吳 丹，張智聰

（文山學(xué)院 人工智能學(xué)院，云南 文山 663099）

工程設(shè)計圖是工程技術(shù)界指導(dǎo)生產(chǎn)、施工以及管理等技術(shù)工作的重要技術(shù)文件，作為一名從事建筑工程的技術(shù)人員，必須掌握工程圖樣的繪制和識讀方法[1]?！肮こ讨茍D”就是一門為了使建筑土木類學(xué)生具備這一技能而開設(shè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課程，其教學(xué)目的在于培養(yǎng)學(xué)生的空間想象能力、設(shè)計表達能力，使學(xué)生能夠熟練閱讀和繪制工程施工圖樣，為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)和實踐打下基礎(chǔ)。

“工程制圖”是一門理論知識和實踐應(yīng)用緊密相連的課程，在教學(xué)過程中不但要注重學(xué)生理論知識的講解，使學(xué)生了解制圖的基本原理，同時也需要著力培養(yǎng)學(xué)生實際繪制和識讀建筑工程施工圖紙的能力。因此，通過該課程的教學(xué)，要求學(xué)生全面掌握空間形體的投影特征和投影規(guī)律，能準確繪制建筑物及其構(gòu)件二維平面圖、立面圖、剖面圖和詳圖等工程圖樣，做到表達清晰、標注正確書寫規(guī)范[2]，同時快速準確進行建筑工程施工圖的識讀，梳理圖紙之間的相互聯(lián)系，運用空間想象能力在腦海中完成二維到三維的轉(zhuǎn)化。

1 工程制圖課程教學(xué)現(xiàn)狀分析

“工程制圖”作為建筑土木類專業(yè)一門重要的專業(yè)必修課程，采用傳統(tǒng)方式進行教學(xué)存在弊端，不能滿足教學(xué)過程中專業(yè)人才培養(yǎng)目標，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

一是授課內(nèi)容與工程實際存在一定的偏差。本?！肮こ讨茍D”教學(xué)主要內(nèi)容包括制圖的基本知識與技能、投影基本原理和投影圖、建筑工程施工圖等部分，其中建筑工程施工圖部分，教材中的建筑工程圖樣常采用結(jié)構(gòu)較為簡單的多層建筑（如教學(xué)樓、多層住宅、學(xué)生公寓等），雖然便于初學(xué)者掌握制圖識圖的要點，可是在難易程度和復(fù)雜程度上與目前的實際工程存在差異，這就意味著學(xué)生還需要花費時間再一次地深化學(xué)習(xí)和訓(xùn)練才能熟練進行實際工程施工圖的識讀，這并不能滿足后續(xù)專業(yè)課程和企業(yè)對于學(xué)生制圖識圖能力的需求。

二是單一的多媒體教學(xué)模式無法滿足教學(xué)需要。目前，“工程制圖”課程常采用多媒體課件進行教學(xué)，雖使得教學(xué)效率有所提高，但是教學(xué)效果并未達到預(yù)期，究其原因在于多媒體課件多采用幻燈片形式呈現(xiàn)，在課堂教學(xué)中，教師容易成為幻燈片的放映者，繪圖過程演示過快，示范效果不佳，學(xué)生沒有真正理解或缺乏對于實際繪圖的主觀體驗，導(dǎo)致“能聽懂，做不出”的現(xiàn)象[3]。同時，多媒體教學(xué)是以教師為主導(dǎo)實施教學(xué)，在幻燈片的講解過程中缺乏師生的良性互動，不利于教師全面掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，針對性地進行薄弱環(huán)節(jié)的強化。

三是學(xué)生缺乏相關(guān)專業(yè)知識造成學(xué)習(xí)效果不佳?！肮こ讨茍D”課程常開設(shè)于建筑土木類專業(yè)學(xué)生入學(xué)第一年，而新生初踏入專業(yè)領(lǐng)域，普遍缺乏專業(yè)基礎(chǔ)知識，雖然在現(xiàn)實生活中對建筑物不陌生，但是對于建筑組成和建筑構(gòu)件不具備專業(yè)的認識，以至于無法完成二維圖紙與建筑實體的對照，不能在腦海中形成建筑物的三維轉(zhuǎn)化。由于課時的限制，授課教師無法將建筑組成和構(gòu)件一一進行詳細講解，因此造成學(xué)生學(xué)習(xí)過程較為吃力，學(xué)習(xí)效果不佳。

