數(shù)據(jù)化思潮下的在線教學(xué)思考與研究
——基于BIM 技術(shù)的橋梁建筑課程改革

文／李海宗 浙江工業(yè)大學(xué)教育科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 教 授 碩士生導(dǎo)師

喬婷婷 浙江工業(yè)大學(xué)教育科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 碩士研究生（通訊作者）

引言

隨著我國后疫情時(shí)代的到來，各個(gè)專業(yè)學(xué)科開始倡導(dǎo)進(jìn)行線上的數(shù)據(jù)化與信息化教學(xué)改革，這種改革需要當(dāng)前的專業(yè)課程設(shè)置與授課方式符合信息化與數(shù)據(jù)化的基礎(chǔ)要求，應(yīng)在最大程度上還原線下教學(xué)的基礎(chǔ)上，融合高新技術(shù)來提升學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)真實(shí)體驗(yàn)感與知識掌握程度。其中，在建筑學(xué)的專業(yè)課程領(lǐng)域當(dāng)中橋梁建筑學(xué)課程體系是其中較為重要的一門基礎(chǔ)課程體系，在進(jìn)行該課程授課內(nèi)容設(shè)計(jì)的過程中，授課教師會在基礎(chǔ)理論之外納入實(shí)地考察、課外實(shí)踐、繪圖作業(yè)等實(shí)踐性的任務(wù)來提升學(xué)習(xí)者的知識掌握牢固度與對知識的理解深度。BIM 技術(shù)也就是在這種需求下所產(chǎn)生與發(fā)展的，BIM 技術(shù)可以很好地對橋梁工程進(jìn)行協(xié)同工作觀測（涵蓋橋梁工程可視化、橋梁工程3D 設(shè)計(jì)以及橋梁工程參數(shù)化等多個(gè)方面），合理地在橋梁工程的不同施工環(huán)節(jié)應(yīng)用BIM 技術(shù)可以提升橋梁工程的設(shè)計(jì)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(yè)化深度融合”的方針政策，力求加快當(dāng)前傳統(tǒng)土木建筑行業(yè)與橋梁建筑行業(yè)的改革效率，各個(gè)學(xué)校也積極響應(yīng)黨中央的號召將BIM 技術(shù)融合到橋梁建筑課程的授課環(huán)節(jié)當(dāng)中，且隨著BIM 技術(shù)的不斷成熟與發(fā)展，BIM 技術(shù)在橋梁建筑課程設(shè)置中所占比例也逐漸增加，可見BIM 技術(shù)對于提升橋梁建筑學(xué)的線上授課效率有著不可忽視的重要作用。

1 BIM 技術(shù)應(yīng)用于橋梁建筑課程改革中存在的問題

1.1 BIM 技術(shù)應(yīng)用于橋梁建筑課程改革中的研究現(xiàn)狀分析

BIM 技術(shù)（建筑信息模型技術(shù)）最早由Chunk Eastman 教授①提出，該技術(shù)最初旨在對建筑工程進(jìn)行可視化的具體參數(shù)分析來提高工程設(shè)計(jì)與實(shí)施的效率，其具體的工作原理是對建筑工程的參數(shù)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(shè)計(jì)、施工、后期維護(hù)的工程建筑過程，盡可能保障施工的效率與精細(xì)化要求。當(dāng)前BIM 技術(shù)在土木建筑領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)日漸成熟，但目前國內(nèi)外針對如何有效將BIM 技術(shù)與相關(guān)理念融合到對應(yīng)的專業(yè)課程改革當(dāng)中卻還有著廣闊的研究空間。我國的高校格外注重對于學(xué)生的科研與就業(yè)導(dǎo)向問題，在相關(guān)的專業(yè)課程設(shè)計(jì)上也力求追隨科研與就業(yè)的前沿需求，BIM 技術(shù)之于建筑工程領(lǐng)域不僅可以提升教學(xué)的授課質(zhì)量，還可以塑造高質(zhì)量的建筑專業(yè)人才，故合理地利用BIM 技術(shù)對建筑領(lǐng)域的課程體系進(jìn)行改革與創(chuàng)新是我國建筑專業(yè)學(xué)府的必由之路。然而結(jié)合文獻(xiàn)分析的結(jié)果來看[2,3]，當(dāng)前圍繞基于BIM 技術(shù)進(jìn)行建筑相關(guān)課程改革的文獻(xiàn)結(jié)果較少，且在橋梁建筑領(lǐng)域結(jié)合BIM 技術(shù)進(jìn)行課程改革的研究并無涉足，故可以看出本文是一項(xiàng)具有開創(chuàng)性的研究課題，旨在結(jié)合BIM 技術(shù)對橋梁建筑工程課程進(jìn)行改革來提升在線教學(xué)的信息化程度與專業(yè)人才培養(yǎng)效率。

