Skthup软件在《土木工程制图》中的应用

摘 要：土木工程制图作为普通高等学校土建类各专业必修的一门主干技术基础课程，意在培养学生的工程概念、空间图像转换与表达，这对学生的空间想象思维要求何其之大。我们通过引入Skethup草图大师这款空间建模软件更好地克服和解决了传统教学中的诸多难点。不仅提高了教学质量，更活跃了课堂气氛。

关键词：Skethup软件；空间表现；土木工程制图；计算机辅助教学

土木工程制图这一课程主要是通过学习来掌握投影理论，结合国家标准培养学生的空间转换及表达能力，继而达到对“空间技术界的语言”的掌握。

一、《土木工程制图》课程的现状

1.备课耗时量大

现代教学的多媒体多用PPT做课件，为了让学生了解制图的步骤，教师在课前需要花费大量的时间制作课件。比如，绘制一个简单的面面相交投影图，至少需要30个自定义动画，平均每一页PPT的制作时间需要至少10分钟一点一滴反复调整。

2.手工绘制，规范性难达标

常见的“制图”授课教师是背着三角板和圆规前往课堂，要在黑板上纯手工绘制一个图，大部分是因为评讲作业或习题，然而，如此绘制的图却往往达不到尺寸、角度、比例等方面的标准，跟作业或者教材的对应点、线、面有差异，有时会依然解释不清楚如此制图的原委。另外，作业时常不止一道题，多道题绘制并讲解下来，时间往往不够，因花费了大量的时间在绘图中。倘若不用三角板和圆规作图，看起来会节约一些时间，却会让学生感觉老师对制图要求的不严谨，直接影响学生在日后对本课程的学习效果。

3.立体投影的不满足

涉及到立体投影的章节，除却课件演示、模型展示，尝试过的CAD和天正也难以入手。比如：平面与立体相交求截交线、立体与立体相交求相贯线、组合体的三面投影，轴测投影的画法等章节，课件、模型和教材往往只能通过少量实体图讲解，而图集和现实生活中却有无数的实体需要表示，手工绘制是不现实的，我们首先能想到当然是软件绘图，经过多软件尝试，最终确定草图大师是本课程教学最具优势的解说大师。

二、Skethup软件的特点

Skethup又名草图大师，是一款致力于三维设计过程的软件。针对于教学有以下特点：

（1）便于携带。草图大师软件占资源不足100MB，完全可以用一只U盘，提前携带到教室，仅需花费几分钟时间便可安装完毕。

（2）操作简单。草图大师软件主界面只有一个，集成了完整的三维空间，与制图要求完全契合。运用最基础的线条、推拉、移动、视图转换就可以完成绝大部分教学工作。

（3）后备空间充足。Skethup软件具备丰富的模型库，并且具备导入绝大多数格式模型和图片。授课教师完全可以根据课程需要，下载或者创建对应模型进行教学。

（4）强大的插件空间。自由变换、联合推拉、贝兹曲线等，让学生在短时间内清晰地掌握标准化制图过程极其原理。

三、将Skethup软件引入《土木工程制图》课程中的探讨

由于Skethup草图大师软件并未普及进入土木工程制图等相关课程，笔者以张爽、丁江主编、机械工业出版社出版的《土木工程制图》为例，认为可以就以下几个方面辅助教学。

（1）优化备课时间。老师在备课的同时用一两分钟随手制作一个相关模型，通过场景变换工具结合PPT课件，直接演示和阐述变换过程给学生，大大提高了学生的接受效率和老师的教学质量。授课教师制作出来的模型可完全按照书本原模型制作，比在黑板上比例放大更加精准表达，大大地规避了在黑板上用三角板圆规比例放大绘图的弊端。

（2）对于元素投影章节的教学。可以花上几分钟时间将投影对象在Skethup建模软件界面空间中制作出来，打开平行投影，直接通过视图工具展示任何方位的投影视图，现场展开各面进行前后对比，大大地减少了学生的空间构造时间，拓展了学生的空间接受能力。例如对于下面这个空间三角形的投影，笔者用矩形工具在原点处直接构建了一个有型的空间坐标系统。按照要求，笔者构建了一个空间三角形，并用画线工具将三角形角点平行投影到对应面上，用插件将投影线变换为虚线并绘制好投影面，有需要可以用材质工具将其分别赋予不同的材质，打开平行投影，直接展示对应视图给学生看，并且随时旋转角度，与投影做比对，让学生参与寻找其特点。在此之后，将对应投影面创建群组，用旋转工具旋转打开，给学生直观的展示三视图形成即展开过程。（图1）。

