新工科下“五位一体”BIM课程体系构建与实践

摘"要：随着新工科教育的兴起，BIM（建筑信息模型）技术在工程教育中的重要性日益凸显。本文旨在探讨和实践新工科背景下“五位一体”BIM课程体系的构建，以适应建筑领域可持续发展对专业人才的需求。BIM技术在土木工程领域的应用不同于传统CAD软件，BIM技术在促进多专业团队协作、集成多维信息、优化设计方案和施工管理中起着关键作用。本文针对BIM课程存在的痛点和面临的挑战，提出了以学生为中心的“五位一体”教学改革方案。改革方案包括培养方案定制化、课程目标分级化、教学内容创新化、教学实践融合化和教学路径多样化五个方面，以实现课程的全面升级和学生能力的全面提升。

关键词：BIM课程；五位一体；教学目标；创新

在新工科教育的大背景下，BIM（建筑信息模型）技术作为土木工程信息化的关键工具，对工程教育提出了新的挑战和机遇。本文聚焦于BIM课程体系的创新与实践，旨在通过构建“五位一体”教学模式，解决传统教学中存在的问题，如理论与实践脱节、学生能力培养不足等，以满足新时代对工程人才的高标准要求。本文将探讨如何整合数字技术，增强教育的创新性和实践性，以及如何通过校企合作，实现产学研的深度融合，最终培养出具有创新精神和实践能力的高素质工程人才。

1"新时代BIM技术的发展

BIM技术继传统CAD软件之后，成为土建行业信息化进程中的又一项关键技术，它为工程建设领域带来了创新的模式。BIM技术不同于传统CAD技术，其具有可视化、优化、综合建模模拟场景等特性［1］。在土木工程领域，BIM（建筑信息模型）软件与传统的CAD（计算机辅助设计）软件相比，具有以下几个显著的差异：BIM工具如Revit和Civl"3D，能够促进不同专业团队之间的即时协作，它们通过构建一个集成了几何、时间、成本、环境和维护等多维信息的综合数字模型，来实现对项目从设计到施工、再到维护的全周期深度管理和控制［2］。BIM软件的参数化建模功能可以自动同步设计变更，同时提供能量分析、结构分析和冲突检测等高级功能，以优化设计方案并提前识别潜在的施工难题。与此相对，CAD软件主要集中于二维设计和绘图，尽管它也支持三维模型的创建，但在提供实时协作能力、整合多维信息以及包含高级分析工具等方面通常不如BIM软件全面［3］。

因此，BIM软件为学生提供了更为接近实际建筑工程的体验，且极大地激发了学生的实践能力以及创新创业能力，逐步实现产学研融合教育［4］。探索在数字化和智能化背景下，基于BIM技术的创新创业教育人才培养模式的改革，对于提升教育质量具有重要的促进作用。这不仅是对教育本身的提升，也是对新时代经济社会多元化就业和创业需求的积极回应。

2"新工科背景下BIM课程的痛点

在新工科教育背景下，软件课程的应用已成为势不可当的趋势，社会各界以及各大校招企业对学生的计算机技能有了更高的期待。与以往的工科人才相比，新工科人才需要具备更扎实的工科逻辑思维和实践操作能力，更强的创新精神和团队合作能力，以及更全面的人文素养［56］。然而，BIM课程在与传统工科土木工程学科深度交叉融合中，传统的工科教学模式已经难以适应新时代对新工科人才的培养要求。

在教学过程中，我们面临着几个关键的挑战和痛点，如图1所示。首先，提升课程的高阶性是一个重要目标，学生对计算机应用的熟悉程度存在显著差异，这就要求我们在设计课程时必须考虑到学生计算机基础水平的多样性，并满足他们的个性化学习需求。这不仅涉及教学内容的深度和广度，还包括如何有效地将理论知识与实际应用相结合，以适应不同学生的学习节奏和风格。其次，计算机建模过程的学习是一个复杂且考验综合能力的过程，学生常常需要在各模块操作的同时进行建模逻辑思维的训练［7］。为了解决这一问题，教学过程中需要特别强调建模逻辑思维能力的培养，这包括问题分析、抽象思维、建模设计和实际场景融合等关键技能［8］。通过这种方式，学生不仅能够学会如何进行建筑模型的设计，更能学会如何思考和解决问题，这对于他们未来在技术领域的职业发展至关重要。最后，目前实践教学与专业课程之间存在一定程度的脱节，这直接影响了学生将理论知识应用于实际问题解决的能力。为了弥补这一缺陷，需要探索如何将实践教学更紧密地与专业课程结合起来，通过案例研究、项目驱动和实验室工作等手段，增强学生的实践操作能力和创新思维［9］。

