“三維CAD 造型”非標(biāo)準(zhǔn)答案教學(xué)改革的研究

吳三秀，周艷麗，周啟興

（1.南昌交通學(xué)院，江西 南昌 330100；2.華東交通大學(xué)，江西 南昌 303313）

0 引言

“三維CAD 造型”主要服務(wù)于產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)，是工科院校機(jī)械大類的專業(yè)基礎(chǔ)課，為后續(xù)學(xué)習(xí)專業(yè)課和工程實(shí)踐提供基礎(chǔ)[1]。該課程主要培養(yǎng)學(xué)生使用三維造型軟件進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)和表達(dá)的能力，促進(jìn)學(xué)生空間思維能力、創(chuàng)新能力和實(shí)踐動(dòng)手能力的提高。本課程具有零件空間結(jié)構(gòu)抽象復(fù)雜，涉及先修課程較多，如“機(jī)械設(shè)計(jì)”“機(jī)械原理”“工程制圖”等，并且具有實(shí)踐性強(qiáng)等特點(diǎn)。傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)答案教學(xué)授課教師多采用統(tǒng)一的命題方式，命題參考答案趨于標(biāo)準(zhǔn)化，往往容易忽視學(xué)生的創(chuàng)新性想法。非標(biāo)準(zhǔn)答案考試改革了以往的以教師為中心的模式，翻轉(zhuǎn)為以學(xué)生為中心，強(qiáng)化過程學(xué)習(xí)，鼓勵(lì)學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)自由發(fā)揮，避免了標(biāo)準(zhǔn)化答案對(duì)學(xué)生工程思維和創(chuàng)新能力的禁錮。非標(biāo)準(zhǔn)答案的開放性教學(xué)能最大程度的調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，提升其綜合運(yùn)用專業(yè)知識(shí)分析問題、解決問題的能力[2]。

1 “三維CAD 造型”課程傳統(tǒng)教學(xué)模式

專業(yè)課考試作為課程教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，考試的作用不僅僅是檢查學(xué)生的學(xué)習(xí)成果，查漏補(bǔ)缺，也是甄選人才、個(gè)性化教學(xué)的重要手段，與此相伴的是以考試作為學(xué)習(xí)手段，能夠?qū)崿F(xiàn)課堂教學(xué)效果的正態(tài)反饋，從而實(shí)現(xiàn)有效激勵(lì)，指引開展后續(xù)的學(xué)習(xí)活動(dòng)。一次簡(jiǎn)單的學(xué)期末考試，不能完全體現(xiàn)出教學(xué)效果。以過程評(píng)價(jià)作為手段來實(shí)現(xiàn)非標(biāo)準(zhǔn)答案考試，結(jié)合動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)和無標(biāo)準(zhǔn)答案評(píng)價(jià)綜合評(píng)定，使得考試評(píng)價(jià)體系多元化，從多個(gè)方面反應(yīng)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，從而達(dá)到以多元考試檢驗(yàn)學(xué)習(xí)效果，以考試促進(jìn)學(xué)習(xí)的教學(xué)最終目標(biāo)。

“三維CAD 造型”作為一門理論和實(shí)踐相結(jié)合的課程，傳統(tǒng)考核形式主要是以具有代表性特性的模型作為實(shí)踐教學(xué)動(dòng)手環(huán)節(jié)的訓(xùn)練對(duì)象，以這些題目的合理變種作為考核題目。實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，采用傳統(tǒng)考核方式存在下列缺陷：標(biāo)準(zhǔn)化題型、教材化內(nèi)容、單一化形式、統(tǒng)一化評(píng)分等[3]，這與應(yīng)用型人才培養(yǎng)要求相悖。因此針對(duì)傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)答案考核形式存在的缺陷，進(jìn)行“三維CAD 造型”非標(biāo)準(zhǔn)答案考試改革，是解決實(shí)際需求與考試內(nèi)容及評(píng)分等矛盾的合理化探索[4]，也是與目前人才培養(yǎng)要求和生產(chǎn)實(shí)踐需要的合理化手段。

