特性可大致整理為可出圖性、協調性、優化性、可視化性以及模擬性，其中可出圖性是指BIM 技術的應用可以根據需求的剖析角度給出工程施工的細節構造圖示；協調性是指BIM 可以對當前建筑工程的各環節碰撞數據進行規劃與協調并形成協調后的參數；優化性是指應用BIM 技術可以更好地展現整體建筑工程的優化過程（包含設計、施工、維護等）；可視化性則是BIM 技術最為突出的應用特性，以三維可視的線條式構件展示工程本身；模擬性所反映的不僅僅是模擬出建筑工程的設計概況，也同樣能夠模擬出各項在真實橋梁建筑工程過程中無法模擬的行為，可以進一步提升學習者的理解深度。

結合上述的BIM 技術的應用特性，不難看出BIM 技術應用于在線橋梁建筑學教學課程中的優勢：第一是保障在線教學的教學過程與教學結果可視化，傳統的施工圖示與多媒體設備不能夠全方面地展示施工細節，這也就會導致部分學習者會對教師所傳授的知識存在誤區，而使用BIM技術不僅可以讓教學過程可視化與細致化，還能夠通過“平面轉立體”的方式來可視化地考察學習者的掌握程度；第二是提升學習者的自身專業理解與分析能力，學習者可以應用達索、revit 等BIM 標準橋梁數據庫中的模板數據進行自我考察，通過不斷糾錯與知識體系搭建來提升自身的專業分析能力與理解水平，且BIM 可以自動導出不同需求剖面的CAD 平面圖紙，以此構成學習閉環來提升知識掌握效果；第三是改善了傳統授課中實踐缺失的問題，應用BIM 技術進行橋梁建筑工程的授課可以更為全面地展現不同橋梁類型的工程設計詳情，再結合BIM 技術的模擬性優勢還可以增強學習者的客觀設計能力與實踐積累。

2.2 BIM 技術可優化的橋梁建筑課程問題分析

綜合3.1 節中BIM 技術的應用特性以及其應用于教學課程的優勢分析，再結合前文中對于當前橋梁建筑工程課程中存在的問題分析，可以得出BIM 技術應用于橋梁建筑工程課程中可優化的實際問題包括以下三個方面。

首先應用BIM 技術進行橋梁建筑工程授課可以提升當前的教學質量與教學效率。由于當前土木工程建筑的相關領域都在大力開展信息化與專業化的深度融合，所以在課程授課中合理地應用BIM 技術可以很好地提升當前授課的質量與授課效率，針對性地培養專業對口人才。其次應用BIM 技術進行橋梁建筑工程授課可以緩解當前課程體系設置中缺乏有力教學載體的問題。由于橋梁工程設計繁瑣、工序設定復雜、技術應用多樣以及工作地點流動性強，導致目前針對于橋梁建筑工程的授課過程中缺乏有效的授課載體與實踐環節，而BIM 技術的可視化性與模擬性可以很好地將橋梁建筑工程中所涉及的設計構造、信息參數以及構件三維模型進行展示與操作，以此提升學習者在授課階段的知識掌握程度與互動性，來達到增強教學效果的目的。

2.3 基于BIM 技術的橋梁建筑課程改革實施方案

從應用BIM 技術進行橋梁建筑工程課程改革的整體實施目標來看，BIM 技術的應用是將該課程體系的授課載體從平面轉向三維立體與數據信息，而本次課程改革的核心就是探索應用BIM 技術在橋梁建筑工程課程的應用方案、教學形式與具體改革措施，并且堅持以任務型驅動與效果型驅動作為反饋渠道來優化BIM 技術在課程中的應用效率，以此形成基于BIM 技術的橋梁建筑工程課程體系建設成果，對口提升專業人才的培養與課程體系的整體授課質量。

在展開課程改革措施實施前，筆者通過文獻整理法對當前BIM 技術應用的相關國內外研究文獻進行了再次梳理，動態地掌握BIM 技術的發展情況與在課程體系中的應用現狀，以此確立本次課程改革的實際方向；并結合調查分析法展開了對于行業企業、高校教師與高校學生的調研，旨在于為后續設計課程改革措施提供詳實的現實依據與數據基礎，綜合得出了我國基于BIM 技術的橋梁建筑工程課程改革實施方案：

（1）結合各個高校的專業授課情況與教師意向分析當前高校的學生定位（包含：學術科研與行業工作這兩個類別），詳細地設定當前高校的橋梁建筑工程課程體系改革總體方案。

（2）針對不同高校定位來構建當前專業的課程體系，設定與之匹配的課程學習流程及工程項目導向，并力求專家教授編撰融合BIM 技術的配套教材。

（3）基于編撰的融合BIM 技術配套教材進行橋梁建筑工程數據庫的搭建與開發，并配套相關的技術應用指南、3D 橋梁模型以及相關分析視頻等。

（4）選取同等學力下的高校開展為期一個學期的試點教學，并在試點教學的過程中繼續探索融合BIM 技術的授課方向與創新思維，力求在試點教學的過程中合理應用各類BIM 教學輔助資料，培養學習者的自主學習能力與創新思維發散能力，切實做到以項目學習任務為驅動。

（5）對各試點教學班級展開學期末的評價考核，量化當前試點學期的教學成果，分析不同試點班級的學習能力、建模能力與知識體系構建完善度情況，總體評估與驗收試點學習的教育成果。

（6）結合試點教學班級的評價考核結果與授課過程中的BIM 技術應用情況與效率，對先前制定的橋梁建筑工程課程體系改革總體方案進行反饋優化。

結合上述的改革實施方案可以總結出基于BIM 技術的橋梁建筑課程改革的創新點與推廣價值主要集中于：（1）高效地將BIM 技術與橋梁建筑工程課程進行有機融合，展開了對于BIM 技術的課程應用探索，為數據化與信息化的在線教學提供了具有參考價值的高質量授課思路；（2）開創三維立體的橋梁建筑工程課程體系建設格局，BIM 技術將平面化的施工圖紙轉向三維立體的信息化設計架構，提升了授課互動當中的空間抽象思維能力的注入，將繁瑣復雜的設計構件、施工工序以及參數設定問題進行抽象與改觀，優化了現有教學的刻板印象；（3）打造圍繞BIM技術的橋梁建筑工程課程體系，課程體系中將會搭建配套于BIM技術的教學輔助資源、視頻資源、橋梁建筑數據庫以及對應的考核評價方案，對整體的課程體系進行信息化與可視化的改善。

結語

橋梁建筑工程是我國土木建筑教學課程體系中的重要一環，開展基于BIM 技術的橋梁建筑工程課程改革可以促進授課資源前沿化、授課過程可視化、授課資源可視化，從而優化學習者的知識掌握程度與授課教師的量化驗收，對于培養我國對口專業人才與開拓“信息化及專業化高度融合”的建設格局有著重要的研究意義與推廣價值。

注釋：

①這是《BIM Handbook》英文原著的作者，美國喬治理工大學Chunk Eastman教授，該作者及其同事也同樣撰寫了關于美國建筑行業制定BIM相關交換標準進展情況的報告。