成都师范学院 物理与工程技术学院 四川成都 610000
摘要：现阶段建筑施工技术实训教学开展面临许多困难，并且这门课程要求学生具备施工过程的实践操作技能，BIM技术具有虚拟、互动、可视化等功能，因此在教学过程中将基于“BIM虚拟仿真实训”运用于建筑施工技术的教学当中，以帮助其有效突破这一教学困境。
关键词：BIM虚拟仿真实训；建筑施工技术；复合教学
Research on compound teaching of building construction technology course based on "BIM virtual simulation training"
随着我国建筑行业向着信息化、智能化方面发展，BIM技术由于具有信息集成、可视化、虚拟模拟等特点，在工程施工各领域、各阶段有着广泛的应用。同时普通高等院校为了适应行业的发展，开设了BIM相关课程，教师和学生具备基本的BIM技术应用能力。为了落实“建筑行业新政策、建筑教育新方向”的新建筑行业人才培养要求，把基于“BIM虚拟仿真实训”技术与传统教学模式的结合，使学生能更直观、更高效、更主动的参与实训，解决了现在传统实训的困难，是未来建筑行业实训教学的发展方向。因此本文将通过着重围绕《建筑施工技术》课程改革中BIM虚拟仿真技术的教学研究，为教师们提供相关思路[1]。
一、我国BIM虚拟仿真实训研究现状
（一）、响应BIM虚拟仿真实训政策
《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010 －2020 年）》为了适应教育发展新形式和新要求，针对高等教育提出加强学生实践能力、创新能力培养。教育部在《关于2017-2020年开展示范性虚拟仿真实验教学项目建设的通知》（教高厅〔2017〕4 号）和《关于开展国家虚拟仿真实验教学项目建设工作的通知》（教高函〔2018〕5号）两个文件中都强调，虚拟仿真实验教学项目是为了适应新时期信息化时代获取知识方式的改变、转变以人为中心的教学理念、扩展实验教学的内容和空间，是实验教学和信息化教学融合的产物。住建部发布了《2016—2020年建筑业信息化发展纲要》提出了全面提升建筑行业信息化水平，加强互联网、大数据、BIM等技术在行业中的应用。
（二）、BIM虚拟仿真实训在我国高校研究现状
目前，为了适应国家提出的新时期教育发展新方向，以建筑产业信息化为契机，我国许多高等院校的相关专业开展了BIM教学和研究工作。浙江大学建立了土建类虚拟仿真实验教学中心，包括工程力学、工程设计、工程防灾和工程规划等实验平台，侧重过程管理、高精度和可重复的虚拟实验；同济大学建立了能开展各类结构虚拟实验的教学中心，教育理念是实现理论学习和技能培养相互促进、特别强调创新能力和的培养；大同大学把虚拟技术应用于古建筑结构设计，使在设计中能够直观的感受设计成果，培养学生工程实践能力和创新精神。四川师范大学聚焦BIM技术教学实践及建筑安全，建设了BIM与建筑安全虚拟仿真实验室，提高了学生就业竞争力。成都师范学院建成了BIM虚拟仿真实验室，注重培养工程造价专业学生BIM应用能力。
二、将BIM虚拟仿真实训植于专业课程教学的意义
土木工程施工课程是本科阶段非常重要的一门实践应用专业课，具有很强的操作性，涉及知识点复杂繁琐。在教学中为了使同学容易理解施工过程，通常采用视频及动画方式来激发学生的认知能力，再施工实习加强理论课的学习，其效果往往不尽如人意。这种相互脱节的理论学习、和施工实习的教学模式存在以下一些问题。（1）课程操作性强，同时理论学习比较枯燥，如果只有理论学习，没有实践操作，则不能很好理解施工各环节施工要点，因此，课程知识点掌握不理想。