提高土建類專業(yè)學生制圖創(chuàng)新實踐能力的探討

李富平 皇甫平 郭鐵能

摘要：在分析了當前土建類專業(yè)制圖教學現(xiàn)狀的基礎上，以競賽為切入點，開設通識教育核心課程三維建筑建模藝術制作，從軟件選擇、題目設置、教學方法、驗收等環(huán)節(jié)入手，組織學生在中望環(huán)境下二維繪圖，在Sketchup環(huán)境下三維建模，該教學活動激發(fā)學生創(chuàng)新設計思維，增強學生團隊合作能力，提高學生藝術鑒賞水平。學生繪出的二維圖樣符合建筑國家標準，學生的綜合實踐能力得到提高，多名學生在競賽中獲獎。

關鍵詞：施工圖;創(chuàng)新實踐;效果圖

中圖分類號：G6421;TU-4 文獻標志碼：A 文章編號：1005-2909（2019）03-0116-06

高水平設計師和創(chuàng)新型人才不僅要求有一定的圖學理論知識、熟練的計算機繪圖能力，還要具有創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力，同時具備團隊合作意識，這給傳統(tǒng)的教學模式帶來巨大沖擊，僅注重培養(yǎng)學生的繪圖能力和空間想象能力，滿足不了當代社會發(fā)展的要求[1]。創(chuàng)新是通過各種要素的有機聯(lián)系與重新組合來建立具有特定功能新系統(tǒng)的思維與實踐過程。圖樣是工程設計人員表達和交流的重要工具，是創(chuàng)新能力培養(yǎng)的有效載體[2-3]。以競賽為切入點，以通識教育核心課——三維建筑建模藝術制作為渠道，激發(fā)土建類專業(yè)學生學習的積極性和創(chuàng)新意識，增強學生的團隊合作能力，提高學生制圖實踐創(chuàng)新能力[4-5]。

一、目前教學中存在的問題

（一） 學時減少

土建類專業(yè)工程制圖實踐部分主要包含房屋建筑施工圖和房屋結構施工圖，制圖基本知識和AutoCAD計算機繪圖。隨著2015版教學計劃的編制，土建類專業(yè)實踐部分的學時由原來的60減為30，學生繪圖訓練的學時也隨之減少。

（二）學生主動性不高

學時減少的情況下，教師授課以知識傳授為主，學生以被動聽課為主，土建類專業(yè)學生實踐部分主要為模仿繪制教材和習題集上的圖樣，在作業(yè)環(huán)節(jié)上缺少對房屋結構空間認知程度的訓練，學生綜合能力培養(yǎng)環(huán)節(jié)缺失，工程實踐能力較弱。

（三）圖樣不規(guī)范

模仿繪制教材上的圖樣，只是感性認識建筑國家制圖標準，學生繪制的平面圖常缺少標高、箭頭、文字、剖切符號、指北針等內容。定位軸線的細實線圓不按規(guī)定大小繪制，隨意性較大，更不用說給房屋軸測圖讓學生自己繪制建筑施工圖，若這樣缺少的內容更多。

（四）空間思維能力弱

目前建筑施工圖、結構施工圖大部分作業(yè)停留在模仿繪制的水平上，圖上有什么，自己畫什么，整個過程簡單，學生不用花費時間思考房屋的內外部空間結構，作業(yè)無法體現(xiàn)學生空間想象能力的差異，更不用說創(chuàng)新實踐能力，考核也無法體現(xiàn)空間構圖能力。若由建筑平面圖、立面圖讓學生自己繪制剖面圖時，就會出現(xiàn)投影錯誤。

（五） 團隊合作意識差

目前模仿繪制的建筑圖樣大部分是獨自完成的，相互之間沒有合作，學生之間缺乏交流，團隊協(xié)作意識淡薄。

為推動高校深化人才培養(yǎng)模式改革，以學生為中心，提高大學生自主學習能力和創(chuàng)新能力，北京市教委主辦北京市工程設計表達競賽，搭建以賽促教、以賽促學的平臺，引導教師深入探索基礎課程的改革。

