Skthup軟件在《土木工程制圖》中的應(yīng)用

摘 要：土木工程制圖作為普通高等學(xué)校土建類各專業(yè)必修的一門主干技術(shù)基礎(chǔ)課程，意在培養(yǎng)學(xué)生的工程概念、空間圖像轉(zhuǎn)換與表達(dá)，這對(duì)學(xué)生的空間想象思維要求何其之大。我們通過(guò)引入Skethup草圖大師這款空間建模軟件更好地克服和解決了傳統(tǒng)教學(xué)中的諸多難點(diǎn)。不僅提高了教學(xué)質(zhì)量，更活躍了課堂氣氛。

關(guān)鍵詞：Skethup軟件；空間表現(xiàn)；土木工程制圖；計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)

土木工程制圖這一課程主要是通過(guò)學(xué)習(xí)來(lái)掌握投影理論，結(jié)合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)培養(yǎng)學(xué)生的空間轉(zhuǎn)換及表達(dá)能力，繼而達(dá)到對(duì)“空間技術(shù)界的語(yǔ)言”的掌握。

一、《土木工程制圖》課程的現(xiàn)狀

1.備課耗時(shí)量大

現(xiàn)代教學(xué)的多媒體多用PPT做課件，為了讓學(xué)生了解制圖的步驟，教師在課前需要花費(fèi)大量的時(shí)間制作課件。比如，繪制一個(gè)簡(jiǎn)單的面面相交投影圖，至少需要30個(gè)自定義動(dòng)畫，平均每一頁(yè)P(yáng)PT的制作時(shí)間需要至少10分鐘一點(diǎn)一滴反復(fù)調(diào)整。

2.手工繪制，規(guī)范性難達(dá)標(biāo)

常見(jiàn)的“制圖”授課教師是背著三角板和圓規(guī)前往課堂，要在黑板上純手工繪制一個(gè)圖，大部分是因?yàn)樵u(píng)講作業(yè)或習(xí)題，然而，如此繪制的圖卻往往達(dá)不到尺寸、角度、比例等方面的標(biāo)準(zhǔn)，跟作業(yè)或者教材的對(duì)應(yīng)點(diǎn)、線、面有差異，有時(shí)會(huì)依然解釋不清楚如此制圖的原委。另外，作業(yè)時(shí)常不止一道題，多道題繪制并講解下來(lái)，時(shí)間往往不夠，因花費(fèi)了大量的時(shí)間在繪圖中。倘若不用三角板和圓規(guī)作圖，看起來(lái)會(huì)節(jié)約一些時(shí)間，卻會(huì)讓學(xué)生感覺(jué)老師對(duì)制圖要求的不嚴(yán)謹(jǐn)，直接影響學(xué)生在日后對(duì)本課程的學(xué)習(xí)效果。

3.立體投影的不滿足

涉及到立體投影的章節(jié)，除卻課件演示、模型展示，嘗試過(guò)的CAD和天正也難以入手。比如：平面與立體相交求截交線、立體與立體相交求相貫線、組合體的三面投影，軸測(cè)投影的畫法等章節(jié)，課件、模型和教材往往只能通過(guò)少量實(shí)體圖講解，而圖集和現(xiàn)實(shí)生活中卻有無(wú)數(shù)的實(shí)體需要表示，手工繪制是不現(xiàn)實(shí)的，我們首先能想到當(dāng)然是軟件繪圖，經(jīng)過(guò)多軟件嘗試，最終確定草圖大師是本課程教學(xué)最具優(yōu)勢(shì)的解說(shuō)大師。

二、Skethup軟件的特點(diǎn)

Skethup又名草圖大師，是一款致力于三維設(shè)計(jì)過(guò)程的軟件。針對(duì)于教學(xué)有以下特點(diǎn)：

（1）便于攜帶。草圖大師軟件占資源不足100MB，完全可以用一只U盤，提前攜帶到教室，僅需花費(fèi)幾分鐘時(shí)間便可安裝完畢。

（2）操作簡(jiǎn)單。草圖大師軟件主界面只有一個(gè)，集成了完整的三維空間，與制圖要求完全契合。運(yùn)用最基礎(chǔ)的線條、推拉、移動(dòng)、視圖轉(zhuǎn)換就可以完成絕大部分教學(xué)工作。

（3）后備空間充足。Skethup軟件具備豐富的模型庫(kù)，并且具備導(dǎo)入絕大多數(shù)格式模型和圖片。授課教師完全可以根據(jù)課程需要，下載或者創(chuàng)建對(duì)應(yīng)模型進(jìn)行教學(xué)。

（4）強(qiáng)大的插件空間。自由變換、聯(lián)合推拉、貝茲曲線等，讓學(xué)生在短時(shí)間內(nèi)清晰地掌握標(biāo)準(zhǔn)化制圖過(guò)程極其原理。