综上所述，为了应对这些挑战，我们需要对现有的教学模式进行深入的反思和创新，以确保教学内容和方法能够适应新时代的教育需求，最终实现培养高素质新工科人才的目标。

3"“五位一体”课程体系的构建

根据学生的实际情况，教学团队聚焦教学痛点，以学生为中心，以“培养方案定制化、课程目标分级化、教学内容创新化、教学实践融合化、教学路径多样化”为改革方向，从课程培养、课程目标、教学内容、实践创新以及教学路径五个方面入手进行全面改革，构建“五位一体”全方位教学模式，如图2所示。

3.1"培养方案定制化

在教育领域，“因材施教”是一条重要原则，旨在根据每个学生的特点和需求定制个性化的教育方案。在构建具有特色的培养方案时，致力于实施一项综合能力评估，以此作为建立学生成长与社会需求之间联系的桥梁。我们的目标是创造一个多维度、互动式的教育模式，该模式融合了课堂内外、线上与线下、校园内外以及传统课堂与拓展课堂的元素，以实现教育资源和学习体验的最大化互补。开展全面的能力评估，了解学生在BIM技术方面的基础知识和技能水平，同时分析行业和社会对BIM技术人才的具体需求。课程设计与教学内容需保持更新度，结合最新的BIM技术发展，更新教学大纲，确保课程内容与行业趋势及热点同步，包括BIM软件操作、模型创建、协同工作流程、项目管理等。

3.2"课程目标分级化

依据课程目标要求，以学生为中心，达成课程目标为结果导向，实现从总体课程目标到章节目标，再到具体知识点目标的逐级细化，分级实施完成，由基础到扩展提升再到自我创新。具体来说，将整个课程的目标分解为若干个章节目标，然后运用层级分析法，将每个章节目标进一步细化为具体、可执行、可评估的知识点目标。这些知识点目标直接对应学生的学习成果，并且按照从基础知识到能力培养，再到高阶技能以及知识创新的顺序逐步提升，并在教学活动中层层落实。

BIM课程目标分级，其中课程目标能力目标以及知识目标两部分培养学生自主研究、自主解决问题的能力，要求学生掌握BIM基础知识，并进行能力提升，为今后在工作中承担案例设计打下坚实软件基础以及计算逻辑思维。章节目标依据课程内容划分为四个部分：BIM概述、结构及建筑专业建模、深化设计以及体量与族，各个章节逐步递进，由易到难，由基础到提升，问题不断复杂化，提升学生对软件的变通应用能力。知识点目标针对章节目标展开，对章节目标进行细化，落实到每一个细小步骤，对应学生应掌握的基本计算机能力，学生可明晰教学的每一个小目标，落实到每一个细节进行实操学习，从而可进一步明确而高效地进行自主学习。

3.3"教学内容创新化

坚持以学生为中心，打造高质量专业课程，对课程体系进行重新构建，建立课程全方位考核流程，从教学设计到教学过程再到教学考核以及教学创新能力提升，以此增强课程在教学设计、教学实施和教学评价方面的深度、创新性和挑战性。贯彻案例教学，培养理论与实践相结合的工程思维。扩展教学中的工程案例应用实例，培养学生将知识应用于实践的逻辑思维和实际操作能力，并让学生在工程案例的设计中不断反思，并进行创新型设计与改进，培养学生自主思考问题、解决问题的能力。

通过基础案例到提升案例的学习，逐步提高学生学习能力、创新能力，不断深化知识点的学习。针对基础案例，通过基础案例引导学生线上自主学习，利用互联网资源进行基础知识点的细化及补充学习，参与测试和答疑讨论，测试可进一步采用学习通线上进行，以便学生及时测试并进行知识点的巩固和加深，并可作为学生今后复习的依据，测试题目可采用简明的选择题和判断题以及单一知识点的简易实操题。所选的基础案例应聚焦基础知识点，问题设计简单直观，避免复杂化工程案例以及涉及交叉学科的工程案例，从而便于学生快速理解和掌握，使得自主学习过程更为顺畅。针对提升案例，旨在拓展学生的思维并达成能力目标。这些案例在基础案例之上增加难度和复杂性，融入新技术、前沿资讯和社会热点，采用启发式、探究式和互动式教学法，引导学生从模仿程序到修改程序，最终实现自主编程，逐步深化对基础知识的理解和应用，拓宽视野，提升综合能力，在提升案例中鼓励学生进行小组设计，培养学生团结协作能力，活跃课堂氛围。提升案例可涉及较复杂的工程案例，并要求具有一定的创新性，以培养学生计算逻辑思维和创新能力，提升对软件掌握的变通能力，为将来独自完成复杂工程案例的设计打下坚实的计算机基础。