以目前的教學現(xiàn)狀，組織學生直接參加北京市工程設計表達競賽顯然是不現(xiàn)實的。

二、 改革思路

在目前學時減少的情況下，開設通識教育核心課程三維建筑建模藝術制作，在該課程上引入三維軟件，讓學生用三維軟件創(chuàng)建房屋模型，并將該房屋模型分層進行水平剖切或縱向剖切，展示內部及外部結構。

在建模的過程中引導學生思考，激發(fā)學生思維，題目應具有開放性。僅給房屋的平面圖，讓學生自己對屋頂、門窗、外墻的材質及色彩進行創(chuàng)新設計，完成房屋的建模，并創(chuàng)建外部環(huán)境，完成效果圖。每個學生的生活閱歷、審美觀均不同，所創(chuàng)建的模型亦不同，這個過程培養(yǎng)了學生空間構型能力、三維建模能力、創(chuàng)新設計能力和三維軟件綜合運用能力。

在二維訓練過程中，以3人為團隊，分別繪制房屋的平面圖、立面圖、剖面圖，平立剖圖樣應符合投影關系。在訓練過程中，加強了學生之間的交流與溝通，培養(yǎng)了學生的團隊意識，增強了學生之間的合作能力。

在繪制平立剖過程中，僅給房屋部分軸測圖，3名學生協(xié)作完成平立剖圖樣，這個過程不再是模仿繪圖，學生自己按建筑標準繪制。在這個過程中，培養(yǎng)學生繪制和閱讀工程圖樣的能力，圖示、圖解的工程表達能力及計算機繪圖能力[6]。

經過訓練，組織優(yōu)秀的學生參加北京市工程設計表達競賽，增強學生的成就感。獲獎的學生給低年級學生做出了榜樣，激勵剛入學的大一新生學習工程圖學的主動性，形成良性循環(huán)。

三、 教學改革的措施

培養(yǎng)學生形象思維能力和設計表達能力，為工程設計實踐服務，在操作方式上尊重學生的主動性和創(chuàng)造性，最大限度為學生提供思考、研究和創(chuàng)新的空間[7]。

（一）軟件選擇

三維建模采用Sketchup軟件，該軟件是一套直接面向設計師，注重設計創(chuàng)作過程的軟件。軟件吸收了“手繪草圖”和“工作模型”兩種傳統(tǒng)輔助設計手段的特點，使用過程與設計師手工繪制草圖的過程相似。

二維繪圖采用中望CAD建筑軟件，該軟件以建筑構件作為基本設計單元，具有人性化、智能化、參數(shù)化、可視化特征，能高效繪制符合要求的圖樣。

（二） 精心設置題目

三維建模訓練僅給平面圖，引導學生按剖切位置繪制水平剖切圖和縱向剖切圖，設計屋頂、門窗的外觀，完成房屋的建模，并創(chuàng)建外部環(huán)境。學生繪制的水平剖切圖和縱向剖切圖因門窗風格的不同而不同，差別較小，但房屋屋頂?shù)男问健㈤T窗的外觀、戶外環(huán)境的設計則因人而異，差別較大。圖1～圖3為三層房屋的首層、二層、三層平面圖，學生分別設計不同的屋頂形式，并創(chuàng)建不同室外環(huán)境完成的效果圖（圖4～圖6）。

二維制圖訓練以三人為團隊，給定房屋的軸測圖，引導學生分別繪制房屋的平立剖圖樣，團隊三人之間必須相互討論，確定定位軸線、附加軸等問題，定位軸線選取不同最終圖樣也有所區(qū)別，只有對整個房屋的內外

結構清楚，才能畫出符合標準的圖樣。不同的團隊平面圖軸網的設置可能不同，但同一團隊平面圖、立面圖、剖面圖軸網表達應一致，標高、房屋輪廓結構不應出現(xiàn)矛盾。