2 BIM技術(shù)輔助教學(xué)

BIM（Building Information Modeling）全稱建筑信息模型，是以建筑工程項目各項信息數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過建立三維建筑模型對建筑物的真實信息進行數(shù)字信號的仿真模擬[4]。將BIM 技術(shù)運用于“工程制圖”的課程教學(xué)，對提高教學(xué)質(zhì)量是大有裨益的，有助于解決新生，對建筑組成和構(gòu)件缺乏了解、不具備專業(yè)認知概念的問題。

2.1 BIM三維仿真模型的引入

BIM 構(gòu)建仿真模型具有良好的交互性，能將建筑物的所有組成部分和各個構(gòu)件按照建筑物實體清晰表達出來。BIM 的可視化信息技術(shù)包括3D、4D和5D,其中3D 技術(shù)主要通過三維空間模式構(gòu)件建筑物仿真模型，包括建筑的整體構(gòu)造、每個構(gòu)件的形狀和位置、建筑材料的選用以及裝飾效果等[5]。通過BIM 的3D 技術(shù)構(gòu)建建筑物仿真模型，可讓學(xué)生對于建筑物具有較為直觀的感性認識，補全二維到三維轉(zhuǎn)化過程中信息的丟失。借助模型旋轉(zhuǎn)、平移、縮放等較為簡單的命令以不同視角切換查看建筑模型，可使學(xué)生得以了解建筑物的全貌，同時通過隱藏、顯示等命令可實現(xiàn)部分構(gòu)件可見或不可見的切換，有助于學(xué)生對于單一構(gòu)件的觀察學(xué)習(xí)。同時，三維模型的呈現(xiàn)，有助于學(xué)生理解建筑物構(gòu)件與構(gòu)件之間以及不同專業(yè)二維工程圖紙之間的邏輯關(guān)系，在識圖過程中必須將不同專業(yè)圖紙聯(lián)系起來進行識讀，這一點對于建筑工程識圖而言是較為重要的。

2.2 BIM三維模型與二維圖紙的對照教學(xué)

在文山學(xué)院，“工程制圖”課程共90 個學(xué)時，時間緊教學(xué)任務(wù)重，因此僅將BIM 三維模型引入作為輔助教學(xué)。由教師完成BIM 三維模型的構(gòu)建，直接讓學(xué)生接受三維仿真模型，再將三維模型各組成部分和構(gòu)件按照內(nèi)容和作用的不同與各專業(yè)的二維施工圖紙一一對照進行識圖訓(xùn)練。通過三維模型反作用于二維圖紙的方式，引導(dǎo)學(xué)生建立實物與圖形的對應(yīng)關(guān)系，有助于提高學(xué)生對于圖紙的理解能力、強化相關(guān)建筑圖例的識別記憶，同時拓展學(xué)生的空間想象能力。

3 翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)方法的融入

翻轉(zhuǎn)課堂模式是指學(xué)生利用課前時間對知識點進行自主學(xué)習(xí)，課堂時間則用于知識的吸收內(nèi)化[6]。該模式從本質(zhì)上轉(zhuǎn)變了傳統(tǒng)教學(xué)中以教師為主導(dǎo)，學(xué)生被動接受的模式，可充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)自主性，實現(xiàn)個性化教育。

課前學(xué)生可以根據(jù)自己的學(xué)習(xí)習(xí)慣以及對知識點的掌握程度，靈活地安排學(xué)習(xí)時間，調(diào)整學(xué)習(xí)進度，完成教師發(fā)布的學(xué)習(xí)任務(wù)，進行知識的初步學(xué)習(xí)和消化，同時根據(jù)自身學(xué)習(xí)情況選擇性的查閱相關(guān)學(xué)習(xí)資料，強化自身知識體系中較為薄弱的環(huán)節(jié)。

