OBE視閾下高校CAD課程多元考核體系的探究

李 靜， 牛文杰

(中國石油大學(華東)機電工程學院，山東 青島 266580)

OBE視閾下高校CAD課程多元考核體系的探究

李 靜， 牛文杰

(中國石油大學(華東)機電工程學院，山東 青島 266580)

為促進學生全面發(fā)展，結合中國石油大學(華東)機械CAD課程，基于成果導向(OBE)教育模式，提出一套可科學、全面地評價學生學習成效的考核體系。新的考核體系采用多元化考核方式，包括過程考核、理論知識考核、實踐能力考核和創(chuàng)新能力考核4部分，將考核貫穿于課程的整個學習過程中；尊重學生志趣、激發(fā)學生自信，可有效促進學生對課程知識的建構，激發(fā)學生學習的積極性、主動性，同時注重學生創(chuàng)新意識與工程實踐能力的培養(yǎng)和評價。

成果導向；考核體系；多元；工程實踐能力

隨著人們更加關注教育投入的回報與實際產(chǎn)出的現(xiàn)實需要，目前高等教育發(fā)展趨于重視學生的學習成果，強調培養(yǎng)學生的核心能力，促進學生全面發(fā)展。雖然傳統(tǒng)教育也會制定教育目標，但通常這些目標是含糊的。比如，在工程教育中，要求培養(yǎng)高端技能人才、高端應用型人才等，這使得教師和學生并不清楚大學四年的學習目標，唯分數(shù)論的社會評價體系以及趨于功利化的思想傾向，導致學生只專注于應付一門門課程的學習和 考試。而 基 于成果導 向 (outcome-based education，OBE)的教育模式從一開始就明確了學生的最終學習目標和成果，即培養(yǎng)學生真正擁有

適應未來社會的綜合能力。目前這一教育模式在工程教育中獲得了廣泛的重視和應用，特別是在美國、英國、加拿大等國已成為主流的教育改革理念[1]。在清華大學第24次教育工作討論會閉幕式上，校長陳吉寧[2]講到要建立基于學生學習與發(fā)展成效的教學質量保障體系，其關鍵是實行基于OBE的課程設計。

機械計算機輔助設計(computer aided design，CAD)作為一門理論性與實踐性較強的專業(yè)基礎課，涉及到工程制圖、機械設計、計算機圖形學等多方面知識，對工科類大學生的工程實踐能力、創(chuàng)新意識培養(yǎng)等方面具有非常重要的作用。隨著CAD 技術的迅速發(fā)展，國內各高校CAD類課程的教學內容、方法都已發(fā)生了很大變化，但是對于學生的考核方法大多院校卻還停留在“作業(yè)-打分-考試-打分”這樣的傳統(tǒng)模式。這種考核方式以終結性考核(final evaluation)為主，側重于考核知識的理解和掌握；以過程考核(process evaluation)為輔，不注重知識的遷移和綜合應用。這種滯后的考核方式，致使課程教學與考核過程脫節(jié)，教學質量難以保證；不僅無法調動學生對CAD 課程及軟件的興趣，更不能準確檢驗學生對課程的掌握程度，提高學生的實踐能力和創(chuàng)新能力也無從談起。考核是教學過程的重要環(huán)節(jié)，也是教學內容的延續(xù)，沒有嚴格、有效的考核體系，很難實現(xiàn)預期的學習成果。課程的考核內容和方式往往決定學生學習的方向和態(tài)度，為了促進學生全面發(fā)展，科學、全面考查學生的綜合能力，尤其是工程實踐能力和創(chuàng)新能力，基于OBE教育模式，探討建立尊重志趣、激發(fā)自信的多樣化考核和評價方式非常必要。

1 課程設置

1.1 CAD課程內容

機械CAD課程主要是培養(yǎng)學生的空間想象能力，利用CAD軟件進行繪圖、建模及工程設計的能力。但作為研究性工科院校，除了強調學生學習CAD繪圖軟件的操作及使用外，還要使學生“知其然，并知其所以然”，因此 CAD課程在內容設置上應注重理論與實際的密切結合，確保理論上的系統(tǒng)性和完整性。教學內容包括：二維繪圖軟件AutoCAD的基本圖形學原理、繪圖操作和命令、軟件二次開發(fā)等；三維建模軟件SolidWorks的草圖繪制、特征創(chuàng)建、布爾運算、尺寸驅動、裝配造型、工程圖設計；以及工程實踐性教學。其中，工程實踐性教學更注重知識的交叉、滲透，涉及到產(chǎn)品的設計、三維建模、虛擬仿真優(yōu)化等一系列內容。

