Skthup軟件在《土木工程制圖》中的應用

摘 要：土木工程制圖作為普通高等學校土建類各專業必修的一門主干技術基礎課程，意在培養學生的工程概念、空間圖像轉換與表達，這對學生的空間想象思維要求何其之大。我們通過引入Skethup草圖大師這款空間建模軟件更好地克服和解決了傳統教學中的諸多難點。不僅提高了教學質量，更活躍了課堂氣氛。

關鍵詞：Skethup軟件；空間表現；土木工程制圖；計算機輔助教學

土木工程制圖這一課程主要是通過學習來掌握投影理論，結合國家標準培養學生的空間轉換及表達能力，繼而達到對“空間技術界的語言”的掌握。

一、《土木工程制圖》課程的現狀

1.備課耗時量大

現代教學的多媒體多用PPT做課件，為了讓學生了解制圖的步驟，教師在課前需要花費大量的時間制作課件。比如，繪制一個簡單的面面相交投影圖，至少需要30個自定義動畫，平均每一頁PPT的制作時間需要至少10分鐘一點一滴反復調整。

2.手工繪制，規范性難達標

常見的“制圖”授課教師是背著三角板和圓規前往課堂，要在黑板上純手工繪制一個圖，大部分是因為評講作業或習題，然而，如此繪制的圖卻往往達不到尺寸、角度、比例等方面的標準，跟作業或者教材的對應點、線、面有差異，有時會依然解釋不清楚如此制圖的原委。另外，作業時常不止一道題，多道題繪制并講解下來，時間往往不夠，因花費了大量的時間在繪圖中。倘若不用三角板和圓規作圖，看起來會節約一些時間，卻會讓學生感覺老師對制圖要求的不嚴謹，直接影響學生在日后對本課程的學習效果。

3.立體投影的不滿足

涉及到立體投影的章節，除卻課件演示、模型展示，嘗試過的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，軸測投影的畫法等章節，課件、模型和教材往往只能通過少量實體圖講解，而圖集和現實生活中卻有無數的實體需要表示，手工繪制是不現實的，我們首先能想到當然是軟件繪圖，經過多軟件嘗試，最終確定草圖大師是本課程教學最具優勢的解說大師。

二、Skethup軟件的特點

Skethup又名草圖大師，是一款致力于三維設計過程的軟件。針對于教學有以下特點：

（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，僅需花費幾分鐘時間便可安裝完畢。

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

（3）后備空間充足。Skethup軟件具備豐富的模型庫，并且具備導入絕大多數格式模型和圖片。授課教師完全可以根據課程需要，下載或者創建對應模型進行教學。

（4）強大的插件空間。自由變換、聯合推拉、貝茲曲線等，讓學生在短時間內清晰地掌握標準化制圖過程極其原理。

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入土木工程制圖等相關課程，筆者以張爽、丁江主編、機械工業出版社出版的《土木工程制圖》為例，認為可以就以下幾個方面輔助教學。

（1）優化備課時間。老師在備課的同時用一兩分鐘隨手制作一個相關模型，通過場景變換工具結合PPT課件，直接演示和闡述變換過程給學生，大大提高了學生的接受效率和老師的教學質量。授課教師制作出來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表達，大大地規避了在黑板上用三角板圓規比例放大繪圖的弊端。

（2）對于元素投影章節的教學。可以花上幾分鐘時間將投影對象在Skethup建模軟件界面空間中制作出來，打開平行投影，直接通過視圖工具展示任何方位的投影視圖，現場展開各面進行前后對比，大大地減少了學生的空間構造時間，拓展了學生的空間接受能力。例如對于下面這個空間三角形的投影，筆者用矩形工具在原點處直接構建了一個有型的空間坐標系統。按照要求，筆者構建了一個空間三角形，并用畫線工具將三角形角點平行投影到對應面上，用插件將投影線變換為虛線并繪制好投影面，有需要可以用材質工具將其分別賦予不同的材質，打開平行投影，直接展示對應視圖給學生看，并且隨時旋轉角度，與投影做比對，讓學生參與尋找其特點。在此之后，將對應投影面創建群組，用旋轉工具旋轉打開，給學生直觀的展示三視圖形成即展開過程。（圖1）。

