工程教育背景下BIM技術在“工程制圖與CAD”課程中的應用與研究

■凌茹

（安徽水利水電職業技術學院建筑工程學院，安徽 合肥 231603）

我國工程教育認證的基本理念主要是以學生為主，圍繞培養全體學生達到畢業的要求進行教學資源分配，將學生對工作的滿意度和用人企業對學生的專業能力的認可度作為評價的重要參考依據。其次是專業課程設計與學生學完課程后的成效為導向，根據用人單位及老師對畢業生專業能力的評價，綜合整理后完成專業基礎課程教育成效的評估，并通過學生和企業的反饋持續改進課程設計，使職業教育更有針對性，適用性，質量更高，同時也使學生、學校以及用人企業三方均達到既定目標。因此，如何改革和創新工程教育認證理念下的傳統教學過程是當前高等工程教育面臨的巨大挑戰[1]。因此，無論是專業課程的教學方法還是評價標準，都必須保持與課程相對應的能力目標，然而傳統的教學方法在某些方面無法支持新的教學目標，本文以“工程制圖與CAD”課程為例，采用BIM技術與實踐案例相結合的創新方法進行課程設計與教學。

一、“工程制圖與CAD”課程教學現狀

從學情角度分析，高職學生不同于本科學生，他們對理論知識的學習缺乏興趣，喜歡具有形象化、生動、實用等特點的事物，愛動手操作，尤其是利用電腦操作。山西職業技術學院樊旭宏老師對高職土建專業三個年級的642 名學生做過調查，其中63.4%的學生認為“建筑工程制圖”課程設計單調、枯燥，不易懂，無法寓教于樂和激發學生無限興趣，感興趣的學生不超過15.3%，教材選用和實訓教學未能有效融合是造成這種情況的主要原因[2]。

基于企業對土建類專業人才的需求制定專業人才培養方案，學院在大一第一學期開設此課程，雖然已開設多年，教學效果總體表現良好，但在教學過程中仍存在一些問題，主要表現為學生讀不懂圖紙、操作時眼高手低、團隊意識不強、空間想象能力困難等。學生自學技能不高，多數為被動式聽課，學習積極性良莠不齊，造成學生學習效果不盡如人意。

根據“工程制圖與CAD”課程的主要任務是培養閱讀和繪制專業圖，其中核心技能之一是準確讀懂施工圖紙，并把對客觀事物的認知和自身的想象力轉化為實物。運用任務驅動和混合式教學方法，借助信息化手段，融入BIM 模型、結合實戰演練等環節，使課程理論與實踐更好結合，課程通俗易懂，寓教于樂，激發學生無限興趣，使學生從被動式的學習變為主動式的學習，使學生很好地吸收課堂所學內容，并能夠逐步解決在實際項目中遇到的難題。

二、BIM技術與“工程制圖與CAD”課程結合特點

建筑信息模型(BuildingInformationModeling，簡稱BIM)技術，是一種基于計算機數據化技術構建虛擬的建筑工程信息模型，BIM技術不僅可以創建3D 模型，還可以提供全面動態的信息庫，此外，BIM軟件建立的模型將建筑的整體和局部形狀以三維立體的形式展現出來，可以對模型進行優化處理，同時可以出局部的構件二維平面圖[3]。BIM創建的3D 模型在課堂教學中展示，可以讓學生看到建筑的空間組合方式，幫助學生直觀地理解和掌握學習內容，特別是學生在學習相貫體的內容時，很多形體的相貫使學生很難想象具體的形狀，從而使學生產生畏難情緒，失去學習的動力，如果直觀地展示模型，會使學生學習難度大大降低，教學效率提高，同時也會調動學生的學習熱情，激發學生的主動性。

將建筑施工平面圖通過BIM軟件生成三維模型，可以直觀清晰地反映出建筑施工平面圖的空間布局，傳統的“工程制圖與CAD”課程在教學過程中，通常是用PPT或者是模型來展示立體圖，使用傳統方式展示空間立體圖雖然可以達到授課效果，但是此方法有一定局限性，比如，面對不同的建筑圖紙，我們并沒有那么多的實體模型，只能通過有限的模型來學習，并不能達到舉一反三的效果，為此通過BIM 技術輔助相關專業課程的教學，可以達到事半功倍的效果，靜態的平面圖與動態的三維模型相結合，能在充分發揮學生主觀能動性和潛能的同時，創造新穎愉悅的學習氛圍，激發學生的學習興趣，空間思維能力得以培養，比如，建筑工程施工技術課程，各工序在施工過程中的緊前和緊后時間上的邏輯關系排列是否合理，直接關系到整個施工工期，施工過程很難用實體模型來展示，因此，傳統授課方式會遇到瓶頸，通過三維模型可以充分反映設計對象的優化工作過程，大大提高建筑設計的成功率，建筑結構配件之間的位置關系是否合理可以通過旋轉模型或者任意位置剖切來觀察，有效提高復雜建筑產品的設計成功率。BIM技術可以解決復雜的繪圖和空間想象問題，實現建筑物的虛擬設計、動態設計和優化設計，因此，BIM技術在培養學生運用三維建模技術進行創意設計和表達能力的同時，可以解決“工程制圖與CAD”課程中復雜的空間思維和幾何抽象問題,為高職院?！肮こ讨茍D與CAD”課程教學改革提供了新的方法和途徑。