1.2 橋梁建筑課程改革中的重難點(diǎn)問題分析

橋梁建筑專業(yè)的基礎(chǔ)課程覆蓋面積較為廣泛，以《橋梁施工》[4]這一核心骨干專業(yè)課程為例，該課程全面地?cái)⑹隽藰蛄航ㄖ氖┕ぜ夹g(shù)方案、組織管理技術(shù)以及施工后期維護(hù)的相關(guān)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(jìn)行教學(xué)革新，再經(jīng)歷利用多媒體設(shè)備載體進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)課程體系建設(shè)改革[5]，雖然基于多媒體設(shè)備載體的網(wǎng)絡(luò)課程體系當(dāng)前已積累了一定的教學(xué)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(jìn)一步的深化改革。

首先是橋梁建筑工程的課程教學(xué)難度整體偏高，由于我國的橋梁建設(shè)結(jié)構(gòu)復(fù)雜且施工難度系數(shù)較高，導(dǎo)致應(yīng)用于橋梁建筑工程中的施工技術(shù)多樣、施工工序繁瑣、工作地點(diǎn)流動性強(qiáng)，這也就為普通高校的專業(yè)課程授課帶來了一定的授課負(fù)擔(dān)。這種授課負(fù)擔(dān)不僅僅體現(xiàn)在無法高效創(chuàng)建出或快速找尋到適配于教學(xué)的實(shí)際橋梁建筑場景進(jìn)行實(shí)景演繹法教學(xué)，也是由于我國不同建筑類型橋梁的分布較為分散，導(dǎo)致學(xué)習(xí)者不能夠在短暫的實(shí)踐時(shí)間內(nèi)完成考察與記錄。

其次是當(dāng)前的橋梁建筑工程相關(guān)的教材都存在著一定的局限性，由于土木工程技術(shù)的不斷發(fā)展與國家針對于施工工程要求的變更，導(dǎo)致橋梁建筑工程理論知識也在不斷迭代與優(yōu)化，不論是在橋梁工程設(shè)計(jì)還是橋梁建筑施工方面都有著明顯的優(yōu)化與發(fā)展，但是在相關(guān)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?qū)嵺`樣例方面過于雷同導(dǎo)致整體教材質(zhì)量低下，且當(dāng)前橋梁建筑工程與施工的教材過于注重專業(yè)的系統(tǒng)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(dāng)一部分已不再沿用，這就導(dǎo)致教材中缺少對于創(chuàng)新性與實(shí)踐性的內(nèi)容注入，這也就導(dǎo)致相關(guān)的專業(yè)課程無法與實(shí)際的就業(yè)工作或?qū)W術(shù)科研相互接軌。

2 基于BIM 技術(shù)的橋梁建筑課程改革措施分析

2.1 BIM 技術(shù)特性及其教學(xué)優(yōu)勢分析

針對于橋梁建筑課程當(dāng)前存在的問題，BIM技術(shù)的特性在其中較為凸顯，BIM 技術(shù)的特性可大致整理為可出圖性、協(xié)調(diào)性、優(yōu)化性、可視化性以及模擬性，其中可出圖性是指BIM 技術(shù)的應(yīng)用可以根據(jù)需求的剖析角度給出工程施工的細(xì)節(jié)構(gòu)造圖示；協(xié)調(diào)性是指BIM 可以對當(dāng)前建筑工程的各環(huán)節(jié)碰撞數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)劃與協(xié)調(diào)并形成協(xié)調(diào)后的參數(shù)；優(yōu)化性是指應(yīng)用BIM 技術(shù)可以更好地展現(xiàn)整體建筑工程的優(yōu)化過程（包含設(shè)計(jì)、施工、維護(hù)等）；可視化性則是BIM 技術(shù)最為突出的應(yīng)用特性，以三維可視的線條式構(gòu)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(shè)計(jì)概況，也同樣能夠模擬出各項(xiàng)在真實(shí)橋梁建筑工程過程中無法模擬的行為，可以進(jìn)一步提升學(xué)習(xí)者的理解深度。

