BIM概论教学模式改革研究与实践

［摘 要］ 以“BIM概论”课程教学过程中如何有效开展课程思政教育为研究对象，基于数字孪生背景下，对国外BIM发展应用进行介绍和分析，综合考虑土木水利工程专业特色，从“BIM概论”课程教学与思政教育融合策略、学科交叉、创新学生培养与教学内容改革等方面进行分析，提出了数字孪生背景下“BIM概论”课程融合思政教育的实施方法和具体措施。采用科学、合理的方法及措施，将思政教育与专业课教学联系起来，通过创新教学方法、丰富教学内容，实现学科交叉融合，全面提升人才培养的专业素养能力、创新思维能力、文化自信心以及工匠精神。

［关键词］ 数字孪生；思政教育；BIM概论；融合策略；人才培养

［基金项目］ 2021年度教育部高等教育司土木工程国家级一流专业建设项目“土木工程一流专业”（802261234402）

［作者简介］ 李友彬（1979—），男，贵州贵阳人，硕士，贵州大学土木工程学院讲师（通信作者），主要从事数字孪生、BIM生态和建筑材料研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2024）48-0057-05 ［收稿日期］ 2024-07-26

引言

数字孪生指运用云计算、大数据、人工智能、虚拟现实等新一代信息技术，采集全量数据，实现工程建设等的可视化展示，并进行智能化模拟和前瞻性预演。数字孪生是面向新质生产力发展需求，为土木水利工程项目决策管理提供智慧与科技融合发展［1］。

我国普通高校人才培养是育人和育才相统一的过程。现阶段，在数字孪生背景下建设高水平人才培养体系，高校工科专业课程教学中既要重视基础理论知识和专业素养的培养，又要将思想政治工作贯穿课程中，加强专业课教学、学科交叉与思想政治教育的有机融合，培养具有全球视野、家国情怀、工匠精神、人文素养和实践能力的多学科复合型人才［2］。

BIM（Building Information Modeling）强度从项目开始到拆除持续发挥效力。项目所有参与方在不同阶段应提供相关数据和模型。通过数据库完成工程的数字化，其BIM技术体系如图1所示。

一、课程目标及其与培养要求的关系

（一）课程目标

通过“BIM概论”课程的学习，使学生达到以下目标。

1.知识能力。使学生充分掌握常用BIM概论技术相关软件的基本知识，使得学生具备简化问题和分析问题的能力。

2.工程分析与设计能力。使学生具备BIM概论应用的基本知识及必要的基础理论的能力。了解工程类专业技术标准体系、知识产权、产业政策和法律法规，并能正确评价自身专业发展方向，培养解决实际工程中遇到的问题，建立在现有法规条件下保质、安全形成良好的工程文化。

3.工程与社会。使学生具有充分的工程意识，为从事工程实践及科学研究打下必要的基础，在后期的学习中能够结合实际工程问题制订相应的实验方案。掌握土木工程专业BIM概论基础知识和专业知识，能够理清复杂工程涉及的各子问题间的关系，解决土木工程专业中的复杂工程问题。

（二）课程目标与培养要求的关系

从学生运用相关知识、恰当表述相关工程问题的培养角度，需要重视课程目标与培养要求的关系，具体见表1。

二、思政教育与“BIM概论”课程融合的必要性分析

BIM在不同国家、不同地区应用侧重点不同。其中，英国、新加坡从政府层面推进BIM发展，实现多专业人员真正协同工作。目前，BIM在工程建设中的突出优点有可视化、碰撞检测、能耗分析等［2］。通过调研我国BIM的应用和实践，没有开始了解BIM技术的公司有31.6%，关注BIM技术的公司有23.7%。通过调研我国50家建筑设计研究院，应用BIM技术的工程师有4%，68%的工程师了解BIM概念，28%的工程师从未使用BIM。工程建设中应用BIM技术具有不同的作用和功能，如图2所示。有些发达国家已经要求部分项目共享数据、建立模型、完善BIM应用。

