建筑专业教学中数字技术的应用路径探索.pdf

133总第245期/2023/12/教学互动建筑专业教学中数字技术的应用路径探索殷 红（贵州装备制造职业学院，贵州 贵阳 551400）摘要：进入新世纪，在世界百年未有之大变局中，新一轮科技改革和产业变革加速演进，由此产生了新工科这一重要的战略，无形之中对教育领域提出了较高的要求。建筑专业属于工科，必然需要全面依照新工科提出的新要求，积极开展各项教学活动。特别是在数学技术快速发展的当今社会，建筑专业数字技术应用领域越来越广，越来越多的建筑软件融入日常教学过程中，推动了建筑专业教育教学的专业化、规范化发展。该文在对新工科背景下建筑专业教学现状进行分析的基础之上，进一步明确了建筑专业教学中数学技术应用的重要性，并以 BIM+AR 这一代表性的数字技术为例，详细阐述了其在建筑专业教学中的应用成效，同时也结合实际情况，提出了切实可行的建议，仅供参考与借鉴。关键词：新工科；建筑专业教学；数字技术；应用路径随着我国陆续提出实施科教兴国战略、人才强国战略、创新驱动发展战略等，在人才需求、科技创新、社会服务等方面都对传统工程教育理念、学科专业结构、人才培养模式提出了新的要求1。我国的新工科建设，正是在应对新一轮科技革命和产业变革，在加快建设教育强国、科技强国和制造强国背景下作出的重大战略抉择。新工科的提出必然对建筑专业教学提出了更高、更严格的要求。为了能够收获较好的教学效果，保证学生全面掌握专业知识，并做到灵活运用，在建筑专业教学中必须积极主动引入数字技术，一方面满足新工科提出的新要求，另一方面在数字技术支持下，帮助学生深刻理解知识、运用知识。基于此，本文重点针对新工科背景下建筑专业教学中数字技术的应用进行深入分析，明确现状及意义，以 BIM+AR技术为案例强调应用的成效，旨在通过提出行之有效的建议，为建筑专业教学实效性的提升提供新方法。一、新工科背景下建筑专业教学现状随着社会的进步和科技的不断发展，建筑领域发生了翻天覆地的变化，建筑专业教学内容以及教学方法也应该随之改变，才能保证培养的人才满足社会及行业发展需求。在现代信息技术的支持下，数字化技术被广泛应用于建筑专业教学全过程，教师需要利用专业的教学软件开展教学活动2。但是目前建筑专业教师并未意识到这一点，教学时依然以传统模式为主，理论讲解枯燥乏味，难以激发学生学习兴趣，也无法满足学生发展需求，这成为建筑专业教学质量较低的主要原因。非数字化教学方法的运用虽然能够将一部分知识传授给学生，但是由于其以文字讲解为主，学生无法直观地感受建筑知识的实践运用价值，进而影响了对知识的深入理解。与此同时，现在选择建筑专业的学生大多是 00 后，这些学生生活在信息爆炸的新时代，是数字原住民，他们生活中接触的大多数信息是通过网络传递的，他们更擅长使用各种数字化工具和应用程序，生活中离不开智能手机和电脑，数字化意识较强。再加之建筑行业无论是设计环节，还是施工过程中，都逐渐实现了智能化、信息化，如果教师在专业知识教学过程中依然采用非数字化教学方法，除了不能吸引学生学习注意力以外，更重要的是还会导致学生学习积极性降低，难以收获较好的学习效果，即使以后参加与建筑行业相关的工作也无法较好地胜任岗位职责。所以新工科背景下如何在建筑专业教学中更好地应用数学技术已经成为教师们关注的重点问题。二、新工科背景下建筑专业教学中数字技术应用的重要性（一）有利于学生深刻掌握建筑专业理论知识建筑专业主要是理论课程，这也是后续课程有序进行的基础，一般情况下，建筑专业理论课包含概论、设计原理、建筑学发展史、建筑制图等，建筑理论的讲解以传统方法为主，通过口述、阅读的形式传递，导致很多学生无法深刻理解。数字技术的应用使得理论课更加多样化。例如在建筑专业制图课程的讲解中，应用数字技术能够强化学生基础制图能力，为后续建筑空间构成学习奠定良好的基础。