BIM技術(shù)下的建筑結(jié)構(gòu)識(shí)圖課程教學(xué)
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[摘要]建筑結(jié)構(gòu)識(shí)圖課程要求學(xué)生具有良好的空間想象力，但由于學(xué)生缺乏實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，很難根據(jù)教師描述的內(nèi)容進(jìn)行聯(lián)想。而bim技術(shù)可以通過虛擬仿真、建立模型等，彌補(bǔ)學(xué)生空間想象力的不足。這同時(shí)也要求教師要根據(jù)具體的內(nèi)容和案例運(yùn)用BIM技術(shù)?；诖耍P者將分析與探討基于BIM技術(shù)的建筑結(jié)構(gòu)識(shí)圖課程教學(xué)研究。
[關(guān)鍵詞]BIM技術(shù)；建筑結(jié)構(gòu)識(shí)圖課程；教學(xué)研究
在傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)識(shí)圖課程教學(xué)中，教師往往側(cè)重于理論層面的講授，忽視學(xué)生的實(shí)際參與與動(dòng)手操作。這導(dǎo)致學(xué)生對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)特征了解不夠，不利于學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)。而傳統(tǒng)的教學(xué)方法和理念落后于現(xiàn)代教育的要求，BIM技術(shù)由此應(yīng)運(yùn)而生，其能夠有效地提高學(xué)生的專業(yè)知識(shí)和實(shí)踐能力。
BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)制圖課程中的重要性
在傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)制圖課程中，教師主要依靠CAD繪圖輔助教學(xué)，但這種教學(xué)方式無法讓學(xué)生得到更為直觀的體驗(yàn)，而且也限制了一些教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)的動(dòng)態(tài)呈現(xiàn)。教師運(yùn)用BIM技術(shù)可以建立三維模型豐富課程教學(xué)形式。BIM技術(shù)可以將二維施工圖與三維建筑結(jié)合起來，便于學(xué)生理解相關(guān)的學(xué)習(xí)內(nèi)容。學(xué)生也可以通過BIM技術(shù)進(jìn)行展開、縮小、旋轉(zhuǎn)等，可以更加直觀地了解建筑圖紙與三維建筑之間的關(guān)系，進(jìn)而幫助自身快速掌握建筑工程識(shí)圖與繪圖方法。同時(shí)BIM技術(shù)的應(yīng)用可以促進(jìn)理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)的有機(jī)結(jié)合，全面提高建筑結(jié)構(gòu)識(shí)圖的課程教學(xué)效果。BIM技術(shù)改變了平面圖教學(xué)的現(xiàn)狀，學(xué)生可以通過三維模型直觀了解相關(guān)的學(xué)習(xí)內(nèi)容。這種教學(xué)方法不僅突出了教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，而且也大大降低了學(xué)生的學(xué)習(xí)難度，提高了課堂教學(xué)的效率。
建筑結(jié)構(gòu)識(shí)圖課程教學(xué)存在的問題