（三） 教學方法

（1）學生根據(jù)房屋平面圖三維建模，若繪制剖切圖，需畫雙線墻，若是外型模型，僅畫單線墻，這樣建模速度快。具體方法是先用鉛筆根據(jù)軸間距繪出輪廓，用“推拉”工具制作墻體，利用組或組件制作門窗，構思屋頂，完成模型制作，最后添加室外環(huán)境，使建筑與環(huán)境相配。

（2）學生根據(jù)房屋軸測圖繪制二維圖樣，3名學生商量確定軸間距，先繪制軸網、軸網生墻，制作門窗，添加樓梯、陽臺等輔助設施，最后進行軸網標注、尺寸標注，添加相應的箭頭、標高、索引符號等文表符號，完成平立剖圖樣。

整個過程以學生為主體，教師處于主導地位，啟發(fā)和引導學生，讓學生認真查閱資料， 獨立思考并完成任務。

（四）驗收

三維建模是開放性題目，門窗外型不同剖切圖也有所差別，但差別較小。屋頂每人設計差異較大，但屋頂設計的原則應遵守，即注意屋面坡度傾斜角度為20°～45°之間，方便雨水排走。若為同坡屋面，檐口線距離越大，屋脊線就越高。在這些原則下，屋頂?shù)男问娇勺杂蛇x擇，不能籠統(tǒng)定義為對、錯。設計中，房屋周圍環(huán)境和材質顏色也不同，體現(xiàn)學生色彩設計、審美能力的差別，以建筑與環(huán)境是否融合去判斷設計的優(yōu)劣。

由中望CAD建筑軟件繪制二維圖樣，最后生成PDF格式，以團隊成果來評價。平面圖從墻體、樓梯投影是否正確，門窗位置、編號是否齊全，尺寸、標高、軸線編號是否完整等方面評價;立面圖從墻體、屋頂是否正確，門窗、臺階是否合乎要求，標高、尺寸標注是否齊全等方面評價;剖面圖從墻體、屋頂、樓面、地面、窗、樓梯欄桿、陽臺、雨棚等剖面部分投影關系是否正確來評價。

四、 改革成效

（一）培養(yǎng)學生主動學習的意識

中望CAD建筑軟件圖庫管理中有很多門窗形式，如何選擇合適的結構繪制，需要學生自己查找。三維制作房屋屋頂，需要思考屋頂?shù)慕Y構形式，常見的屋頂有單坡、雙坡、四坡，這幾種形式如何組合，組合的屋頂是否合理，也需要學生自己去查找資料。另外，由于軟件版本不斷更新，學生要快速、高效完成任務，自己思考問題、解決問題。該過程提高了學生自主學習的興趣，調動學生的創(chuàng)造性思維。

（二）提高學生空間思維能力

二維繪圖不再是模仿畫圖。如何表達平面圖、立面圖、剖面圖？平面圖內部墻體結構如何？樓梯在剖面圖中如何繪制？立面圖四個方向門窗位置關系如何？學生帶著這些問題相互討論，從軸測圖上尋找答案。三維是僅給建筑平面圖，沒有給立面圖和剖面圖，學生要在大腦中先建立房屋的空間結構，自己構思屋頂和門窗、陽臺的結構形式，繪出合理的模型，培養(yǎng)學生空間感知能力。

（三）訓練學生繪制規(guī)范圖樣的能力

二維建筑施工圖不再是模仿畫圖，根據(jù)軸測圖繪制二維工程圖，使學生更加清楚建筑國家標準的規(guī)定，如，樓梯的首層、標準層、頂層結構區(qū)別，3道尺寸標注的規(guī)范使用，屋頂平面圖的外輪廓加粗等。