建筑制图具备较强的空间感，借助 CAI 辅助教学，引入极易被学生理解以及接受的教学媒介，归纳及总结抽象繁琐的制图基础知识，进行直观展示，能够使得教学过程更加生动有趣，可以强化师生间的互动，促使学生拥有更多发挥自我能力的空间，从而能够轻而易举地掌握制图知识点。除此之外，利用数字技术构建网络课堂，可以使学生随时随地进行学习，对于未理解的内容可以反复观看，直至掌握为止，使得理论知识的学习更加直观，降低了学习难度，收获了较好的教学效果。（二）有利于提高建筑专业实践课程教学效果建筑专业学生毕业后会从事建筑领域相关工作。如果只是掌握了理论知识，实践积累较少，那么同样无法较好地适应工作环境3。所以越来越多的高校逐渐重视实践课程的教学。设计是建筑专业实践课程中的重点，以数字技术为依托的AutoCAD、Photoshop、3ds Max 等软件广泛应用于建筑设计课程中，这些软件实用价值较强，如果学生能够灵活运用，就可以节约很多时间，无需手绘图纸，即可完成制图操作，同时也降低了人为误差带来的设计失误，保证设计实践效率的提升。零零后学生对新鲜事物的接受能力非常强，自学能力更加突出，数字技术在实践课程中的应用有利于学生准确找到设计环节重难点，及时发现各种问题及不足之处，进行针对性改进。换言之，数字技术在建筑专业教学中的应用既可以使学生在短期学习生涯中获取更多的实践能力，同时也能够成为学生日后工作134/总第245期/2023/12教学互动中非常重要的辅助工具。三、新工科背景下建筑专业教学中数字技术的具体应用（一）了解建筑与场地的关系对于建筑专业学生而言，应该具备由建筑纸上概念向地面物质实体的转化能力，这就需要学生充分了解建筑场地条件，找出限制因素，做到建筑功能的合理化设计。但是在建筑专业教学过程中，学生往往对场地、前期场地处理缺乏充分的了解与理解，空间想象力有待进一步强化，无形之中加大了教学的难度。传统教学中学生阶段性成果大多以图纸形式展示，通过手工模型感知建筑体量、内部空间，虽然能够很好地展示设计方案，也具备具象特点，但手工模型造价高，制作环节复杂且周期长，往往制作好的模型仅能使用一次，存储不方便，完成以后不能再改动，不利于后续建筑形体更改与推敲，耗时耗力，费用较高。此种情况下可通过 AR 技术使教学过程更加优化，以建筑方案为依托构建模型，借助 AR 技术进行处理，放置及定位建筑基地位置，通过虚拟三维建筑模型与真实建筑场地环境紧密相连（图 1）。图 1 处于真实环境中的建筑模型通过 AR 技术构建的建筑模型放置于真实的情境之中，可以让学生直观看到建筑情况，根据周围地形、自然环境深入思考，并进行对比。除此之外，学生可借助 AR 模型对建筑、区域内现有建筑关系进行清晰的了解，在美学处理下使城市、环境、街道保持美观，同时达到外部空间设计合理化目的，对于建筑形式深入推敲、建造材料选择、建筑地域性处理都有一定的帮助。（二）认识建筑内部的管线及构造建筑的完整性、完美性体现的是思维的活跃、空间的合理运用、形式及美学的考究。建筑强大的功能性需要有复杂的管网系统、大量设备的有序运行来实现，这也是保证室内舒适度的关键因素4。因此对于建筑专业学生而言，全面了解及认识建筑内部隐蔽工程同样是一门必备功课。受到教学条件的限制，这门课程往往以文字讲解为主，缺失可视化元素，无法使学生和现实工地形成良性的互动。借助建筑 AR 技术可数字化显示建筑中多种类型的构件，让学生在实时交互中选择及查看建筑中任何一种构件的相关信息。AR 模型定位及叠加操作时各种管道线路便可以清晰地呈现出来（图 2）。图 2 运用设备查看建筑内部隐蔽工程通过运用 BIM 构建建筑模型，学生可借助 AR 眼镜、平板电脑等设备直观地观察和识别建筑内部的管道及线路布置情况，对管线排布方法、碰撞处理措施、细部构造形成初步了解；同时还可以清晰地分辨出不同类型设备以及作用、安装方法等。学生仅需要利用 BIM+AR 软件轻轻点击查看建筑构件，便可通过可视化设备清楚地看到真实环境中建筑模型呈现的相关信息，从而准确把握不同类型材料的用途，深层次理解构造做法等一些专业的知识。