“三维CAD 造型”非标准答案教学改革的研究

吴三秀，周艳丽，周启兴

（1.南昌交通学院，江西 南昌 330100；2.华东交通大学，江西 南昌 303313）

0 引言

“三维CAD 造型”主要服务于产品开发设计，是工科院校机械大类的专业基础课，为后续学习专业课和工程实践提供基础[1]。该课程主要培养学生使用三维造型软件进行产品设计和表达的能力，促进学生空间思维能力、创新能力和实践动手能力的提高。本课程具有零件空间结构抽象复杂，涉及先修课程较多，如“机械设计”“机械原理”“工程制图”等，并且具有实践性强等特点。传统的标准答案教学授课教师多采用统一的命题方式，命题参考答案趋于标准化，往往容易忽视学生的创新性想法。非标准答案考试改革了以往的以教师为中心的模式，翻转为以学生为中心，强化过程学习，鼓励学生利用所学知识自由发挥，避免了标准化答案对学生工程思维和创新能力的禁锢。非标准答案的开放性教学能最大程度的调动学生的主观能动性，促进学生自主学习，提升其综合运用专业知识分析问题、解决问题的能力[2]。

1 “三维CAD 造型”课程传统教学模式

专业课考试作为课程教学的重要环节，考试的作用不仅仅是检查学生的学习成果，查漏补缺，也是甄选人才、个性化教学的重要手段，与此相伴的是以考试作为学习手段，能够实现课堂教学效果的正态反馈，从而实现有效激励，指引开展后续的学习活动。一次简单的学期末考试，不能完全体现出教学效果。以过程评价作为手段来实现非标准答案考试，结合动态评价和无标准答案评价综合评定，使得考试评价体系多元化，从多个方面反应学生的学习效果，从而达到以多元考试检验学习效果，以考试促进学习的教学最终目标。

“三维CAD 造型”作为一门理论和实践相结合的课程，传统考核形式主要是以具有代表性特性的模型作为实践教学动手环节的训练对象，以这些题目的合理变种作为考核题目。实践中发现，采用传统考核方式存在下列缺陷：标准化题型、教材化内容、单一化形式、统一化评分等[3]，这与应用型人才培养要求相悖。因此针对传统标准答案考核形式存在的缺陷，进行“三维CAD 造型”非标准答案考试改革，是解决实际需求与考试内容及评分等矛盾的合理化探索[4]，也是与目前人才培养要求和生产实践需要的合理化手段。

2 “三维CAD 造型”教学考试改革的意义

与地方院校培养应用型人才的教学目标相适应，坚持“因课制宜”原则，根据课程教学要求和教学目标，以课程教学大纲为依据，在检查学生对本门课程的基础理论、知识和技能理解和掌握的基础上，以培养学生独立思考能力、综合运用课程及相关学科知识能力，触类旁通、创新性解决问题的能力为目标。要实现“三维CAD 造型”非标准答案试题考试改革，关键措施是打破“标准答案考试60 分及格”的课堂教学质量认证体系[5]，将多元化考核手段贯穿于整个教学，实践全过程，全方位的考教结合，考学相互促进，提高教学效率，提升教学成果。非标准答案题目需纳入平时作业和结业考试中，其所占总分的比例由课程性质及教学目标要求确定。在教学各环节都可融入非标准答案考试模式，进一步提升课程学习的广度和挑战度。以开展非标准答案试题考试改革作为教学手段，通过充分调动学生学习主观能动性、探索积极性，进行改革创新，进而实现提高教学质量，激发学生学习热情，培养学生创新能力，实现综合发展，成长为适应社会发展的应用型人才[6]。“三维CAD 造型”是一门内容充实、可以很好地与实际案例相结合的课程，结合课程培养目标，从以下几方面进行非标准答案试题考试改革。

