BIM技術下的“工程制圖”課程教學改革與實踐

■李俊

（齊齊哈爾工程學院，黑龍江 齊齊哈爾 161005）

一、“工程制圖”課程教學改革背景

“工程制圖”課程是一門實踐性較強的學科基礎課，其教學內容主要包括畫法幾何和建筑、結構施工圖兩部分內容。部分高校相關專業，將《AutoCAD》課程與“工程制圖”課程相結合，則增加計算機繪圖部分。雖然“工程制圖”課程具有悠久的歷史和成就，但隨著時代的發展與進步，建筑產業的轉型與革新，傳統的“工程制圖”課程已經不能適應現代建筑行業相關崗位的工作需要，也反應出教學中不可規避的問題。

（一）學生的“空間思維、創新意識”難以激發

在“工程制圖”課程的教學內容中，“畫法幾何”部分是培養學生空間思維的主要環節，根據教學大綱的內容，按照“點→線→面→基本體→組合體→建筑物”的圖形思路進行講解，需要在平面繪圖中培養學生的空間立體感，幫助學生建立空間思維。而目前的授課對象，從小接解電子產品，包括空間立體感極強的3D 電影、游戲等資源，如今面臨通過平面圖形去構想立體效果，缺少空間想象的載體，多數學生會覺得“想象力”受限，授課教師即使通過制作的模型、PPT 演示來幫助學生理解，但依舊缺乏感染力，對于立體感、想象力不夠豐富的學生來說，教學難度依舊很大。

（二）傳統“工程制圖”課程的教學模式難以與先進的制圖發展趨勢相契合

傳統“工程制圖”課程的教學模式多采用講授式、案例式等教學方法，部分高校根據專業人才培養方案單獨設置了繪圖實訓環節進行集中手工繪圖，但在實際工作中，手繪施工圖已早已被淘汰，先進的制圖軟件具有更全面、更高效的繪圖功能，學生辛苦幾天完成的繪圖作品，在實際工作中沒有實際價值，也使得授課教師質疑自己的教學方向是正確。同時，傳統的教學方法，在一定程度上阻礙了學生發揮想象力、激發創造力，課堂的學習氛圍不濃厚，使學生對“工程制圖”課程失去學習興趣，逐漸產生了厭學的心理。“工程制圖”課程本身較為抽象，也具有學習難度，需要學生能夠靜下心來認真去推敲、琢磨和研究。所以，使學生掌握與時俱進繪圖技能，首先要改變教師的傳統授課模式，創新教學思路，更新教學資源，改變教學方法，設計出適合學生嶄新的“工程制圖”課程，是迫在眉睫的首要任務。

（三）適應行業發展，實踐技能難以提升。

隨著時代進步，建筑業的“CAD”時代也早已成為過去時，BIM 技術的飛速發展，使施工圖迅速從“二維”變成“三維”，更形象、更高效地參與到建筑工程的各環節當中。“工程制圖”課程作為建筑類專業的學科基礎課，學生掌握本門課程的理論知識、實踐技能，關系到學生能否適應今后在實習、工作中制圖或相關崗位的需求。課程中“繪制施工圖”部分是培養學生對施工圖繪圖、識圖能力培養的關鍵環節。學生需要手繪施工圖，在繪圖的過程中，了解繪圖規范和建筑基本構造，但實際上需要耗費學生大量的時間，而手繪圖紙早已被先進的繪圖軟件取代，不利于學生今后的專業技術發展。所以，如何使教學內容跳出教材，充分結合現代科學技術，直接對應建筑工程實踐，充分實現“理實一體”，成為了一個有難度的探索性問題。

以上問題對于“工程制圖”課程教學都是面臨的極為迫切的問題，這也迫使“工程制圖”課程的教學改革勢在必行。

二、“工程制圖”課程教學改革思路

針對“工程制圖”課程面臨的以上迫切問題，需要對課程的教學資源、教學形式和方法、課賽融合等方面做出優化和創新，以適應行業發展和學科進步。以下內容為“工程制圖”課程的教學改革的新思路：（1）跳出“教材”的束縛，基于BIM技術，重新整合教學內容和資源；（2）創新教學模式、教學方法，通過BIM技術優化教師的教學方法，豐富學生的學習形式和成果；（3）適應行業發展趨勢，結合BIM技術融入教學，通過課賽融合的形式，提高學生實踐技能。

