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    數(shù)字化背景下過(guò)程性評(píng)價(jià)體系在工程訓(xùn)練教學(xué)中的研究與實(shí)踐

    2022-08-11 13:06:46攀,鄒胤,徐杰,林
    關(guān)鍵詞:工藝流程尺寸實(shí)訓(xùn)

    高 攀,鄒 胤,徐 杰,林 藝

    (廣東技術(shù)師范大學(xué) 工業(yè)中心,廣東 廣州 510665)

    0 引言

    工程訓(xùn)練是工科學(xué)生最為重要的實(shí)踐課程之一,讓學(xué)生在實(shí)踐中鍛煉動(dòng)手能力和創(chuàng)新思維,車、銑、刨、磨、鉗工、數(shù)控、機(jī)器人、3D打印等是金工實(shí)踐的主要內(nèi)容,通過(guò)訓(xùn)練可以更加全面了解金屬的傳統(tǒng)加工技術(shù),及目前較先進(jìn)的生產(chǎn)制造技術(shù).

    目前,隨著勞動(dòng)力成本的上升和數(shù)字化技術(shù)的普及,工業(yè)4.0、互聯(lián)網(wǎng)+的概念也越來(lái)越深入人心,為了推動(dòng)產(chǎn)業(yè)變革,實(shí)施創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展的戰(zhàn)略,教育部高等教育司發(fā)布《關(guān)于開展新工科研究與實(shí)踐的通知》[1],新工科提倡學(xué)科的交叉性、綜合性,強(qiáng)調(diào)新技術(shù)、新工藝、新方法在實(shí)訓(xùn)中的體現(xiàn)和融合,許多高校紛紛響應(yīng)號(hào)召,深入研究了工程實(shí)訓(xùn)的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式等,指出了目前存在的問(wèn)題,并提出許多建設(shè)性的建議,指明了后續(xù)應(yīng)進(jìn)行改革的方向[2-4],但是在評(píng)價(jià)方式以及具體操作層面,卻鮮有研究,工程實(shí)訓(xùn)不同于理論課堂教學(xué),其著重強(qiáng)調(diào)理論知識(shí)在實(shí)踐中的應(yīng)用和動(dòng)手能力,加上實(shí)訓(xùn)時(shí)間有限,僅完成規(guī)定的作品拿到成績(jī)并非最終的目的,讓學(xué)生了解加工設(shè)備(車、銑、刨磨、鉆),認(rèn)識(shí)設(shè)備的加工范圍和加工類型,掌握設(shè)備的基本操作方法,樹立工件加工的工藝和尺寸概念,樹立工程意識(shí)和創(chuàng)新思維等,這些才是工科學(xué)生更應(yīng)該掌握的.

    本文嘗試從工程訓(xùn)練的評(píng)價(jià)體系入手進(jìn)行探索性的研究,在評(píng)價(jià)體系中引入數(shù)字化的技術(shù),建立過(guò)程性評(píng)價(jià)方法,其核心思想是以學(xué)生為中心,評(píng)價(jià)方式作為貫穿始終的指引,將評(píng)價(jià)納入到作品的制作中,摒棄傳統(tǒng)的只注重實(shí)操結(jié)果的考核,形成過(guò)程性的評(píng)價(jià)方法,作品作為一個(gè)載體,在制作過(guò)程中,學(xué)生不僅熟練掌握了設(shè)備的操作,工量具的使用,同時(shí)建立工藝概念,具體做法是學(xué)生依據(jù)圖紙要求制作作品,測(cè)量尺寸同時(shí)得知當(dāng)前項(xiàng)目得分,在改進(jìn)中不斷完成工件,提高學(xué)生的參與度和積極性,有效提升學(xué)生的動(dòng)手測(cè)量能力.