（四）增強學生團隊合作能力

二維平面圖三人為一團隊，一人畫平面圖、一人畫立面圖、一人畫剖面圖和屋頂平面圖。平立剖圖樣要符合投影關系，三個人要相互配合、共同商議，有一致的軸網間距。門窗立面圖與平面圖投影關系一致，立面圖與剖面圖標高一致，才能共同完成房屋的平立剖圖樣。該模式增強了學生團隊合作與交流的能力。

（五） 提高學生藝術鑒賞水平和審美能力

建筑離不開其所處的環(huán)境，環(huán)境則是建筑所依存的條件，建筑與周邊環(huán)境應當保持和諧的關系。學生先創(chuàng)建三維模型，再創(chuàng)建戶外環(huán)境，保持環(huán)境與建筑協(xié)調，要求學生具備一定的審美能力。

（六）提升學生的成就感

經過訓練，組織優(yōu)秀的學生參加競賽，表1為近3年北京工業(yè)大學代表隊在北京工程設計表達競賽中獲獎情況，通過參賽增加了學生的成就感。

五、 結語

在確立以圖形思維能力為核心的課程教學指導思想之外，還必須從學生工程能力與創(chuàng)新能力培養(yǎng)的角度審視圖學教育改革，將工程美學與創(chuàng)新能力培養(yǎng)融入教學過程中[8]。分析目前土建類專業(yè)工程制圖教學中存在的問題，設計教學改革思路，開設通識教育核心課程提高學生的空間思維能力。以組為單位，判斷學生繪制的建筑施工圖是否與給定的軸測圖一致，從而提高建筑施工圖的正確性，最后組織學生參加競賽，以競賽為切入點，為學生搭建實踐平臺，激發(fā)學生的求知欲，拓寬學生的專業(yè)知識及視野，補充和完善第一課堂教學效果[9]。

參考文獻：

[1]王淑俠，張茜，蔡旭鵬. 制圖測繪課程的多元化實踐教學改革研究[J].? 圖學學報，2017，38（3）：453-457.

[2]陸國棟，孫毅，費少梅，等. 面向思維力、表達力、工程力培養(yǎng)的圖學教學改革[J].高等工程教育研究，2015（5）：1-7.

[3] 陸國棟，譚建榮，李金祥. 工程圖學與相關課程整體優(yōu)化[J].浙江工業(yè)大學學報，2000（Sup1）：165-168.

[4] 劉克非，湯小紅，吳慶定，等. 建筑類工程圖學實踐創(chuàng)新型教學內容與方法的研究與實踐[J].? 圖學學報，2013，34（6）：123-129.

[5] 曾建仙，趙冬香. 應用型本科土木工程CAD教學改革與實踐[J].圖學學報，2014，35（1）：151-154.

[6] 張滿棟，梁國星.泛土木水利工程制圖教學內容體系改革探討[J].圖學學報，2013，34（4）：132-134.

[7] 梁國星，黃永貴，董黎君，等. 工程制圖類課程教學改革研究與實踐[J].中國大學教學，2016（11）：57-60.

[8] 白蘭. 工程圖學創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[J]. 遼寧工程技術大學學報，2003，5（3）： 102-103.

[9] 許國玉，張夢，蘭朝鳳. 依托“技能競賽和考試”提升機械制圖創(chuàng)新教育[J].圖學學報，2015，36（4）：631-637.

Abstract：Through the analysis of the current civil engineering cartography teaching status， regarding competition as the breakthrough point， a general education core course “production of three-dimensional architectural modeling arts” is set up. From software selection， subject setting， teaching methods， checking and accepting， students are organized to draw two dimensional drawing in the ZwSoft environment， to create three dimensional modeling in the Sketchup environment. These teaching activities inspire students innovative design thinking， strengthen students team cooperation ability， and improve students artistic appreciation level. Students two dimensional drawing conforms to the national building standards， students comprehensive practical ability is improved， and more students win award in the competition.

Key words： construction drawing; innovation practices; effect picture

（責任編輯 周 沫）