数字化背景下过程性评价体系在工程训练教学中的研究与实践

高 攀，邹 胤，徐 杰，林 艺

（广东技术师范大学 工业中心，广东 广州 510665）

0 引言

工程训练是工科学生最为重要的实践课程之一，让学生在实践中锻炼动手能力和创新思维，车、铣、刨、磨、钳工、数控、机器人、3D打印等是金工实践的主要内容，通过训练可以更加全面了解金属的传统加工技术，及目前较先进的生产制造技术.

目前，随着劳动力成本的上升和数字化技术的普及，工业4.0、互联网+的概念也越来越深入人心，为了推动产业变革，实施创新驱动发展的战略，教育部高等教育司发布《关于开展新工科研究与实践的通知》[1]，新工科提倡学科的交叉性、综合性，强调新技术、新工艺、新方法在实训中的体现和融合，许多高校纷纷响应号召，深入研究了工程实训的教学内容、教学方式等，指出了目前存在的问题，并提出许多建设性的建议，指明了后续应进行改革的方向[2-4]，但是在评价方式以及具体操作层面，却鲜有研究，工程实训不同于理论课堂教学，其着重强调理论知识在实践中的应用和动手能力，加上实训时间有限，仅完成规定的作品拿到成绩并非最终的目的，让学生了解加工设备（车、铣、刨磨、钻），认识设备的加工范围和加工类型，掌握设备的基本操作方法，树立工件加工的工艺和尺寸概念，树立工程意识和创新思维等，这些才是工科学生更应该掌握的.

本文尝试从工程训练的评价体系入手进行探索性的研究，在评价体系中引入数字化的技术，建立过程性评价方法，其核心思想是以学生为中心，评价方式作为贯穿始终的指引，将评价纳入到作品的制作中，摒弃传统的只注重实操结果的考核，形成过程性的评价方法，作品作为一个载体，在制作过程中，学生不仅熟练掌握了设备的操作，工量具的使用，同时建立工艺概念，具体做法是学生依据图纸要求制作作品，测量尺寸同时得知当前项目得分，在改进中不断完成工件，提高学生的参与度和积极性，有效提升学生的动手测量能力.

1 存在的问题

目前工程训练是机械、材料、交通、汽车类等工科专业最为重要的在校实践环节之一，主要涉及机械制造技术、金属加工方法、公差与配合、工艺过程、设备操作技术等相关方面的内容，是将理论知识与实践结合的良好平台.多数高等院校工程训练大都包括车、铣、刨、磨、焊、热处理等传统制造工艺，一些高校近年来引入机器人和3D打印机等先进设备，进一步提升实训的范围和自动化水平[5].但是面对今年来国家提倡的新工科、互联网＋、智能化产业升级趋势，实训内容与现实之间显然还存在较大的差距，从教学实践和调查来看，仍存在如下几个方面的问题：

（1）实训时间压缩

随着新课改的推行，工程训练时长不断被压缩，从最初的一个月到现在的2～3周，实训接触的工种也有所减少，学习时间的压缩，造成学生理解不深，不能很好地将理论向实践操作转化，具体表现就是图纸理解不深、无工艺流程概念、无尺寸公差概念、操作动作不标准、成品不符合要求等.

（2）评价方式工作量较大

目前大多数院校工程训练的评价方式依然是学生完成作品，老师依据图纸要求，一个个测量相应的尺寸，给出最终的成绩，显然此种评价方式老师工作量较大，且在学生实训过程中不能发挥指导性的作用，学生只是单纯的完成作品，没有更改的机会.以钳工为例，如图1所示为锤头的示意图，需要锯、搓、划线、倒角等工艺，如图2所示为最终的评价指标，包括12个关键尺寸和公差，另外还有整体外观和安全教育等，评价工作量较大，且从学生实习报告来看，学生对于最终得分也存在疑惑，评价方式不能有效指导工艺过程.

图1 钳工实训作品示意图

图2 钳工实训作品关键尺寸图

（3）工艺过程认识不清

从学生制作过程来看，多数学生没有工艺流程的概念，没有或者较少考虑工序之间的关联性，造成满足了这个尺寸，却又影响其他的尺寸不能满足要求.从学生实训效果来看，多数学生并没有建立起工程思维，最终成型作品只是形似，多项尺寸不能满足公差要求.以钳工为例，实训过程中，即便老师已经讲解得非常详细，但是学生的认识分为三个层次，第一层是个别学生仍然没有具体的思路，看着周围的同学做什么，自己也跟着去做；第二层是大多数同学听完老师的讲解，对于制作过程有一个整体性的认识，能够大体按照工艺流程去制作，中间遇到问题再去咨询老师；第三层是学生有比较详细的工艺流程概念，按照流程一步一步地完成整件作品，但是由于工具使用熟练程度会造成成品的一些瑕疵.