    1 存在的問(wèn)題

    目前工程訓(xùn)練是機(jī)械、材料、交通、汽車類等工科專業(yè)最為重要的在校實(shí)踐環(huán)節(jié)之一,主要涉及機(jī)械制造技術(shù)、金屬加工方法、公差與配合、工藝過(guò)程、設(shè)備操作技術(shù)等相關(guān)方面的內(nèi)容,是將理論知識(shí)與實(shí)踐結(jié)合的良好平臺(tái).多數(shù)高等院校工程訓(xùn)練大都包括車、銑、刨、磨、焊、熱處理等傳統(tǒng)制造工藝,一些高校近年來(lái)引入機(jī)器人和3D打印機(jī)等先進(jìn)設(shè)備,進(jìn)一步提升實(shí)訓(xùn)的范圍和自動(dòng)化水平[5].但是面對(duì)今年來(lái)國(guó)家提倡的新工科、互聯(lián)網(wǎng)+、智能化產(chǎn)業(yè)升級(jí)趨勢(shì),實(shí)訓(xùn)內(nèi)容與現(xiàn)實(shí)之間顯然還存在較大的差距,從教學(xué)實(shí)踐和調(diào)查來(lái)看,仍存在如下幾個(gè)方面的問(wèn)題:

    (1)實(shí)訓(xùn)時(shí)間壓縮

    隨著新課改的推行,工程訓(xùn)練時(shí)長(zhǎng)不斷被壓縮,從最初的一個(gè)月到現(xiàn)在的2~3周,實(shí)訓(xùn)接觸的工種也有所減少,學(xué)習(xí)時(shí)間的壓縮,造成學(xué)生理解不深,不能很好地將理論向?qū)嵺`操作轉(zhuǎn)化,具體表現(xiàn)就是圖紙理解不深、無(wú)工藝流程概念、無(wú)尺寸公差概念、操作動(dòng)作不標(biāo)準(zhǔn)、成品不符合要求等.

    (2)評(píng)價(jià)方式工作量較大

    目前大多數(shù)院校工程訓(xùn)練的評(píng)價(jià)方式依然是學(xué)生完成作品,老師依據(jù)圖紙要求,一個(gè)個(gè)測(cè)量相應(yīng)的尺寸,給出最終的成績(jī),顯然此種評(píng)價(jià)方式老師工作量較大,且在學(xué)生實(shí)訓(xùn)過(guò)程中不能發(fā)揮指導(dǎo)性的作用,學(xué)生只是單純的完成作品,沒(méi)有更改的機(jī)會(huì).以鉗工為例,如圖1所示為錘頭的示意圖,需要鋸、搓、劃線、倒角等工藝,如圖2所示為最終的評(píng)價(jià)指標(biāo),包括12個(gè)關(guān)鍵尺寸和公差,另外還有整體外觀和安全教育等,評(píng)價(jià)工作量較大,且從學(xué)生實(shí)習(xí)報(bào)告來(lái)看,學(xué)生對(duì)于最終得分也存在疑惑,評(píng)價(jià)方式不能有效指導(dǎo)工藝過(guò)程.

    圖1 鉗工實(shí)訓(xùn)作品示意圖

    圖2 鉗工實(shí)訓(xùn)作品關(guān)鍵尺寸圖

    (3)工藝過(guò)程認(rèn)識(shí)不清

    從學(xué)生制作過(guò)程來(lái)看,多數(shù)學(xué)生沒(méi)有工藝流程的概念,沒(méi)有或者較少考慮工序之間的關(guān)聯(lián)性,造成滿足了這個(gè)尺寸,卻又影響其他的尺寸不能滿足要求.從學(xué)生實(shí)訓(xùn)效果來(lái)看,多數(shù)學(xué)生并沒(méi)有建立起工程思維,最終成型作品只是形似,多項(xiàng)尺寸不能滿足公差要求.以鉗工為例,實(shí)訓(xùn)過(guò)程中,即便老師已經(jīng)講解得非常詳細(xì),但是學(xué)生的認(rèn)識(shí)分為三個(gè)層次,第一層是個(gè)別學(xué)生仍然沒(méi)有具體的思路,看著周圍的同學(xué)做什么,自己也跟著去做;第二層是大多數(shù)同學(xué)聽完老師的講解,對(duì)于制作過(guò)程有一個(gè)整體性的認(rèn)識(shí),能夠大體按照工藝流程去制作,中間遇到問(wèn)題再去咨詢老師;第三層是學(xué)生有比較詳細(xì)的工藝流程概念,按照流程一步一步地完成整件作品,但是由于工具使用熟練程度會(huì)造成成品的一些瑕疵.

