本科审核评估是提升教育质量的重要手段,它不仅是对学校教学水平的全面检查,也是推动高等教育向高质量发展的契机。为积极配合本科审核评估工作,工学院推出“一流课程系列”专题,本期介绍的是获评2023年广东省一流本科课程的《建筑信息建模(BIM)》。该课程由工学院土木与智慧建设工程系王传林讲师领衔,团队成员包括吴鸣副教授和喻莹教授。该课程通过通过校企合作、竞赛驱动、智能技术融入等创新教学模式,为学生提供全方位、多维度的学习体验,旨在培养具备跨学科融合能力、数字化技能和创新能力的卓越工程师。
1.课程简介
建筑信息模型(Building Information Modelling, BIM)是一种数字化的建造过程,该技术将建筑物的各个方面集成到一个统一的模型中。BIM可以帮助设计师、工程师和建筑师更加高效地协作,提高建筑物的设计和施工质量,减少建设成本,并提高建筑物的使用寿命。BIM技术是未来建筑行业的发展趋势。
我校土木工程专业是国家一流本科专业,BIM课程作为土木工程专业主干课程,是土木工程学生综合运用专业知识的集合。BIM课程是链接多门专业课之间的桥梁,在整个人才培养体系中处于承上启下的地位,是学生在毕业设计之前的综合演练。课程主要面向土木工程专业学生普及建筑信息化教育,提高学生的建筑数字化和智能化能力,为培养新工科教育体系下的卓越工程师打下坚实基础。
本课程于2019年首次面向土木工程专业大三学生开课,设置2学分32学时。经过教学团队多年的探索与实践,课程先后获得省在线开放课程项目立项(2020年),省在线优秀课程案例一等奖(2021年),学堂在线平台慕课(2022年),省线上线下一流课程(2023年)。
2.课程解决的痛点问题
2.1课程授课内容存在局限性,无法培养不同专业学生的跨学科融合能力
本课程面向土木工程、建筑学、环境工程和智能建造专业开设,专业种类多,授课内容跨度大。传统BIM课程只讲授建筑建模的内容,缺少其他专业内容的讲解,缺乏跨学科知识的融合。传统授课内容无法将不同专业的知识进行深度融合,难以培养新时代背景下的新工科人才。
2.2课程缺乏理论应用机会,学生无法将所学知识融会贯通,难以完成高阶能力的培养
BIM课程内容涉及建筑设计、结构设计、施工和管理等多个领域。由于缺少实践和理论应用机会,学生在学习相应内容后,只会完成对应内容的作业,缺乏将所学不同知识融会贯通的能力,难以培养出将BIM技术应用于实际场景并综合运用创新思维解决问题的能力,从而难以培养学生的高阶学习与应用能力。
2.3学生数字化技能和智能化应用能力不足,导致学生在工作中难以适应行业最新技术
建筑行业的技术更新迅速,AI时代的来临对传统建筑行业会产生巨大变革。传统BIM课程过于注重建模技巧,学生只会在电脑机房通过软件平台完成工程项目的建模,缺乏对前沿科技的了解,忽视最新数字化工具和技术的行业应用,导致学生在毕业后难以适应行业的最新趋势和技术,从而无法胜任工作。
3.课程建设情况
3.1优化“多维一体”的课程目标
根据新工科的培养要求,本课程旨在引导学生掌握BIM技术的理论知识和实践技能,并培养学生利用专业知识和技能在实际工程项目中应用的能力。基于以上培养要求,课程采用“布鲁姆教学目标”分类理论,将课程教学目标设置为三个不同层次,分别为知识、能力和创新,具体实施路径见图1。针对每个层次的教学目标,课程都设置非常具体的目标要求。每个教学目标逐层递进,课程授课也将依据每个目标展开。新教学目标完全符合新工科培养体系对土木工程专业人才的培养要求,包括扎实的专业知识、跨学科融合能力、实践与创新能力、国际视野和团队合作能力等。
3.2重构“跨学科”课程内容体系
基于上述教学目标,课程对授课内容体系进行了改革与重构,使其符合新工科建设要求,具体重构内容见图2。传统课程只有建筑建模的内容,不符合新工科建设要求。在传统建筑建模的基础上,课程增加了新工科中要求的跨学科内容,包括结构工程、智能建造、绿色建筑、人工智能、伦理道德等内容,使课程的丰富性、高阶性以及素质培养都得到了满足。课程在授课中适当减少了传统建筑建模的内容,增加了更多的跨学科内容。课程基于实际工程项目,将所有内容联系在一起。
课程的部分内容与BIM企业建立和合作,由各BIM企业提供资源,例如斯维尔企业在学堂在线平台上为学生提供了丰富的教学案例,广厦科技与品茗科技为学生提供了实训软件,红瓦科技为学生提供了丰富的族库资源,具体见图3。上述企业资源丰富了学生的学习资源和渠道,帮助学生提早熟悉行业资源,增加就业竞争力。
3.3重设“混合多元式”教学策略