（2）有一些实训条件较好的学校，按照一定比例建造了大型施工实训室，教师在实训室内教学，但由于受到实训设备数量限制，学生通常分组实训，难于每个人都去独立完成整个实训项目，动手和实践能力也得不到很好的提高。（3）一些高校在课程学习后期或课程完成后，联系工程单位进行现场认识实行，但也会存在一些问题，一方面，在现场只能看到现阶段施工场景，不能全面了解整个施工过程，另一方面，学校经费有限，无法支持学生较长时间的实习费用。因此，通常是教师带领学生，到几个工地参观一下，请工地技术负责人现场讲解，施工实习就算结束。学生在施工现场时间短，无法系统地了解施工工艺流程及工程管理方法[3]。
BIM虚拟仿真实训的应用改变了传统的实训教学方法，使“教”与“学”都发生了重大变化：（1）BIM虚拟仿真实训不仅可以达到实际实训的目的，而且理论和实践更有效的结合，通过虚拟三维场景再现施工过程，以直观、互动的形式展现给同学，从而提高学生学习的参与性和积极性。（2）BIM虚拟仿真实训可以虚拟全部施工工程。在现实的实训和工地实习中，由于受时间的限制，无法全部展现全过程，而在虚拟中可以轻松解决。（3）BIM虚拟仿真实训不受场地、实训耗材、实训设备数量的限制。在传统的实训中，由于设备数量有限，无法满足每人一套设备一项实训，但在虚拟实验中则可以实现[4]。
三、基于BIM虚拟仿真实训的《建筑施工技术》复合教学改革思路
（一）、以项目为导向重构教学内容
传统的《建筑施工技术》教材是以专项施工为章节安排教学内容，和实际施工顺序脱节。
教材作为知识载体本身存在时间上的滞后效应，现在的建筑技术变革突飞猛进，新的建筑结构形式、建筑方法和新建筑材料的不断出现，使得传统的教材的教学内容和现在的建筑施工技术知识差别很大。
按照“以学生为主体，技能培养为主线，以项目为导向的模块化课程体系”的总体设计要求，把《建筑施工技术》课程中土石方工程、地基处理、基础工程、砌筑工程、混凝土结构工程、预应力工程、结构安装工程、屋面及防水工程、装饰工程等与工程实践紧密联系的教学环节，通过基于BIM虚拟仿真实训软件，虚拟一个真实的建筑施工项目，施工顺序和真实的施工步骤一样，把教材中的枯燥乏味的知识点和施工方法完全植入到虚拟实训软件的操作过程中，学生被动学习转换成主动的操作训练，纯理论的课本知识变为三维场景直观知识，从而激发学生兴趣，记忆理解更加深刻。通过与在建项目开展校企合作，按照相关施工规范标准和企业施工操作流程，更新教材中落后的施工方法和技术，植入到BIM虚拟仿真实训软件。通过搜集国内外建筑技术学科前沿知识，把新的建筑材料、建筑机械设备、建筑工艺、绿色建筑等最新科研成果，制作成图片、动画、演示视频等教学资源引入到虚拟仿真实训软件，同时删除课程中一些淘汰的施工技术知识点，改变多年一成不变的课程内容，让课程保持与时俱进的活力，符合建筑行业发展新形式和新要求[5]。
（二）、BIM虚拟仿真软件操作+课堂理论知识学习重构教学过程
基于BIM虚拟仿真实训的《建筑施工技术》课程改革，彻底打破传统课程的设计思路，将课程的教学过程分为BIM虚拟仿真实训操作和课堂理论知识学习两个部分，以项目的实训完成来组织理论课程的安排和知识点的选择，两者之间相辅相成。教师根据实训的技能需要，进行课堂理论讲解，让学生完成土方工程、地基与基础、主体工程和装饰装修工程等知识体系储备；把场地平整、桩基础施工、砌体施工、混凝土浇筑、防水施工等实践操作环节制作成教学视频和动画演示，让学生可课堂上或者课下反复学习和观摩，加深影响，为后面开展BIM虚拟仿真实训做好铺垫；还可以设置分组讨论环节，对某项施工工艺进行探讨，了解其优缺点，提出建设意见，培养学生的创造性学习；布置课后习题，学生通过做练习及时反应知识掌握情况，教师根据反馈及时调整教学策略，为后面的BIM虚拟仿真软件操作安排提供数据支持。