課堂時間則用于對課前學(xué)習(xí)過程中還未解決的問題或模糊不清的知識點與教師和其他同學(xué)進行討論學(xué)習(xí)，同時針對實踐性要求較高的課程，可將課堂時間用于構(gòu)建理論知識和實踐操作的聯(lián)系，使學(xué)生親自參與實踐操作，自動將理論知識運用于實踐。通過這一過程的實施，學(xué)生和教師的身份都發(fā)生了轉(zhuǎn)變，學(xué)生由傳統(tǒng)課堂教學(xué)中知識的被動接受者，轉(zhuǎn)變?yōu)榱酥鲃犹岢鰡栴}，與他人共同解決問題的研究者和合作者。教師由傳統(tǒng)課堂模式中知識的主動傳授者，轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)習(xí)的促進者和指導(dǎo)者[7]。

將翻轉(zhuǎn)課堂融入“工程制圖”課程教學(xué)中，主要為了解決課本中建筑工程圖樣結(jié)構(gòu)簡單，學(xué)生僅通過該圖樣的學(xué)習(xí)無法滿足工程實際需要和后續(xù)課程學(xué)習(xí)的問題。課前學(xué)生應(yīng)根據(jù)課本知識和教師準備的學(xué)習(xí)資料，完成理論知識部分的學(xué)習(xí)，能識讀教材中結(jié)構(gòu)簡單的建筑工程圖樣。課中，教師組織學(xué)生以小組討論等多種方式完成答疑環(huán)節(jié)，同時提供實際項目工程圖紙，組織學(xué)生進行實際工程圖紙的識讀訓(xùn)練，使學(xué)生在老師和其他同學(xué)的幫助下將識圖部分的知識點進一步內(nèi)化和升華，具備實際工程施工圖的識讀能力。

4 BIM技術(shù)下的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)實施過程設(shè)計

教學(xué)實施過程設(shè)計應(yīng)包括兩個過程：一是教師教學(xué)過程設(shè)計，二是學(xué)生學(xué)習(xí)過程設(shè)計，其結(jié)構(gòu)圖見下圖1。

4.1 教師教學(xué)過程設(shè)計

一是課前準備階段。該階段教師主要進行學(xué)習(xí)內(nèi)容的明確、學(xué)習(xí)場景的預(yù)設(shè)和學(xué)習(xí)材料的準備。主要包括：首次認真梳理教學(xué)目標，制定教學(xué)大綱，明確教學(xué)內(nèi)容，梳理出知識點中的重點和難點。然后在已有教材的基礎(chǔ)上，根據(jù)近年行業(yè)動態(tài)和企業(yè)需求，查閱資料，對教材中的知識點進行補充和完善，可適當增加自己對于知識點的理解和識記技巧，幫助學(xué)生在自學(xué)過程中快速掌握。同時，根據(jù)教材中結(jié)構(gòu)簡單的建筑施工圖紙，完成BIM 三維模型的正確創(chuàng)建以及教學(xué)課件的制作和教學(xué)視頻的錄制，作為學(xué)生自學(xué)過程中的學(xué)習(xí)材料。在此過程中，教師應(yīng)考慮多種方式進行知識點的呈現(xiàn)，使得知識點更為直觀、生動、有趣，有助于增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)成效。最后，選定線上教學(xué)平臺，按照教學(xué)大綱，順序發(fā)放教學(xué)材料，發(fā)布教學(xué)任務(wù)，督促學(xué)生在規(guī)定時限內(nèi)按照教學(xué)進度進行自主學(xué)習(xí)。