2 问题分析以及解决方案

工程训练是工科学生在大学期间的第一次实践训练，其理论知识在实践中的应用经验还有所欠缺，工艺流程概念模糊，工程思维并未完全确立，加上实训时间有限，学生在完成作品过程中，并不能严格按照工艺流程进行制作，并且多数学生都是第一次接触设备和相关工具，并不能熟练应用，造成最终作品尺寸不能满足要求.

任课教师评价工作量大，一方面是实训学生人数较多，学生基础参差不齐，现场课堂讲解不能照顾到每一个学生，另一方面学生每人完成一件作品，每一件作品的要求尺寸较多，以钳工为例，每一个作品要求12处测量尺寸，造成评价工作繁重.

就教学实践中经验，针对以上问题，结合目前的数字化趋势，从评价体系入手，以学生为中心，让学生在作品完成过程中全程参与，具体解决方案和思路如下：

首先加强课前预习，课前学习相关设备原理、操作方法和工具使用技巧，依据图纸要求思考工艺流程，并小组讨论工艺流程的合理性，提高课堂教学的效果.

其次建立过程性评价体系，由于学生实训时间不足，对工程实训认识水平相对较低等客观条件的限制，仅仅通过课堂讲解仍不足以让多数同学完全掌握，同时教师的工作量也较大，基于此建立一个实时反馈的过程性评价体系，主要方式是在现有基础上引入数字化技术，适当调整实训教学方法，针对每一个实训班级，建立一个网络共享的数字媒体文档，其包含图纸以及评价准则、工艺流程、工量具操作要领、数字评分系统等，如此学生便清楚评分准则，也可以知道当前应采取的工艺步骤，并且在制作作品过程中也能得知当前项得分和扣分原因，此评价体系可解决学生实训时间短，水平参差不齐的客观问题，当学生有不明白的地方，结合图纸和工艺流程便可以得知应采取的工艺，同时，当学生完成作品，学生自己测量尺寸并填入评分系统相应项表格中，任课教师给整体形状和安全生产项打分，便及时得知当前项得分和总成绩.

过程性评价系统不仅可指导学生遵守工艺流程，提高各种工量具的使用技巧，学中做，做中学，而且自己的努力也有直接的及时的反馈，大大增加学生的参与度和积极性，老师也可以从繁重的评价工作中解脱出来，可以有更多的精力放在教学中，对学生进行针对性的指导，除此之外笔者也建议适当增加工程训练时间，如此学生便可以接触更多金属加工工艺，对各个加工方法形成全面而整体的认识.

3 过程性评价体系建立

针对前文所述问题和相应解决方案，关键是建立实时过程性评价体系，需满足三个方面的要求，第一是指导性，学生能依据此评价体系，非常清晰评分准则和工艺流程，能够按照工艺流程一步步完成作品，明确得分点和扣分点；第二是实时性，学生在制作成品的过程中，可及时查看工艺流程和操作技巧，各关键尺寸在接近目标尺寸过程中，此项成绩和总成绩可及时查看，实时看到努力得到反馈，提升积极性；第三是客观性，每一个目标尺寸单独计分，评分系统通过学生测量尺寸给出每一项成绩，公正客观的得到总成绩.

3.1 评价规则

以钳工为例，如图2所示为钳工所需要完成的锤子关键尺寸图，总共包含12个关键尺寸.

1）22mm×22mm的毛坯需要采用锉刀加工至21.5mm×21.5mm，每一个尺寸4分，每超过0.04扣1分，规则如下：

式（1）中C1为第一个21.5mm尺寸得分，d1为对应的实际测量尺寸，式（2）中C2为第二个21.5mm尺寸得分，d2为对应的实际测量尺寸，TRUNC为取整函数，MAX为取大函数.

2）110mm毛坯长度尺寸，需要采用锯和锉加工至105mm，分值4分，每超过0.04扣1分.

式（3）中C3为110mm尺寸得分，d3为对应的实际测量尺寸.

3）10mm的锤尖高度尺寸，需要采用锯和锉加工，分值4分，每超过0.04扣1分.

式（4）中C4为10mm尺寸得分，d4为对应的实际测量尺寸.

4）55mm长度尺寸，需要采用锯和锉加工，分值4分，每超过0.04扣1分.

式（5）中C5为55mm尺寸得分，d5为对应的实际测量尺寸.

5）28mm倒角长度尺寸，需要采用锯和锉加工，四个倒角分值8分，每一个2分，每超过0.04扣1分.