1.2 CAD課程的現(xiàn)行考核體系

現(xiàn)行的CAD考核體系包括以試卷考核及上機繪圖考查為主的兩種形式?？荚嚨淖罱K成績包括平時成績和筆試(或上機)成績兩部分，成績比例一般不超過 3∶7。其中，平時成績主要來源于作業(yè)和出勤率。

試卷考核主要考查學生對基礎概念、理論及基本技能的掌握程度，以卷面答題情況作為成績依據(jù)?？己藘热菥窒抻诮滩暮屠蠋焺澏ǖ姆秶?，只要考前對上課內容進行重點復習，就能通過最終考試；結果往往導致部分學生抱著考前突擊的心理，忽視平時的學習過程。由于知識的建構是一個逐步的、漸進的過程，學生只有通過平時持續(xù)不斷地學習，才能完成所學知識的建構。學生經(jīng)突擊性復習最終通過了考試，但卻缺乏對所學知識的理解和實際應用，能力也無從提高。CAD是一門實踐性很強的課程，這種試卷考試方式恰恰忽視了對學習過程的監(jiān)控和實踐能力的考核。而另一種方法，主要是在規(guī)定時間內上機完成一兩道工程圖樣的繪制，并以最終繪制結果作為考核依據(jù)[3]。這種上機考核雖然鍛煉了學生的軟件操作能力，但是無法比較繪圖過程的優(yōu)劣；而且由于考核形式多為對照工程圖樣繪制，無法考查學生對繪圖手段優(yōu)化選配的技巧和繪圖環(huán)境調控的能力，更體現(xiàn)不出學生的創(chuàng)新能力和工程設計意識。

2 OBE教育模式對CAD課程的啟示

OBE教育模式，于20世紀80年代在美國興起[4]。其將學生的能力提高和學習成果作為教學質量的主要評估標準，這與傳統(tǒng)上內容驅動和重視投入的教育形成了鮮明對比。所謂成果，重點并不在于學生的考試分數(shù)，而關注學生的學習與發(fā)展成效，在于學習結束后學生真正擁有的能力。傳統(tǒng)教學進度是以大部分學生可以完成的假設為前提預設的，教學內容先于教學目標，處于核心位置；衡量學生的常用方法是考試分數(shù)，考查學生對書本知識的理解，即學生知道什么。其

結果是，知識之外的能力，被有意無意地忽視了。而 OBE教育模式相較于我國傳統(tǒng)的教育理念而言，最大的不同在于其“是一種強調能力培養(yǎng)、能力訓練的教育系統(tǒng)”[5]。OBE教育模式以學論教，教學目標先于其內容，課程設計和開發(fā)、學生管理、輔導等都圍繞教學目標進行，提供給學生知識、技術的同時培養(yǎng)學生的能力和素質，如自學能力、表達能力、執(zhí)行力、組織管理能力等，而教師只是學生達成預期學習目標的幫助者、促進者和組織者。OBE教育模式的目的是提高學生從解決有固定答案問題拓展到解決開放式問題的能力。因此 OBE教育模式以學生為本，以學為主，最大化地激發(fā)學生的學習積極性、主動性和創(chuàng)造性。

OBE教學采用一種逆向的課程設計程序，如圖 1所示。確定課程學習成效，以學習成效為指南設計教學環(huán)節(jié)，最后通過多維評價體系檢驗學習成效的達成，形成課程設計的閉環(huán)。其中構建評價體系是教學過程的重要環(huán)節(jié)，也是教學內容的延續(xù)。沒有嚴格、有效地評價體系，很難實現(xiàn)預期的學習成果?？己藨摵w本門課程的所有學習成果，結果能夠充分體現(xiàn)學生在教學過程中表現(xiàn)出的個性化成長和多樣化發(fā)展，因此必須采用多樣性的評價方法衡量學生的學習成果；同時加強過程考核，以實時對教學設計進行改進。比如：學習小結、專題報告、模型繪制、創(chuàng)新設計、專利寫作、學習興趣調研等，通過這些不同的評價方法，可動態(tài)把握學生知識和能力的發(fā)展水平，充分體現(xiàn)學生的個性化發(fā)展；并通過檢驗結果反饋，改善原有的課程與教學設計。