三、將Skethup軟件引入《土木工程制圖》課程中的探討

由于Skethup草圖大師軟件并未普及進(jìn)入土木工程制圖等相關(guān)課程，筆者以張爽、丁江主編、機(jī)械工業(yè)出版社出版的《土木工程制圖》為例，認(rèn)為可以就以下幾個(gè)方面輔助教學(xué)。

（1）優(yōu)化備課時(shí)間。老師在備課的同時(shí)用一兩分鐘隨手制作一個(gè)相關(guān)模型，通過(guò)場(chǎng)景變換工具結(jié)合PPT課件，直接演示和闡述變換過(guò)程給學(xué)生，大大提高了學(xué)生的接受效率和老師的教學(xué)質(zhì)量。授課教師制作出來(lái)的模型可完全按照書本原模型制作，比在黑板上比例放大更加精準(zhǔn)表達(dá)，大大地規(guī)避了在黑板上用三角板圓規(guī)比例放大繪圖的弊端。

（2）對(duì)于元素投影章節(jié)的教學(xué)?？梢曰ㄉ蠋追昼姇r(shí)間將投影對(duì)象在Skethup建模軟件界面空間中制作出來(lái)，打開平行投影，直接通過(guò)視圖工具展示任何方位的投影視圖，現(xiàn)場(chǎng)展開各面進(jìn)行前后對(duì)比，大大地減少了學(xué)生的空間構(gòu)造時(shí)間，拓展了學(xué)生的空間接受能力。例如對(duì)于下面這個(gè)空間三角形的投影，筆者用矩形工具在原點(diǎn)處直接構(gòu)建了一個(gè)有型的空間坐標(biāo)系統(tǒng)。按照要求，筆者構(gòu)建了一個(gè)空間三角形，并用畫線工具將三角形角點(diǎn)平行投影到對(duì)應(yīng)面上，用插件將投影線變換為虛線并繪制好投影面，有需要可以用材質(zhì)工具將其分別賦予不同的材質(zhì)，打開平行投影，直接展示對(duì)應(yīng)視圖給學(xué)生看，并且隨時(shí)旋轉(zhuǎn)角度，與投影做比對(duì)，讓學(xué)生參與尋找其特點(diǎn)。在此之后，將對(duì)應(yīng)投影面創(chuàng)建群組，用旋轉(zhuǎn)工具旋轉(zhuǎn)打開，給學(xué)生直觀的展示三視圖形成即展開過(guò)程。（圖1）。

（3）對(duì)于立體投影章節(jié)的教學(xué)。授課教師可直接現(xiàn)場(chǎng)精準(zhǔn)制作立體圖形，通過(guò)布爾運(yùn)算差集或者拆分工具將模型實(shí)體直觀甚至分解展示，全方位觀察各面投影，需要的話還可以打開后邊線將遮擋線以虛線顯示，或者直接X(jué)光模式顯示，全方位透析過(guò)程，讓學(xué)生有身臨其境的感覺(jué)，并且更直觀看到平時(shí)影藏在模型里面的平面與立體相交求截交線、立體與立體相交求相貫線等。再配合授課教師的相關(guān)講解，讓學(xué)生對(duì)空間的概念更加深刻。筆者通過(guò)三棱柱橫貫三棱錐體為例：教學(xué)人員現(xiàn)場(chǎng)制作對(duì)應(yīng)尺寸的三棱柱和三棱錐并轉(zhuǎn)換成實(shí)體組，通過(guò)移動(dòng)工具將三棱柱移動(dòng)至對(duì)應(yīng)位置，用布爾運(yùn)算的拆分工具將其拆分，可先在樣式中打開X光模式，給學(xué)生展示內(nèi)外線面截交線，然后通過(guò)移動(dòng)工具將其分開，展示其交叉部分和未交叉部分，讓學(xué)生充分了解其原理。最后授課教師只需將其退至原狀，打開后邊線、平行投影便可直接展示其各面投影，實(shí)線虛線分明（圖2）。