    2 問(wèn)題分析以及解決方案

    工程訓(xùn)練是工科學(xué)生在大學(xué)期間的第一次實(shí)踐訓(xùn)練,其理論知識(shí)在實(shí)踐中的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)還有所欠缺,工藝流程概念模糊,工程思維并未完全確立,加上實(shí)訓(xùn)時(shí)間有限,學(xué)生在完成作品過(guò)程中,并不能嚴(yán)格按照工藝流程進(jìn)行制作,并且多數(shù)學(xué)生都是第一次接觸設(shè)備和相關(guān)工具,并不能熟練應(yīng)用,造成最終作品尺寸不能滿足要求.

    任課教師評(píng)價(jià)工作量大,一方面是實(shí)訓(xùn)學(xué)生人數(shù)較多,學(xué)生基礎(chǔ)參差不齊,現(xiàn)場(chǎng)課堂講解不能照顧到每一個(gè)學(xué)生,另一方面學(xué)生每人完成一件作品,每一件作品的要求尺寸較多,以鉗工為例,每一個(gè)作品要求12處測(cè)量尺寸,造成評(píng)價(jià)工作繁重.

    就教學(xué)實(shí)踐中經(jīng)驗(yàn),針對(duì)以上問(wèn)題,結(jié)合目前的數(shù)字化趨勢(shì),從評(píng)價(jià)體系入手,以學(xué)生為中心,讓學(xué)生在作品完成過(guò)程中全程參與,具體解決方案和思路如下:

    首先加強(qiáng)課前預(yù)習(xí),課前學(xué)習(xí)相關(guān)設(shè)備原理、操作方法和工具使用技巧,依據(jù)圖紙要求思考工藝流程,并小組討論工藝流程的合理性,提高課堂教學(xué)的效果.

    其次建立過(guò)程性評(píng)價(jià)體系,由于學(xué)生實(shí)訓(xùn)時(shí)間不足,對(duì)工程實(shí)訓(xùn)認(rèn)識(shí)水平相對(duì)較低等客觀條件的限制,僅僅通過(guò)課堂講解仍不足以讓多數(shù)同學(xué)完全掌握,同時(shí)教師的工作量也較大,基于此建立一個(gè)實(shí)時(shí)反饋的過(guò)程性評(píng)價(jià)體系,主要方式是在現(xiàn)有基礎(chǔ)上引入數(shù)字化技術(shù),適當(dāng)調(diào)整實(shí)訓(xùn)教學(xué)方法,針對(duì)每一個(gè)實(shí)訓(xùn)班級(jí),建立一個(gè)網(wǎng)絡(luò)共享的數(shù)字媒體文檔,其包含圖紙以及評(píng)價(jià)準(zhǔn)則、工藝流程、工量具操作要領(lǐng)、數(shù)字評(píng)分系統(tǒng)等,如此學(xué)生便清楚評(píng)分準(zhǔn)則,也可以知道當(dāng)前應(yīng)采取的工藝步驟,并且在制作作品過(guò)程中也能得知當(dāng)前項(xiàng)得分和扣分原因,此評(píng)價(jià)體系可解決學(xué)生實(shí)訓(xùn)時(shí)間短,水平參差不齊的客觀問(wèn)題,當(dāng)學(xué)生有不明白的地方,結(jié)合圖紙和工藝流程便可以得知應(yīng)采取的工藝,同時(shí),當(dāng)學(xué)生完成作品,學(xué)生自己測(cè)量尺寸并填入評(píng)分系統(tǒng)相應(yīng)項(xiàng)表格中,任課教師給整體形狀和安全生產(chǎn)項(xiàng)打分,便及時(shí)得知當(dāng)前項(xiàng)得分和總成績(jī).