建筑工程專業(yè)學(xué)生的識(shí)圖能力是非常重要的一項(xiàng)能力。但在傳統(tǒng)的課程教學(xué)中，施工建筑圖和結(jié)構(gòu)施工圖都是以二維的形式呈現(xiàn)給學(xué)生的，但實(shí)際建筑是三維的，這就很容易使學(xué)生形成認(rèn)知上的偏差。因此，學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)應(yīng)該加強(qiáng)自身識(shí)圖能力的訓(xùn)練，不斷增強(qiáng)自身的空間想象力。然而由于學(xué)生缺乏相關(guān)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，很難從二維圖形跨越到三維模型，特別是一些復(fù)雜的建筑節(jié)點(diǎn)。針對(duì)此問題，教師也在不斷進(jìn)行相應(yīng)的教學(xué)改革，以探索出有效的教學(xué)方法，如運(yùn)用多媒體課程教學(xué)等。多媒體的使用雖然在一定程度上提高了教學(xué)的直觀性和生動(dòng)性，但在教學(xué)過程中也受到了高成本的建筑模型、施工場(chǎng)地安全隱患等諸多因素的制約，在培養(yǎng)學(xué)生空間想象力方面還存在一定的不足。建筑結(jié)構(gòu)識(shí)圖課程知識(shí)點(diǎn)多而且較為復(fù)雜，既包含大量專業(yè)術(shù)語，又包含大量的施工實(shí)踐和施工技術(shù)，具有很強(qiáng)的專業(yè)性。但是現(xiàn)行教材更新緩慢，遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于新技術(shù)、新材料的應(yīng)用。學(xué)生使用的書籍知識(shí)和插圖過于老舊且內(nèi)容表達(dá)不直觀。特別是對(duì)缺乏實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的初學(xué)者來說，在沒有對(duì)建筑構(gòu)件實(shí)地觀察前，很難理解相關(guān)的理論知識(shí)。傳統(tǒng)的教學(xué)是基于二維平面的，在教學(xué)過程中經(jīng)常通過施工節(jié)點(diǎn)圖片展示、施工視頻觀看等方式引導(dǎo)學(xué)生理解建筑結(jié)構(gòu)施工圖。但學(xué)生僅僅依靠二維平面、垂直、剖面等很難轉(zhuǎn)化為三維模型。而且在傳統(tǒng)教學(xué)中，建筑結(jié)構(gòu)和建筑地圖識(shí)別模塊是相對(duì)獨(dú)立的，沒有形成系統(tǒng)的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，不利于學(xué)生的學(xué)習(xí)與記憶。
基于BIM技術(shù)的建筑結(jié)構(gòu)識(shí)圖課程教學(xué)策略
1.打造體驗(yàn)式BIM實(shí)訓(xùn)場(chǎng)景
在建筑結(jié)構(gòu)識(shí)圖教學(xué)中，教師要打造體驗(yàn)式BIM實(shí)訓(xùn)場(chǎng)景，促進(jìn)學(xué)生獲得身臨其境之感，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)與自主探索能力。在傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)制圖教學(xué)中，教師多是借助教材和圖片向?qū)W生展示所遇到的問題。但是建筑場(chǎng)景平面圖在教學(xué)中的作用十分有限，學(xué)生不能進(jìn)行直接操作，因而給學(xué)生帶來的教學(xué)體驗(yàn)并不是很好。教師借助于BIM技術(shù)可以呈現(xiàn)出立體空間感，讓學(xué)生通過直觀、身臨其境的體驗(yàn)?zāi)Ｊ剑鰪?qiáng)其對(duì)教學(xué)內(nèi)容的理解。教師運(yùn)用BIM技術(shù)創(chuàng)建一個(gè)實(shí)訓(xùn)場(chǎng)景，學(xué)生可以觀察建筑內(nèi)部的空間信息，這不僅開闊了學(xué)生的視野，還增強(qiáng)了學(xué)生的形象思維。此外教師在教學(xué)中應(yīng)該加強(qiáng)“人機(jī)交互”的觀念，不僅要學(xué)生在BIM仿真環(huán)境下觀察建筑，還要讓學(xué)生對(duì)建筑模型進(jìn)行操作，培養(yǎng)學(xué)生的操作能力。教師也要積極開發(fā)精品課程資源庫，結(jié)合建筑業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，構(gòu)建在線教學(xué)系統(tǒng)，進(jìn)而搭建良好的學(xué)習(xí)平臺(tái)。