基于BIM 技术以赛促学的智慧课堂教学模式初探*——以《建筑设备与识图》课程为例

汤同芳，李顺刚

（1.六安职业技术学院城市建设学院，安徽六安 237158；2.六安市重点工程建设管理处，安徽 六安 237100）

一、引言

“互联网+教育”的思维模式已融入各阶段的教育、各行各业的教育事业中，运用这种新的思维方式结合大数据、云平台、物联网等信息技术构建新的课堂——智慧课堂，是时代对智慧教育提出的新课题。各学者对于智慧课堂的理解各有不同，祝智庭认为，智慧课堂是翻转课堂的升级版，通过提升学习资源的质量、制作互动数字课本等途径，突破传统视频微课的“效果天花板”现象，从而走向智慧课堂[1]。唐烨伟认为，智慧课堂即为在信息技术的支持下，通过变革教学方式方法，将技术融入课堂教学中[2]；黄荣怀等认为，智慧课堂应在智慧教室的支撑下开展，而智慧教室是典型的智慧学习环境[3]。笔者认为智慧课堂是借助先进的信息技术、科学技术融入智慧教学理念创造智慧化教学环境，以“学习者快乐学习、智慧学习为根本”，营造一个学习者乐学、善学、智学，教学者乐教、善教、智教的课堂氛围。本文以《建筑设备与识图》课程为例探索借助BIM 技术、职教云平台以赛促学，创建一个智慧化的课堂。

二、BIM 技术应用于《建筑设备与识图》课程的必要性

1.《建筑设备与识图》教学方法面临的问题

《建筑设备与识图》课程是建筑类专业的技术基础课，涵盖建筑给排水系统、建筑电气系统、建筑通风与供暖系统、建筑智能化系统等专业知识，具有跨度大、专业性强、实践性强等特点。在以往的教学模式下，课程知识点系统性不够、分布零散，较为抽象，教学重难点不够突出，教师讲解不够透彻，学生对知识点模糊不清；在有限的课堂教学时间中，教师通常只注重了知识的讲授，淡化了职业能力的培养；课堂教学中学生不能成为主体，只是被动接受知识，学习过程与工程实例脱离，实践锻炼机会不足，没有操作经验，学生学习积极性很难被调动，缺乏学习兴趣，不愿主动学习，学习效率不高，效果不佳。为了满足职业院校的办学宗旨，培养高技能型人才，不断提高教学质量，学校和教师也实施了多方面的教学改革，采取了很多方法，比如采用多媒体教学、模型展示、实物展示、校内校外实训实习等。但是效果还是不能完全满足课程需要，主要存在以下几个问题：

（1）多媒体教学解决不了学生的互动性问题

多媒体教学虽然可以展现图片、视频、文字等资源，但是这些资源大多是简单的静止图片或是不够直观的二维动画，缺乏系统性、整体性，也只能满足对建筑工程中设备系统基本知识的教学，学生还是停留在看听的状态。

（2）设备模型不全

不同的建筑对应不同的建筑设备，专业设备种类繁多、结构复杂、体积庞大、设备更新快速，可用于课堂教学的设备模型少，不能满足实际课堂教学。

（3）实物展示受限

《建筑设备与识图》课程专业知识性强、抽象不易想象，面对教学模型不足、学生理解困难的问题，不少教师会利用实物构件作为教学工具在课堂中展示，如水龙头、阀门等。但是专业设备种类众多，体积大，结构繁杂，价格高，实物展示受限。

（4）现场教学连续性、完整性不够

通过参观、走访等现场教学法是可以一定程度上调动学生的学习积极性，但是建筑物的建设周期长，要在短时间内完成完整建设周期的实践不太现实，依照施工工序，部分建筑设备施工在土建施工阶段已经开展，如建筑给排水管线施工已经在建筑主体施工中提前敷设，后续施工无法直接看见，此外学生多，施工现场危险因素多，完全把校外实训工地作为载体完成专业课程的实践教学任务可实施性不强。现场教学在一定程度上提高了学生的参与度，调动了学生学习兴趣，改善了教学效果，但存在教学进度、施工时间、实训场地、施工进度等因素的约束，亟待完善教学模式，改进教学方法，进一步提高教学效果。

2.BIM 的概念和发展

BIM 是建筑工程界的又一次技术革命。BIM 模型是汇集建筑工程有关信息数据的模型，除了涵盖完整建筑几何数据，还囊括整个建筑寿命周期非几何数据，如建筑工程进度，建筑材料价格、重量，建筑构件材质等，集优化、模拟、协调、可视等众多特点。BIM 技术可以集成建筑材料、建筑设备、建筑功能数据、几何数据等实现一体化管理，为绿色建筑设计供应必要的分析依据；BIM技术结合施工进度可以做到人、料、机、资金等资源的合理使用，实现成本精细化与规范化控制。BIM 技术可视化模拟可实现项目安全规划，高效避免工作状态中的人员与机具设备的冲突，合理布局施工现场。此外还可自动化对施工过程的安全检查，对各施工区域坠物、坠落进行风险评估，制定开工前安全施工计划等。

