基于BIM技術的線上線下混合式教學模式創(chuàng)新實踐

摘"要：混凝土結構基本原理是我國高等教育土木工程專業(yè)的核心專業(yè)基礎課程，對學生掌握國家標準規(guī)范和結構設計方法理論，培養(yǎng)土木工程勘察、設計和研究的綜合能力具有重要地位和作用。教育信息時代背景下對土木工程專業(yè)科技人才的實踐和創(chuàng)新能力有更高的要求。針對傳統(tǒng)教學模式的不足，教學團隊根據持續(xù)迭代的教學實踐，從教學目標、教學內容和教學模式開展分析，開展基于BIM技術的線上線下混合式教學，并以“T形梁正截面受彎承載力設計”為例，構建O-PIRTAS線上線下混合式教學模式，并提出相應的具體實施策略。

關鍵詞：BIM技術；線上線下混合；混凝土結構基本原理；創(chuàng)新實踐；教學模式

中圖分類號：G642"""文獻標志碼：A"""""文章編號：2096-000X（2024）36-0076-05

Abstract：TheBasicPrincipleofConcreteStructuresisacorefoundationalcourseinthecivilengineeringprogramofhighereducationinourcountry.Itplaysanimportantroleinhelpingstudentsgraspnationalstandardsandregulations，aswellastheoriesofstructuraldesignmethods，whilecultivatingcomprehensiveabilitiesincivilengineeringsurveying，design，andresearch.Inthecontextoftheeducationalinformationera，therearehigherdemandsforthepracticalandinnovativecapabilitiesofscientificandtechnologicaltalentsinthecivilengineeringfield.Addressingtheshortcomingsoftraditionalteachingmodels，theteachingteamhasanalyzedteachingobjectives，content，andmodelsbasedoncontinuousiterativeteachingpractices.TheyhavedevelopedablendedteachingapproachthatintegratesonlineandofflinelearningbasedonBIMtechnology.Takingtheexampleof\"DesignofBendingCapacityofNormalSectionofT-shapedBeam\"，theO-PIRTASblendedteachingmodelhasbeenconstructed，alongwithcorrespondingspecificimplementationstrategies.

Keywords：BIMtechnology;blendedlearning;BasicPrinciplesofConcreteStructures;innovativepractice;teachingmodel

在全球信息化和技術日新月異的今天，高校教育數字化已成為教育改革的核心驅動力。數字化技術賦予教育新的形式提升了教學靈活性。同時，個性化學習和定制化教學在數字化教育中得到重視，有效調動學生積極性并滿足個體差異[1]。教育部部長懷進鵬指出中國教育“從聯結為先、內容為本、合作為要的‘3C’走向集成化、智能化、國際化的‘3I’”[2-3]。另一方面，《住房和城鄉(xiāng)建設部等部門關于推動智能建造與建筑工業(yè)化協同發(fā)展的指導意見》中提到，深化應用建筑信息模型（BIM）技術，提升建筑設計、施工、運營和維護協同水平，加強建筑全生命周期管理；大力發(fā)展數字設計、智能生產和智能施工[4]。教育數字化作為“數字中國戰(zhàn)略”的一部分，在推進貫徹落實科教興國戰(zhàn)略、人才強國戰(zhàn)略、創(chuàng)新驅動發(fā)展戰(zhàn)略中發(fā)揮著重要的作用[5]。如何將數字信息技術更好地應用于教學，有效地提升人才培養(yǎng)質量是混合式教學的重要研究方向。

當下，國內眾多高校教育工作者從不同角度開展混合式教學的研究與探索。劉淵等[6]圍繞線上自主學習、線下課堂精講及課后拓展，構建基于OTASE模式的線上線下混合式教學，并提出相應的教學實施策略。陳汝芹等[7]采用“探究式-小班化”互動式教學方法，向學生推送最新的研究報道（如相關學生期刊、數據庫和公眾號），開闊學生視野，進一步加強師生互動，體現共同學習理念。苗峰等[8]基于超星、雨課堂等教學平臺，自制和遴選網絡、電子與紙質等形式和課件、視頻等優(yōu)質教學資源，不斷迭代更新，為開展線上線下混合式教學提供資源支撐。孫惠香等[9]在課程資源全面建設的基礎上，實行線上線下混合式教學模式改革，以激發(fā)學生的主動性和創(chuàng)造性。建筑信息模型（BuildingInformationModeling）具有可視化等優(yōu)點，在工程領域廣泛使用，可理解為建筑領域中CAD的升級變革。BIM技術課程教學中能夠把二維平法施工圖中鋼筋信息以三維模型直觀展示，化解學生缺少工程經驗，缺乏構造認識的學習痛點，輔助師生在課堂上開展有效討論和互動，以實現結構設計信息的有效表達[10]。湯永凈等[11]將預制裝配式混凝土結構和BIM等新技術與傳統(tǒng)知識點融合，有效激發(fā)“00后”的學習熱情。然而，相關研究主要從教學理論角度入手，較少用實際案例進行全面介紹。鑒于此，本研究以具體課程為實例，選用應用型本科專業(yè)的混凝土結構基本原理課程，探究基于BIM技術的線上線下混合式教學模式在火箭軍工程大學土木工程專業(yè)中的應用情況，以期為相關同類高校的教學改革提供一定參考。