教師要課前提供預(yù)習(xí)資源庫，以教材內(nèi)容為框架，運(yùn)用BIM技術(shù)獲取經(jīng)典案例，加深學(xué)生的感悟。在課中通過平臺(tái)進(jìn)行課堂討論，指導(dǎo)學(xué)生完成課堂作業(yè)，教師要了解學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握情況?；诖耍處煾鼞?yīng)多引進(jìn)新技術(shù)、新規(guī)范，更新老舊落后的教學(xué)方法。在建筑圖識(shí)別部分，教師要選取典型且不同結(jié)構(gòu)類型的建筑施工圖，讓學(xué)生從直觀的建筑物中建立理性認(rèn)識(shí)，進(jìn)而提高學(xué)生的實(shí)踐能力。例如在上學(xué)生建筑制圖這節(jié)課時(shí)，教師可以運(yùn)用BIM技術(shù)將三面投影圖的建立、形成、展開演示給學(xué)生，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)剖面的理解。教師可以讓學(xué)生以辯論會(huì)的形式談?wù)勂渲胁焕斫獾牡胤?，把三面投影圖進(jìn)行放大或者縮小，讓學(xué)生明確每一個(gè)施工節(jié)點(diǎn)的具體情況。還可以讓學(xué)生根據(jù)投影圖嘗試?yán)L制，讓學(xué)生同桌互換比對(duì)三面投影圖進(jìn)行評(píng)價(jià)。最后選出最佳的繪制圖進(jìn)行作品展示，進(jìn)一步加強(qiáng)學(xué)生的知識(shí)理解。由于建筑節(jié)點(diǎn)大多是剖面圖，教師還可以利用BIM繪制模型讓學(xué)生在反復(fù)練習(xí)與觀察中提升自身的專業(yè)能力。
2.構(gòu)建虛擬化建筑構(gòu)件
在建筑結(jié)構(gòu)識(shí)圖教學(xué)中，學(xué)生對(duì)建筑構(gòu)件的理解有待提高。在傳統(tǒng)的課堂教學(xué)中，教師多是利用實(shí)物教學(xué)，把建筑構(gòu)件帶進(jìn)課堂讓學(xué)生觀察其外觀，初步了解建筑構(gòu)件的特點(diǎn)。因此，教師一般采取實(shí)物展示的方式引導(dǎo)學(xué)生思考和回答。此外教師也可以用投影儀播放圖片供學(xué)生觀察，但是這種方式取決于攝影師的拍攝角度，無法全面反映建筑構(gòu)件。實(shí)物展示教學(xué)有一定的局限性，其只能展示一些小的建筑構(gòu)件，但由于展示建筑構(gòu)件的數(shù)量不多，因而無法保證每個(gè)學(xué)生都能仔細(xì)觀察上。而大的構(gòu)件由于體積和重量的關(guān)系無法帶進(jìn)課堂。教師可以用BIM技術(shù)來模擬模型構(gòu)建虛擬化建筑構(gòu)件，以解決傳統(tǒng)教學(xué)中存在的問題。教師可以通過3dmax等軟件設(shè)計(jì)出與實(shí)物相符的虛擬模型，讓學(xué)生通過電腦屏幕放大、縮小、旋轉(zhuǎn)圖像內(nèi)容，從而仔細(xì)觀察建筑構(gòu)件的每一個(gè)細(xì)節(jié)。教師也可以把相關(guān)數(shù)據(jù)、參數(shù)進(jìn)行標(biāo)注，利用BIM建模承載上述重要信息。這種方法有利于加強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐能力，給學(xué)生帶來更加豐富的內(nèi)容和直觀的體驗(yàn)，促進(jìn)學(xué)生實(shí)踐能力的進(jìn)一步提高。教師利用BIM技術(shù)建立模型，可以引導(dǎo)學(xué)生觀察和了解每個(gè)節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)材料和功能特點(diǎn)，幫助學(xué)生準(zhǔn)確把握每個(gè)節(jié)點(diǎn)，進(jìn)而降低教學(xué)難度。例如教師可以利用BIM技術(shù)將平面圖從二維展示上升到三維展示，使學(xué)生更仔細(xì)地了解建筑的布局和結(jié)構(gòu)造型，并全面把握建筑施工節(jié)點(diǎn)的細(xì)節(jié)，切實(shí)提高學(xué)生對(duì)施工圖的識(shí)別能力。