圖 1 教師教學(xué)過程和學(xué)生學(xué)習(xí)過程結(jié)構(gòu)圖

二是課堂組織討論學(xué)習(xí)階段。學(xué)生通過課前主動學(xué)習(xí)，基本掌握知識點，初步具備識讀結(jié)構(gòu)簡單的建筑施工圖的能力，緊接著在課堂進行結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的實際建筑工程施工圖識讀訓(xùn)練，將識圖知識內(nèi)化和升華。在這一階段，教師承擔的教學(xué)任務(wù)包括：一是進行簡要的知識點的梳理?？赏ㄟ^課堂提問、小組競賽或隨堂小測驗等多種方式進行，既可以檢驗學(xué)生的自學(xué)成效，做到心中有數(shù)，又可以通過梳理，強化知識點之間的前后聯(lián)系，幫助學(xué)生構(gòu)建較為完整的知識體系，同時也有利于學(xué)生在下一環(huán)節(jié)的討論學(xué)習(xí)中及時調(diào)用腦海中的知識點，不易遺忘。二是組織學(xué)習(xí)小組，提供實際建筑工程施工圖紙，進行識讀學(xué)習(xí)和討論，一方面解決前期自學(xué)過程中混淆不清的知識點，另一方面通過討論學(xué)習(xí)，進行實際建筑施工圖識讀訓(xùn)練，提升施工圖識讀的實踐應(yīng)用能力。最后，教師需關(guān)注每個學(xué)習(xí)小組進度，參與到學(xué)習(xí)小組中進行討論，掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，引導(dǎo)學(xué)生通過互助合作解決討論學(xué)習(xí)過程中出現(xiàn)的問題，并就共性問題進行統(tǒng)一的解答。

三是課后總結(jié)階段。教師一方面需要指導(dǎo)學(xué)生，根據(jù)課堂學(xué)習(xí)的內(nèi)容，進行學(xué)習(xí)筆記的完善，補全自學(xué)過程中的混淆不清的知識點或更正理解偏差的基礎(chǔ)概念。另一方面，教師需根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)效果和學(xué)生反饋，總結(jié)自學(xué)階段和課堂討論階段存在的問題，在教學(xué)方法和教學(xué)內(nèi)容方面進行進一步的補充和完善。

4.2 學(xué)生學(xué)習(xí)過程設(shè)計

一是課前自學(xué)階段。融入了翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式要求學(xué)生在該階段能積極主動地投入到新知識的自學(xué)過程中。學(xué)生需下載并登陸線上教學(xué)平臺，查看教師發(fā)布的學(xué)生任務(wù)和學(xué)習(xí)材料，進行分析和整理，根據(jù)自身基本情況和學(xué)習(xí)習(xí)慣，在規(guī)定的學(xué)習(xí)時限內(nèi)自主進行學(xué)習(xí)計劃的制定和學(xué)習(xí)資料的查閱。以教學(xué)課件為主，BIM 三維模型和教學(xué)視頻為輔，完成教師發(fā)布的學(xué)習(xí)任務(wù)，認真進行學(xué)習(xí)筆記的整理，同時找出學(xué)習(xí)過程中不清楚、不明白的知識點或問題，記錄下來，在課堂學(xué)習(xí)中與教師或同學(xué)討論。

二是課堂知識內(nèi)化階段。經(jīng)過前期的自學(xué)階段，學(xué)生帶著問題回到課堂。在這一階段中，首先由教師組織知識點的簡要梳理，學(xué)生進行知識的回顧和知識點之間聯(lián)系的建立。緊接著組建學(xué)習(xí)小組進行討論學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)首先提出自學(xué)階段出現(xiàn)的問題與組員和教師討論，在解決這些問題的基礎(chǔ)上，根據(jù)教師提供的實際建設(shè)項目施工圖紙，與組員一起進行識圖訓(xùn)練。在識讀過程中遵循“發(fā)現(xiàn)問題—小組討論—協(xié)同解決”這一模式，完成施工圖紙識讀，以此內(nèi)化所學(xué)知識，提升自身的實踐能力和團結(jié)協(xié)作能力。

三是課后知識鞏固階段。通過課堂討論學(xué)習(xí)，使得學(xué)生模糊不清、不能理解的知識點逐漸清晰，為了鞏固學(xué)習(xí)效果，學(xué)生應(yīng)在教師的指導(dǎo)下進行學(xué)習(xí)筆記的完善，將自學(xué)階段不清楚，不明白的知識點進行補充，系統(tǒng)地回顧本次教學(xué)過程中的基礎(chǔ)知識，注意知識點之間的聯(lián)系，形成自身的知識體系。