一"課程概括

混凝土結構基本原理課程以土木工程制圖、土木工程材料和結構力學為基礎，結合混凝土結構設計相關規(guī)范和標準，培養(yǎng)學生土木工程勘察、設計和研究的綜合能力。該課程在教學過程中不僅要使學生正確理解設計規(guī)范和標準的內涵、理解結構設計的一般原則、基于概率理論的極限狀態(tài)設計方法，掌握基本構件的計算方法和構造規(guī)定，培養(yǎng)學生能夠基于基本構件的受力特點開展性能分析，具備材料選擇、截面確定、配筋設計等實踐能力，而且需要培養(yǎng)學生工程思維，強化工程意識，幫助學生樹立正確的工程倫理觀。本課程為后續(xù)地下結構等專業(yè)背景課程的學習起到奠基作用，也為土木工程施工等首次任職課程的學習起到搭橋修路的作用。

混凝土結構基本原理具有“五多”（知識點多、符號多、系數多、公式多和構造要求多）的特點。課程實踐成本高、設備復雜、危險系數高，受教學周期與土木工程建設周期不一致的影響，組織開展實踐訓練比較困難。同時工程結構設計復雜，涉及大量公式且設計方案沒有唯一解，要求學生具備工程思維，這與科學思維存在較大差異，學生難以接受。

基于上述分析，依托互聯網平臺，構建線上線下混合式教學模式，實現“以學生為中心”分層分類教學，成為課程教學改革的必然選擇。

二"O-PIRTAS線上線下混合式教學模式的構建

（一）"教學目標設定

根據布魯姆教育目標分類，依據大學學校辦學思想、辦學定位及土木工程專業(yè)最新版的人才培養(yǎng)方案，結合本課程在人才培養(yǎng)中的地位作用，設定教學目標如圖1所示。知識、能力、素質三層目標緊密相扣，層層遞進，最終實現以學員為中心，以土木工程設計能力產出為核心，在課程思政引領下，將夯實理論基礎，突出工程應用的教學理念貫穿于教學全過程，為學生從事土木工程建設儲備必要的知識、方法和技能，踐行知識育人、立德樹人、為站育人的三位一體終極育人理念。

（二）"教學內容重構

根據課程教學內容，遵循學生認知規(guī)律，以學科為導向，遵循“材料—構件—結構”的邏輯主線、“性能—分析—設計”的教學過程，按照基礎理論、設計應用和綜合實踐三大模塊，重構課程內容，構建模塊單元化學習體系，課程內容與特色如圖2所示。

（三）"教學資源建設

開展線上線下混合式教學的前提是具備充足豐富的線上線下教學資源，依托教學團隊同步在建的《混凝土結構基本原理》新形態(tài)教材，自建短視頻30個、微課1個、音頻5個、課件30個、三維模型30個、教學動畫100s、圖片160張和表格50個，通過微信群、雨課堂等線上平臺，實現教學資源共享，包括優(yōu)選引進微課視頻39個、配套課件45個、二維碼（40個）、教學微信公眾號5個和線上作業(yè)25次（128道），設置10個討論主題，13次線上考試。線下資源包括自建試題庫（1250道）、教學內容魚骨圖（1張），自建思政案例庫（50個），教學知識點總結（9章），建筑材料與工程結構實驗室，土木工程BIM協同創(chuàng)新平臺，土木工程施工仿真訓練實驗室，具體見表1。

（四）"教學活動設計

根據重構后的教學內容，依托已建成的教學資源，在具體的教學實施中，選取典型內容，開展基于BIM技術的線上線下混合式教學，具體教學實施方案見表2。

其中，以第3單元中“T形梁正截面受彎承載力設計”為例，依據布魯姆的學習金字塔理論，確定本次課的總體教學設計如圖3所示。

本次課基于O-PIRTAS混合教學模式開展教學，即確定目標（Objective）、課前準備（Preparation）、知識學習（Instructionalvideo）、知識回顧（Review）、深化理解（Test）、課堂活動（Activity）和總結拓展（Summary），具體教學實施安排見表3，從學員認知規(guī)律出發(fā)，確定低階教學目標和高階教學目標，低階教學目標為“歸納T形梁的特征”，高階教學目標為“掌握T形梁的計算方法及設計”。

