| 标题 | 新工科理念下的工程制图课程教学改革实践与研究 |
| 范文 | 蒋杰 摘要：新工科理念对新时代高校本科教育提出了新的要求，现代信息化技术在教学中的运用势在必行。对于工程类专业广泛涉及的图学教学来讲，BIM技术、互联网+云技术都是可以快速融入课程教学之中的。尤其是在近年开设新的BIM技术系列课程之后，工程制图、CAD技术、BIM技术的教学体系已经形成。文章探讨了在工程制图课程中，广泛使用BIM技术建立的三维模型帮助学生从二维图纸到三维实体的直观认识，并用互联网+云技术帮助学生获得学习资源和软件技术支持、开始实践图学教学系列课程工程一体化的一些方法。 关键词：新工科;土木工程制图;BIM技术;“互联网+” 新工科理念的核心是互联网和人工智能，这也就要求高校在人才培养中必须将信息技术广泛应用于课程教学之中。工程制图课程是土木工程类专业的一门专业技能课，在过去的一段时期里，设计师往往使用CAD 软件绘制施工图纸，也就是以二维图形展示三维实体的各个细节。近年来，随着BIM 技术的出现，由于其具有三维可视化、信息化、协同化等诸多优点，加之政府的推广及厂商全方位的宣传，其应用范围已经盖过了CAD。国外的 BIM 教学实践，以美国工程管理为例，很多高校的建筑或工程管理专业，针对不同的课程、采取不同的模式进行了 BIM 教学改革。但短期内CAD技术还不能退出历史舞台。现阶段，作为专业教师，应该设法在工程制图课程中完美结合二维图学教育和三维模型的特点，并追求更为优质的教学效果，充分激发学生对于图学学习的积极性，建立起对工程行业的直观认识。 一、国内现状 工程制图课程是一门非常重要的专业必修课，它主要培养学生识图和制图的能力，工程制图课程长期在大学课程中开设，已经形成了一套固定的教学模式。 （一）工程制图课程的传统教学模式分析 自从上世纪90年代以来，工程制图课程教学进入了CAD时代，数十年来，利用制图软件CAD 进行识图和绘图成为了主要教学内容，图学相关理论知识通过课堂教学进行，制图操作则以上机操作为主。 这一传统模式有着明显的缺陷。其一，由于工程制图课是专业基础课，开设时间一般在本科第一学年甚至第一学期，学生的专业经历往往只有一次认识实习，在未学习工程施工、工程材料、工程结构等专业课程的情况下，学生通过课程学习只掌握了软件的基本操作，对于图纸的内涵认知是难以建立的。其二，工程图纸是以二维图形按照平法规则展现三维构件的位置、大小、构造等相关信息，这就需要学生具备较强的三维想象能力，但是我们不能奢求每个学生都具备这样的能力，大多数学生都需要一个完整的三维构件来与图形进行对比才能建立起直观的认识。其三，后续课程的跟进比较困难，学生在大一进行了制图课程学习之后，接下来的工程施工和造价类课程较多的用到识图和制图技能。这些专业课程的开设时间比较靠后，也导致了学生所接受到的图学教育不是连续的，形成断档。 （二）BIM技术的应用优势分析 BIM 技术正在大力推广，它实现了三维模型可视化这一最基础的功能，也就为其应用于工程制图课程提供了条件。目前，BIM建模主要使用REVIT软件，可以在计算机上充分展示一栋建筑物的多维信息，包括尺寸、朝向、材质等，相比只有平面绘图能力的CAD 优势明显。正因为如此，住建部才会在国内 CAD 技术已经成熟的情况下，以较快的节奏推广 BIM 技术。 从目前来看，BIM技术在设计工作中完全取代CAD技术依旧存在问题：中国建筑行业所使用的施工图需遵守传统的平法规则，而REVIT所建立的三维实体模型直接生成的图纸却不能完全符合这一规则;REVIT软件在进行钢筋配置时对硬件要求较高，且难以做到完全体现设计意图;在结构设计方面，本来要求简化模型，文字说明简洁明确，而REVIT 软件可以有效还原三维实体模型，却无法将一些标注也完美呈现，例如梁的钢筋标注和墙柱表尤为明显。可见短时间内CAD软件的辅助设计功能仍无法完全被取代。这就导致了工程制图课程在进行教学改革的过程中，既要与BIM 相结合，也应保留对CAD 必要的教学内容。 （三）互联网+云技术的应用优势分析 互联网+云技术的出现，则是为教学模式的变革提供了条件。课程资源可以通过互联网传到课程云平台，学生可以在课堂学习之外，随时登录云平台，调阅课程学习资料，并可以与教師开展实时互动，学习的维度大大增加。