結(jié)合上述的BIM 技術(shù)的應(yīng)用特性，不難看出BIM 技術(shù)應(yīng)用于在線橋梁建筑學(xué)教學(xué)課程中的優(yōu)勢：第一是保障在線教學(xué)的教學(xué)過程與教學(xué)結(jié)果可視化，傳統(tǒng)的施工圖示與多媒體設(shè)備不能夠全方面地展示施工細(xì)節(jié)，這也就會導(dǎo)致部分學(xué)習(xí)者會對教師所傳授的知識存在誤區(qū)，而使用BIM技術(shù)不僅可以讓教學(xué)過程可視化與細(xì)致化，還能夠通過“平面轉(zhuǎn)立體”的方式來可視化地考察學(xué)習(xí)者的掌握程度；第二是提升學(xué)習(xí)者的自身專業(yè)理解與分析能力，學(xué)習(xí)者可以應(yīng)用達(dá)索、revit 等BIM 標(biāo)準(zhǔn)橋梁數(shù)據(jù)庫中的模板數(shù)據(jù)進(jìn)行自我考察，通過不斷糾錯(cuò)與知識體系搭建來提升自身的專業(yè)分析能力與理解水平，且BIM 可以自動導(dǎo)出不同需求剖面的CAD 平面圖紙，以此構(gòu)成學(xué)習(xí)閉環(huán)來提升知識掌握效果；第三是改善了傳統(tǒng)授課中實(shí)踐缺失的問題，應(yīng)用BIM 技術(shù)進(jìn)行橋梁建筑工程的授課可以更為全面地展現(xiàn)不同橋梁類型的工程設(shè)計(jì)詳情，再結(jié)合BIM 技術(shù)的模擬性優(yōu)勢還可以增強(qiáng)學(xué)習(xí)者的客觀設(shè)計(jì)能力與實(shí)踐積累。

2.2 BIM 技術(shù)可優(yōu)化的橋梁建筑課程問題分析

綜合3.1 節(jié)中BIM 技術(shù)的應(yīng)用特性以及其應(yīng)用于教學(xué)課程的優(yōu)勢分析，再結(jié)合前文中對于當(dāng)前橋梁建筑工程課程中存在的問題分析，可以得出BIM 技術(shù)應(yīng)用于橋梁建筑工程課程中可優(yōu)化的實(shí)際問題包括以下三個(gè)方面。

首先應(yīng)用BIM 技術(shù)進(jìn)行橋梁建筑工程授課可以提升當(dāng)前的教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)效率。由于當(dāng)前土木工程建筑的相關(guān)領(lǐng)域都在大力開展信息化與專業(yè)化的深度融合，所以在課程授課中合理地應(yīng)用BIM 技術(shù)可以很好地提升當(dāng)前授課的質(zhì)量與授課效率，針對性地培養(yǎng)專業(yè)對口人才。其次應(yīng)用BIM 技術(shù)進(jìn)行橋梁建筑工程授課可以緩解當(dāng)前課程體系設(shè)置中缺乏有力教學(xué)載體的問題。由于橋梁工程設(shè)計(jì)繁瑣、工序設(shè)定復(fù)雜、技術(shù)應(yīng)用多樣以及工作地點(diǎn)流動性強(qiáng)，導(dǎo)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(shí)踐環(huán)節(jié)，而BIM 技術(shù)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(shè)計(jì)構(gòu)造、信息參數(shù)以及構(gòu)件三維模型進(jìn)行展示與操作，以此提升學(xué)習(xí)者在授課階段的知識掌握程度與互動性，來達(dá)到增強(qiáng)教學(xué)效果的目的。

2.3 基于BIM 技術(shù)的橋梁建筑課程改革實(shí)施方案

從應(yīng)用BIM 技術(shù)進(jìn)行橋梁建筑工程課程改革的整體實(shí)施目標(biāo)來看，BIM 技術(shù)的應(yīng)用是將該課程體系的授課載體從平面轉(zhuǎn)向三維立體與數(shù)據(jù)信息，而本次課程改革的核心就是探索應(yīng)用BIM 技術(shù)在橋梁建筑工程課程的應(yīng)用方案、教學(xué)形式與具體改革措施，并且堅(jiān)持以任務(wù)型驅(qū)動與效果型驅(qū)動作為反饋渠道來優(yōu)化BIM 技術(shù)在課程中的應(yīng)用效率，以此形成基于BIM 技術(shù)的橋梁建筑工程課程體系建設(shè)成果，對口提升專業(yè)人才的培養(yǎng)與課程體系的整體授課質(zhì)量。

在展開課程改革措施實(shí)施前，筆者通過文獻(xiàn)整理法對當(dāng)前BIM 技術(shù)應(yīng)用的相關(guān)國內(nèi)外研究文獻(xiàn)進(jìn)行了再次梳理，動態(tài)地掌握BIM 技術(shù)的發(fā)展情況與在課程體系中的應(yīng)用現(xiàn)狀，以此確立本次課程改革的實(shí)際方向；并結(jié)合調(diào)查分析法展開了對于行業(yè)企業(yè)、高校教師與高校學(xué)生的調(diào)研，旨在于為后續(xù)設(shè)計(jì)課程改革措施提供詳實(shí)的現(xiàn)實(shí)依據(jù)與數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，綜合得出了我國基于BIM 技術(shù)的橋梁建筑工程課程改革實(shí)施方案：