BIM+AR 技术将书本内抽象知识立体化、直观化，文字模型由复杂转变为简单易懂的三维模型，易于学生理解重难点，帮助学生不断积累基础知识，实现理论结合实践，促进综合素养的提升，为以后更好地从事建筑领域工作奠定扎实的基础。（三）促进学生的沉浸式学习建筑专业自设立以来，教学模式也在不断革新，而新工科理念的提出，可以说是建筑专业教学模式的又一次变革5。此专业强调的是在学中做，在做中学，通过不断积累知识，获取素养，进行技能训练，进而促进学生专业知识及技术的提升。在建筑专业教学过程中，构图法则、艺术性、建筑设计实用性、经济性、合理性同等重要，换言之，理论与实践的结合才更有利于学生综合能力的提高。但是从当前实际情况而言，在很多学校的建筑专业教学中教师讲解占据主导地位，学生被动接收知识，此方法已经无法适应快速发展的建筑行业需求。处于新时代背景下的专业教学要强调互动性，活动的开展始终围绕学生这一重要的主体，通过启发式、互动式、探讨式教学，引导学生更好地参与进来，让学生真切地感受建筑由设计到竣工的全过程。课堂中采用 BIM+AR 技术，生动有趣且互动性强，学生可以佩戴可视化设备或使用客户端查阅虚拟模型，而 AR 强大的计算功能不但可以使学生全方位、多视角观察模型，而且能够游走于建筑中，获得更加丰富的体验（图 3）。图 3 学生在建筑模型中行走学生在真实的体验过程中既可以对建筑尺寸的合理性、形体处理的美观性、周边环境与建筑吻合度、协调性进行准确的判断，也可以处于共享模式下评价及优化模型，获取更多的建议与意见，更好地完成知识的学习。在数字技术的支持下，师生间、生生间交流更加频繁，分享不同的设计理念，发表不同的观点，思路更加开阔，设计能力也会随之提高。和传统模式课堂教学对比，BIM+AR 数字技术的运用基于理论知识的学习，同时综合考虑了建筑专业实践性、实用性特点，突破课堂教学难点，引导学生在体验和互动中学习专业知识，课堂学习氛围更加浓厚，知识直观化、立体化的呈现更能够激发学生学习的兴趣，从而能够获得更好的教学效果。四、新工科背景下建筑专业教学中数字技术的应用路径（一）传统教学理念向数字教学思维转变建筑行业作为我国经济增长的支柱产业，最近几年不管是数量还是规模都呈现出逐年增长的趋势，这也充分表明此行业对135总第245期/2023/12/教学互动于专业的建筑人才需求量在不断扩大6。为了能够切实发挥人才价值，高校建筑专业教学中应该时刻关注新工科理念下提出的新要求，首先从传统教学理念更新着手，逐渐向数字教学思维转变，紧跟时代发展步伐，清晰了解建筑专业发展趋势。同时要重视数字技术和建筑教学的有效结合，计算机绘图速度与手工绘图相比，要快很多，数据准确率更高，学校要积极引导学生学习数字技术，通过电子计算机完成建筑设计图的绘制。理论教学过程中教师可及时将计算机设备在建筑设计绘图中的便利性进行总结，引导学生积极运用计算机辅助绘图。虽然计算机技术优势较为突出，但是在建筑专业教学中应用的时间并不长，依然不够完善，需要学生创造性完成的手工绘图不能完全依赖计算机技术，技术只是辅助性工具，不能影响学生思维的创新与开拓，必要时仍要求学生手工绘图，目的是激发创新意识。（二）教学内容方面要做到灵活多变1.淡化具体表现，增强动手能力建筑专业教学过程中针对无必要装饰性设计，教师无需在课堂中进行细致讲解，应该将更多的时间放在动手练习，以及作品设计完善层面。比如当前建筑专业基础课以铅笔画、钢笔画练习为主，此类型的练习会占用学生课堂很多的时间，反而对学生动手能力提升带来不利影响。所以画作练习可安排到课余时间，课堂中多为学生提供独立创作的机会，增强动手能力。课下学生可以根据教师提前录制好的微课视频完成绘图学习任务。2.教学过程与教学结果并重建筑专业教学过程和结果是同等重要的，二者结合才能培养专业水平高、综合能力强的人才。教学中要重视数字技术方法的灵活运用，给予学生正确引导，鼓励他们借助建筑模型不断创新，也可以通过数字平台进行专业技能的训练，日积月累中促进建筑设计水平的提升。