“三維CAD 造型”非標準答案教學改革的研究

吳三秀，周艷麗，周啟興

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

0 引言

“三維CAD 造型”主要服務于產品開發設計，是工科院校機械大類的專業基礎課，為后續學習專業課和工程實踐提供基礎[1]。該課程主要培養學生使用三維造型軟件進行產品設計和表達的能力，促進學生空間思維能力、創新能力和實踐動手能力的提高。本課程具有零件空間結構抽象復雜，涉及先修課程較多，如“機械設計”“機械原理”“工程制圖”等，并且具有實踐性強等特點。傳統的標準答案教學授課教師多采用統一的命題方式，命題參考答案趨于標準化，往往容易忽視學生的創新性想法。非標準答案考試改革了以往的以教師為中心的模式，翻轉為以學生為中心，強化過程學習，鼓勵學生利用所學知識自由發揮，避免了標準化答案對學生工程思維和創新能力的禁錮。非標準答案的開放性教學能最大程度的調動學生的主觀能動性，促進學生自主學習，提升其綜合運用專業知識分析問題、解決問題的能力[2]。

1 “三維CAD 造型”課程傳統教學模式

專業課考試作為課程教學的重要環節，考試的作用不僅僅是檢查學生的學習成果，查漏補缺，也是甄選人才、個性化教學的重要手段，與此相伴的是以考試作為學習手段，能夠實現課堂教學效果的正態反饋，從而實現有效激勵，指引開展后續的學習活動。一次簡單的學期末考試，不能完全體現出教學效果。以過程評價作為手段來實現非標準答案考試，結合動態評價和無標準答案評價綜合評定，使得考試評價體系多元化，從多個方面反應學生的學習效果，從而達到以多元考試檢驗學習效果，以考試促進學習的教學最終目標。

“三維CAD 造型”作為一門理論和實踐相結合的課程，傳統考核形式主要是以具有代表性特性的模型作為實踐教學動手環節的訓練對象，以這些題目的合理變種作為考核題目。實踐中發現，采用傳統考核方式存在下列缺陷：標準化題型、教材化內容、單一化形式、統一化評分等[3]，這與應用型人才培養要求相悖。因此針對傳統標準答案考核形式存在的缺陷，進行“三維CAD 造型”非標準答案考試改革，是解決實際需求與考試內容及評分等矛盾的合理化探索[4]，也是與目前人才培養要求和生產實踐需要的合理化手段。

2 “三維CAD 造型”教學考試改革的意義

與地方院校培養應用型人才的教學目標相適應，堅持“因課制宜”原則，根據課程教學要求和教學目標，以課程教學大綱為依據，在檢查學生對本門課程的基礎理論、知識和技能理解和掌握的基礎上，以培養學生獨立思考能力、綜合運用課程及相關學科知識能力，觸類旁通、創新性解決問題的能力為目標。要實現“三維CAD 造型”非標準答案試題考試改革，關鍵措施是打破“標準答案考試60 分及格”的課堂教學質量認證體系[5]，將多元化考核手段貫穿于整個教學，實踐全過程，全方位的考教結合，考學相互促進，提高教學效率，提升教學成果。非標準答案題目需納入平時作業和結業考試中，其所占總分的比例由課程性質及教學目標要求確定。在教學各環節都可融入非標準答案考試模式，進一步提升課程學習的廣度和挑戰度。以開展非標準答案試題考試改革作為教學手段，通過充分調動學生學習主觀能動性、探索積極性，進行改革創新，進而實現提高教學質量，激發學生學習熱情，培養學生創新能力，實現綜合發展，成長為適應社會發展的應用型人才[6]。“三維CAD 造型”是一門內容充實、可以很好地與實際案例相結合的課程，結合課程培養目標，從以下幾方面進行非標準答案試題考試改革。