2.1 非标准答案考试的内容

首先，优化课堂教学的过程评价指标，综合成绩构成中，过程性考核比重由原来的50%调整至60%。注重学生平时的课前预习、课堂表现，随堂测试、及学生自评、互评等环节，各环节的分值最终折算进总成绩。重视过程性评价能充分发挥学生学习的主观能动性，在认知的过程中逐步实现模型知识、三维造型软件的运用及建模能力的掌握。其次，改革课堂成绩评价体系，由以前的标准答案评价改革为非标准答案评价。“三维CAD 造型”课程平时作业、期中和期末试题设置一定比例的开放性试题，不再进行以往统一命题，而是学生根据考试主题自主设计产品，模型尺寸和建模方法自定。建模知识的理解和运用作为重点考核内容，而培养学生分析问题、解决问题的能力，创新意识等，也是课堂考试重点关注的内容。再次，设置综合开放性合作项目，根据学生个性化差异进行分组协助，完成项目调研、设计、装配、答辩等整个环节。团队合作项目有助于充分发挥团队成员的特长和才智，培养学生的集体意识，强化其团队协作能力。

2.2 具体实施步骤

多元化的实践创新部分，是“三维CAD 造型”课程创新性的组成部分。设计实践项目以每章的知识点为基础，学生通过完成从图纸绘制、产品造型到装配的整个设计过程，在模型设计创建过程中，实现巩固课堂知识，从而提高学生设计思维，创新能力。相关项目涉及的实践作品简单说明见表1。

（1）基础知识应用环节。此环节同学们需要把课堂上的理论知识有机的使用，在实践环节中，每个试题都是开放的，无论二维图纸，还是三维造型应用，或者更为复杂的曲面设计，在实验指导书中都没有现成的例子可以参照，更多的是每个试题都需要学生根据课堂教学内容进行组合，该试题更多的是考察学生的基础知识掌握层次。

（2）能力提升环节。经过基础知识的学习，学生已经初步掌握了三维CAD 技能应用，因此该阶段的试题设置更具有开放性，在实践环节中，指导教师提出需求，规定好应用场景等一些限制条件，同学们依据掌握的知识，根据场景需求，完成设计，比如说个性化收集茶壶，台灯等。

（3）创新应用环节。在此环节中，除了需要考察学生的能力层次，更多的是考虑学生的团队合作及创新能力。因此该环节试题设置，极具开放性。在实践环节中，指导教师提出工程应用场景，提出需要解决的实际问题，学生需要组合队伍，分析场景需要，根据需要解决问题，提出解决方案，完成设备选型、设计、装配等一系列环节。因工作量问题，团队中需要各司其职，协同完成。合作的过程中，发现问题，解决问题，最终还要完成项目，结题达标。

2.3 考核方式

非标准答案考试的改革从根本上说是教学的改革，将传统“三维CAD 造型”以教师为中心的讲授模式翻转以学生为中心的启发式教育。在课堂教学中增加课堂讨论、师生互评、生生互评等环节，鼓励学生另辟蹊径，勇于探索新思路，促使学生养成终身学习的好习惯[7]。

考核形式：采用开放式项目试题，如手机支架、台灯、高铁站台雨棚全自动测量仪、供电线桩、升降台总装的设计等。

过程考核：侧重于学生项目设计、零件外观造型、装配设计、工程图规范设计、团队合作等能力的考察。

非标考核设计：考题出发点为解决实际项目问题，考题为项目实施过程中涉及的CAD 造型部分，题目具有一定的综合性，分别涉及图纸绘制，造型，装配，项目答辩等。

课程评分标准：总成绩=平时成绩60%+期末考试40%，其中平时成绩由四部分组成，分别为考勤、课堂表现、作业和综合设计，具体分值分布如图1 所示。

图1 非标准答案考核评分标准

3 考核评价指标

应用“三维CAD 造型”课程非标准答案考核，可以达到以下效果。

3.1 提升综合知识运用能力

传统“三维CAD 造型”课程以知识点为主线构建知识体系，各章节的考核相对较为独立。非标准答案考核试题的设计，涵盖了二维草绘截面绘制、三维造型特征创建、组件装配设计、模型渲染及工程图设计等，能综合考查学生知识点的运用。学生需要自我审核设计项目，查漏补缺，逻辑缜密，环环相扣，要求模型间尺寸相互配合，从而有效提升学生的综合考核能力。