3.4"教学实践融合化

在工程学科中，实践不仅是其核心，也是激发创新和促进多学科交流的催化剂。然而，目前工程管理专业的教学存在理论与实践之间的断层，缺少一个与建筑信息化技术同步的仿真实训平台，这造成了教学成效与教育宗旨、毕业标准及行业需求之间的不匹配［10］。在新工科教育的推动下，重点转向了增强学生的实践与创新技能。尽管现有的实体实验室提供了实际操作的体验，它们却难以实现对工程项目变化的实时监控和模拟，同时伴随潜在的安全问题。这种缺陷导致了学生在创新思维和团队协作方面的培养不足。

BIM技术所提供的模拟教学环境，能够以高度仿真、动态、可重复和真实的方式模拟物理环境，为学习者带来沉浸式的学习体验。这种环境不仅能够提供安全无风险的实验场所，还能够让学生在没有时间和空间限制的情况下，进行各种复杂工程问题的探索和解决。鉴于此，地方高校在推进工程管理专业的教学改革时，需要积极与BIM技术企业合作，整合和利用校内外资源，共同开发课程、培养师资、实施项目，形成校企深度合作的新范式。高校可以邀请企业专家参与课程设计，提供行业视角和实际案例，使教学内容更加贴近实际应用。同时，企业可以为学生提供实习机会，让学生在真实的工作环境中锻炼技能，增强职业素养。此外，高校还应该建立一套完善的评价体系，对学生的学习成果进行全面评估，包括理论知识掌握、实践技能运用、创新思维能力和团队协作精神等方面。通过定期的测试、项目评审和同行评议等方式，及时反馈学生的学习进展，帮助学生不断改进学习方法，提高学习效果。

3.5"教学路径多样化

BIM课程实质是基于建筑专业化设计、结构专业化设计、暖通设计、室外场地设计、工程造价、全过程项目管理等多学科专业知识。因此，可实施多学科教师讲授，采取多学科教师进行授课，进一步扩展软件应用领域。具体实施可开设多门BIM相关选修课，学生可根据兴趣需求以及就业需求自主选择所需要深入了解的领域内容，促进不同学科间知识整合与技能的协同进步，努力打造一个以BIM技术为中心，涵盖多个学科领域的综合性课程体系。该体系旨在通过新型教学模式，为学生提供一个全面接触和理解工程项目实际操作的平台，形成一个多维度、跨学科的教学结构，以点燃他们对专业学习的热情，并有效提升其实践操作技能，以适应未来建筑行业的信息化、数字化转型需求。通过这一体系，学生将有机会深入探索BIM技术在工程设计、施工和设施管理中的应用，同时，也能够学习到与工程相关的管理知识和信息技术，为将来的职业生涯打下坚实的基础。

结语

本文深入探讨了新工科背景下BIM技术在工程教育中的应用及其对教学模式创新的推动作用。通过构建“五位一体”的BIM课程体系，旨在实现课程教学的全面改革，以适应新时代对工程人才的高标准要求。这一体系涵盖了课程培养方案定制化、课程目标分级化、教学内容创新化、教学实践融合化以及教学路径多样化等关键方面，旨在培养学生的综合素质，特别是强化其计算思维、实践能力和创新精神。本文提出了一系列创新的教学策略，包括因材施教、采用分级化的教学目标、创新教学内容，以及将理论与实践紧密结合，通过与BIM技术企业的深度合作，建立校企合作的新范式，这不仅为学生提供了接触行业前沿的机会，也为企业输送了大量高素质的工程人才。此外，还强调了教学路径的多样化，鼓励学生根据自己的兴趣和职业规划选择不同的学习路径，以促进个性化发展。

最后，需要强调的是BIM课程的教学改革是一个持续的过程，需要高校、企业和社会的共同努力。今后需继续探索和完善“五位一体”的BIM课程体系，以培养出更多既懂技术又具备创新能力的高素质工程人才，为社会的发展做出更大的贡献，共同开创工程教育的新篇章。

参考文献：

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［4］杜欢欢，林志豪，张津津.基于BIM技术的实训教学模式和方法研究［J］.科技风，2021（17）：3.

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［10］潘旭东，林森，曾昭阳，等.基于五位一体实践育人模式的新工科新工训：以哈尔滨工业大学工程创新实践中心为例［J］.高教学刊，2021，7（25）：610.

基金项目：江苏省高等教育教改研究课题（2023"JSJG374）；江苏省产教融合型一流课程《混凝土结构设计原理A》（2022153）；苏州科技大学“五育融通”教学研究专项课题（2023WYY01）

作者简介：李梅（1991—"），女，汉族，山西太原人，博士，讲师，研究方向：混凝土结构抗爆、抗冲击；蔡新江（1981—"），男，汉族，黑龙江哈尔滨人，博士，教授，研究方向：新型抗震/减振工程结构体系与工程结构多灾害安全评估；史慧媛（1989—"），女，汉族，山东济南人，博士，副教授，研究方向：复合材料力学性能。