2.1 非標準答案考試的內容

首先，優化課堂教學的過程評價指標，綜合成績構成中，過程性考核比重由原來的50%調整至60%。注重學生平時的課前預習、課堂表現，隨堂測試、及學生自評、互評等環節，各環節的分值最終折算進總成績。重視過程性評價能充分發揮學生學習的主觀能動性，在認知的過程中逐步實現模型知識、三維造型軟件的運用及建模能力的掌握。其次，改革課堂成績評價體系，由以前的標準答案評價改革為非標準答案評價。“三維CAD 造型”課程平時作業、期中和期末試題設置一定比例的開放性試題，不再進行以往統一命題，而是學生根據考試主題自主設計產品，模型尺寸和建模方法自定。建模知識的理解和運用作為重點考核內容，而培養學生分析問題、解決問題的能力，創新意識等，也是課堂考試重點關注的內容。再次，設置綜合開放性合作項目，根據學生個性化差異進行分組協助，完成項目調研、設計、裝配、答辯等整個環節。團隊合作項目有助于充分發揮團隊成員的特長和才智，培養學生的集體意識，強化其團隊協作能力。

2.2 具體實施步驟

多元化的實踐創新部分，是“三維CAD 造型”課程創新性的組成部分。設計實踐項目以每章的知識點為基礎，學生通過完成從圖紙繪制、產品造型到裝配的整個設計過程，在模型設計創建過程中，實現鞏固課堂知識，從而提高學生設計思維，創新能力。相關項目涉及的實踐作品簡單說明見表1。

（1）基礎知識應用環節。此環節同學們需要把課堂上的理論知識有機的使用，在實踐環節中，每個試題都是開放的，無論二維圖紙，還是三維造型應用，或者更為復雜的曲面設計，在實驗指導書中都沒有現成的例子可以參照，更多的是每個試題都需要學生根據課堂教學內容進行組合，該試題更多的是考察學生的基礎知識掌握層次。

（2）能力提升環節。經過基礎知識的學習，學生已經初步掌握了三維CAD 技能應用，因此該階段的試題設置更具有開放性，在實踐環節中，指導教師提出需求，規定好應用場景等一些限制條件，同學們依據掌握的知識，根據場景需求，完成設計，比如說個性化收集茶壺，臺燈等。

（3）創新應用環節。在此環節中，除了需要考察學生的能力層次，更多的是考慮學生的團隊合作及創新能力。因此該環節試題設置，極具開放性。在實踐環節中，指導教師提出工程應用場景，提出需要解決的實際問題，學生需要組合隊伍，分析場景需要，根據需要解決問題，提出解決方案，完成設備選型、設計、裝配等一系列環節。因工作量問題，團隊中需要各司其職，協同完成。合作的過程中，發現問題，解決問題，最終還要完成項目，結題達標。

2.3 考核方式

非標準答案考試的改革從根本上說是教學的改革，將傳統“三維CAD 造型”以教師為中心的講授模式翻轉以學生為中心的啟發式教育。在課堂教學中增加課堂討論、師生互評、生生互評等環節，鼓勵學生另辟蹊徑，勇于探索新思路，促使學生養成終身學習的好習慣[7]。

考核形式：采用開放式項目試題，如手機支架、臺燈、高鐵站臺雨棚全自動測量儀、供電線樁、升降臺總裝的設計等。

過程考核：側重于學生項目設計、零件外觀造型、裝配設計、工程圖規范設計、團隊合作等能力的考察。

非標考核設計：考題出發點為解決實際項目問題，考題為項目實施過程中涉及的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，項目答辯等。

課程評分標準：總成績=平時成績60%+期末考試40%，其中平時成績由四部分組成，分別為考勤、課堂表現、作業和綜合設計，具體分值分布如圖1 所示。

圖1 非標準答案考核評分標準

3 考核評價指標

應用“三維CAD 造型”課程非標準答案考核，可以達到以下效果。

3.1 提升綜合知識運用能力

傳統“三維CAD 造型”課程以知識點為主線構建知識體系，各章節的考核相對較為獨立。非標準答案考核試題的設計，涵蓋了二維草繪截面繪制、三維造型特征創建、組件裝配設計、模型渲染及工程圖設計等，能綜合考查學生知識點的運用。學生需要自我審核設計項目，查漏補缺，邏輯縝密，環環相扣，要求模型間尺寸相互配合，從而有效提升學生的綜合考核能力。