2 “三維CAD 造型”教學(xué)考試改革的意義

與地方院校培養(yǎng)應(yīng)用型人才的教學(xué)目標(biāo)相適應(yīng)，堅(jiān)持“因課制宜”原則，根據(jù)課程教學(xué)要求和教學(xué)目標(biāo)，以課程教學(xué)大綱為依據(jù)，在檢查學(xué)生對(duì)本門課程的基礎(chǔ)理論、知識(shí)和技能理解和掌握的基礎(chǔ)上，以培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考能力、綜合運(yùn)用課程及相關(guān)學(xué)科知識(shí)能力，觸類旁通、創(chuàng)新性解決問題的能力為目標(biāo)。要實(shí)現(xiàn)“三維CAD 造型”非標(biāo)準(zhǔn)答案試題考試改革，關(guān)鍵措施是打破“標(biāo)準(zhǔn)答案考試60 分及格”的課堂教學(xué)質(zhì)量認(rèn)證體系[5]，將多元化考核手段貫穿于整個(gè)教學(xué)，實(shí)踐全過程，全方位的考教結(jié)合，考學(xué)相互促進(jìn)，提高教學(xué)效率，提升教學(xué)成果。非標(biāo)準(zhǔn)答案題目需納入平時(shí)作業(yè)和結(jié)業(yè)考試中，其所占總分的比例由課程性質(zhì)及教學(xué)目標(biāo)要求確定。在教學(xué)各環(huán)節(jié)都可融入非標(biāo)準(zhǔn)答案考試模式，進(jìn)一步提升課程學(xué)習(xí)的廣度和挑戰(zhàn)度。以開展非標(biāo)準(zhǔn)答案試題考試改革作為教學(xué)手段，通過充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)主觀能動(dòng)性、探索積極性，進(jìn)行改革創(chuàng)新，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)提高教學(xué)質(zhì)量，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力，實(shí)現(xiàn)綜合發(fā)展，成長為適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的應(yīng)用型人才[6]?！叭SCAD 造型”是一門內(nèi)容充實(shí)、可以很好地與實(shí)際案例相結(jié)合的課程，結(jié)合課程培養(yǎng)目標(biāo)，從以下幾方面進(jìn)行非標(biāo)準(zhǔn)答案試題考試改革。

2.1 非標(biāo)準(zhǔn)答案考試的內(nèi)容

首先，優(yōu)化課堂教學(xué)的過程評(píng)價(jià)指標(biāo)，綜合成績(jī)構(gòu)成中，過程性考核比重由原來的50%調(diào)整至60%。注重學(xué)生平時(shí)的課前預(yù)習(xí)、課堂表現(xiàn)，隨堂測(cè)試、及學(xué)生自評(píng)、互評(píng)等環(huán)節(jié)，各環(huán)節(jié)的分值最終折算進(jìn)總成績(jī)。重視過程性評(píng)價(jià)能充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性，在認(rèn)知的過程中逐步實(shí)現(xiàn)模型知識(shí)、三維造型軟件的運(yùn)用及建模能力的掌握。其次，改革課堂成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)體系，由以前的標(biāo)準(zhǔn)答案評(píng)價(jià)改革為非標(biāo)準(zhǔn)答案評(píng)價(jià)?！叭SCAD 造型”課程平時(shí)作業(yè)、期中和期末試題設(shè)置一定比例的開放性試題，不再進(jìn)行以往統(tǒng)一命題，而是學(xué)生根據(jù)考試主題自主設(shè)計(jì)產(chǎn)品，模型尺寸和建模方法自定。建模知識(shí)的理解和運(yùn)用作為重點(diǎn)考核內(nèi)容，而培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力，創(chuàng)新意識(shí)等，也是課堂考試重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容。再次，設(shè)置綜合開放性合作項(xiàng)目，根據(jù)學(xué)生個(gè)性化差異進(jìn)行分組協(xié)助，完成項(xiàng)目調(diào)研、設(shè)計(jì)、裝配、答辯等整個(gè)環(huán)節(jié)。團(tuán)隊(duì)合作項(xiàng)目有助于充分發(fā)揮團(tuán)隊(duì)成員的特長和才智，培養(yǎng)學(xué)生的集體意識(shí)，強(qiáng)化其團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。