圖1 基于OBE教學模式的課程結構圖

3 多元化考核體系的構建

為了促進學生核心能力的提升，本校機械CAD課程教學組對課程考核方式進行了大膽的改革，將簡單的筆試和機試，改為“全過程、全方位”的多元化考核體系。在學習過程和結果兩個維度上設置若干考核指標(圖2)，同時關注學生的知識與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價值觀，即在考查學生知識獲得與智能增進情況的同時，還對其創(chuàng)新意識、工程實踐能力、分析與解決問題的能力、團隊合作精神與協(xié)調能力等方面進行評價。評價者除了教師，學生也是評價的主體。根據(jù)考核內容采取不同的評價方法，包括作品評價、試卷測評、學生自評、組內互評、觀察面談等方式(表1)。積極心理學把人的發(fā)展?jié)摿εc提升幸福感作為目標，倡導發(fā)掘人性的積極面，注重激發(fā)人的內在動機和自身建設，從而促使每個人獲得成功。為了保證學生的積極的心理狀態(tài)，考核過程需重視學生的個人體驗。如果學生在學習過程中體驗到豐富的情感內容，就會激發(fā)學習興趣并有積極的自我評價。因此在評價過程中，學生主體作用發(fā)揮得越充分越好。該多元化考核體系在OBE教育模式的指導下，注重對學習過程的監(jiān)控和評定，重視對學生綜合能力的培養(yǎng)和測試，并且更加注重考核對于學習的引導作用。

圖2 “機械CAD”課程的多元化考核體系

表1 “ 機械CAD”課程的評價方法

3.1 注重過程考核，將考核貫穿整個學習過程

CAD實質上是一種工具，學習CAD首先需要熟練使用該工具，因此必須督促學生平時刻苦學習，將考核貫穿整個教學活動中，考核的全過程即是學習的全過程。學習過程是一個以心理活動為基礎的情感過程和認知過程的統(tǒng)一。Fredriekson提出的拓展-建構理論認為，積極情緒的拓展與建構功能可以增強個體的智力并且能幫助個體建立長久的智力資源，從而積極的情緒能讓學習者對學習產(chǎn)生更廣泛的關注和更多的創(chuàng)造性思維[6]。因此在過程考核中，充分調動學生參與的積極性，考核內容除了包括：出勤、課堂回答問題、平時作業(yè)完成情況等傳統(tǒng)平時成績考核標準外，還重點增加了討論參與度、大作業(yè)前期資料搜集、團隊協(xié)作等內容。其中，平時作業(yè)包括了理論作業(yè)、軟件(AutoCAD和 SolidWorks)上機練習兩部分，考查學生對課堂基本知識的掌握程度，以及對CAD使用的熟練程度；課堂回答問題及參與討論可促進學生學習的積極性，參與的主動性。大作業(yè)的資料搜集和團隊協(xié)作的評定，可激發(fā)學生的學習能力和潛能。通過平時的檢驗結果反饋，逐步改善原有的課程與教學設計。例如，通過平時的考核，發(fā)現(xiàn)學生學習興趣不高，為了激發(fā)學生的學習興趣，在課程的前半階段，經(jīng)常給學生演示往屆學生的優(yōu)秀作品，特別是一些大賽獲獎作品，如直升機、海洋平臺、發(fā)動機、教學樓、變形玩具、蝸牛等。通過展示作品，使學生對SolidWorks軟件的強大功能有一個直觀的認識，增加學生努力學習的熱情和信心；同時，激發(fā)學生的創(chuàng)新靈感。在講解SolidWorks放樣與掃描命令時，以案例教學法代替原有的單純講解操作方法，通過兼具藝術美、生活美的茶壺建模，激發(fā)學生的興趣，鼓勵學生去主動地、更深入地學習教材上有關放樣和掃描命令的技巧，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維與設計意識。過程考核的內容包括了學生整個課程學習中各個環(huán)節(jié)所涉及的各種能力，綜合、全面地考查學生的平時學習情況，并及時促進教學設計的完善。

3.2 知識考核

理論知識的考核采用傳統(tǒng)筆試形式，題型包括填空、選擇、步驟簡答和分析。筆試考核內容以軟件的常用基礎命令、軟件常用設置、繪圖基本技巧和CAD理論為主，同時增加了應用、創(chuàng)新知識的考核。不僅考核學生對CAD理論的理解，對基礎知識的掌握程度；還通過繪圖方法和繪圖關鍵步驟的分析，考核學生對軟件的熟悉程度和解決實際問題的能力。以 2013–2014學年秋季學期的筆試一道分析題為例：初學SolidWorks的同學，經(jīng)常會出現(xiàn)一些建模不規(guī)范和建模錯誤的情況。甲、乙、丙3名同學根據(jù)下面三視圖(圖3(a))創(chuàng)建的三維模型(圖3(b))都有問題，請分別在以下3個題目中仔細觀察創(chuàng)建的模型，分析錯誤原因，并給出正確的建模方法。通過分析各個三維模型的錯誤原因，不僅考查了學生對軟件知識的理解，同時考核了學生的獨立思考能力和應用能力。

