基于BIM技术的道路勘测设计课程实践教学模式探索

王浩 黎罡

摘 要：BIM技术作为信息化技术的代表，有效地解决了传统教学过程中理论教学枯燥、实践教学不佳的缺点，能有效提高教学效果。通过从道路勘测设计课程教学改革现状、BIM技术应用、教学改革思路、教学改革模式和教学资源建设五个方面，对基于BIM技术的道路勘测设计课程教学模式展开研究，认为BIM技术可以实现道路设计的数字化、可视化和动态化，将先进的信息技术融合到传统枯燥的教学中，提高学生的学习积极性和课堂教学效果。

关键词：BIM技术；
道路勘测设计；
课程教学模式

中图分类号：G642；
TU4  文献标识码：A

道路勘测设计是一门对工程实践要求高的课程，也是土木工程、道路桥梁与渡河工程等专业的核心课程。课程内容主要学习和研究汽车行驶与道路平纵横之间的关系，以保证在设计速度、预计交通量以及地形和其他自然条件下，实现行驶安全、经济、旅客舒适以及路容美观等目标。该课程内容较多，包括土木工程技术、汽车机械原理、车辆行驶理论、驾驶员心理—行为协同效应、人—汽车—环境交互机制等。课程各部分内容之间关联度较低，相关理论和词汇在生活场景中关注度不高，具有词汇专业化、知识碎片化、理论空虚化等特点。在日常教学中，出现学生理解课程内容困难，课堂教学效果不佳的现象，同时课程实践手段单一，实践教学资源严重不足，信息化技术应用程度较低，导致学生的课程实习和设计任务繁重，实践教学开展也存在许多问题和不足。因此，亟须从教学理念、教学内容、教学模式和教学资源等方面对道路勘测设计课程教学进行改革和创新，加强信息技术与道路勘测设计课程教学的深度融合，丰富信息技术应用形式，提高应用效能，提供信息技术在土木工程专业课程中有效应用的典型案例。

一、道路勘测设计课程教学改革现状

针对道路勘测设计课程教学过程中所存在的问题，目前国内各高校教师利用已有的教学理念和技术手段，从教学模式、教学内容、教学方式等方面，对该课程的教学模式进行了许多改革和创新。例如，南京林业大学李强等［1］翻转课堂应用到道路勘测设计课程教学中，增加了师生互动交流，提高学生自主学习能力，从学习态度、课堂发言和小组讨论等方面进行过程性评价。华南理工大学苑苗苗等［2］采用同伴教学法开展道路勘测设计课程教学，课堂教学以精讲为主，增加学生互动环节，充分利用“雨课堂”和“超星学习通”等线上平台，通过问卷调查进行对比分析，认为该模式能显著提高学生的学生效率。南阳理工学院李岩等［3］利用“雨课堂”平台，采取线上+线下的教学模式，实现了课前的资料推送、课中的精讲与互动和课后的个性辅导。南京工程学院张德育等［4］与交通设计院等单位合作，结合实际工程设计项目，采取项目化教学模式，实行项目分组、任务分工和项目后评价，将项目工程设计与理论教学深度融合，提高了学生的学习主动性。

在国家大力发展新工科专业的背景下，传统工科专业需主动适应教育信息化改革的新趋势，对培养方案、课程设置、课程评价等多方面进行改革创新，对课程教学质量提出更高的要求。许多教师从教学模式、自主学习、信息化平台、效果评价等方面对道路勘测设计课程教学模式进行了改革探索，改革成果为任课教师提高教学效果提供了宝贵经验。

二、BIM技术在本科教学中的应用

国内越来越多的高校注重将BIM技术运用到土木工程等专业课程教学中，并探索将BIM协同纳入教学体系。2009年清华大学开展了国内的BIM框架研究工作，梳理了中国BIM标准的核心定义和基本架构，明确了其开放、兼容、应用的BIM协同特性。2012年同济大学邀请国内建筑高校多名建筑领域专家，研究讨论将BIM技术应用到本科教学和实践培训中。BIM技术最大的特点是通过构建三维模型，立体地展示所设计的各种建筑物，实现所看即所得的可视化效果。各专家交流相关BIM技术和教学经验，积极推进BIM技术和本科教学深度融合。西南交通大学卫星等［5］将BIM+VR技术应用到钢结构桥梁课程中，利用Revit等软件实现BIM+VR体验环境，改善了教学实践效果。湖北第二师范学院戴晓燕等［6］探索工程管理专业改革新模式，通过提升教学团队实践教学水平，开展创新创业教育，加强校企合作等措施，致力于培养学生的BIM技术运用能力。天津城建大学吕岩和杨德健［7］将BIM技术应用在房屋建筑学教学中，引入实际工程案例，分组教学和讨论，鼓励学生对案例图纸进行优化或再设计。黎明职业大学林晓星［8］提出BIM技术可以有效提高学生对建筑供暖、管线和设备等建筑内部环境和地下环境的认识，了解管线设计改造、电力系统工作原理等。