    過(guò)程性評(píng)價(jià)系統(tǒng)不僅可指導(dǎo)學(xué)生遵守工藝流程,提高各種工量具的使用技巧,學(xué)中做,做中學(xué),而且自己的努力也有直接的及時(shí)的反饋,大大增加學(xué)生的參與度和積極性,老師也可以從繁重的評(píng)價(jià)工作中解脫出來(lái),可以有更多的精力放在教學(xué)中,對(duì)學(xué)生進(jìn)行針對(duì)性的指導(dǎo),除此之外筆者也建議適當(dāng)增加工程訓(xùn)練時(shí)間,如此學(xué)生便可以接觸更多金屬加工工藝,對(duì)各個(gè)加工方法形成全面而整體的認(rèn)識(shí).

    3 過(guò)程性評(píng)價(jià)體系建立

    針對(duì)前文所述問(wèn)題和相應(yīng)解決方案,關(guān)鍵是建立實(shí)時(shí)過(guò)程性評(píng)價(jià)體系,需滿足三個(gè)方面的要求,第一是指導(dǎo)性,學(xué)生能依據(jù)此評(píng)價(jià)體系,非常清晰評(píng)分準(zhǔn)則和工藝流程,能夠按照工藝流程一步步完成作品,明確得分點(diǎn)和扣分點(diǎn);第二是實(shí)時(shí)性,學(xué)生在制作成品的過(guò)程中,可及時(shí)查看工藝流程和操作技巧,各關(guān)鍵尺寸在接近目標(biāo)尺寸過(guò)程中,此項(xiàng)成績(jī)和總成績(jī)可及時(shí)查看,實(shí)時(shí)看到努力得到反饋,提升積極性;第三是客觀性,每一個(gè)目標(biāo)尺寸單獨(dú)計(jì)分,評(píng)分系統(tǒng)通過(guò)學(xué)生測(cè)量尺寸給出每一項(xiàng)成績(jī),公正客觀的得到總成績(jī).

    3.1 評(píng)價(jià)規(guī)則

    以鉗工為例,如圖2所示為鉗工所需要完成的錘子關(guān)鍵尺寸圖,總共包含12個(gè)關(guān)鍵尺寸.

    1)22mm×22mm的毛坯需要采用銼刀加工至21.5mm×21.5mm,每一個(gè)尺寸4分,每超過(guò)0.04扣1分,規(guī)則如下:

    式(1)中C1為第一個(gè)21.5mm尺寸得分,d1為對(duì)應(yīng)的實(shí)際測(cè)量尺寸,式(2)中C2為第二個(gè)21.5mm尺寸得分,d2為對(duì)應(yīng)的實(shí)際測(cè)量尺寸,TRUNC為取整函數(shù),MAX為取大函數(shù).

    2)110mm毛坯長(zhǎng)度尺寸,需要采用鋸和銼加工至105mm,分值4分,每超過(guò)0.04扣1分.

    式(3)中C3為110mm尺寸得分,d3為對(duì)應(yīng)的實(shí)際測(cè)量尺寸.

    3)10mm的錘尖高度尺寸,需要采用鋸和銼加工,分值4分,每超過(guò)0.04扣1分.

    式(4)中C4為10mm尺寸得分,d4為對(duì)應(yīng)的實(shí)際測(cè)量尺寸.

    4)55mm長(zhǎng)度尺寸,需要采用鋸和銼加工,分值4分,每超過(guò)0.04扣1分.