“BIM概论”课程作为土木水利工程专业选修个性课程之一，要求学生具备扎实的数学、力学、工程制图等知识，通过本课程的教学及学生主动学习，让学生适应数字孪生背景下社会主义现代化建设的需要，具有解决复杂问题的能力和一定的创新能力，能面向未来、通专兼备、知行合一。“BIM概论”课程在土木水利工程专业课程教学中具有材料的特殊性、公式的试验性、设计的规范性、解答的多样性等特点，是对前序材料力学、结构力学、工程制图等知识的再学习，也是对后续课程的支撑，使得学生通过本课程系统掌握专业知识、具备解决工程问题的能力。

习近平总书记在北京大学师生座谈会上的讲话强调，“要把立德树人的成效作为检验学校一切工作的根本标准，真正做到以文化人、以德育人”［4］。“BIM概论”教学任务要求教师要把马克思主义立场观点方法的教育与科学精神的培养结合起来，融入思政教育内容，将国家和小家结合、社会和个人统一，树立文化自信、提倡创新创业精神，既要传授学生专业知识，又要树立正确的世界观、人生观和价值观。

习近平总书记在张掖市山丹培黎学校考察时强调：“我国经济要靠实体经济作支撑，这就需要大量专业技术人才，需要大批大国工匠。”［5］工匠精神是对工程建设从谋划到设计、实施及运营全过程的精雕细琢、精益求精、追求卓越，并不断创新的精神理念，关键在于培养符合国家需要的学生。因此，要想培养学生的工匠精神，离不开培育环境、培养模式、教学方法等各个环节的优化创新。教师在教学过程中应将专业教育与思政教育有机融合，加强实践教学，强调创新能力和职业责任感。

三、思政教育与“BIM概论”课程融合的策略要点分析

（一）学科交叉融合的策略要点

传统的学科划分能够让更多人在有限时间内，较快地学习、掌握某一学科专业的基本范式和知识能力。但这种教育模式往往过于强调专业和细节，学生的知识和思维容易局限在专业空间里，不利于培养创造性人才，已越来越不适应社会发展的需求。习近平总书记在全国科技创新大会、中国科学院第十八次院士大会和中国工程院第十三次院士大会、中国科学技术协会第九次全国代表大会上发表重要讲话强调，“厚实学科基础，培育新兴交叉学科生长点”［6］。数字孪生在原有平台上创新，引导学生培养多专业协同，建立工程数字化能力。

数字孪生人才既要专业精通，又要懂多学科。随着时代和科技的飞速发展，AI技术、新材料、新工艺、新设备、新的管理模式等如雨后春笋般迅速爆发，传统知识及教学方法明显不适应当今社会的发展需求。多学科、多领域、多维度的知识需求显得越来越突出。在教学过程中让学生充分理解和掌握数字孪生背景下对土木水利工程专业型人才的知识储备与需求，使学生毕业后面对新环境形势下的变革具备创新力和竞争力。因此，在数字孪生背景下，“BIM概论”课程的教学过程中以教学内容和教学目标为导向，通过将新材料、新设备及计算机先进技术等植入教学过程中，使学生具有跨学科交叉思维，吸收更多知识，将BIM技术应用于建设行业，很多高等院校土木工程专业设置具备BIM技术的教学计划、教学大纲和教学实践项目，建设BIM师资队伍，开设BIM课程、讲座，提升土木工程专业学生数字化知识。

（二）思政更新培养的策略要点

加强土木水利专业学生社会责任感。在课程教学过程中，从理论引导、实践培养、社会反馈三个维度，高校应更新观念，扩大土木水利工程专业在BIM应用管理层面的外延。让学生在专业知识学习过程中树立正确的世界观、人生观和价值观，通过思政教育融入专业课程学习，使学生坚定爱国主义情怀、坚定政治信仰，让爱国主义精神和社会责任感牢牢扎根在学生心中。

加强工程数字化相关知识，具有文化拓展的能力，具有创新和专业协同的能力。在专业课教学中，BIM应用管理层面的应用已不再是简单的理念和方法问题，更重要的应是通过经典案例和代表性人物故事讲解，以社会主义核心价值观为引领，推进文化自信自强，培育学生的奉献特质和工匠精神。

