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

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.