2.2 具體實(shí)施步驟

多元化的實(shí)踐創(chuàng)新部分，是“三維CAD 造型”課程創(chuàng)新性的組成部分。設(shè)計(jì)實(shí)踐項(xiàng)目以每章的知識(shí)點(diǎn)為基礎(chǔ)，學(xué)生通過完成從圖紙繪制、產(chǎn)品造型到裝配的整個(gè)設(shè)計(jì)過程，在模型設(shè)計(jì)創(chuàng)建過程中，實(shí)現(xiàn)鞏固課堂知識(shí)，從而提高學(xué)生設(shè)計(jì)思維，創(chuàng)新能力。相關(guān)項(xiàng)目涉及的實(shí)踐作品簡(jiǎn)單說明見表1。

（1）基礎(chǔ)知識(shí)應(yīng)用環(huán)節(jié)。此環(huán)節(jié)同學(xué)們需要把課堂上的理論知識(shí)有機(jī)的使用，在實(shí)踐環(huán)節(jié)中，每個(gè)試題都是開放的，無論二維圖紙，還是三維造型應(yīng)用，或者更為復(fù)雜的曲面設(shè)計(jì)，在實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書中都沒有現(xiàn)成的例子可以參照，更多的是每個(gè)試題都需要學(xué)生根據(jù)課堂教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行組合，該試題更多的是考察學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)掌握層次。

（2）能力提升環(huán)節(jié)。經(jīng)過基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)初步掌握了三維CAD 技能應(yīng)用，因此該階段的試題設(shè)置更具有開放性，在實(shí)踐環(huán)節(jié)中，指導(dǎo)教師提出需求，規(guī)定好應(yīng)用場(chǎng)景等一些限制條件，同學(xué)們依據(jù)掌握的知識(shí)，根據(jù)場(chǎng)景需求，完成設(shè)計(jì)，比如說個(gè)性化收集茶壺，臺(tái)燈等。

（3）創(chuàng)新應(yīng)用環(huán)節(jié)。在此環(huán)節(jié)中，除了需要考察學(xué)生的能力層次，更多的是考慮學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作及創(chuàng)新能力。因此該環(huán)節(jié)試題設(shè)置，極具開放性。在實(shí)踐環(huán)節(jié)中，指導(dǎo)教師提出工程應(yīng)用場(chǎng)景，提出需要解決的實(shí)際問題，學(xué)生需要組合隊(duì)伍，分析場(chǎng)景需要，根據(jù)需要解決問題，提出解決方案，完成設(shè)備選型、設(shè)計(jì)、裝配等一系列環(huán)節(jié)。因工作量問題，團(tuán)隊(duì)中需要各司其職，協(xié)同完成。合作的過程中，發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，最終還要完成項(xiàng)目，結(jié)題達(dá)標(biāo)。

2.3 考核方式

非標(biāo)準(zhǔn)答案考試的改革從根本上說是教學(xué)的改革，將傳統(tǒng)“三維CAD 造型”以教師為中心的講授模式翻轉(zhuǎn)以學(xué)生為中心的啟發(fā)式教育。在課堂教學(xué)中增加課堂討論、師生互評(píng)、生生互評(píng)等環(huán)節(jié)，鼓勵(lì)學(xué)生另辟蹊徑，勇于探索新思路，促使學(xué)生養(yǎng)成終身學(xué)習(xí)的好習(xí)慣[7]。

考核形式：采用開放式項(xiàng)目試題，如手機(jī)支架、臺(tái)燈、高鐵站臺(tái)雨棚全自動(dòng)測(cè)量?jī)x、供電線樁、升降臺(tái)總裝的設(shè)計(jì)等。

過程考核：側(cè)重于學(xué)生項(xiàng)目設(shè)計(jì)、零件外觀造型、裝配設(shè)計(jì)、工程圖規(guī)范設(shè)計(jì)、團(tuán)隊(duì)合作等能力的考察。