三、BIM技術融入“工程制圖”課程實踐案例

（一）BIM技術融入“制圖”資源

首先，以“工程制圖”課程的教學目標為基礎，重新梳理本課程的教學框架?？蓪⒃械慕虒W內容按照項目重新梳理，分為建筑基本圖形繪制與識讀、建筑形體繪制與識讀、住宅樓施工圖繪制與識讀三個項目，適當調整、刪減教學大綱中未涉及的教學內容，使課程在有限的學時中可以最大限度調整、優化教學內容，從“低階”到“高階”逐層深入設計教學活動。

在教學過程中，根據三個項目的教學內容，不同程度地使用BIM技術：在“項目1：建筑基本圖形繪制與識讀”中，應用AutoCAD、BIM 技術建立幾何結構模型，能夠使學生理解相關概念，更有益于理解空間形體、識讀基本體、組合體，通過教學活動學生制作立體模型，幫助學生理解三視圖的原理，能夠正確分析基本體、組合體的遮擋關系和重影關系。在“項目2：建筑形體繪制與識讀”中，可以在項目1 的基礎上，繼續優化已完成的模型，并通過形體的組合來提高難度，學生團隊需要錄制制作過程，通過軟件來展示對相交、相貫后的模型的三維效果，同時也可以結合模型分析自己制作過程中出現的問題。在“項目3：住宅樓施工圖繪制與識讀”中，隨著施工圖紙深度、難度的提高，可以更多地通過建筑天正、AutoCAD、BIM技術方式進行教學講解和課堂活動，如學生在教材或打印的圖紙中只能看到一種或者幾種最常見的門窗類型、樓梯構造，也僅能了解這些門窗和樓梯的構造，而對于現在各大寫字樓、商場等最新的結構設計都沒有機會認識；而Revit（BIM）軟件中門窗、樓梯的族有成百上千個，學生能夠形象地查看各種類型的建筑構件，開闊學生的眼界。如在學習建筑立面圖的內容時，學生首先通過Revit（BIM）軟件在完成每一樓層的建筑平面圖構建后，由軟件的自動生成功能生成立面，再與實際的建筑立面圖進行對比分析，檢查建模過程中是否存在誤差或錯誤，使學生在認識建筑立面圖表達內容的同時，培養學生嚴謹認真的工作態度，為學生初步建立二維建筑施工圖與三維建筑模型聯系的空間立體感[1]。又如在學習建筑剖面圖的內容時，教學過程不再依靠教材提供的幾張建筑剖面圖，應用Revit（BIM）軟件對課本中給出的圖紙模型進行建立，通過軟件自帶的三維立體效果及使用剖面框任意位置進行建筑物的剖切處理[2]。在授課過程中，學生可以模擬老師運用Revit（BIM）軟件對模型進行剖切操作，通過剖面圖生成過程及原理，了解建筑內部的構件組成和連接關系，全方位直觀地了解建筑設計方案，使學生具有代入感，加深對建筑施工圖的認知。通過以上方法，可以幫助學生更好地理解教學內容，熟悉建筑構造，培養學生對空間形體認知和想象力，激發學生的創新思維。此外，教師的每節課預習任務、教學課件中，也大量融入了BIM技術模型演示的視頻或軟件操作過程，充分展現BIM技術在“工程制圖”課程教學中的最大優勢，利用BIM在可視化、參數化、信息化等方面的特點，有效促進教學內容的展現形式，學生讀取BIM 模型的信息，能夠更全面地認識建筑結構與施工圖，有益于為學生建立空間形體模型和空間位置關系，打破二維圖紙識讀的抽象性和空間想象能力的局限性，使學生了解BIM的前沿技術，為工程意識的培養奠定了形體認知基礎，同時也為今后BIM相關課程的教學和專業相關課程圖紙的識讀做好鋪墊。