（4）對(duì)于軸測(cè)圖、建筑形體表達(dá)和施工圖章節(jié)的教學(xué)。Skethup草圖大師軟件的優(yōu)勢(shì)更是體現(xiàn)的淋漓盡致。草圖大師軟件配合AutoCAD軟件，以CAD平面圖為基準(zhǔn)，從平面圖直接創(chuàng)建3D形式 。通過(guò)打開軸測(cè)圖視圖，直接查看任何軸測(cè)圖。講解時(shí)，直接配合模型演示，將更加生動(dòng)的軸測(cè)圖內(nèi)容映入學(xué)生的腦海中。通過(guò)Skethup軟件中的剖切工具，教學(xué)人員可以在任何時(shí)候任何地方對(duì)模型進(jìn)行全方面解剖講解；對(duì)于需要半剖切或其他形式剖切的模型，用布爾運(yùn)算的差集同樣可以做到。這種方式有效地傳遞了我們用語(yǔ)言、文字或者圖片都難以在學(xué)生腦海勾勒的畫面。模型生成過(guò)程與解說(shuō)相結(jié)合，更有效地讓學(xué)生掌握和理解相關(guān)知識(shí)。并且，學(xué)生見(jiàn)證了形體從2D建造3D的過(guò)程，充分體會(huì)空間量、形、質(zhì)的區(qū)別。例如在土木工程制圖中，樓梯上下和剖面位置一直以來(lái)都是難點(diǎn)。授課教師帶學(xué)生去現(xiàn)場(chǎng)參觀也難以給學(xué)生全方位剖析樓梯內(nèi)部構(gòu)造。建筑施工平面圖上往往只有一個(gè)水平投影面和上下箭頭標(biāo)識(shí)符，對(duì)于授課教師的解釋，如果學(xué)生沒(méi)有很好的空間理解能力很難達(dá)到好的效果。通過(guò)草圖大師軟件根據(jù)平面圖建造一個(gè)樓梯模型，通過(guò)水平和豎向剖切作圖，學(xué)生很容易理解平面與剖切之間的關(guān)系（圖3）。

又例如等坡屋頂?shù)睦L制，授課教師課堂上可以通過(guò)屋頂插件一鍵創(chuàng)建一個(gè)四坡屋頂，通過(guò)移動(dòng)工具，現(xiàn)場(chǎng)展示，其坡度變化對(duì)圖形造成影響等（圖4）。

四、將Skethup軟件引入《土木工程制圖》課程的可行性

對(duì)于將Skethup草圖大師軟件引入土木工程制圖課堂是否可行，筆者對(duì)所在學(xué)院的同一專業(yè)同一年級(jí)的三個(gè)班進(jìn)行了比對(duì)，其中一個(gè)班的《土木工程制圖》課程引入了Skethup軟件輔助教學(xué)，另兩個(gè)班依然采用傳統(tǒng)的教學(xué)模式，其結(jié)果顯示如下：

（1）選用Skethup草圖大師軟件輔助教學(xué)班級(jí)的授課教師認(rèn)為，使用Skethup草圖大師軟件輔助教學(xué)，無(wú)論是備課還是教學(xué)都更為輕松、愉快。

（2）選用Skethup草圖大師軟件輔助教學(xué)班級(jí)的學(xué)生，空間思維及表達(dá)能力明顯強(qiáng)于另外兩個(gè)班學(xué)生；即使課堂上馬上做習(xí)題或作業(yè)，其錯(cuò)誤率也低很多。并且，班上同學(xué)表示，用Skethup草圖大師軟件輔助教學(xué)，課堂氣氛更加濃郁，他們充分體會(huì)到了建筑語(yǔ)言的樂(lè)趣。

（3）選用Skethup草圖大師軟件輔助教學(xué)班級(jí)的學(xué)生，對(duì)于后面所學(xué)的房屋建筑學(xué)等課程理解得更快、更精準(zhǔn)。他們后期更容易對(duì)建筑設(shè)計(jì)等產(chǎn)生興趣。

將Skethup草圖大師軟件引入土木工程制圖課堂則需要授課教師具備一定的軟件運(yùn)作能力。例如：①教學(xué)人員需提前對(duì)草圖大師軟件非常熟悉并且能夠快速創(chuàng)建出相關(guān)模型。②可能讓教學(xué)人員對(duì)軟件的依賴性變大而忽略了本質(zhì)。③草圖大師軟件對(duì)電腦配置的要求稍高，如果學(xué)校電腦配置過(guò)低或者模型較為復(fù)雜，可能會(huì)出現(xiàn)卡頓現(xiàn)象等。

五、結(jié)語(yǔ)

Skethup草圖大師在建筑行業(yè)中地位非常顯著，深受設(shè)計(jì)師們的喜愛(ài)。主要特點(diǎn)是空間表現(xiàn)，作為教學(xué)輔助用具，能夠讓枯燥的二維圖紙更加生動(dòng)更容易解讀。

將其引入高校的必修課程當(dāng)中，不僅僅是為提高課程的趣味性，其意義更在于讓教育更加高效，同時(shí)讓建筑學(xué)子們更早地接觸到建筑行業(yè)工具。

參考文獻(xiàn)：

[1]張爽，丁江.土木工程制圖[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011年12月.

[2]朱嘯寅.SketchUp草圖大師在房屋建筑學(xué)課程教學(xué)中的應(yīng)用[J].求知導(dǎo)刊，2014（9）：114-115.

[3]李牧.將BIM建模軟件引入土木工程制圖教學(xué)的初探[J].教育教學(xué)論壇 ，2015（6）：139-141.

作者簡(jiǎn)介：

陳定坤（1989.4—），男，湖北鄂州人，建筑工作室負(fù)責(zé)人，從事建筑規(guī)劃、單體設(shè)計(jì)工作。

（作者單位：廣東技術(shù)師范學(xué)院天河學(xué)院）