BIM的中文解释是建筑信息模型，把BIM用于虚拟仿真软件，实现了建筑三维场景和
人机沉浸式虚拟互动的结合。BIM本身具备建筑物的所有信息，比如构件尺寸、材料类型、工程量和造价的信息，而传统的三维建模技术不具备建筑信息。按照真实的施工图纸，通过BIM技术重构一个虚拟的建设项目，然后植入虚拟仿真软件，学生通过在系统中进行角色扮演，模拟施工人员，仿照实际的施工顺序和施工方法进行模拟施工。BIM虚拟仿真技术具有全过程、个体主导、高效性、经济性和安全性等特点，建筑项目是由各分部分项工程组成，传统的实习或者实训只能选择部分项目进行，只见树木不见森林，而虚拟仿真实训则能全过程模拟项目，让学生能完全参与项目的施工过程；由于BIM虚拟仿真软件具备容错、趣味性、可扩展、实训场地和时间灵活等特性，学生则能充分发挥个体的能动性，有效的参与实训，提高实训效率；在进行虚拟仿真实训时，不需要耗材，并且可以无限制重复实训，直到完全掌握实训操作，因此成本非常低廉；以前在组织学生去工地参观实习时，工地有一定的危险性，利用 BIM 虚拟仿真技术进行实训可以有效保护学生安全[6]
（三）、课程反馈与教学评价重构
传统的《建筑施工技术》教学中，课时安排为百分之八十的时间为课上理论教学，剩下的时间为课程设计或者实践教学。实现BIM虚拟仿真软件实训+课堂理论知识学习复合教学后，课时的分配就会发生变化，根据两种教学活动在教学中的重要性区别，结合学生完成一个完整的建筑施工项目所需时间，现在课时安排为两种教学活动时间都为百分之五十，提高了学生仿真实训的时间占比。
以结果为导向的课程反馈与教学评价体系向以过程为导向的课程反馈与教学评价体系转变。以往的课程教学过程中，教师通过课堂上提问题、布置课后作业、课程设计、期末考试等方面获得学生对这门课程知识点的反馈情况，反馈的数据单一，同时只反应结果而没有反应过程，一部分学生平时学习不是很积极，抄袭作业，期末考试前突击知识点的情况屡见不鲜，导致评价结果不够客观公正；实现复合教学后，学生与BIM虚拟仿真软件进行人机互动，反馈机制也发生了变化，学生在操作软件的过程中，登录次数、学习的时间点、学习时长、学习进度、学习资料搜索和下载的数量、在线话题讨论参与次数、线上测验成绩形成大量的学习行为数据，通过对这些学习数据的分析，能够对每一位学生进行客观地整体评价。
四、结束语
BIM虚拟仿真技术能够对建筑工程施工技术的各分部分项工程、施工流程、技术要点等进行模拟再现，从而使得学生可以沉浸、互动、全方位地参与和学习建筑工程施工技术实训，对于其提升学习效率与施工技术的掌握和运用能力均具有十分重要的帮助作用。实践表明，通过对BIM虚拟仿真技术的使用，可大幅减少教学实训环节的安全问题，节约教学成本、提高教学质量，实现了教学理论教学和实训教学相得益彰，良性发展。
参考文献：
[1]付亚静.基于BIM 的虚拟仿真技术在教学领域的应用与实践[J].土木建筑工程信息技术，2019，11（6）：70-75.
[2]殷晓玮.BIM虚拟仿真实训中心的建设与应用实践[J].电脑知识与技术，2019，15（19）：265-267.
[3]陆海燕.BIM 与 VＲ 技术在土木工程施工教学改革中的探索与实践[J].高等建筑教育，2018，27（5）：127-131.
[4]郭二伟.采用BIM技术的土工虚拟仿真实验设计[J].教育教学论坛，2019，（11）：274-275.
[5]闻玉辉.基于“互联网+”的高职《建筑材料与检测》课程教学改革探讨[J].职业技术教育，2019，40（35）：41-43.
[6]杨春燕.BIM 虚拟仿真技术在建筑工程施工技术教学中的应用[J].电子技术与软件应用，2019.
作者简介：罗诗佳（1983-），男，四川大竹人，成都师范学院 物理与工程技术学院 讲师、硕士，主要从事建筑信息化教学研究