通过收集相关资料和文献发现，BIM技术在工程施工、工程造价、工程管理等课程应用较多，主要面向土木工程专业建筑工程方向的课程。但是，在道路勘测设计课程应用较少，有部分学校将BIM技术应用在道路工程识图与绘图、道路工程施工等课程教学，基于BIM技术构建道路勘测设计课程实践教学新模式，将在日常教学中进行验证和完善，助力土木工程等传统专业向新工科专业的转型升级。

三、道路勘测设计课程教学改革思路

近年来，计算机技术、网络技术和大数据技术迅猛发展，数字化是基于这些技术发展的数据转换技术，可以实现图片、声音、文字和视频的加工、储存和传播，广泛应用于动漫设计、虚拟现实开发、人机交互研发等领域。

BIM是一种全新的数字化生产模式，不仅给工程建设行业转型升级带来了新的机遇，未来的工程设计和建设在保障工程质量的前提下，发展新理念，开发新技术，实现建设工期和工程投资的缩减，BIM技术能为实现这一目标提供技术支持；
BIM技术也能为高等院校土木工程专业教学模式改革创新提供新的教学手段，实现教学模式数字化改革，符合新工科人才培养理念。在道路勘测设计课程教学过程中，教师应向学生们更多地展示BIM技术的理念和亮点，将BIM技术和软件与课程教学深度融合。教师可以利用该技术直观讲解道路各结构和组成部分，帮助学生快速有效地识别工程图纸，了解道路结构构造；
指导学生进行软件学习和操作，将协同设计、模块化设计、一体化设计、数据共享等BIM理念和技术传授给学生；
学生利用课余时间自主学习BIM软件功能和操作流程，增强实践操作和创新学习的能力。BIM技术不仅适用于道路勘测设计课程教学，也适用于结构力学，土木工程施工等课程，可以进行力学仿真、施工模拟和虚拟建造等。

同时还应加强数字化教学资源建设，与施工、监理、设计等单位进行深度合作，共同参与工程项目的全过程建设，将优秀案例和典型案例建设为课程教材、电子课件和教学视频等数字化教学资源。课程教材编写打破传统教材模式，突出工程案例新理念和新技术，特别是在数字化技术、能耗水平控制、北斗卫星导航和泛在感知设施等具有重大创新的方面进行重点介绍。同时还需要对课程所用的软件引入优秀教材，没有教材的软件，鼓励教师编写教材和课件，制作教学视频。教学视频制作可以借鉴微课堂模式，制作教学短视频，结合教材结构体系进行系统化建设，克服微课堂知识点碎片化的缺点，实现内容的有效衔接和知识点的前后贯通，供课余时间学生自主学习。

四、道路勘测设计课程教学改革模式

依据道路勘测设计课程教学内容与要求，借鉴于化龙、崔杨［9］提出的“三类型、四层次”的层次递进教学模式，结合道路勘测设计课程的特点和人才培养要求进行改进和完善，提出了“四类型、五层次”实训教学模式，该模式以层次递进、由简入繁、虚实结合的思路开展理论和实践教学。该模式的四类型是指验证型训练、综合型训练、创设型训练和实践型训练，五层次是指课堂示范、模仿操作、综合训练、拓展训练和项目实训。在该教学模式中，通过以下四种类型的训练，鼓励本科生进行实验项目训练和科学研究，强化学生实践创新能力的培养。

（1）验证型训练。该训练包括课堂示范和模仿操作两个层次。课堂示范，教师制作课堂示范微视频，此视频将知识讲解与运用技术解决学科教学具体问题融于一体，既传授知识与技能，又培养学生在学科教学中运用技术的意识。模仿操作，教师制作道路设计操作微视频，视频内容为完成任务的具体操作步骤供学生模仿，此类型训练意在达到教、学、做的有机结合。

（2）综合型训练。对应培养工程设计综合能力，教师制定实践学习任务，提供地形地物、水文地质、路线方案、设计标准、技术指标等相关素材，并提出详细的实施要求；
学生独立思考和设计，了解广联达路易等道路BIM设计软件专业协同和三维动态的设计理念，掌握设计软件操作方法和进行地形处理、三维模型构建、道路平面、纵面、横断面的设计流程，最后完成一项包括道路平面、纵面、横断面的设计成果。