課前準備方面，引導學生查找我國不同結構類型的橋梁工程，依托陜西省第六屆大學生結構設計競賽賽題制作橋梁模型，以此激發(fā)學習動機，發(fā)展先前知識；視頻知識學習方面，針對低階教學目標，對應傳統(tǒng)課堂的課內教學，引導學生學習“T形梁的由來和優(yōu)點”，此外推送加拿大橋梁倒塌事故視頻，啟發(fā)學生對基于承載能力極限狀態(tài)設計的思考，也是重構教學內容中第3單元“基于概率理論的極限狀態(tài)設計方法”的呼應；針對低階教學目標對應的知識點，開展簡要回顧；課堂在線測試中，設置選擇題，深化學生對基礎知識的理解，對答錯的問題進行檢視和糾錯；在課堂活動中，圍繞高階教學目標開展組織實施，依次設置三個教學活動：組織學生現場開展橋梁模型加載試驗，增強課堂的創(chuàng)新性和趣味性，加強課堂和學科競賽的關聯度；使用自制的彩紙拼圖開展T形梁的計算學習，增強課堂的創(chuàng)新性；針對營區(qū)T形橋梁模型開展結構設計，落腳工程建設需求，增強課堂的為戰(zhàn)性。在總結拓展中，引導學生以思維導圖的方式開展總結，課后拓展題目設置中，預習第8單元“樓蓋綜合課程設計”（兩類T形梁）的知識，實現理論課和實踐課的有機融合，開展營區(qū)T形梁的設計，用CAD繪制T形梁配筋的二維圖，用BIM開展三維建模，增強課程的挑戰(zhàn)度。

圖3"基于金字塔學習理論的課堂設計

三"教學改革效果分析

在混凝土結構基本原理的教學中采用基于BIM技術的線上線下混合式教學模式，有效地化解了傳統(tǒng)教學模式中的難點問題。課程自2020年開始建設線上資源，2021年實施線上線下混合式教學，2022年指導學生參加全國BIM建模創(chuàng)新比賽和陜西省大學生結構設計競賽，2023年建設新型態(tài)教材，2024年獲評大學“金課”。

課程自開課以來，經過持續(xù)的教學改進，在歷年土木工程專業(yè)學生中受到了廣泛好評。

近年來，學生評教結果優(yōu)秀率為100%，學生對教師授課效果滿意度在95%以上，對課程教學目標達成滿意度在96%以上，對師德師風滿意度為100%，課堂教學質量評估均為優(yōu)秀，各級督導聽查課優(yōu)秀率為85%。獲評大學課堂教學質量優(yōu)質獎2次。采用線上線下混合式教學后，學員課程平均成績持續(xù)提升，優(yōu)良率明顯提高，如圖4所示。

經過教學創(chuàng)新實踐，學生團隊精神、創(chuàng)新能力和溝通能力明顯增強，在學科競賽和畢業(yè)設計中表現優(yōu)秀。不同年級的學生先后獲得陜西省大學生結構設計競賽團隊二等獎2次、三等獎1次，獲全國大學生BIM創(chuàng)新大賽個人賽一等獎7人次和二等獎5人次、獲團體賽冠軍1次，1人獲全國高校土建類學科學位論文和優(yōu)秀畢業(yè)設計三等獎，1人獲得全國高校土建專業(yè)優(yōu)秀畢業(yè)設計。

四"結束語

數字技術正以日新月異的速度不斷進化，給高等教育也帶來新的機遇和挑戰(zhàn)。積極探索線上線下混合式教學是對應機遇和挑戰(zhàn)的有效途徑。本文提出了基于BIM技術的線上線下混合式教學模式，重點從教學目標設計、教學內容重構和教學資源建設開展教學實踐研究，加深了學生對課程知識的理解，提升學生的實踐能力和創(chuàng)新能力，有效地提升了教學質量，以期為同類課程提供借鑒參考。

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基金項目：教育部產學研協同育人項目“基于BIM的土木工程多專業(yè)聯合畢業(yè)設計實踐基地建設”（230901960221621）；火箭軍工程大學教育教學研究課題“基于‘二線三化四評’的混凝土結構基本原理課程創(chuàng)新實踐研究”（HJJKT-B2024008）

第一作者簡介：劉云（1987-），女，漢族，四川內江人，博士，副教授。研究方向為國防工程建設。

DOI：10.19980/j.CN23-1593/G4.2024.36.018