针对授课内容过多、学生实践机会缺乏以及考核机制不合理等问题。课程以“学生能力发展为中心”为前提条件,将企业、竞赛和成果考核纳入到教学体系中,见图4。“以学生能力发展为中心”强调教学过程中的教学活动,包括课程教学目标、授课内容、教学方法以及考核方式等,都围绕学生能力发展而展开。
3.3.1 “校企合作”共同开放授课内容和线上资源
课程与部分BIM企业展开了校企产教合作,包括红瓦科技、广厦科技、斯维尔科技、品茗科技等企业,部分授课内容和资源由企业提供(具体见图4)。专业实训室也通过与品茗科技合作完成。部分学堂在线线上资源由斯维尔提供。“校企合作”模式加强了学校与市场的联系,将市场最前沿技术和需求带进课堂,提高了学生未来就业竞争力。
3.3.2 “竞赛驱动”激发学生的学习兴趣、提高实践能力
目前每年与BIM相关的比赛超过10个,参加选课的学生被要求参加至少1项国家级BIM竞赛。基于保研、评奖学金以及就业的需求,学生的竞赛热情和积极性非常高,每年有超过150人次的学生参与校内各类BIM比赛的选拔。即使课程结束后,学生仍可以继续参与比赛。通过竞赛,不仅可以提高学生学习理论知识的积极性,同时也提高了学生的实践应用和创新能力。
3.3.3 “智能融合”提高学生智能化应用能力和就业竞争力
课程将目前行业最新技术,包括虚拟现实(VR)、虚拟增强(AR)、人工智能(AI)等融入课程。教师在课程授课中利用AI技术进行建筑设计优化、结构分析预测、施工进度管理等。学生在实际项目中利用AI辅助模型识别和自动化建模、智能规划施工路径、预测资源需求等,从而提高他们在实践中的智能化应用能力。
3.3.4 “成果导向”培养学生将所学知识融会贯通的能力
课程结课后要求进行一项复杂完整的建筑工程项目设计。设计要求学生包含建筑、结构、算量、基础、智能等学科的内容,并在最后一节课作成果展示。成果导向可以全面检测学生的理论应用能力、创新能力、团队合作能力和自学能力等综合素质。
3.3.5 “课程思政”融入内容,加强学生伦理和道德建设
本课程在教学过程中将课程思政元素与具体章节和知识点紧密联系,通过故事叙述、案例展示以及课堂讨论等方式将课程思政融入进课堂,力求做到思政内容与专业知识点的巧妙融合,授课过程中达到润物细无声的效果。课程思政具体做法如图5所示。
3.3.6 混合式授课打造课程灵活性、个性化学习、实时互动、资源共享的特点
课程所采用的线上线下混合式授课模式见图6。学堂在线开放平台提供了丰富的教学资源,为学生提供多样化的学习材料。课程在课前、课中、课后以及结课后都进行了清晰的任务设计,为学生的线上学习提供了非常精准的指导。学生可以随时随地在线上平台完成学习。教师可通过超星学习通和学堂在线平台实时监测学生的学习进度和表现。线下授课则主要检查学生线上学习成果、答疑等。整个课程的教学模式见图7。
3.4重建“多维度全过程”评价体系
课程考核采用“多维度、全过程”的评价体系,具体见图8。新考核办法增加了线上学习内容的考核,考察了学生自主学习能力。平时作业和线上学习属于过程性评价,学生在学习过程中如果存在滞后等问题,由教师督促学生学习。项目设计属于终结性评价,通过一份完整的设计作品考察学生的理论应用能力和创新能力。此外,学生在项目互评时也参与进来,提高了学生的学习积极性和课堂活跃度。
4.教学创新效果分析
4.1课程建设成就显著
经过5年探索与实践,BIM课程教学取得显著成效。课程于2020年获得省本科高校“在线开放课程项目”立项,2021年被评为省本科高校在线教学优秀课程案例一等奖,2022年,课程在学堂在线平台正式上线,2023年获省线上线下一流本科课程认定。
4.2学生学习成效显著
4.2.1学生高阶能力达标
自2021年春季学期开始使用混合式教学以及形成性评价体系之后,学生期末成绩均超过87分,近三年班级分数比较见图9。大部分学生能完成一项复杂工程项目的设计,包含建筑、结构、基础、算量、智能施工等内容,学生高阶学习能力达标。部分优秀学生作品见图10。
4.2.2学生创新与实践能力显著增强
依托课程学习后,学生积极参加各类BIM竞赛。截止2023年,每年学生参加包括“全国大学生结构信息比赛”“全国大学生创新BIM毕业比赛”“挑战杯”比赛等各项比赛超过5项,参入人数超过150人次。截至2023年底,共获得国家级奖励超过30项,其中特等奖2项、一等奖5项、二等奖10项、三等奖15项。
《建筑信息建模(BIM)》课程以其丰富的教学资源、创新的课程内容体系和多样化的教学方法,为学生提供了全面提升专业能力和实践能力的平台。通过混合式教学、项目实践、校企合作等手段,课程在帮助学生掌握前沿技术的同时,也为他们的职业发展和竞争力提升奠定了坚实的基础。课程的成功建设,不仅体现了工学院在推动教育教学改革中的努力,也为其他课程建设提供了宝贵的经验。
图文:工学院