3.BIM 技术应用于《建筑设备与识图》课程的意义

（1）提高学生学习积极性，由被动变主动

分别建立建筑给排水、建筑通风与供暖、建筑电气、建筑智能化等系统的动态模拟模型，解决建筑设备系统众多繁杂、实践教学难度大的困境，对动态模拟模型通过放大观察细部构造，旋转全方位观察系统构造，剖切观测内部构造和组成。此外可以将建筑设备各系统整合在一起，全面学习。对于教学重难点可以采取让学生动手实际操作，从各角度、各层面接受、内化教学内容，激发学生的学习兴趣、调动学习积极性，扭转学习局面，使学习变成一件快乐自主活动。

（2）有机结合整个教学环节，增强动手能力

利用BIM 技术不仅可以模拟建筑设备系统各构成部分，也可以模拟整个系统，可以将各教学环节有机结合，如有机结合课程教学、设计、实习等，一方面，有助于学生理解课程基本知识，另一方面，学生的实践动手能力还可以得到提高。同时BIM 还可以将整个学科其他课程知识较系统地结合起来，给学生呈现一个完整的建筑工程案例，包含建筑工程的前期研究分析、设计、施工、运营管理、维护等各阶段，便于学生将所学学科知识系统地结合起来。

（3）运用BIM 技术可以轻松化解《建筑设备与识图》课程教学难点

建筑设备各系统的管线布置、空间走向、敷设施工是教学的难点，各系统管线的布置与敷设不仅是单个系统的施工，还要兼顾土建施工与其他设备系统的管线施工在空间上的冲突问题，运用BIM 技术可以使得施工现场各环节施工一目了然。避免不必要的空间碰撞，合理布置施工现场，保障现场施工有序进行。

三、在智慧课堂中融入竞赛的可行性

近年来，高职院校大学生各类技能竞赛得到迅速发展。在智慧课堂中融入技能竞赛，提供行业情境改变教学环境，创设良好的自主学习导向，开拓课程内容的涵盖面。

首先，由一线企业直接命题的技能竞赛，高度展现行业前沿、社会热点与学科交叉知识。竞赛命题体现行业需求、行业标准，这些命题事实上是创设了明确的学习情境。在智慧课堂中融入技能竞赛，实际是与行业需求的良好对接，是“智慧学习、智慧教学”的集中体现。

其次，技能竞赛赛的不仅仅是单个知识点掌握熟练程度，更是学科的基本知识、基本理论与实践的结合以及学科的素养、素质。而培养学生的学科知识、理论和素质是课堂教学的目标，同时技能竞赛创造了有机的知识整合、能力培养、素质养成的有氧空间。在智慧课堂中融入技能竞赛，学生有了实践机会，运用自己的知识储备探究未知，对问题进行迁移性的分析、解决，得出结论，实现创新创业各环节。

最后，完成竞赛命题需要用到的知识不仅仅是一个知识点，也不是一门课程的内容，往往是需要贯穿某一学科的基本理论、基本知识，甚至是多个交叉学科的知识与理论，在以往课堂教学中，实现这一过程转化难度极大。然而智慧课堂打破了传统“课上”“课下”界限，创设了“线上”“线下”自由空间，放大自主学习空间，实现了竞赛内容完成的可行性。

四、基于BIM 技术以赛促学的智慧课堂试点设计思路——以《建筑设备与识图》课程为例

本研究结合专业实践，选择《建筑设备与识图》课程中“识读与绘制建筑给排水施工图”情境作为“智慧课堂”试点，寄望通过融入技能竞赛，一方面，在提高学生识读建筑设备图能力的同时，深化学生绘制、设计建筑设备图的基础；另一方面，开拓学生的视野，积累实践经验，提高实践能力，并将这种能力升华辐射到其他专业课程的学习中。

1.《建筑设备与识图》智慧课堂试点

选择六安职业技术学院2017 版《建筑设备与识图》课程标准中学习情境三“识读与绘制建筑给排水系统施工图”作为智慧课堂试点，其内容结构较为完整和独立，具有典型性，以实际工程案例指导学生如何正确识读建筑给排水系统施工图，教学重点为识读方法、绘图方法，难点在于对各走向管线的正确把握、对空间管道的布置走向的理解、对绘图标准的理解。

面向全国高职院校土建类学生举行的“建筑工程识图竞赛”涵盖识图与绘图两个环节，形式包含个人赛与团体赛。识图环节，要求选手独立完成给定的识图任务，在给定的建筑工程施工图纸会审记录、设计变更等资料中完成识图相关内容的答题。绘图环节，选手可以选择合作完成竞赛任务，根据给定资料，运用绘图软件绘制指定的建筑工程施工图。这一要求与《建筑设备与识图》“识读与绘制建筑给排水施工图”情境的教学内容非常契合，因此选取该知识点作为智慧课堂教学内容。