非標(biāo)考核設(shè)計(jì)：考題出發(fā)點(diǎn)為解決實(shí)際項(xiàng)目問題，考題為項(xiàng)目實(shí)施過程中涉及的CAD 造型部分，題目具有一定的綜合性，分別涉及圖紙繪制，造型，裝配，項(xiàng)目答辯等。

課程評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：總成績(jī)=平時(shí)成績(jī)60%+期末考試40%，其中平時(shí)成績(jī)由四部分組成，分別為考勤、課堂表現(xiàn)、作業(yè)和綜合設(shè)計(jì)，具體分值分布如圖1 所示。

圖1 非標(biāo)準(zhǔn)答案考核評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

3 考核評(píng)價(jià)指標(biāo)

應(yīng)用“三維CAD 造型”課程非標(biāo)準(zhǔn)答案考核，可以達(dá)到以下效果。

3.1 提升綜合知識(shí)運(yùn)用能力

傳統(tǒng)“三維CAD 造型”課程以知識(shí)點(diǎn)為主線構(gòu)建知識(shí)體系，各章節(jié)的考核相對(duì)較為獨(dú)立。非標(biāo)準(zhǔn)答案考核試題的設(shè)計(jì)，涵蓋了二維草繪截面繪制、三維造型特征創(chuàng)建、組件裝配設(shè)計(jì)、模型渲染及工程圖設(shè)計(jì)等，能綜合考查學(xué)生知識(shí)點(diǎn)的運(yùn)用。學(xué)生需要自我審核設(shè)計(jì)項(xiàng)目，查漏補(bǔ)缺，邏輯縝密，環(huán)環(huán)相扣，要求模型間尺寸相互配合，從而有效提升學(xué)生的綜合考核能力。

3.2 加強(qiáng)過程性考核評(píng)價(jià)

與傳統(tǒng)單一化、標(biāo)準(zhǔn)化考核不同，非標(biāo)準(zhǔn)化考核答案不固定，試題解答靈活，開放性強(qiáng)，學(xué)生可根據(jù)自己想法設(shè)計(jì)作答，自主發(fā)揮的自由度高?？己诉^程中注重對(duì)學(xué)生態(tài)度、協(xié)作精神、階段性學(xué)習(xí)成果等多因素、多形式化考核，側(cè)重于對(duì)學(xué)生認(rèn)識(shí)過程和實(shí)際能力形成的監(jiān)督和評(píng)價(jià)。開放性試題需要學(xué)生根據(jù)考核主題選擇模型項(xiàng)目，事先做零件設(shè)計(jì)分析，充分考慮各零部件的運(yùn)動(dòng)仿真和裝配關(guān)系，在保證任務(wù)完成的前提下，中途的設(shè)計(jì)過程也納入考核體系。

3.3 培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)協(xié)助能力

傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化答案考試，學(xué)生試題相同，各自獨(dú)立完成，不涉及相互間的交流合作。而非標(biāo)準(zhǔn)答案考核項(xiàng)目分組作業(yè)由三至四人組成一個(gè)小組，合理利用組員的知識(shí)和技能協(xié)同工作，解決問題，達(dá)到共同的目標(biāo)。團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人在重要決策點(diǎn)，如選題方向、模型構(gòu)建等出現(xiàn)了意見分歧時(shí)，要具備協(xié)調(diào)能力，合理統(tǒng)籌團(tuán)隊(duì)間的各項(xiàng)事宜。通過分組作業(yè)，加強(qiáng)同學(xué)間交互合作，有利于集體意識(shí)和團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)的培養(yǎng)[8]，以更快適應(yīng)今后的工作崗位。