教師可以排列一組圖形讓學(xué)生臨摹畫圖，在實(shí)踐活動(dòng)中幫助學(xué)生熟悉圖紙標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范和建筑結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)等，并將構(gòu)建模塊和地圖識(shí)別模塊結(jié)合起來，讓學(xué)生形成系統(tǒng)的知識(shí)結(jié)構(gòu)，進(jìn)而達(dá)到事半功倍的教學(xué)效果。
3.構(gòu)建基于BIM的建筑空間形態(tài)
在建筑結(jié)構(gòu)識(shí)圖教學(xué)中，學(xué)生面臨的主要困難是缺乏空間想象。而傳統(tǒng)的教學(xué)模式無法讓學(xué)生根據(jù)三維空間進(jìn)行思考，而且大部分學(xué)生很少參與建筑工程的設(shè)計(jì)與實(shí)施環(huán)節(jié)，缺乏實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。因此，教師所描述的內(nèi)容或多媒體所展示的內(nèi)容，不能激發(fā)學(xué)生的聯(lián)想。學(xué)生如果只通過課本記住知識(shí)點(diǎn)，不利于啟發(fā)學(xué)生的思考。教師應(yīng)用BIM技術(shù)，可以通過沉浸式的建筑空間構(gòu)建，使學(xué)生感受到三維場(chǎng)景，提升學(xué)生的空間想象力。教師可以通過BIM設(shè)計(jì)充分展示建筑物的光影變化、建筑材料等細(xì)節(jié)，使學(xué)生在觀察中形成對(duì)真實(shí)建筑場(chǎng)景的初步印象。例如在學(xué)習(xí)建筑識(shí)圖時(shí)，教師可以運(yùn)用BIM技術(shù)，采取項(xiàng)目教學(xué)的形式，讓學(xué)生快速理解整體到局部的關(guān)系。在同一模型中轉(zhuǎn)換三維整體模型和局部組件模型，增強(qiáng)課堂教學(xué)的連貫性，讓學(xué)生可以直接看到各種結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)的做法、材料、尺寸和連接關(guān)系。由此激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，使學(xué)生更好地了解結(jié)構(gòu)和建筑物原理。教師也可以引入BIM技術(shù)，根據(jù)工程建筑圖紙進(jìn)行三維投影圖的動(dòng)態(tài)模擬觀測(cè)，并對(duì)建筑的外部造型和內(nèi)部設(shè)計(jì)進(jìn)行仿真演示，展示建筑的細(xì)節(jié)技術(shù)。此外教師可以結(jié)合現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)模型和1∶1的實(shí)訓(xùn)模式讓學(xué)生觀察建設(shè)圖，了解具體的建筑結(jié)構(gòu)。教師也可以讓學(xué)生3至4人為一組，選取實(shí)際工程的施工圖，將BIM技術(shù)貫穿于建筑結(jié)構(gòu)和圖紙識(shí)別的全過程。讓學(xué)生自主設(shè)計(jì)方案，參與建筑施工圖設(shè)計(jì)、定額和預(yù)算的全過程，完成多專業(yè)課程的項(xiàng)目學(xué)習(xí)，提升學(xué)生專業(yè)能力。
4.建筑設(shè)計(jì)中環(huán)境因素的解讀