5 BIM技術(shù)下的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)實施案例

將BIM 技術(shù)與翻轉(zhuǎn)課堂融入“工程制圖”課程教學(xué)是一種新的嘗試。本文以“工程制圖”中“建筑施工圖”章節(jié)為例，進行BIM 技術(shù)下的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)實施過程的展示。

（1）課前準備。根據(jù)教學(xué)設(shè)計，該環(huán)節(jié)教師應(yīng)明確教學(xué)目標、梳理學(xué)習(xí)內(nèi)容、準備學(xué)習(xí)材料。《建筑施工圖》是“工程制圖”課程的重點章節(jié)，通過本章節(jié)的學(xué)習(xí)，應(yīng)使學(xué)生在了解建筑物基本組成和基本構(gòu)件的基礎(chǔ)上，掌握建筑施工圖的形成、組成和相關(guān)制圖規(guī)則，掌握建筑施工圖的繪制方法與技巧，同時能熟練識讀建筑施工圖。根據(jù)教學(xué)目標，將本章節(jié)內(nèi)容分解為三個部分：第一部分是房屋建筑工程圖的概述，主要講解房屋的基本組成和作用、房屋建筑工程圖的產(chǎn)生與分類等。第二部分是房屋建筑工程圖的有關(guān)規(guī)定，該部分主要結(jié)合國家制圖標準進行房屋建筑工程圖的制圖規(guī)則講解。第三部分是建筑施工圖的繪制與識圖，該部分是在第一部分和第二部分的基礎(chǔ)上進行建筑總平面圖、建筑平面圖、建筑立面圖、建筑剖面圖等建筑施工圖的識讀和繪制。針對以上內(nèi)容進行學(xué)習(xí)材料的準備，包括：一是充分利用revit、Hibim 等建模軟件，根據(jù)教材中較為簡單的工程圖紙，完成建筑部分BIM 三維模型的建立，用于第一部分建筑物基本組成和基本構(gòu)件以及第三部分建筑施工圖識讀的輔助教學(xué)；二是將知識點進行整理和補充，完成教學(xué)課件的制作；三是通過EV 錄幕等軟件，進行教學(xué)講解視頻的錄制；最后通過超星學(xué)習(xí)通等線上教學(xué)平臺進行學(xué)習(xí)任務(wù)的發(fā)布和學(xué)習(xí)資料的發(fā)放。

學(xué)生在課前按照教師安排進入線上教學(xué)平臺查看學(xué)習(xí)任務(wù)并結(jié)合教材和學(xué)習(xí)資料，觀看教學(xué)視頻，完成該部分學(xué)習(xí)任務(wù)。在自主學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生可根據(jù)自身情況合理調(diào)整學(xué)習(xí)時間，但需在規(guī)定的時限內(nèi)完成學(xué)習(xí)任務(wù)，避免學(xué)習(xí)進度滯后。教師可通過查看每位學(xué)生的學(xué)習(xí)任務(wù)點完成情況，掌握學(xué)生學(xué)習(xí)進度，督促進度滯后的學(xué)生按時完成學(xué)習(xí)任務(wù)。在本章節(jié)中，各類建筑施工圖的識讀既是重點也是難點，學(xué)生根據(jù)二維圖紙無法清晰的在腦海中轉(zhuǎn)化出其對應(yīng)的三維模型，同時，部分學(xué)生不理解工程圖紙之間的聯(lián)系性，不能將圖紙聯(lián)系起來進行識讀。此時學(xué)生可在學(xué)習(xí)資料發(fā)放處進行BIM 三維模型的下載，結(jié)合教師講解視頻的觀看，實際進行模型的旋轉(zhuǎn)、移動、剖切、視角切換等操作，自行填補腦海中三維模型的信息缺失，梳理出不同建筑構(gòu)件之間的關(guān)系，了解各類圖紙的形成過程，較快熟悉建筑物組成的基本構(gòu)件，迅速掌握建筑施工圖的識讀技巧。若空間想象能力較好的同學(xué)，可根據(jù)自身情況，不借助BIM 三維模型即可完成該部分學(xué)習(xí)，則無需下載模型，僅進行教學(xué)課件和學(xué)教學(xué)講解視頻觀看即可。在自主學(xué)習(xí)過程中，要求學(xué)生在完成學(xué)習(xí)任務(wù)的同時進行知識點的梳理和總結(jié)，強化學(xué)生對于知識點的識記和理解。當遇到不明白的地方，鼓勵學(xué)生對教材和課件進行進一步研究，或通過圖書、網(wǎng)頁等不同渠道進行資料查閱，培養(yǎng)學(xué)生獨立思考和解決問題的能力。若依舊存在不理解之處，則記錄下來帶到課堂上進行討論。

