高校BIM在线教育的闭环管理体系研究

赵雪锋 胡晓明 陈映德 陈可欣 李丹洋 赵 龙

(1.北京工业大学 城建学部,北京 100124; 2.北京华筑建筑科学研究院有限公司,北京 101301)

引言

BIM技术是现阶段建筑业转型升级的重要抓手，BIM人才教育是BIM技术实施推广的重要途径。2019年4月1日，人力资源社会保障部、市场监管总局、统计局正式向社会发布了建筑信息模型技术员、人工智能工程技术人员、物联网工程技术人员、大数据工程技术人员、云计算工程技术人员等13个新职业信息[1]。这是自2015年版国家职业分类大典颁布以来发布的首批新职业，也代表BIM技术职业在国家层面上的认可。2018年3月21日，教高函[2018]4号发文《教育部关于公布2017年度普通高等学校本科专业备案和审批结果的通知》中明确在同济大学率先开办智能建造专业[2]。2019年4月教育部等部门联合印发《关于在院校实施“学历证书+若干职业技能等级证书”制度试点方案》，部署启动“学历证书+若干职业技能等级证书”(简称1+X证书)制度试点工作[3]。方案提出探索建设职业教育国家“学分银行”，对学历证书和职业技能等级证书所体现的学习成果进行认证、积累与转换。建筑信息模型技术成为首批试点的有关职业技能等级证书。教育部的这两项政策的发布，表明BIM的教育已经从社会培训进入到高职、高校等学历教育的主渠道。

1 现阶段BIM教育的主要形式和问题分析

1.1 现阶段高校BIM教育的主要形式

我国长期以来一直沿用的知识传授途径，其教学过程中以教师为主体，课堂教学节奏紧凑，方法直接，知识系统，优势明显，是当前高校的主要教学方式。但随着教科技术的发展，传统教学方式弊端渐显，学生的非主体地位使其成为知识接受的被动者，且教学方式相对单一等特点使传统模式的教学效果大打折扣[4]。而高校的BIM教学大部分还是沿袭理论教学的方式展开。由于新冠疫情的影响，在线教学的形式大大增加，极大地丰富了高校BIM教学形式，但是很多在线教学是课堂教学的网络版，没有充分利用在线教学的特点。

图3 管廊土建编码知识示例

1.2 现阶段高校BIM教育的问题分析

高校的BIM教育的受众群体是大学生，他们相比较社会BIM受众群体的工程师来说具有鲜明的特点。大学生思想活跃、接受新事物能力强，但是对于专业的认知浅薄、工程实践经验缺乏，对于工程是什么样、该怎么干、为什么是这样都缺乏深入理解。然而现有的高校BIM教育一般是从工程师培训转化借鉴而来，在知识维度往往只着重软件操作，没有深入涉及工程专业知识、软件实现逻辑和工程应用方法[5]。这样培养出来的学生能快速画出模型，但是对于构件有什么专业特点和作用、软件如何实现和优化、工程项目应该如何体系应用都缺乏认知。

另外，现阶段高校BIM教育重视课堂教授和课堂操作练习，轻视甚至是缺乏课堂项目应用练习、课后操作练习和课后项目应用练习。课后操作练习和项目应用练习要做好，工作量非常大，而且对于老师的要求也非常高。一般操作练习和项目应用练习，要求学生提交的是做好的模型文件，批阅时打开文件难、读取信息难，信息比对和修订反馈就更难了。

2 高校BIM在线教育知识体系

建立完整的知识体系架构可以促使学生更快更好地掌握相关知识，同时有利于未来成为真正懂理论、能操作、知来由、会应用的BIM人才。

图1 知识体系架构

2.1 工程专业知识

工程专业知识主要有工程构造知识、工程分类和编码体系以及工程工艺工法，图2和图3分别是管廊土建构造知识和编码知识的示例。工程专业知识是BIM应用的出发点和落脚点。蕴含和符合工程专业知识的BIM模型，才能够真正地能用、有用、能互用。

图2 管廊土建构造知识示例

2.2 软件知识

软件知识主要讲解软件的体系架构和软件的构建实现方法[6]。图4是欧特克公司的Revit软件的体系架构。在这个体系架构上，还要讲解软件的构件实现方法，例如在这个体系架构中没有桩基础的类别，也就是说在顶层架构中就没有桩基础这个类别。我们要实现这个往往是用柱来替代，这就是Revit软件桩基础的实现方法。

图4 Revit的体系架构

2.3 软件操作知识

软件操作知识主要是配置软件的操作环境、每一个构件的软件操作步骤以及软件操作的协同方法。

2.4 项目应用知识

项目应用知识就是指在面向项目应用时软件环境的配置方法、项目模型的创建方法和流程，以及项目的主要应用点的价值和实现方式。

3 高校BIM在线教育的流程体系

在线教学模式的兴起离不开闭环式管理理念，闭环式管理由创始人罗伯特·卡普兰(Robert S.Kaplan)和戴维·诺顿(David P.Norton)在《闭环式管理：从战略到运营》一文中首先提出，闭环管理(Closed-Management)把整个生产管理过程视为一个闭环系统，通过对生产过程中产生的问题及时发现、分析、决策、处理、控制、反馈、再控制、再反馈，使整个闭环系统自动循环优化迭代，促进系统不断地自我革新与自我超越[7]。