3.2 加强过程性考核评价

与传统单一化、标准化考核不同，非标准化考核答案不固定，试题解答灵活，开放性强，学生可根据自己想法设计作答，自主发挥的自由度高。考核过程中注重对学生态度、协作精神、阶段性学习成果等多因素、多形式化考核，侧重于对学生认识过程和实际能力形成的监督和评价。开放性试题需要学生根据考核主题选择模型项目，事先做零件设计分析，充分考虑各零部件的运动仿真和装配关系，在保证任务完成的前提下，中途的设计过程也纳入考核体系。

3.3 培养团队协助能力

传统标准化答案考试，学生试题相同，各自独立完成，不涉及相互间的交流合作。而非标准答案考核项目分组作业由三至四人组成一个小组，合理利用组员的知识和技能协同工作，解决问题，达到共同的目标。团队负责人在重要决策点，如选题方向、模型构建等出现了意见分歧时，要具备协调能力，合理统筹团队间的各项事宜。通过分组作业，加强同学间交互合作，有利于集体意识和团队合作意识的培养[8]，以更快适应今后的工作岗位。

3.4 双创教育相结合

“三维CAD 造型”主要针对的是产品的设计开发，与创新创业教育结合密切。因此学生参加过的创新创业项目可以作为教学案例，比如“全国大学生机械创新设计大赛”“中国大学生工程实践与创新能力大赛”“全国大学生先进成图技术与产品信息建模创新大赛”“全国三维数字化创新设计大赛”等。创新创业项目紧贴行业前沿，涉及多学科的交叉融合，有助于提高学生综合应用知识的能力[9]。这些教学案例可以完善修改，整合成教学案例库，通过实践案例的学习，将理论知识与实践操作有机结合。

4 考核改革的实践反馈

2022-2023 年第一学期，智能制造学院的机械设计及其自动化专业实施了非标准答案课程考核改革试点，并对改革效果进行了统计分析，表2 和表3 分别是传统教学班和改革试点班的成绩分布情况。

表2 传统教学班成绩分布

表3 教学改革班成绩分布

从表2、3 可看出，改革班考核成绩总体平稳，总评成绩平均分83.95，在良好以上，最高分91 分，最低分64 分，优良率92.31%，标准差3.64。传统教学班总评成绩平均分81.08，最高分86 分，最低分37 分，标准差6.53，成绩悬殊较大。通过数据对比可知，班级总评成绩、最高分、标准差等改革班均优于传统教学班，说明学生能够适应教学改革方法，有能力完成教师布置的各项任务。

课程结课后，对改革试点班进行了问卷调查，分别统计了学生对非标准答案考试考核方式、考核内容、考核成绩的满意程度。从图2 可知，绝大部分同学比较欢迎开放性的教学，认为千篇一律的试题体现不了当代年轻人的活跃思维。在设计模型中，开放性试题给了学生足够的发挥空间，能将自己感兴趣的产品通过造型软件呈现出来，极大满足了课程学习的成就感。

图2 学生对非标准答案考核的满意度

图3 针对的是非标准考试教学过程中对于能力提升的问卷统计。其中逻辑思维能力、创新能力在该课程提升明显，读图能力、空间想象能力、团队协作能力的提升认可度也均在60%以上。

图3 学生对课程学习后能力提升的调查

实践证明，非标准答案考试改革对“三维CAD 造型”课程教学的评价更加的科学全面，更贴近新形势下对地方复合型、应用型人才培养的要求。有助于增强师生、生生间的互动交流，提高学生解决复杂实际工程问题的能力。开放性项目分组综合设计在培养学生团队协作能力和创新能力方面，具有本身独特的优势。从教学改革学生反馈结果可看出，此次改革试点达到了预期的设定目标，对于类似实践类课程具有一定的参考价值。