（3）對于立體投影章節的教學。授課教師可直接現場精準制作立體圖形，通過布爾運算差集或者拆分工具將模型實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光模式顯示，全方位透析過程，讓學生有身臨其境的感覺，并且更直觀看到平時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講解，讓學生對空間的概念更加深刻。筆者通過三棱柱橫貫三棱錐體為例：教學人員現場制作對應尺寸的三棱柱和三棱錐并轉換成實體組，通過移動工具將三棱柱移動至對應位置，用布爾運算的拆分工具將其拆分，可先在樣式中打開X光模式，給學生展示內外線面截交線，然后通過移動工具將其分開，展示其交叉部分和未交叉部分，讓學生充分了解其原理。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，實線虛線分明（圖2）。

（4）對于軸測圖、建筑形體表達和施工圖章節的教學。Skethup草圖大師軟件的優勢更是體現的淋漓盡致。草圖大師軟件配合AutoCAD軟件，以CAD平面圖為基準，從平面圖直接創建3D形式 。通過打開軸測圖視圖，直接查看任何軸測圖。講解時，直接配合模型演示，將更加生動的軸測圖內容映入學生的腦海中。通過Skethup軟件中的剖切工具，教學人員可以在任何時候任何地方對模型進行全方面解剖講解；對于需要半剖切或其他形式剖切的模型，用布爾運算的差集同樣可以做到。這種方式有效地傳遞了我們用語言、文字或者圖片都難以在學生腦海勾勒的畫面。模型生成過程與解說相結合，更有效地讓學生掌握和理解相關知識。并且，學生見證了形體從2D建造3D的過程，充分體會空間量、形、質的區別。例如在土木工程制圖中，樓梯上下和剖面位置一直以來都是難點。授課教師帶學生去現場參觀也難以給學生全方位剖析樓梯內部構造。建筑施工平面圖上往往只有一個水平投影面和上下箭頭標識符，對于授課教師的解釋，如果學生沒有很好的空間理解能力很難達到好的效果。通過草圖大師軟件根據平面圖建造一個樓梯模型，通過水平和豎向剖切作圖，學生很容易理解平面與剖切之間的關系（圖3）。

又例如等坡屋頂的繪制，授課教師課堂上可以通過屋頂插件一鍵創建一個四坡屋頂，通過移動工具，現場展示，其坡度變化對圖形造成影響等（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，筆者對所在學院的同一專業同一年級的三個班進行了比對，其中一個班的《土木工程制圖》課程引入了Skethup軟件輔助教學，另兩個班依然采用傳統的教學模式，其結果顯示如下：

（1）選用Skethup草圖大師軟件輔助教學班級的授課教師認為，使用Skethup草圖大師軟件輔助教學，無論是備課還是教學都更為輕松、愉快。

（2）選用Skethup草圖大師軟件輔助教學班級的學生，空間思維及表達能力明顯強于另外兩個班學生；即使課堂上馬上做習題或作業，其錯誤率也低很多。并且，班上同學表示，用Skethup草圖大師軟件輔助教學，課堂氣氛更加濃郁，他們充分體會到了建筑語言的樂趣。

（3）選用Skethup草圖大師軟件輔助教學班級的學生，對于后面所學的房屋建筑學等課程理解得更快、更精準。他們后期更容易對建筑設計等產生興趣。

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作能力。例如：①教學人員需提前對草圖大師軟件非常熟悉并且能夠快速創建出相關模型。②可能讓教學人員對軟件的依賴性變大而忽略了本質。③草圖大師軟件對電腦配置的要求稍高，如果學校電腦配置過低或者模型較為復雜，可能會出現卡頓現象等。

五、結語

Skethup草圖大師在建筑行業中地位非常顯著，深受設計師們的喜愛。主要特點是空間表現，作為教學輔助用具，能夠讓枯燥的二維圖紙更加生動更容易解讀。

將其引入高校的必修課程當中，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，同時讓建筑學子們更早地接觸到建筑行業工具。

參考文獻：

[1]張爽，丁江.土木工程制圖[M].北京：機械工業出版社，2011年12月.

[2]朱嘯寅.SketchUp草圖大師在房屋建筑學課程教學中的應用[J].求知導刊，2014（9）：114-115.

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

作者簡介：

陳定坤（1989.4—），男，湖北鄂州人，建筑工作室負責人，從事建筑規劃、單體設計工作。

（作者單位：廣東技術師范學院天河學院）