    式(5)中C5為55mm尺寸得分,d5為對(duì)應(yīng)的實(shí)際測(cè)量尺寸.

    5)28mm倒角長(zhǎng)度尺寸,需要采用鋸和銼加工,四個(gè)倒角分值8分,每一個(gè)2分,每超過(guò)0.04扣1分.

    式(6)中C6為28mm尺寸得分,d6為對(duì)應(yīng)的實(shí)際測(cè)量尺寸.

    6)B面與基準(zhǔn)面A之間的垂直度0.1,分值4分,每超過(guò)0.05扣1分.

    式(7)中C7為垂直度尺寸得分,d7為對(duì)應(yīng)的實(shí)際尺寸.

    7)與基準(zhǔn)面A之間的平行度0.1,分值4分,每超過(guò)0.05扣1分.

    式(8)中C8為垂直度尺寸得分,d8為對(duì)應(yīng)的實(shí)際尺寸.

    8)C面與基準(zhǔn)面A之間的垂直度0.1,分值4分,每超過(guò)0.05扣1分.

    式(9)中C9為垂直度尺寸得分,d9為對(duì)應(yīng)的實(shí)際尺寸.

    9)與基準(zhǔn)面C之間的平行度0.1,分值4分,每超過(guò)0.05扣1分.

    式(10)中C10為垂直度尺寸得分,d10為對(duì)應(yīng)的實(shí)際尺寸.

    10)8個(gè)3×45°倒角,分值8分,每超差一處扣1分.

    式(11)中C11為倒角得分,d11為合格倒角個(gè)數(shù).

    11)3.2粗糙度的要求,分值8分,每超差一處扣1分.

    式(12)中C12為粗糙度得分,d12為粗糙度滿足要求的表面?zhèn)€數(shù).

    12)其余安全文明以及整體形狀,分值總共40分,老師依據(jù)作品完成度酌情扣分.

    3.2 過(guò)程性評(píng)價(jià)體系建立

    基于上述評(píng)價(jià)規(guī)則,結(jié)合前文所述的評(píng)價(jià)體系應(yīng)所具有的特性,仍以工程訓(xùn)練中鉗工要求學(xué)生做一把錘頭為例,依托在線協(xié)作文檔,建立過(guò)程性評(píng)價(jià)體系,具體包含三個(gè)方面的內(nèi)容:

    工程圖紙以及評(píng)分準(zhǔn)則,以明確需要完成的工程圖紙,及確定考核項(xiàng)和評(píng)分準(zhǔn)則,如圖4所示.

    圖4 工程圖紙和評(píng)分準(zhǔn)則

    工藝流程示意圖,便于學(xué)生制作過(guò)程中隨時(shí)查看工藝流程,強(qiáng)化工藝概念,如圖5所示,通過(guò)工藝流程圖可以得知制作過(guò)程中應(yīng)采取的工藝和步驟,拿到毛坯,首先做基準(zhǔn)面,然后按照?qǐng)D紙要求劃線,鋸割斜面和平面,銼削鋸割面達(dá)到要求尺寸,最后倒角劃線并銼削倒角,完成整個(gè)工件加工.

    圖5 工藝流程示意圖

    評(píng)分系統(tǒng),評(píng)分系統(tǒng)是過(guò)程性評(píng)價(jià)體系主要組成部分,如圖6所示,每一列對(duì)應(yīng)圖4評(píng)分準(zhǔn)則中的一欄,填寫實(shí)際測(cè)量尺寸,便依照預(yù)先設(shè)定的函數(shù),得到當(dāng)前項(xiàng)成績(jī)和總成績(jī);如此學(xué)生可以就扣分項(xiàng)進(jìn)行整改,成績(jī)?cè)谧髌分谱?、測(cè)量、整改中不斷得到提高,有效提升了學(xué)生的參與度和積極性,同時(shí)學(xué)生的測(cè)量技能也能得到很好的提高.例如第三項(xiàng)為錘子長(zhǎng)度105±0.12mm,總分4分,1號(hào)同學(xué)完成最終尺寸是104.85mm,則會(huì)扣去1分,此項(xiàng)最終得分為3分;2號(hào)同學(xué)完成最終尺寸為105.1mm,得4分;3號(hào)同學(xué)完成最終尺寸105.2mm,則會(huì)扣去2分,此項(xiàng)最終得分為2分.其他項(xiàng)都是按照3.1所示規(guī)則進(jìn)行評(píng)分,其中整體外觀和安全評(píng)分由任課老師進(jìn)行打分,主要依據(jù)作品的完成度,以及課堂安全生產(chǎn)文明生產(chǎn)的要求進(jìn)行打分,最終各項(xiàng)得分之和便是總成績(jī).