（二）BIM技術豐富學習形式和成果

以往的“工程制圖”課程多采用講授式、案例式等教學方法。這樣的課堂形式主要以“教師為主體”，教學全程都是教師一人在說，而忽略了學生的作用，也達不到理想的教學效果。而本門“工程制圖”課程在基于BIM技術的同時，也堅持“以學生為中心”的教育理念，并將該理念與BIM技術有機融合到一起，起到了互相促進的作用。“工程制圖”課程采用分組教學形式，學生需要建立學生團隊，完成各項預習任務、課堂活動以及課后作業。教師在課前通過“學習通” APP 布置本次課建筑形體繪制與識讀或施工圖的教學視頻（視頻內容多為通過BIM技術完成的模型），學生團隊通過討論和分工合作，使用BIM相關軟件完成模型制作或圖紙繪制任務，并將作品上傳至學習通；在課中，教師通過隨機抽查檢驗團隊，通過課堂團隊競技的形式完成檢驗，充分調動學生積極性，并對學生的繪圖作品進行點評，給予修改意見，并由此發現問題，引入新知識點的講解和學習；在課后，教師分別布置學生個人作業和團隊作業，學生通過BIM虛擬仿真實訓室使用建筑天正、BIM等相關軟件進行簡單易操作的建模工作，來加深學生對空間形體的認識和了解，最終的作業成果也是通過“學習通” APP 進行上傳，并根據學生完成的效果情況，制定下一節課的預習任務，在此過程中，也充分展現PDCA 的循環模式。以建筑施工圖學習的內容為例，傳統的教學方法是以一棟住宅樓為例，教師通過PPT 或教材依次介紹建筑總平圖、建筑平面圖、建筑立面圖和建筑剖面圖，所有的圖紙都是二維的，而學生的理解，要憑借圖紙進行想象，很多學生認為過于抽象。而在結合BIM 技術進行教學的思路則是，通過Revit（BIM）軟件錄制視頻，學生通過自學依次認識柱、墻、門窗等構配件，并分別介紹其在施工圖中不同角度的展現形式，以及具體的繪圖要求，再通過課堂上的活動、教師的講解，進一步了解整個建筑結構。教師布置的任務難度隨著教學內容的進行而逐漸深入，包括團隊制作基本體模型、團隊合作設計組合體、團隊制作住宅建筑模型、團隊分工繪制施工圖。在每個項目中，分別設置了階段性成果，來檢驗團隊整體對知識的理解、創新思維的培養以及團隊配合默契，充分考查學生的建筑制圖與識圖能力。

（三）BIM技術融入競賽

在國內各高校中多數專業開設的BIM課程往往在大三、大四，部分課程還是以選修課的形式出現，很多學生即使學習完課程，也沒有時間、精力參加比賽。而“工程制圖”課程通過融入BIM技術，使學生在大一就能夠接觸BIM技術，學生在了解圖紙表達信息的基礎上，完成簡單的建模工作，并結合建筑天正、BIM等相關軟件可以拓展認識建筑構配件的表達，通過操作BIM建模軟件，培養學生能將建筑工程設計和建造中產生的各種模型和相關信息，制作成可用于工程設計、施工和后續應用所需的二維工程圖樣、三維幾何模型和其它相關的圖形、模型和文檔的能力。全國大學生先進成圖技術與產品信息建模創新大賽是適應“圖學”類課程的技術發展需要，加強基礎學科學生培養，著力造就創新人才，持續展示各高校創新成圖載體的教學成果的一項重要競賽。在教學過程中，教師在進行圖形講解時，將往屆的先進成圖技術與產品信息建模創新大賽試題作為素材，使學生開拓思維，激發靈感。部分學生甚至能夠熟練操作軟件，完成簡單建筑模型的創建，再經過系統的競賽培訓，能夠作為參賽選手獨立參賽。全國高校BIM畢業設計創新大賽，是國家為深入實施創新驅動發展戰略，引領新時代高校人才培養范式深刻變革，推動形成新的人才培養觀和新的質量觀而舉辦的創新型競賽，共設置9 個模塊內容，屬于國家級A 類賽事，是教育部官方認可的、建筑類專業比賽BIM方向唯一入選賽事。學生通過“工程制圖”課程的學習，為多數模塊的參賽都奠定了基礎，結合其他專業課程的學習和融入，能夠檢驗學生的創新設計能力。此外，如全國高等院校學生BIM-CIM 創新大賽、“龍圖杯”全國BIM（建筑信息模型）大賽、創新杯建筑信息模型（BIM）應用大賽都是中國建筑業協會和中國施工企業管理協會等國家級協會組織的正規BIM競賽，通過參加此類競賽，可有效地檢驗新式“工程制圖”課程的教學效果，可有效倡導創新教育，培養學生創新能力，提高學生的專業技能，探索研究制圖技術的發展方向，展現現代大學生先進的制圖技能水平。通過參加競賽，為學生搭建了BIM 技術切磋的平臺，拓寬了思路和視野，同時積累了不同類型工程三維設計的實戰經驗、豐富了各專業的模型庫，為今后的專業課程學習奠定基礎。