对于教师来说，互联网+云技术的出现，可以有效地检测学生的学习状态，使得因材施教真正成为可能，也为翻转课堂等新的教学方法和手段提供了技术基础。 综上所述，随着时代的发展，仍然坚持CAD传统教学模式已经无法跟得上社会需要。而在工程制图课程中运用BIM技术可以有效帮助学生进行三维形体的想象，帮助学生认识图纸内涵，而互联网+云技术则可以帮助学生实现实时学习、随时学习，并且更容易回顾已学过的知识，形成知识积累。 二、教学方法改革的具体举措 BIM技术在工程制图课程中的运用具体做法是：在工程制图课程中引入使用BIM技术建立的三维模型，可更加直观地说明各种构件的实际形状、尺寸和图纸的对应关系。通过二维图纸和三维模型的对比，能够让学生更容易建立起对建筑物的直观认识，极大地提高其学习效率。 互联网+云技术的具体运用做法是：首先利用课程建设平台建立云课堂，学生可以在线自行学习各种理论知识和CAD软件、天正软件等制图软件的操作，课堂教学将重点集中于工程识图技巧，为日后的BIM技能训练做好准备。在具体的教学实践中应注意以下方面： （一）课程网站应尽可能完整，并具备实时互动功能 工程制图课程中涉及制图和识图，如果单纯要求学生进行图形学习，实质上无法提高学生对工程实体的认知。因此，我们有必要为学生准备足够的，或者稍有超前的学习资料，使得学生从这门课开始就接触到未来才会学习到的工程施工和工程结构方面的知识。例如，关于建筑物或者桥梁构件、工程材料的分类等知识，在读图时是必备的，必须让学生提前接触，而且由于课堂学时的有限，这一部分的学习只能安排在课外由学生自行完成。一个完整的工程制图课程网站，除了包含必须的教案、教学大纲、课件、试题之外，还应该有扩展性的参考资料，如土木工程知识简介、工程案例库等。另外，为了适应BIM技术教学，还应该加入BIM基础知识、BIM软件基础操作教程和BIM模型库等。 （二）使用翻转课堂的教学方法 本次教改首先要求学生按照课程和上课次数分组，教师提前提供一次课程的教学视频和课件，由学生自行学习领悟，并依序指定一个小组的学生在课堂上使用BIM三维模型和课件进行讲解和分析，其他學生则提出问题，共同讨论解决。教师在课程讲授中仅对重点内容进行说明，再结合学生讲解的内容进行点评、总结存在的问题，并进行解答。而在识图和制图技能训练过程中则给每个小组指定一个实际工程项目，并提供全套图纸，结合后续课程，可以使学生能够完整经历识图制图、三维建模、渲染仿真、计量计价和项目管理全过程。 （三）灵活运用BIM模型和辅助教具，加强学生直观感知 教师要提前准备好当节课程所需要的BIM模型，并充分利用REVIT软件对模型进行三维展示，可以非常直观的显示出平面图、剖面图、立面图的图示原理。课程中涉及的建筑构件识图由于基本都显露在外，学生经常可以接触到，印象较多，其三维形体的想象容易建立。结构构件尤其是钢筋工程，由于被包裹在混凝土之中，学生缺乏直观印象，就难以从二维图纸想象到三维实体，以梁钢筋为例，我们可以告诉学生集中标注和原位标注中每一个符号的含义，但是学生在未见过实物的情况下，对于钢筋的弯起完全没有概念，既无法理解为什么要弯起，也无法准确判断弯起的位置和角度。如果此时以三维模型进行展示，其效果明显要好很多。 除了软件展示之外，最好的办法莫过于让学生亲手制作一个简单的模型。钢筋模型可以使用细铁丝，让学生在课堂上用很短的时间制作出一个与实际效果接近的物品，这对于学生加深对钢筋的形体认知有非常好的效果。 （四）改革课程考核方式，刺激学生主动性 毋庸置疑的是，现在本科生的学习明显带有功利性，除部分主动性较强的优秀学生外，大部分学生的学习目的简单而直接，就是考核通过，满足最终获取毕业证和学位证的基本需求。为了提高教学效果，必须要让学生普遍参与到互动中来。 工程制图课程可以对课程考核方式做出如下改革，要求学生在课堂教学之前先登陆课程网站进行预先自学，课堂上再以学生提问，教师作答解惑为主，教师不再进行太多的讲解。在课前教师给学生分组和安排实际工程图纸，并要求每个小组学生在课堂上对本组工程项目进行全方位的介绍，说明工程构造特点，并且做到言之有物，其他学生则针对其介绍的情况进行提问，教师根据介绍情况打出小组和个人分，这一得分可直接影响平时成绩的评定，同时也可根据其他学生的提问情况对其进行平时成绩的加分。