（3）创设型训练。组织学生结合BIM设计软件自主开展公路或城市道路设计，设计涵盖道路的横断面设计、纵断面设计、平面设计、桥梁设计、涵洞设计、隧道设计、交通设施、土石方计算等。学生结合项目要求，自行确定设计对象、设计标准和设计方案，并运用BIM设计软件完成任务。

（4）实践型训练。与地方工程设计院等单位合作，以实际项目为依托，以设计任务为驱动，将项目实训纳入专业人才培养方案实践教学内容，完善实践教学人才培养大纲，明确实践时间、考核要求、考核内容和考核方式。项目实训过程对学生进行项目分组、任务分工，邀请设计院专业工程师参与学生项目设计指导，讲解项目的具体步骤和方法，制订任务计划，合理安排任务时间，严格执行预定计划。

五、道路勘测设计课程教学资源建设

教学资源建设是道路勘测设计课程信息化、项目化、应用化的重要组成部分，是衡量该课程教学改革与创新的重要指标，其可以利用现有的网络平台和先进技术，提供了一个教师与学生沟通与交流的新渠道。基于BIM技术的道路勘测设计课程教学资源建设应注重技能培训与岗位对接，基于工程项目设计工作过程，全面梳理课程知识点和技能点，不断补充、完善和优化课程资源，实现课程教学资源的迭代升级，持续输出优质教学资源，满足学生自主学习、探索创新的需求。

道路勘测设计课程教学资源：（1）授课教材及参考资料。包括《道路勘测设计（第五版）》专业教材以及《公路工程技术BIM标准构件应用指南》《市政桥梁工程（宁波澄浪桥）全流程BIM工程化应用》《道路工程BIM设计指南CNCCBIM OpenRoads入门与实践》等BIM技术应用教材。（2）教学资料。包括教材配套的电子课件、课程考核标准和教学大纲、相关道路桥梁设计规范。（3）课程软件。主要是路易BIM道路设计软件、CNCCBIM OpenRoads软件、广联达数维道路设计软件等BIM设计软件，以及斑马进度计划软件、鸿城InfraFuser软件等具有进度管理、数据集成和可视化功能的配套软件。（4）标准案例。包括原始地形等案例图纸，项目背景和方案等案例资源包和教学视频。

结语

通过利用BIM技术及相关设计软件，先后在道路勘测设计课堂教学、课程设计、生产实习和毕业设计等多个环节中开展教学与实践。从学生的实践、探索与创新等方面来看，BIM技术能在枯燥的理论教学中实现数字化、可视化、动态化的教学效果，将先进的信息化技术带进课堂中，激发学生的学习积极性，有效提高教学质量，为学生的未来学习和工作打下扎实的理论基础和实践经验。

参考文献：

［1］李强，李国芬，马翔，等.新工科背景下道路勘测设计课程翻转课堂教学模式的开展策略［J］.教育教学论坛，2019（47）：201202.

［2］苑苗苗，赵小芹.基于同伴教学法的道路勘测设计课程教学模式探究［J］.教育评论，2019（7）：118121.

［3］李岩，刘浩，郭诗惠，等.基于雨课堂的道路勘测设计课程混合式教学研究［J］.科教导刊，2022（15）：9799+128.

［4］张德育，黄子珍，臧华，等.基于项目化教学的应用型本科院校《道路勘测设计》课程教学改革探讨［J］.科技创新导报，2019，16（29）：198199.

［5］卫星，巨云华.基于BIM+VR技术的钢结构桥梁教学实践改革研究［J］.图学学报，2018，39（6）：12311238.

［6］戴晓燕，刘超.面向新工科的新建本科院校工程管理专业实践教学改革［J］.实验室研究与探索，2019，38（12）：221224.

［7］吕岩，杨德健.工程教育背景下BIM技术在“房屋建筑学”教学中的应用研究［J］.天津城建大学学报，2022，28（01）：6670.

［8］林晓星.BIM技术在建筑设备工程及课程教学中的应用研究［J］.佳木斯职业学院学报，2021，37（12）：103105.

［9］于化龙，崔杨.《现代教育技术》实验课教学模式的重构与实践［J］.中国电化教育，2015（03）：119124.

基金项目：湖南省一流本科专业建设项目（湘教通〔2020〕248号）；
湖南省普通高等学校教学改革研究项目（HNJG20220816）；
湖南省社会科学成果评审委员会课题（XSP21YBC022）；
中国建设教育协会教育教学科研课题（2019126）；
吉首大学独立设置实验课项目“土木工程实验”（JDDL2018010）

作者简介：王浩（1987— ），男，汉族，江西萍乡人，博士研究生，工程师，研究方向：道路工程。

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