圖3 考題實例

3.3 實踐能力考核

實踐能力考核采用開卷、上機考試形式，主要考核學生使用軟件的技巧、熟悉程度及動手操作能力。上機的內容由本專業(yè)的典型零件組成，要求學生按照圖紙完成相應的二維AutoCAD圖紙和三維SolidWorks模型圖?？荚嚂r間為3小時，使學生有足夠的思考、分析和建模操作時間。每個學生的零件圖紙略有差異，但工作量和考核的知識點大致相同。二維AutoCAD涉及到基本的圖形繪制和編輯命令、尺寸設置及標注、圖層設置、圖案填充、圖塊、文字、國家標準等內容；三維SolidWorks涉及到草圖繪制、實體特征創(chuàng)建和編輯(拉伸、旋轉、抽殼、陣列、鏡像、掃描、放樣等)，參考幾何體等基本內容。考試允許學生攜帶教材、參考資料，但考試內容涉及到課堂教學所有基本的軟件操作命令和技巧，想通過考前臨時抱佛腳是無法通過上機考試的。

3.4 創(chuàng)新能力考核

設計的本質即為創(chuàng)新，設計表達能力只是實現(xiàn)設計的手段，而創(chuàng)新能力培養(yǎng)才是最終目標[7]。CAD作為工具，僅僅做到熟練使用是不夠的；就如一把斧頭，農(nóng)民用其砍柴，而工匠卻用其雕刻出藝術品。只有在熟練使用CAD的基礎上，調動學生的主觀能動性，才能進一步地進行工程實踐創(chuàng)新。工程意識和創(chuàng)新能力的考核主要通過學生在學期內完成一項 CAD專業(yè)設計的大作業(yè)來實現(xiàn)。大作業(yè)在選題上注重與學生興趣相結合，啟發(fā)學生從專業(yè)、生活中發(fā)掘設計靈感，自主選擇對象并進行原型設計或創(chuàng)新改進設計；在組織形式上采用個人與小組合作相結合的模式，可充分調動學生學習的積極性。鑒于課程學時有限，鼓勵學生在掌握了基本操作的基礎上進行研究性的自主學習，并應用于大作業(yè)的作品上。學期結束之前，針對大作業(yè)組織一次討論課，讓學生輪流介紹自己大作業(yè)的選題背景、設計方案、應用CAD技術完成設計目標的難點和收獲；在討論-實踐-思考的過程中，增強了學生主動思考、自主創(chuàng)新的熱情，同時鍛煉了個人的組織能力和表達能力。

在OBE模式中，評價并不是用來對學生劃分優(yōu)、良、中、差的工具，而是檢驗學生通過學習本門課后所具備的綜合能力和素質。如CAD軟件使用能力、自主學習能力、工程意識、創(chuàng)新意識、表達能力及團隊合作精神等。同時，可評價學生是否有了進步。與實施傳統(tǒng)終結性考核體系(見本文 1.2節(jié))的班級相比，實施多元考核體系班級的學生沒有因為頻繁的考核而退縮，反而對本門課抱有高度的學習熱情和主動探索的欲望，并且在創(chuàng)新大作業(yè)考核過程中，均表現(xiàn)出了一定的自主創(chuàng)新意識、工程意識和表達能力。由于篇幅有限，分別列出一項團隊和個人作業(yè)。圖 4為某寢室學生共同完成的大作業(yè)——航母戰(zhàn)斗群，包括航母平臺、直升機、驅逐艦、護衛(wèi)艦、艦載機、潛艇 6部分；由同寢室 6名同學每人完成一部分，最后組合成航母戰(zhàn)斗群。大作業(yè)設計過程不僅需要回顧工程圖繪制、三維建模，還涉及到材料、工藝、國家標準等一系列知識點，整個過程貫穿了機械設計相關的全面知識，并促使了各知識點的融合；更重要的是大作業(yè)促使學生由被動表達到主動設計，提高了學生的創(chuàng)新思維與設計意識，最大限度地給學生提供了思考、研究和創(chuàng)造的時間和空間。在設計過程中，需要協(xié)調好各部分的總體尺寸、顏色、分布、設計進度等，使整個設計在組裝后成為一個和諧的整體。因此，設計過程既能培養(yǎng)個人技術知識和專業(yè)能力，又可鍛煉團隊協(xié)作與溝通能力。圖5為某學生設計的便攜式象棋，以解決現(xiàn)有折疊性棋盤安放不方便的問題，在一般折疊棋盤結構的基礎上，增加伸縮性支撐腿結構。設計雖然很簡單，但充分體現(xiàn)了用CAD工具進行創(chuàng)新設計的意識。