这一考核方式的存在，可以刺激学生的发言热情，所以每节课的学生讲解、工程介绍和互动提问环节的气氛都非常热烈。 三、教学方法改革效果与思考 通过上述一系列举措，工程制图课程不管是从课堂组织上、成绩分布上还是学生的学习效果上与其他课程相比都会展现出极多的不同之处，这些情况的出现，首先说明了课程教学方法改革已经体现出效果，但是其中优劣之处，仍需进一步的分析和实践。 （一）由纯粹的“教”转化为师生互动 各种教学改革举措的实施，大大的减少了课堂讲授的时间。通过实施翻转课堂式教学，大约三分之二的课程学时被改变为师生之间、生生之间的互动时间，同时学生在课前自学和课堂互动中主动或者被动的参与思考、投入讨论，均能有效起到提高学习效率的作用，达到了翻转课堂的目的。教师在这一过程中变身为旁观者和监督者，对于学生的学习情况也能够有更为清楚的认识，便于针对不同的群体实施不同的教学手段。 （二）深化了学生对BIM技术的认识，激发了其学习兴趣 工程制图课程课堂教学改革的重点，是把BIM技术进行广泛而深入的应用，从而成功的让刚刚进入大学学习的学生提前接触并认识到BIM这一引发建设行业巨大变革的前沿技术的重要意义。根据过往的教学经验，如果学生在大二才进入BIM建模这样的技能操作性课程的学习，学生的图学教育就会出现断层和没有连贯性，甚至对BIM技术的应用效果认识不到位，从而导致学习缺乏主动性。而在CAD学习时引入BIM技术，可以直观地对二维图纸和三维模型进行对比，学生自然会发现BIM技术的优越性，进而激发其学习兴趣。在工程制图课程教学结束后，很多学生自发的开始了对BIM技术的学习，图学技能明显得到提高，并在在大二、大三就完全具备了参加高水平学科竞赛的能力，且一部分学生成功获得了BIM建模师的资格证书。 （三）应尽量实行小班教学 以工程制图课程教学改革的实践经验，如果要获得不错的教学效果，就必须将教学班人数控制在不多于40人。如果人数过多，在组织进行课堂互动时就会出现较大的困难。假设上课次数一共为16次，每次课均安排一个学生小组来介绍其识读的实际工程项目的图纸，如果每次课上需要有4～5名学生发言，那么每个人的发言时间就必须控制在10分钟以内，才能保证教师有足够的时间来解答问题和改正学生的错误，这样就难以再进行大面积的学生互动讨论。 四、总结与展望 对于土木工程和工程管理一类专业的学生来说，CAD和BIM系列图学教育是日后进入社会的基础职业技能，更是核心技能。BIM这一新兴的建筑信息化技术，其三维直观性的特点显然可以在本科教学中发挥巨大作用，可以进行有力的推广，但是近几年还鲜有前例。不仅如此，BIM 适用教材较少，而且编写实用性、科学性的BIM 教材也相对困难。互联网+云技术，则提供了更为便捷的学习平台，两者的结合，可以说完全改变了工程图学教育的模式。 笔者预测未来图学教育的发展方向必将往这一方向发展，基础教学如图纸规范一类将只会借助互联网进行，学生们在教室里就可以像在实际工程中的图纸交底现场一般进行识图学习，同时BIM模型，以及AR、VR技术都将会出现在课堂上，图学教育的视听感受将完全走向精细化的仿真。 参考文献： [1]杨国平，黄平，高雪.BIM 时代下的建筑CAD 课程教学改革[J].山西建筑，2018，34（12）：232—233. [2]Lee N，Dossick C S，Foley S P.Guideline for building information modeling in construction engineering and management education[J].Journal of Professional Issues in Engineering Education and Practice，2013，139（4）：266—274. [3]赵爽，梁广东，郭海滨.BIM视角下地方高校工程造价专业人才培养体系初探[J].中国建设教育，2016，（4）：51—53+58. 编辑∕杨波 |
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