    圖6 評(píng)分系統(tǒng)示意圖

    4 過(guò)程性評(píng)價(jià)體系在實(shí)踐中的應(yīng)用效果

    依據(jù)前文所述的過(guò)程性評(píng)價(jià)體系,在課堂教學(xué)中進(jìn)行實(shí)踐,觀察評(píng)價(jià)體系在課堂教學(xué)和學(xué)生實(shí)踐中的效果,仍以鉗工為例,通過(guò)將近三個(gè)月的課堂實(shí)踐,取得了良好的有益效果,學(xué)生反饋較好,主要有以下幾點(diǎn):

    (1)學(xué)生更加理解工藝流程,及前后工藝之間的相互關(guān)系,樹立了工程意識(shí)和工藝概念;

    (2)完成作品過(guò)程中可隨時(shí)查看當(dāng)前應(yīng)采取的工藝步驟;

    (3)依據(jù)當(dāng)前作品的完成度實(shí)時(shí)評(píng)估當(dāng)前成績(jī),形成閉環(huán)反饋,提高學(xué)生的參與度和實(shí)訓(xùn)積極性;

    (4)有效提高學(xué)生的測(cè)量測(cè)試能力,主要包括工量具使用技術(shù)和尺寸測(cè)量技術(shù),例如游標(biāo)卡尺、千分尺、直角尺、塞尺等的使用,及平行度和垂直度的測(cè)量等;

    (5)簡(jiǎn)化評(píng)分工作量,評(píng)分更加客觀,為評(píng)價(jià)工作提效增質(zhì);

    仍以鉗工為例,某班級(jí)一共有30人,采用該過(guò)程性評(píng)價(jià)體系,其最終作品成績(jī)?nèi)鐖D7所示.

    圖7 某班學(xué)生成績(jī)

    5 總結(jié)

    本文從本科高校的工程訓(xùn)練評(píng)價(jià)體系入手進(jìn)行探索性的研究,引入數(shù)字化技術(shù),建立可量化的過(guò)程性評(píng)價(jià)體系,此體系包含過(guò)程和結(jié)果兩個(gè)方面的內(nèi)容.從過(guò)程上來(lái)看,學(xué)生可知道應(yīng)采取的工藝步驟,并理解前后工藝流程之間的關(guān)系,學(xué)生嚴(yán)格按照工藝流程進(jìn)行生產(chǎn),對(duì)于做完做好作品形成有力的保障;從結(jié)果來(lái)看,依據(jù)評(píng)價(jià)模型所搭建的評(píng)分機(jī)制,讓學(xué)生自己成為作品的設(shè)計(jì)者和評(píng)價(jià)者,學(xué)生可實(shí)時(shí)看到分?jǐn)?shù)在努力中不斷提高,形成閉環(huán)的反饋效果,為評(píng)價(jià)工作提效增質(zhì),同時(shí)有效提高了學(xué)生實(shí)訓(xùn)的參與度和積極性,為相關(guān)類型的工程實(shí)訓(xùn)改革尤其是評(píng)價(jià)體系革新提供借鑒和參考.

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    虛實(shí)結(jié)合實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的開發(fā)與應(yīng)用探索
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