三、基于BIM技術的“工程制圖與CAD”教學設計

2019 年大連大學建筑工程學院的楊永偉、周家康等人在對土木工程及相關專業的學生進行調研，其中學生主要是近兩年學過“工程制圖與CAD”和“房屋建筑學”課程，在受訪的531 人中對三維空間的認知維度，建筑環境與能源應用專業占56.41%，土木工程專業占68.75%，建筑管理專業占67.16%的學生希望通過BIM模型直觀感受建筑三維空間，彌補空間的不足[4]，“工程制圖與CAD”課程作為土木工程相關專業的基礎課，起著承上啟下的作用，如果學生空間想象力不足，就不能準確讀懂建筑施工圖，會導致很多理論知識處于模棱兩可狀態，只能知其然不能知其所以然?？梢?，將BIM技術應用在“工程制圖與CAD”教學設計中是迫切需要的。

結合土建類專業的教學特點和多年的教學經驗，設計了基于BIM技術與實踐相結合的“工程制圖與CAD”課程教學設計方案，如圖1 所示。

圖1 基于BIM技術與實踐相結合的“工程制圖與CAD”課程教學設計

（一）整合知識點，優化授課內容

“工程制圖與CAD”課程根據人們的認知規律，按照由淺入深循序漸進的教學內容可以分為工程制圖和CAD 兩部分，其中工程制圖部分是由手工繪圖為主，CAD 為計算機繪圖；而工程制圖部分又可以分為畫法幾何和制圖識圖，在這里可以將畫法幾何部分的內容結合后續課程和人才培養方案來進行整合，比如，告訴學繪圖工具的使用及簡單幾何的畫圖步驟即可；制圖識圖部分的內容主要讓學生掌握制圖中的標準和規范以及基本體的正投影基礎和投影特性；CAD 軟件繪圖部分主要要求學生繪制專業施工圖；教師需要根據教學計劃提前安排教學內容，合理安排教學時間，以“工程制圖與CAD”這門課為例，將教學內容以任務驅動的方式分成5 個知識單元和1 個練習單元，具體內容及對應要求指標見附表1。

附表1 課程教學內容與學時分配

相貫線和組合體內容需要學生根據已有的知識想象出空間圖形，再通過投影規律畫出其三視圖，其中難點是需要準確想象出其空間組合位置，并通過位置關系判斷可見性，借助BIM建模軟件建立教學模型圖可以提高讀圖和繪圖效率。

對于建筑施工圖內容則是通過Revit 軟件建立三維模型，Revit 建立的模型不僅可以對建筑圖形進行放大、切割、旋轉等處理，還可以創建動畫效果，其中，建筑剖面圖對于初學者來說比較難理解，因為，建筑剖面圖是利用假象的剖切平面或者曲面去切建筑物，切的過程中會切到一些構件，而在投影的時候不僅要畫出剖切到的構件還要畫出看見的部分，此時的Revit 軟件正好可以彌補學生在這方面的空白，同時軟件自帶多窗口顯示，圖紙之間保持著智能的關聯性。

（二）引入案例，進行分組教學

作為專業基礎課的“工程制圖與CAD”課程，考慮到后續課程的教學，在完成工程制圖模塊的內容后，即進入CAD繪圖，工程制圖主要是介紹單個幾何體，CAD繪圖則是介紹建筑施工圖，由于整個課程體系是為本專業服務的，所以在本課程中必須引入專業圖紙，而識讀和繪制專業圖紙才是學習“工程制圖與CAD”課程的最終目的。

從簡單幾何體到復雜多變的建筑施工圖，是質的飛越，也是考察學生綜合素質的體現[5]。為了幫助學生能夠更好理解，結合BIM 技術引入實際案例工程，從學生日常生活中經?？梢姷慕ㄖ锶胧郑虒W案例選擇宿舍樓、教學樓或者圖書館等，學生對于身邊的建筑物比較熟悉，其建筑平面圖容易在腦海中形成三維立體圖，再以BIM技術作為輔助，通過Revit 軟件建立模型展示給學生，通過對比腦海中的三維圖與模型圖，可以找到其中的差距，便于后面的圖紙在讀的過程中防止發生同樣的錯誤，反復練習可以提高學生讀圖的準確性及速度。

采用常見的建筑類型教學樓案例項目與學生日常生活、學習環境密切相關，方便學生觀察、知悉其現實中的空間位置關系，通過結合BIM 技術，可以幫助我們在建筑還沒有實施之前就可以建好模型，達到事前預控制，也能幫助學生掌握如何將平面圖形成三維立體圖。

四、基于BIM 技術與實踐相結合的“工程制圖與CAD”課程的教學評價

針對21 年級和22 年級建筑工程專業四個班學生總共200 人進行一次問卷調查，結果如圖2、圖3 所示，受訪學生中85.6%的受訪者認為BIM技術在“工程制圖與CAD”課程教學中的應用對于學習有幫助，10%的受訪者表示都可以，還有4.4%表示放棄。其中，42%的學生認為BIM技術對學習工程制圖最大的幫助是能直接生成三維模型，并且可以任意旋轉和剖切，降低讀圖難度；有45%的學生認為將BIM技術融入專業課，有助于今后就業，其他學生認為結合了BIM的教學過程更能激發學習興趣。

圖2 BIM技術對課程學習的幫助調查

圖3 學生對BIM關注度調查

通過兩個年級的調查結果顯示，學生對BIM技術的應用具有較高的認可度，也能反映出學生在課程教學中的興趣，學生普遍反映通過二維平面圖與三維立體模型對照講解使空間想象變成有趣的體驗，從而將學生的被動式接受知識轉化為主動學習。

五、結語

信息化教學方式已經普遍應用于當前課程教學中，在傳統教學中多數以PPT、實體模型或者掛圖等方式展示，但是得到的教學效果卻不盡人意，為此通過結合BIM技術，將靜態的學習方式轉變成動態直觀的學習，可以獲得學生的青睞。