（3）对于立体投影章节的教学。授课教师可直接现场精准制作立体图形，通过布尔运算差集或者拆分工具将模型实体直观甚至分解展示，全方位观察各面投影，需要的话还可以打开后边线将遮挡线以虚线显示，或者直接X光模式显示，全方位透析过程，让学生有身临其境的感觉，并且更直观看到平时影藏在模型里面的平面与立体相交求截交线、立体与立体相交求相贯线等。再配合授课教师的相关讲解，让学生对空间的概念更加深刻。笔者通过三棱柱横贯三棱锥体为例：教学人员现场制作对应尺寸的三棱柱和三棱锥并转换成实体组，通过移动工具将三棱柱移动至对应位置，用布尔运算的拆分工具将其拆分，可先在样式中打开X光模式，给学生展示内外线面截交线，然后通过移动工具将其分开，展示其交叉部分和未交叉部分，让学生充分了解其原理。最后授课教师只需将其退至原状，打开后边线、平行投影便可直接展示其各面投影，实线虚线分明（图2）。

（4）对于轴测图、建筑形体表达和施工图章节的教学。Skethup草图大师软件的优势更是体现的淋漓尽致。草图大师软件配合AutoCAD软件，以CAD平面图为基准，从平面图直接创建3D形式 。通过打开轴测图视图，直接查看任何轴测图。讲解时，直接配合模型演示，将更加生动的轴测图内容映入学生的脑海中。通过Skethup软件中的剖切工具，教学人员可以在任何时候任何地方对模型进行全方面解剖讲解；对于需要半剖切或其他形式剖切的模型，用布尔运算的差集同样可以做到。这种方式有效地传递了我们用语言、文字或者图片都难以在学生脑海勾勒的画面。模型生成过程与解说相结合，更有效地让学生掌握和理解相关知识。并且，学生见证了形体从2D建造3D的过程，充分体会空间量、形、质的区别。例如在土木工程制图中，楼梯上下和剖面位置一直以来都是难点。授课教师带学生去现场参观也难以给学生全方位剖析楼梯内部构造。建筑施工平面图上往往只有一个水平投影面和上下箭头标识符，对于授课教师的解释，如果学生没有很好的空间理解能力很难达到好的效果。通过草图大师软件根据平面图建造一个楼梯模型，通过水平和竖向剖切作图，学生很容易理解平面与剖切之间的关系（图3）。

又例如等坡屋顶的绘制，授课教师课堂上可以通过屋顶插件一键创建一个四坡屋顶，通过移动工具，现场展示，其坡度变化对图形造成影响等（图4）。

四、将Skethup软件引入《土木工程制图》课程的可行性

对于将Skethup草图大师软件引入土木工程制图课堂是否可行，笔者对所在学院的同一专业同一年级的三个班进行了比对，其中一个班的《土木工程制图》课程引入了Skethup软件辅助教学，另两个班依然采用传统的教学模式，其结果显示如下：

（1）选用Skethup草图大师软件辅助教学班级的授课教师认为，使用Skethup草图大师软件辅助教学，无论是备课还是教学都更为轻松、愉快。

（2）选用Skethup草图大师软件辅助教学班级的学生，空间思维及表达能力明显强于另外两个班学生；即使课堂上马上做习题或作业，其错误率也低很多。并且，班上同学表示，用Skethup草图大师软件辅助教学，课堂气氛更加浓郁，他们充分体会到了建筑语言的乐趣。

（3）选用Skethup草图大师软件辅助教学班级的学生，对于后面所学的房屋建筑学等课程理解得更快、更精准。他们后期更容易对建筑设计等产生兴趣。

将Skethup草图大师软件引入土木工程制图课堂则需要授课教师具备一定的软件运作能力。例如：①教学人员需提前对草图大师软件非常熟悉并且能够快速创建出相关模型。②可能让教学人员对软件的依赖性变大而忽略了本质。③草图大师软件对电脑配置的要求稍高，如果学校电脑配置过低或者模型较为复杂，可能会出现卡顿现象等。

五、结语

Skethup草图大师在建筑行业中地位非常显著，深受设计师们的喜爱。主要特点是空间表现，作为教学辅助用具，能够让枯燥的二维图纸更加生动更容易解读。

将其引入高校的必修课程当中，不仅仅是为提高课程的趣味性，其意义更在于让教育更加高效，同时让建筑学子们更早地接触到建筑行业工具。

参考文献：

[1]张爽，丁江.土木工程制图[M].北京：机械工业出版社，2011年12月.

[2]朱啸寅.SketchUp草图大师在房屋建筑学课程教学中的应用[J].求知导刊，2014（9）：114-115.

[3]李牧.将BIM建模软件引入土木工程制图教学的初探[J].教育教学论坛 ，2015（6）：139-141.

作者简介：

陈定坤（1989.4—），男，湖北鄂州人，建筑工作室负责人，从事建筑规划、单体设计工作。

（作者单位：广东技术师范学院天河学院）