（1）結(jié)合各個(gè)高校的專業(yè)授課情況與教師意向分析當(dāng)前高校的學(xué)生定位（包含：學(xué)術(shù)科研與行業(yè)工作這兩個(gè)類別），詳細(xì)地設(shè)定當(dāng)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(gòu)建當(dāng)前專業(yè)的課程體系，設(shè)定與之匹配的課程學(xué)習(xí)流程及工程項(xiàng)目導(dǎo)向，并力求專家教授編撰融合BIM 技術(shù)的配套教材。

（3）基于編撰的融合BIM 技術(shù)配套教材進(jìn)行橋梁建筑工程數(shù)據(jù)庫的搭建與開發(fā)，并配套相關(guān)的技術(shù)應(yīng)用指南、3D 橋梁模型以及相關(guān)分析視頻等。

（4）選取同等學(xué)力下的高校開展為期一個(gè)學(xué)期的試點(diǎn)教學(xué)，并在試點(diǎn)教學(xué)的過程中繼續(xù)探索融合BIM 技術(shù)的授課方向與創(chuàng)新思維，力求在試點(diǎn)教學(xué)的過程中合理應(yīng)用各類BIM 教學(xué)輔助資料，培養(yǎng)學(xué)習(xí)者的自主學(xué)習(xí)能力與創(chuàng)新思維發(fā)散能力，切實(shí)做到以項(xiàng)目學(xué)習(xí)任務(wù)為驅(qū)動。

（5）對各試點(diǎn)教學(xué)班級展開學(xué)期末的評價(jià)考核，量化當(dāng)前試點(diǎn)學(xué)期的教學(xué)成果，分析不同試點(diǎn)班級的學(xué)習(xí)能力、建模能力與知識體系構(gòu)建完善度情況，總體評估與驗(yàn)收試點(diǎn)學(xué)習(xí)的教育成果。

（6）結(jié)合試點(diǎn)教學(xué)班級的評價(jià)考核結(jié)果與授課過程中的BIM 技術(shù)應(yīng)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(jìn)行反饋優(yōu)化。

結(jié)合上述的改革實(shí)施方案可以總結(jié)出基于BIM 技術(shù)的橋梁建筑課程改革的創(chuàng)新點(diǎn)與推廣價(jià)值主要集中于：（1）高效地將BIM 技術(shù)與橋梁建筑工程課程進(jìn)行有機(jī)融合，展開了對于BIM 技術(shù)的課程應(yīng)用探索，為數(shù)據(jù)化與信息化的在線教學(xué)提供了具有參考價(jià)值的高質(zhì)量授課思路；（2）開創(chuàng)三維立體的橋梁建筑工程課程體系建設(shè)格局，BIM 技術(shù)將平面化的施工圖紙轉(zhuǎn)向三維立體的信息化設(shè)計(jì)架構(gòu)，提升了授課互動當(dāng)中的空間抽象思維能力的注入，將繁瑣復(fù)雜的設(shè)計(jì)構(gòu)件、施工工序以及參數(shù)設(shè)定問題進(jìn)行抽象與改觀，優(yōu)化了現(xiàn)有教學(xué)的刻板印象；（3）打造圍繞BIM技術(shù)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(shù)的教學(xué)輔助資源、視頻資源、橋梁建筑數(shù)據(jù)庫以及對應(yīng)的考核評價(jià)方案，對整體的課程體系進(jìn)行信息化與可視化的改善。

結(jié)語

橋梁建筑工程是我國土木建筑教學(xué)課程體系中的重要一環(huán)，開展基于BIM 技術(shù)的橋梁建筑工程課程改革可以促進(jìn)授課資源前沿化、授課過程可視化、授課資源可視化，從而優(yōu)化學(xué)習(xí)者的知識掌握程度與授課教師的量化驗(yàn)收，對于培養(yǎng)我國對口專業(yè)人才與開拓“信息化及專業(yè)化高度融合”的建設(shè)格局有著重要的研究意義與推廣價(jià)值。

注釋：

①這是《BIM Handbook》英文原著的作者，美國喬治理工大學(xué)Chunk Eastman教授，該作者及其同事也同樣撰寫了關(guān)于美國建筑行業(yè)制定BIM相關(guān)交換標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展情況的報(bào)告。