圖4 機械CAD大作業(yè)——航母戰(zhàn)斗群

圖5 機械CAD大作業(yè)——便攜式象棋

對于創(chuàng)新大作業(yè)，通過討論課上 PPT展示，分別從創(chuàng)新性、方案設計、建模難度、報告展示4個方面進行評價，采取了學生自評、組內互評、教師作品評價的方式，考查學生學習本門課后所具備的綜合能力。對于優(yōu)秀的大作業(yè)作品，組織相關的學生在第二課堂中繼續(xù)展開研究與開發(fā)。同時，鼓勵學生積極參加相關比賽，比如學校的科技節(jié)、山東省大學生機電產(chǎn)品創(chuàng)新大賽、全國三維數(shù)字化創(chuàng)新大賽；通過參賽評價作品，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和設計能力。此外，進一步組織學生針對自己的設計發(fā)表論文和申報專利，讓大學生體驗科學研究工作及設計工作的成果申請與保護流程；對于有商業(yè)前景的設計，與相關企業(yè)洽談開發(fā)，促使成果轉化。大作業(yè)以教師為指導、學生為主體，通過調研、方案設計、優(yōu)化計算、CAD建模，直到成果轉化，讓學生體驗從產(chǎn)品研發(fā)到實施運行的整個流程，培養(yǎng)學生對知識的綜合應用能力、對事物的敏銳洞察能力，激發(fā)學生的創(chuàng)新靈感，考察了學生的工程意識和工程系統(tǒng)設計能力。

4 結 束 語

本文基于OBE教學模式，建立了“機械CAD”課程的多元化考核體系。其改善了傳統(tǒng)終結性考核的弊端，將考核貫穿于課程的整個學習過程中，強調學生的主動性和創(chuàng)造性地位，使學生通過考核變被動的應試為主動的挑戰(zhàn)；不僅注重考察學生對基本知識的掌握程度，更注重考察學生的工程實踐能力、創(chuàng)新意識和團隊協(xié)作精神。根據(jù)平時考核的反饋，促進了本課程教學設計的逐步改進和完善；而根據(jù)大作業(yè)的完成情況，可以發(fā)現(xiàn)在新考核體系的激勵下，學生的工程實踐能力和創(chuàng)新能力都得到了一定的提升。

[1] 李志義, 朱 泓, 劉志軍, 等. 用成果導向教育理念引導高等工程教育教學改革[J]. 高等工程教育研究, 2014, (2): 29-34．

[2] 陳吉寧. 全面深化教育教學改革 大力提升人才培養(yǎng)質量[J]. 清華大學教育研究, 2014, 35(6): 1-5.

[3] 竇忠強, 張?zhí)K華, 萬 靜. “情境–任務”式的“計算機繪圖”課程考試命題方法[J]. 工程圖學學報, 2002, 23(1): 149-153.

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Investigation of Multip le Evaluation System of Mechanical CAD Course Based on OBE

Li Jing, Niu Wenjie

(College of Mechanical and Electrical Engineering, China University of Petroleum, Qingdao Shandong 266580, China)

In order to promote students overall development, a new evaluation system is proposed about the mechanical CAD teaching in China University of Petroleum (East China). The new evaluation system with a multi-appraisal way can scientifically and overall assess students’comprehensive quality. It is based on the outcome-based education (OBE) theory, composed of process evaluation, theoretical know ledge exam ination, assessments on practical and creative abilities. The evaluation continues through the whole course, which is good for students to construct the course know ledge and can stimulate the students’ enthusiasm and initiative. Besides, the evaluation system puts more emphasis on cultivating and assessing the students’ innovation consciousness and engineering practice ability.

outcome-based education; evaluation system; multi-appraisal; engineering practice ability

TB 23

10.11996/JG.j.2095-302X.2016040561

A

2095-302X(2016)04-0561-06

2015-11-16；定稿日期：2016-01-09

2015年中國石油大學(華東)研究性教學改革項目

李 靜(1985–)，女，河南安陽人，講師，博士。主要研究方向為計算機輔助設計及圖形學、超精密表面加工工藝及機理。E-mail：lijing85@upc.edu.cn

牛文杰(1967–)，男，甘肅寧縣人，教授，博士。主要研究方向為計算機輔助設計及圖形學、科學計算可視化。E-mail：niu_w j67@126.com