图5 闭环管理体系架构

基于闭环管理的理念，突破原有传统教育模式，对某高校的工程管理班级，通过在线教育模式，以制度为基础，以体系为保障，以过程管控为载体，以互联网资源为桥梁，按闭环管理体系的一级模块课程活动[8]、章节学习、任务点、章节测试、学生管理、课程积分、讨论等，构建“下游式”的课前视频预习、课前问题引导、专业知识讲解、软件知识讲解、操作方法讲解、操作习题练习、项目应用讲解、课堂项目练习、课后习题练习、课后项目练习的在线教育闭环全流程，实现“教与学”间的配合与协同，形成一个闭环式的高效实践教学管理体系[9]。

这个闭环体系中知识学习翻倍，专业知识和BIM软件知识。课堂练习翻倍，包含BIM软件操作练习和项目应用练习。课后作业翻倍，包含课后软件操作作业和项目练习作业。这样老师批改反馈讲解的闭环工作量就大大增加，而在线的教学方式以及主观题客观化的方法能够大大增强老师批改、分发作业的效率。

4 案例分析

4.1 教学基本情况

某高校土木工程专业工程管理方向班级的《BIM基础课程系统应用》小学期课程，完全以在线形式，通过学习通线上平台+腾讯会议+微信群而进行的闭环管理模式教学展开。

4.2 BIM在线教育管理体系模块应用

(1)课程活动模块

课前视频练习和问题引导在该模块下最大化地解决学前问题，它是实现在线教育闭环管理体系中的首要环节，为后续课程的实施奠定了良好的基础。

(2)章节学习模块

专业知识、软件知识、软件操作方法等讲解通过每章节的设置，以讲义、视频等形式体现(图6)。

图6 章节学习模块

(3)任务点模块

软件操作习题练习和课后习题练习通过此模块进行任务设置，并根据设置原则进行评估打分(图7)。

图7 任务点模块

(4)章节测试模块

章节测试模块用于设置课后项目练习的应用,见图8。

图8 章节检测模块

(5)学生管理模块

BIM在线教育实训考核中，主观题为主要考核点题目类型，主观题的批阅会耗费时间且精准度低。如何将主观问题客观化是重点问题，以Autodesk平台某软件为例，如选择主观问题主观答，学生会提交大量压缩文件，教师在阅卷时既要依次下载学生压缩文件分别打开，又要安装多版本软件以便阅卷，大幅降低效率。如选择主观问题客观答，效率将明显提升。方法上可以要求学生提交模型构件属性截图、某视图截图、文字辅助答案，教师在平台端可直观查看学生提交的图片和文字，快速批阅，不仅能保障答题精准度还能了解该知识点掌握情况。而且在线培训平台端后台系统会自动核算学生成绩及个题比值，教师可根据比值情况总结重点难点，选择性讲解,如图9-11所示。

图9 主观问题主观答

图10 主观问题客观答

图11 成绩管理模块

课堂管理：根据后台统计数据，可直观查看学生学习进度、时长，快速远程了解学生状态及知识点掌握情况，轻松解决在线教育培训监管难的问题,如图12所示。

图12 课堂管理模块

(6)讨论模块

项目应用讲解设置在讨论模块下，把线上学员与老师互动的问题进行归纳总结，便于学员后期对知识的温故,如图13所示。。

图13 讨论模块

图14 课程积分模块

(7)课程积分模块

项目应用讲解设置在此模块下，便于讲师通过此项积分环节对学员后期进行综合评估，见图14。

(8)作业统计模块

此模块根据老师预先出的题目，自动划分归类进行主观题和客观题的辨别,见图15。

图15 作业统计模块

(9)成果总结模块

成本总结模块见图16-20所示。

图16 建筑模型

图17 结构模型

图18 机电模型

图19 施工模拟

图20 动画场景

5 结论

实践证明基于闭环管理的在线教育模式，通过教学知识的拓展，教学流程的丰富和闭环，各个教学模块的数据化应用统计及导出，不仅提高了教学的质量，还使整个教学进入了良性循环的自我革新模式。但也存在缺乏有效学习监督机制，缺少线下课堂面对面的学习氛围等问题。学生是学习的实践者，是在线教学的主要对象，更是学习的主体，其在线学习习惯的养成有助于他们充分利用在线教学平台资源，丰富学习方式，还可随时随地利用碎片化的时间进行学习，提升学习效率，进而促进高校在线教学水平的提高。另外，加强自主在线教学平台的建设与完善，在疫情期间在线教学的过程中，都出现过各种各样的问题，例如准备不充分，网络不顺畅，平台不统一等。

随着信息技术的不断演进，知识、交互、教师、学生等教育要素都在发生改变，尤其是人工智能技术发展，互联网在线教育正在向以开放性、互动性、智能性、创新性为主要特征的“智能+教育”新生态转化，基于BIM的在线教育闭环管理体系会变得更加成熟。