3.4 雙創(chuàng)教育相結(jié)合

“三維CAD 造型”主要針對(duì)的是產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)，與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育結(jié)合密切。因此學(xué)生參加過的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目可以作為教學(xué)案例，比如“全國大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽”“中國大學(xué)生工程實(shí)踐與創(chuàng)新能力大賽”“全國大學(xué)生先進(jìn)成圖技術(shù)與產(chǎn)品信息建模創(chuàng)新大賽”“全國三維數(shù)字化創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽”等。創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目緊貼行業(yè)前沿，涉及多學(xué)科的交叉融合，有助于提高學(xué)生綜合應(yīng)用知識(shí)的能力[9]。這些教學(xué)案例可以完善修改，整合成教學(xué)案例庫，通過實(shí)踐案例的學(xué)習(xí)，將理論知識(shí)與實(shí)踐操作有機(jī)結(jié)合。

4 考核改革的實(shí)踐反饋

2022-2023 年第一學(xué)期，智能制造學(xué)院的機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動(dòng)化專業(yè)實(shí)施了非標(biāo)準(zhǔn)答案課程考核改革試點(diǎn)，并對(duì)改革效果進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，表2 和表3 分別是傳統(tǒng)教學(xué)班和改革試點(diǎn)班的成績(jī)分布情況。

表2 傳統(tǒng)教學(xué)班成績(jī)分布

表3 教學(xué)改革班成績(jī)分布

從表2、3 可看出，改革班考核成績(jī)總體平穩(wěn)，總評(píng)成績(jī)平均分83.95，在良好以上，最高分91 分，最低分64 分，優(yōu)良率92.31%，標(biāo)準(zhǔn)差3.64。傳統(tǒng)教學(xué)班總評(píng)成績(jī)平均分81.08，最高分86 分，最低分37 分，標(biāo)準(zhǔn)差6.53，成績(jī)懸殊較大。通過數(shù)據(jù)對(duì)比可知，班級(jí)總評(píng)成績(jī)、最高分、標(biāo)準(zhǔn)差等改革班均優(yōu)于傳統(tǒng)教學(xué)班，說明學(xué)生能夠適應(yīng)教學(xué)改革方法，有能力完成教師布置的各項(xiàng)任務(wù)。

課程結(jié)課后，對(duì)改革試點(diǎn)班進(jìn)行了問卷調(diào)查，分別統(tǒng)計(jì)了學(xué)生對(duì)非標(biāo)準(zhǔn)答案考試考核方式、考核內(nèi)容、考核成績(jī)的滿意程度。從圖2 可知，絕大部分同學(xué)比較歡迎開放性的教學(xué)，認(rèn)為千篇一律的試題體現(xiàn)不了當(dāng)代年輕人的活躍思維。在設(shè)計(jì)模型中，開放性試題給了學(xué)生足夠的發(fā)揮空間，能將自己感興趣的產(chǎn)品通過造型軟件呈現(xiàn)出來，極大滿足了課程學(xué)習(xí)的成就感。

圖2 學(xué)生對(duì)非標(biāo)準(zhǔn)答案考核的滿意度

圖3 針對(duì)的是非標(biāo)準(zhǔn)考試教學(xué)過程中對(duì)于能力提升的問卷統(tǒng)計(jì)。其中邏輯思維能力、創(chuàng)新能力在該課程提升明顯，讀圖能力、空間想象能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力的提升認(rèn)可度也均在60%以上。

圖3 學(xué)生對(duì)課程學(xué)習(xí)后能力提升的調(diào)查

實(shí)踐證明，非標(biāo)準(zhǔn)答案考試改革對(duì)“三維CAD 造型”課程教學(xué)的評(píng)價(jià)更加的科學(xué)全面，更貼近新形勢(shì)下對(duì)地方復(fù)合型、應(yīng)用型人才培養(yǎng)的要求。有助于增強(qiáng)師生、生生間的互動(dòng)交流，提高學(xué)生解決復(fù)雜實(shí)際工程問題的能力。開放性項(xiàng)目分組綜合設(shè)計(jì)在培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和創(chuàng)新能力方面，具有本身獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。從教學(xué)改革學(xué)生反饋結(jié)果可看出，此次改革試點(diǎn)達(dá)到了預(yù)期的設(shè)定目標(biāo)，對(duì)于類似實(shí)踐類課程具有一定的參考價(jià)值。