學(xué)生在建筑結(jié)構(gòu)識(shí)圖學(xué)習(xí)中除了要有空間想象力、精心選擇建筑構(gòu)件外，還應(yīng)分析建筑的真實(shí)環(huán)境。利用BIM技術(shù)，教師可以導(dǎo)入特定的地理環(huán)境數(shù)據(jù)作為參數(shù)。學(xué)生可以利用模型對(duì)環(huán)境進(jìn)行分析，形成正確的判斷。教師要利用BIM模型對(duì)氣候變化的具體規(guī)律和影響進(jìn)行詳細(xì)分析。學(xué)生可以通過模型比較不同地區(qū)和國家的建筑風(fēng)格，探索不同文化背景下的設(shè)計(jì)特點(diǎn)。同時(shí)可以讓學(xué)生結(jié)合具體參數(shù)，幫助學(xué)生了解建筑節(jié)能的控制需求。例如在學(xué)習(xí)地基與地下室時(shí)，教師可以借助BIM技術(shù)模擬不同環(huán)境，讓學(xué)生根據(jù)模型與實(shí)地考察，總結(jié)建筑基礎(chǔ)埋置深度的影響原因與基礎(chǔ)的構(gòu)造類型。最后教師再總結(jié)影響地基深度的原因。并且讓學(xué)生通過施工圖，根據(jù)施工實(shí)際條件綜合考慮，設(shè)計(jì)詳細(xì)的實(shí)施計(jì)劃，激發(fā)學(xué)生的不斷思考。最后讓學(xué)生派小組代表進(jìn)行計(jì)劃展示，在交流中碰撞思維的火花，促進(jìn)學(xué)生的長足發(fā)展。
5.構(gòu)建建筑場(chǎng)景進(jìn)行虛擬漫游
在建筑結(jié)構(gòu)圖識(shí)教學(xué)中教師可以利用BIM技術(shù)，模擬建筑場(chǎng)景進(jìn)行虛擬漫游。因?yàn)榻處熢谥v解中需要運(yùn)用一些經(jīng)典的建筑案例或大師的建筑作品來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，豐富學(xué)生的學(xué)習(xí)內(nèi)容。傳統(tǒng)教學(xué)中教師往往采用語言描述或圖片展示優(yōu)秀的建筑作品。但這種平面的方式也有同樣的弊端，學(xué)生很難有直觀的感受和內(nèi)心的共鳴。只有通過多種感知方式，才能讓學(xué)生真正了解優(yōu)秀建筑的設(shè)計(jì)理念和藝術(shù)魅力。教師可以借助BIM虛擬漫游模式，拓展學(xué)生的感官體驗(yàn)，讓學(xué)生從更立體的角度感受優(yōu)秀建筑的魅力。教師可以通過BIM技術(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)，加強(qiáng)課程與生活實(shí)際的聯(lián)系。教師也需要運(yùn)用相應(yīng)的軟件，動(dòng)態(tài)模擬場(chǎng)景，使之更加逼真。由此提高教學(xué)的效率，增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐能力。例如在學(xué)習(xí)建筑結(jié)構(gòu)時(shí)，教師可以利用BIM技術(shù)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入虛擬場(chǎng)景。教師可以選取中外優(yōu)秀的建筑讓學(xué)生一一領(lǐng)略。并且介紹建筑學(xué)的歷史背景，加強(qiáng)學(xué)生的情感體驗(yàn)。最后教師可以召開最美建筑的交流會(huì)，讓學(xué)生跟同桌互相交流自身喜歡的建筑，再隨機(jī)讓學(xué)生上臺(tái)進(jìn)行介紹。教師再帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行總結(jié)歸納，讓學(xué)生感悟不同的建筑風(fēng)格，了解不同建筑物的使用價(jià)值。
結(jié)語
在建筑結(jié)構(gòu)圖識(shí)別教學(xué)中運(yùn)用BIM技術(shù)，可以將建筑結(jié)構(gòu)識(shí)圖課程的抽象概念轉(zhuǎn)化為更加形象的內(nèi)容，幫助學(xué)生理解教學(xué)內(nèi)容。因此，教學(xué)活動(dòng)中教師必須結(jié)合課程的難點(diǎn)、重點(diǎn)，利用BIM技術(shù)創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，增強(qiáng)學(xué)生繪圖與識(shí)圖能力，使學(xué)生成為社會(huì)所需要的專業(yè)人才。
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作者：耿爽 單位：陜西職業(yè)技術(shù)學(xué)院