2.“识读与绘制建筑给排水施工图”智慧课堂实施过程

（1）课前

以竞赛为切入点，利用BIM 技术，借助职云课堂为平台，教师设计和布置学习任务——识读建筑工程实训大图册（我校实训中心实体模型配套图册）中第一个案例“某综合办公楼建筑给排水施工图”，并将事先准备好的识图方法微课、办公楼BIM 管道模型、BIM 漫游视频、识图任务工单、预习卡等学习资源和预习任务发布至职教云课堂平台。要求学生结合教材、微课、网络、实训中心实体模型、身边实际案例等学习资源，探究建筑给排水系统组成、理解管道敷设原则等知识，完成课前预习卡并提交至职教云课堂。学生可根据个人需要在课余时间随时随地利用手机、平板或者笔记本电脑登录职教云课堂平台，在规定时间之前查看学习任务，完成并上传学习成果。通过云课堂平台教师可以查看每一位学生预习情况并评价学生预习成果，做到心里有数，灵活掌控课堂。

（2）课中

课堂教学时间为90 分钟，即两节课连续教学(课间休息10 分钟）的形式。首先借助职教云课堂投屏进行课前预热（15 分钟），回顾复习、对课前预习情况进行典型展示，直观展示引导巩固学生自主学习成果，通过不同答案展示，让学生进行比较选择。第二个环节（20 分钟），由教师明确正确的识图方法与原则，对比BIM 模型、漫游视频解读案例“某综合办公楼建筑给排水施工图——底层建筑给排水施工图”。让学生清晰读图原理、读图方法，提高空间想象能力，化解了学生从二维CAD施工图难以想象空间管道布置位置的教学难点。第三个环节（30 分钟）分组竞赛，识读“某综合办公楼建筑给排水施工图——第二层、第三层建筑给排水施工图”并填写任务工单上传至云课堂。第四个环节（25 分钟）评价与总结，各组选举发言人，借助云课堂投屏分别展示讲解各组识图情况，并判断、点评其他小组识图结果是否有误。最后教师总结评价各组完成情况，在此过程中不仅调动了学生的学习积极性、主动性，还可以培养其团队协作能力，发挥团队精神，同时加深了学生对建筑给排水施工图识读方法、原理、管道布置原则等的认知。

（3）课后

教师编写两种拓展任务：①针对于全体学生的，编写8 种不同的“某综合办公楼建筑给排水施工图——顶层建筑给排水施工图和系统图识图任务工单”并发布至云课堂作为拓展案例，同时教师制作配套的BIM 三维模型小视频等三维模型资源，便于学生课后的学习，并在完成任务过程中遇到问题可以有针对性地查看、对比视频、模型解决问题，学生也可以在云平台中提问。每位学生都会随机领取到8 种任务工单中的一种，要求填写任务工单。②拓展任务。针对学有余力的学生，要求他们在读懂图纸完成拓展任务工单的基础上，利用BIM 软件Revit 绘制“给定教学楼卫生间给排水平面图”并建立Revit 模型提交成果，作为学习资源上传至云课堂。通过提供不同程度、不同类型的课后拓展任务，可以更好地体现个性化学习、智慧化学习，平时不爱学习的学生因为可以轻松完成学习任务而变得愿意学、乐学了，而学有余力的学生作为资源创建者，也获得了极大的成就感，更加乐学、善学、会学。

3.智慧课堂考核评价

《建筑设备与识图》课程考核方式为过程性考核，考核权重为线上20%、线下40%，作业为40%。其中线上考核包含学习进度、评价、问答、笔记、纠错，主要是对学生课前、课后自主学习的考核；线下考核包含出勤、参与、课堂表现，测验平均分主要是对学生课堂中学习的考核；作业考核主要是针对课后、课前任务工单完成情况的考核。教师可以依据学生不同环节的学习进度与表现及时在云课堂平台中给与评分，云平台系统可以依据事先设置好的权重，随着教学进度实时记录，学生可以通过云课堂平台随时看到，随时了解自己的学习进度、学习程度、得分情况，并及时调整，改变学习态度和学习方法。

五、结束语

本文以《建筑设备与识图》课程为例，探索并实践了以行业新技术BIM 和以具体建筑工程项目为载体，融入竞赛，借助职教云平台的智慧型课堂教学模式。通过一段时间的研究与实践教学，笔者有以下几点体会：①有机结合BIM 和《建筑设备与识图》课程，学生的识图能力有了大幅度提高，90%的学生可以较好地独立完成建筑设备施工图的识图，85%能够利用BIM 软件Reirt较熟练地绘制建筑设备各系统施工图。②借助职教云课堂平台进行课堂教学，活跃了课堂气氛，使得每位学生都可以实时参与课堂教学，成为课堂的主体，激发了学生的学习兴趣，创造了随时随地学习的机会，使其更加清晰地掌握自己的学习状态、学习进度、学习效果，缩短了学生与教师之间的距离，拓宽了师生更为便捷的沟通方式，教师可以更直观地了解每一位学生，此外云课堂完整记录了所有的教学环节、教学方式、教学内容，便于后期的改进、参照、对比分析、统计。③将技能竞赛融入智慧课堂教学，化理论知识为实践操作，更加便于学生理解与掌握专业知识，带动全员参与，激发学生的学习热情和创新思维能力。④智慧课堂教学新模式要求教师对专业知识的掌握更加透彻，对行业标准、新技能的掌握更加严谨，对课堂的把控能力更强。