四、“工程制圖”課程改革效果

（一）教學改革效果

通過“工程制圖”課程的教學改革，學生的學習狀態有較大改善，學生團隊在課堂中的表現也越發活躍，從最初的被動完成任務，逐漸發展到主動匯報團隊的設計方案和創新成果，師生互動也越發頻繁。在此過程中，學生的語言表述能力、邏輯思維能力、空間立體感、創新意識等多方面都得到了顯著提高。

“工程制圖”課程自2018 年進行基于BIM的課程教學改革探索，隨著教學經驗的積累，每年授課教師也在不斷優化和調整教學思路。每年的課程教學達標率都在穩步提升（此處的課程達標率包含：學生的平時成績、實踐考核、模型制作、期末成績四項之和）。

（二）學生實踐成效

學生在課堂教學效果提升的同時，個人實踐技能也有顯著提高，并通過參加各類競賽檢驗自己的成果。2021 年，依托BIM相關軟件，師生共同研發實用新型專利2 項。2021 年學生參加黑龍江省第十四屆先進成圖技術與產品信息建模創新大賽二等獎1 人、三等獎1 人；2022 學生參第年十五屆大學生先進成圖技術與產品信息建模創新大賽二等獎2 人，三等獎6 人。2022 年學生參加第八屆全國高校BIM 畢業設計創新大賽三等獎3組，優秀獎6 組。2020-2022 年期間，學生參加全國第23屆-27 屆CaTICS 網絡賽（2D）榮獲二等獎3 組，榮獲三等獎13 組；個人賽一等獎8 人，二等獎12 人，三等獎10 人。

（三）教師教學成效

主講教師通過在教學中融入BIM相關軟件，在教學資源、教學形式和方法、課賽融合等方面取得一些成績，參加了較多的課程競賽和課程推廣活動，取得成果顯著：2022 年5 月榮獲第二屆黑龍江省高校教師教學創新大賽三等獎；2022 年8 月榮獲第六屆黑龍江省高校青年教師教學競賽二等獎；2022 年8 月榮獲第九屆黑龍江省高校青年教師多媒體課件制作大賽一等獎；2021 年8 月榮獲第八屆黑龍江省高校青年教師多媒體課件制作大賽三等獎，以及較多的校內獲獎和個人榮譽。

五、結束語

通過以上BIM技術以多種方式融入“工程制圖”課程的教學中，能夠展現出“工程制圖”課程不再是陳舊的“老”課程，而是隨著時代發展，順應建筑行業發展趨勢，適應建筑類專業人才培養需求，發揮BIM技術的優勢，能夠最大限度地發揮它的優勢和前瞻性，拓寬了課程的廣度，提升了課程的深度，更有效地激發、培養學生的“圖學”思維，培養具有創新精神、實踐能力的高素質應用型人才，同時本課程的教學思路也為相關“圖學類”課程提供了參考和借鑒。