加强土木水利专业学生创新意识。数字孪生背景下，实现BIM设计、施工、运营管理，实现全寿命期综合应用。课程教学中结合“互联网+”、BIM大赛及教师主持的科研项目，在课程教学过程中让学生全面了解数字孪生背景下的土木水利工程领域面临的问题和挑战，使学生在教学过程中植入科学研究、科学试验，培养学生的创新意识，激发学生主动学习和创新的能力，让学生具备独自发现和解决工程问题的科技创新能力。

采用多媒体教学，讲练结合，力求使学生能够掌握基本的基于BIM生态的基础知识和参赛技能，如图3所示。

四、课程思政建设与实施策略要点

（一）思政教学资源是课程思政建设的核心

在数字孪生背景下，培养学生爱国、爱家、勇于奉献的精神。挖掘既满足课程思政教学目标，又激发学生学习兴趣的教学资源，保证课程思政教学工作的顺利实施。通过多种形式将我国在世界上取得的标志性成果在课堂上进行展示，培养学生的工匠精神和社会责任感，实现“BIM概论”课程专业内容教学与思政建设的有机融合。既让学生掌握了扎实的专业理论知识，又培养了学生的工匠精神和社会责任意识，使学生树立了服务社会、建设社会的理想理念。

（二）实践环节与课程目标的关系

我国高校土木水利工程专业课程结合BIM现状，设置教授学生BIM的相关知识和应用技能，培养BIM人才，对我国高校土木水利工程专业BIM相关教学和改革具有重要意义。在创新能力培养的实施策略上，除课堂教学外，充分利用教学实践，开展专业课程内容教学与思政教育。依托学校、学院教学实训基地及教师自身资源，通过课堂学习与工程示范、现场教学等方法的有机结合，让学生真真正正地参与到试验和工程问题的解决中，培养学生以工程师的身份，站在工程师的角度去看待工程问题，做到学以致用，从而提高学生的表达、动手、沟通协调和解决实际工程问题的能力，引导学生积极主动参与到各类工程实践、科学试验和科学创新活动中去，提升学生自身在实践活动中发现问题和解决问题的工程能力，在社会中的不断探索实践，能够提高项目的有效性、科学性，为创新创业项目能够落地开花打下坚实的基础。

BIM的实施需要团队具备BIM理论和BIM实践相匹配，培养BIM人才除了学习本专业基本理论外，还应能熟练使用BIM的专业软件和平台，懂得协同和对BIM数据的采集与分析使用。

（三）课程目标达成度计算

按照“以学生为本”的理念，遵循理论联系实际原则，激发学生学习及参赛的积极性，发挥教师的引导作用，突出学生的能动性，以实现学生由“被动学习”向“自主学习”转变为目标。

计算方法：总成绩=期中BIM模型第1稿草图模型（个人）占总分20%+期中BIM模型第2稿草图模型（个人）占总分20%+期末BIM模型第1稿正图模型（个人）占总分30%+期末BIM模型第2稿正图模型（个人）占总分30%。

让学生通过参与基于BIM生态的全国结构大赛，建立模型、模型制作深入掌握和理解建筑空间组合以及建筑与场地的关系，通过模型制作推敲与反思方案的合理性等；并通过日照实验保证二维规划、三维立体空间及日照采光三者兼顾的理想方案。通过培训，使得学生具备参加全国基于BIM的结构信息大赛的能力，并且具有独立完成BIM的能力；对各项BIM结果具有分析判断的能力，并能提出改善的方案措施；能根据不同的工程及不同的工程环境，合理地选择和使用相关的BIM软件；具有对BIM能较快地熟悉和掌握其技术性能与技术标准，并用于工程实践的能力，实践环节与课程目标的关系见表2。

结语

本文基于数字孪生背景下，为推进教育、科技、人才“三位一体”发展，为确保课程思政有效实施，教学过程中要结合“BIM概论”课程教学特色以及数字孪生人才培养要求。了解思政教育与专业课教学的根本目标，采用科学、合理的方法和措施，将思政教育与专业课教学联系起来，通过创新教学方法、丰富教学内容，实现学科交叉融合，培养学生的专业素养能力、创新思维能力、文化自信心及工匠精神。结合数字孪生把思政教育融入专业课程，培养数字化新质人才。