3.2 加強過程性考核評價

與傳統單一化、標準化考核不同，非標準化考核答案不固定，試題解答靈活，開放性強，學生可根據自己想法設計作答，自主發揮的自由度高。考核過程中注重對學生態度、協作精神、階段性學習成果等多因素、多形式化考核，側重于對學生認識過程和實際能力形成的監督和評價。開放性試題需要學生根據考核主題選擇模型項目，事先做零件設計分析，充分考慮各零部件的運動仿真和裝配關系，在保證任務完成的前提下，中途的設計過程也納入考核體系。

3.3 培養團隊協助能力

傳統標準化答案考試，學生試題相同，各自獨立完成，不涉及相互間的交流合作。而非標準答案考核項目分組作業由三至四人組成一個小組，合理利用組員的知識和技能協同工作，解決問題，達到共同的目標。團隊負責人在重要決策點，如選題方向、模型構建等出現了意見分歧時，要具備協調能力，合理統籌團隊間的各項事宜。通過分組作業，加強同學間交互合作，有利于集體意識和團隊合作意識的培養[8]，以更快適應今后的工作崗位。

3.4 雙創教育相結合

“三維CAD 造型”主要針對的是產品的設計開發，與創新創業教育結合密切。因此學生參加過的創新創業項目可以作為教學案例，比如“全國大學生機械創新設計大賽”“中國大學生工程實踐與創新能力大賽”“全國大學生先進成圖技術與產品信息建模創新大賽”“全國三維數字化創新設計大賽”等。創新創業項目緊貼行業前沿，涉及多學科的交叉融合，有助于提高學生綜合應用知識的能力[9]。這些教學案例可以完善修改，整合成教學案例庫，通過實踐案例的學習，將理論知識與實踐操作有機結合。

4 考核改革的實踐反饋

2022-2023 年第一學期，智能制造學院的機械設計及其自動化專業實施了非標準答案課程考核改革試點，并對改革效果進行了統計分析，表2 和表3 分別是傳統教學班和改革試點班的成績分布情況。

表2 傳統教學班成績分布

表3 教學改革班成績分布

從表2、3 可看出，改革班考核成績總體平穩，總評成績平均分83.95，在良好以上，最高分91 分，最低分64 分，優良率92.31%，標準差3.64。傳統教學班總評成績平均分81.08，最高分86 分，最低分37 分，標準差6.53，成績懸殊較大。通過數據對比可知，班級總評成績、最高分、標準差等改革班均優于傳統教學班，說明學生能夠適應教學改革方法，有能力完成教師布置的各項任務。

課程結課后，對改革試點班進行了問卷調查，分別統計了學生對非標準答案考試考核方式、考核內容、考核成績的滿意程度。從圖2 可知，絕大部分同學比較歡迎開放性的教學，認為千篇一律的試題體現不了當代年輕人的活躍思維。在設計模型中，開放性試題給了學生足夠的發揮空間，能將自己感興趣的產品通過造型軟件呈現出來，極大滿足了課程學習的成就感。

圖2 學生對非標準答案考核的滿意度

圖3 針對的是非標準考試教學過程中對于能力提升的問卷統計。其中邏輯思維能力、創新能力在該課程提升明顯，讀圖能力、空間想象能力、團隊協作能力的提升認可度也均在60%以上。

圖3 學生對課程學習后能力提升的調查

實踐證明，非標準答案考試改革對“三維CAD 造型”課程教學的評價更加的科學全面，更貼近新形勢下對地方復合型、應用型人才培養的要求。有助于增強師生、生生間的互動交流，提高學生解決復雜實際工程問題的能力。開放性項目分組綜合設計在培養學生團隊協作能力和創新能力方面，具有本身獨特的優勢。從教學改革學生反饋結果可看出，此次改革試點達到了預期的設定目標，對于類似實踐類課程具有一定的參考價值。