（2）課堂學(xué)習(xí)。在“建筑施工圖”章節(jié)的課堂學(xué)習(xí)中，選取實際工程——某高層住宅的建筑施工圖紙進行識圖訓(xùn)練。將學(xué)生按照5 人一組進行分配，形成學(xué)習(xí)小組。首先由教師進行知識點的簡要梳理和回顧，然后以學(xué)習(xí)小組討論，教師參與的形式，進行自主學(xué)習(xí)階段遺漏問題的答疑解惑和實際工程建筑施工圖紙識圖訓(xùn)練。在討論學(xué)習(xí)過程中，學(xué)習(xí)小組可采用不同的方式完成識讀訓(xùn)練，如集體討論、相互問答、組員競賽等。教師需參與到學(xué)習(xí)小組的討論中，引導(dǎo)學(xué)生充分利用自主學(xué)習(xí)過程中所掌握的知識點，自行梳理識圖順序，前后對照完成各類建筑施工制圖每個部分的準確識讀。對于學(xué)生討論學(xué)習(xí)過程中遇到的問題，可通過小組交流、教師提示、學(xué)生思考等方式進行解答，若存在難度較大的內(nèi)容，教師則可暫停討論，統(tǒng)一進行講解。

（3）課后總結(jié)。在課堂教學(xué)結(jié)束后，教師根據(jù)學(xué)習(xí)小組討論情況和識圖訓(xùn)練中存在的問題，進行整理總結(jié)，將總結(jié)成果充實到教學(xué)材料中，以豐富教學(xué)內(nèi)容。

6 教學(xué)效果分析

將BIM 技術(shù)與翻轉(zhuǎn)課堂融入“工程制圖”課程教學(xué)中，能夠解決傳統(tǒng)教學(xué)模式中存在的諸多問題，通過教學(xué)改革，有效提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，有利于學(xué)生自學(xué)能力和團結(jié)協(xié)作能力的培養(yǎng)，為學(xué)生后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)以及以后的就業(yè)打下了堅實的基礎(chǔ)。

“工程制圖”課程是建筑土木類學(xué)生入門的重要專業(yè)基礎(chǔ)課，因此有效提高該門課程的教學(xué)質(zhì)量具有重要意義。將BIM 模型引入教學(xué)有助于學(xué)生在專業(yè)基礎(chǔ)知識較為欠缺的階段更好地理解工程圖紙，使得學(xué)生在自學(xué)過程中能夠更快的掌握建筑施工圖識讀的基本知識和識圖技巧。翻轉(zhuǎn)課堂的融入不但打破了學(xué)生被動學(xué)習(xí)的模式，同時強調(diào)了知識點的內(nèi)化與升華，解決了學(xué)生對于實際施工圖紙識讀能力較弱的問題。在整個教學(xué)實施過程中，不但需要教師在課前查閱大量資料，進行充足的準備，也需要學(xué)生充分利用課外時間完成自主學(xué)習(xí)過程，這就意味著教師和學(xué)生均需為每一節(jié)課付出更多的時間和精力，同時，也要借助相關(guān)建模軟件、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、網(wǎng)絡(luò)平臺等確保教學(xué)的順利實施。因此，要真正實現(xiàn)BIM 技術(shù)與翻轉(zhuǎn)課堂融入“工程制圖”的教學(xué)改革，還需學(xué)校、教師和學(xué)生的積極配合，進行更多探索和研究。