式（6）中C6为28mm尺寸得分，d6为对应的实际测量尺寸.

6）B面与基准面A之间的垂直度0.1，分值4分，每超过0.05扣1分.

式（7）中C7为垂直度尺寸得分，d7为对应的实际尺寸.

7）与基准面A之间的平行度0.1，分值4分，每超过0.05扣1分.

式（8）中C8为垂直度尺寸得分，d8为对应的实际尺寸.

8）C面与基准面A之间的垂直度0.1，分值4分，每超过0.05扣1分.

式（9）中C9为垂直度尺寸得分，d9为对应的实际尺寸.

9）与基准面C之间的平行度0.1，分值4分，每超过0.05扣1分.

式（10）中C10为垂直度尺寸得分，d10为对应的实际尺寸.

10）8个3×45°倒角，分值8分，每超差一处扣1分.

式（11）中C11为倒角得分，d11为合格倒角个数.

11）3.2粗糙度的要求，分值8分，每超差一处扣1分.

式（12）中C12为粗糙度得分，d12为粗糙度满足要求的表面个数.

12）其余安全文明以及整体形状，分值总共40分，老师依据作品完成度酌情扣分.

3.2 过程性评价体系建立

基于上述评价规则，结合前文所述的评价体系应所具有的特性，仍以工程训练中钳工要求学生做一把锤头为例，依托在线协作文档，建立过程性评价体系，具体包含三个方面的内容：

工程图纸以及评分准则，以明确需要完成的工程图纸，及确定考核项和评分准则，如图4所示.

图4 工程图纸和评分准则

工艺流程示意图，便于学生制作过程中随时查看工艺流程，强化工艺概念，如图5所示，通过工艺流程图可以得知制作过程中应采取的工艺和步骤，拿到毛坯，首先做基准面，然后按照图纸要求划线，锯割斜面和平面，锉削锯割面达到要求尺寸，最后倒角划线并锉削倒角，完成整个工件加工.

图5 工艺流程示意图

评分系统，评分系统是过程性评价体系主要组成部分，如图6所示，每一列对应图4评分准则中的一栏，填写实际测量尺寸，便依照预先设定的函数，得到当前项成绩和总成绩；如此学生可以就扣分项进行整改，成绩在作品制作、测量、整改中不断得到提高，有效提升了学生的参与度和积极性，同时学生的测量技能也能得到很好的提高.例如第三项为锤子长度105±0.12mm，总分4分，1号同学完成最终尺寸是104.85mm，则会扣去1分，此项最终得分为3分；2号同学完成最终尺寸为105.1mm，得4分；3号同学完成最终尺寸105.2mm，则会扣去2分，此项最终得分为2分.其他项都是按照3.1所示规则进行评分，其中整体外观和安全评分由任课老师进行打分，主要依据作品的完成度，以及课堂安全生产文明生产的要求进行打分，最终各项得分之和便是总成绩.

图6 评分系统示意图

4 过程性评价体系在实践中的应用效果

依据前文所述的过程性评价体系，在课堂教学中进行实践，观察评价体系在课堂教学和学生实践中的效果，仍以钳工为例，通过将近三个月的课堂实践，取得了良好的有益效果，学生反馈较好，主要有以下几点：

（1）学生更加理解工艺流程，及前后工艺之间的相互关系，树立了工程意识和工艺概念；

（2）完成作品过程中可随时查看当前应采取的工艺步骤；

（3）依据当前作品的完成度实时评估当前成绩，形成闭环反馈，提高学生的参与度和实训积极性；

（4）有效提高学生的测量测试能力，主要包括工量具使用技术和尺寸测量技术，例如游标卡尺、千分尺、直角尺、塞尺等的使用，及平行度和垂直度的测量等；

（5）简化评分工作量，评分更加客观，为评价工作提效增质；

仍以钳工为例，某班级一共有30人，采用该过程性评价体系，其最终作品成绩如图7所示.

图7 某班学生成绩

5 总结

本文从本科高校的工程训练评价体系入手进行探索性的研究，引入数字化技术，建立可量化的过程性评价体系，此体系包含过程和结果两个方面的内容.从过程上来看，学生可知道应采取的工艺步骤，并理解前后工艺流程之间的关系，学生严格按照工艺流程进行生产，对于做完做好作品形成有力的保障；从结果来看，依据评价模型所搭建的评分机制，让学生自己成为作品的设计者和评价者，学生可实时看到分数在努力中不断提高，形成闭环的反馈效果，为评价工作提效增质，同时有效提高了学生实训的参与度和积极性，为相关类型的工程实训改革尤其是评价体系革新提供借鉴和参考.