3.培养分析建筑作品、推敲建筑方案的能力建筑作品的好与坏往往会受到学生学习及分析能力的影响。建筑专业教学过程中，教师应该重视学生建筑作品分析能力的培养，引导学生在评析原来建筑作品的基础之上，找到灵感，提高设计能力。随着数字化时代的到来，学生可借助网络渠道查阅当前国内外著名的建筑设计理念图，深入分析以后分享自己对作品的理解。除此之外，学生可借助现代绘图软件模拟有特色的建筑图纸，添加一些自己的想法，模拟出自己的设计理念，促进建筑设计分析能力大幅度提高。4.参与建筑物体验活动，激发设计灵感建筑专业教学中教师应该多组织一些建筑物体验活动，引导学生在参与过程中拓展设计思路7。当前建筑物体验的方法有很多类型：第一种，借助数字化技术构建真实的建筑体验情境，教师提前准备好体验的案例，让学生通过可视化设备参观整个建筑物，找出此建筑中的设计优劣势，设想一下自己会如何完善；第二种，鼓励学生借助数字化仪器测试自己设计的建筑作品，分析建筑在实验情况下是否满足标准与要求，总结不足，积累经验，以便为以后更好地改进建筑作品提供思路与灵感。5.增加数字化技术的基础知识新工科背景下，建筑专业学生不仅仅是学习建筑知识，还要学习数字化技术，能够借助数字软件更好地完成设计图纸的绘制，对自己设计的建筑进行模拟，查找不足。建筑专业教学中，数字技术的应用对学生计算机绘图软件、模拟软件的灵活运用提出了更高的要求，教学中教师可有意识地引导学生学习一些先进的软件，以便于更好地掌握建筑专业知识的难点、要点、重点。（三）创新教学方式与方法新工科背景下，建筑专业教学过程中要时刻关注理论结合实践。特别是在当今社会，数字技术发展速度飞快，理论教学和实践教学同等重要，可以将二者剥离，采用不同的方法进行针对性的教学或者练习。例如理论知识教学环节，可以以线上形式为主，改变原来枯燥乏味的讲解模式，借助互联网平台立体化、直观化呈现抽象理论知识，可以采用探讨式、交流式、比赛式、问答式等多种形式，激发学生学习兴趣与热情，不断增强建筑专业理论基础知识的学习。通过线上平台学习理论知识，不仅可以节约很多的教学时间，使有限的课堂时间充分利用起来，还为数字技术课堂实践教学的应用创造了更多机会，让学生有更多的时间参与建筑物体验活动，促进学生专业能力的提高。五、结语新工科不仅仅是字面上的意思，新工科的“新”既包含新的工科专业，也包含对传统工科的新要求，但更多的还是一种人才培养模式的新探索。新工科培养的人才要有较强的自主学习能力，掌握交叉学科的知识，善于把握科技发展趋势，能够综合运用所掌握的知识解决工程实际问题。可见新工科更加强调学生核心素养和多学科交叉人才培养，更加注重学生的创新创业能力培养。所以建筑专业教学应该基于新工科理念，积极应用数字技术，摒弃传统教学模式，紧跟时代发展步伐，创新教学方法，培养具备综合能力的建筑人才。参考文献：1 杨荣彬，陈茹，罗伟铭，袁蔚.基于 OBE 的建筑数字技术基础课程教学研究 J.科学咨询（教育科研），2023（9）：23-25.2肖晴，张伟，郑艺鸿.线上线下混合式教学的教学设计与实践以建筑数字技术为例J.长春工程学院学报（社会科学版），2023，24（1）：120-123.3 安玉源，张涵.基于三维数字技术的外国建筑史混合式教学改革探究 J.成才，2023（6）：106-107.4 王秀玲.房屋建筑工程维修技术“数字化”课程教学改革 J.房地产世界，2022（17）：67-69.5 龚燕贵，吴曼颖.数字技术辅助的建筑设计课程教学探索 J.产业与科技论坛，2021，20（4）：186-187.6 赵苏华.数字技术在高校建筑教学中的应用初探 J.科技资讯，2020，18（13）：17+19.7 孙彤，罗萍嘉，井渌.互动建筑教学实验研究以“界面行为”为例 J.中国建筑教育，2018（2）：84-88.作者简介：殷红，女，湖北孝感人，硕士研究生，讲师，研究方向：建筑施工技术、工程造价。