Automaattinen mallinnustehtävien tarkastus konetekniikan CAD-opetuksessa

Abstract

Automaattisia tehtävien tarkastustyökaluja käyttämällä opiskelijoille on mahdollista antaa palautetta tehtävistä välittömästi niiden palautuksen jälkeen. Järjestelmät vähentävät opetushenkilökunnan rutiininomaiseen työhön käyttämää aikaa ja mahdollistavat opiskelijoiden suoritusten viiveettömän seurannan. Verkossa toimivien tehtävien tarkastustyökalujen ja oppimisympäristöjen kehitys liittyy myös MOOC-trendiin, jossa yliopistot ovat avanneet verkkoon kaikille avoimia automaattisesti toimivia kursseja.

Ohjelmoinnin opetuksessa on jo pitkään käytetty opiskelijoiden tehtäviä automaattisesti tarkastavia ohjelmia. Tässä työssä tarkasteltiin mahdollisuuksia toteuttaa vastaava automaattinen tarkastusjärjestelmä konetekniikan alan CAD-opetuksen mallinnustehtävien tarkastukseen. Työ sisältää kirjallisuuskatsauksen konetekniikan CAD-opetuksen nykytilaan, kolmiulotteisen tiedon tallennuksen ja vertailun teoriaan sekä nykyisiin oppimisympäristöihin ja automaattisiin tarkastusjärjestelmiin. Työssä määritellään mallinnustehtävien tarkastusprosessi, kartoitetaan vaihtoehtoja automaattisen tehtävien tarkastuksen toteuttamiseksi ja valitaan tekniset ratkaisut automaattisen tarkastusjärjestelmän prototyypin toteuttamiseksi.

Osana työtä toteutettiin tarkastusjärjestelmän prototyyppi, jota kokeiltiin onnistuneesti Aalto-yliopiston CAD-kurssin tehtäväkierroksella. Järjestelmän toiminnasta ja opiskelijoiden oppimiskokemuksista toteutettiin kyselytutkimus, jossa opiskelijoilta saatiin samansuuntaisia tuloksia kuin aikaisemmissa tutkimuksissa: ajasta ja paikasta riippumatonta tehtävien palautusmahdollisuutta pidetään tärkeänä. Käyttökokemusten ja kyselyn vastausten perusteella esitetään järjestelmään parannusehdotuksia.

Automatic exercise assessment tools can be used to give instant feedback from submitted exercises to students. Automatic assesment tools also reduce the amount of routine work of the teaching staff and enable real time tracking of students’ progress. The development of automatic exercise assessment tools also relates to the MOOC trend, in which universities have opened open online courses.

Automatic exercise assessment has been used for a long time in the education of computer programming. In this master’s thesis the possibility to implement a similar system for automatic assessment of mechanical engineering CAD exercises is studied. The thesis contains a literature review on CAD education in general, existing automatic online learning environments and automatic assessment systems and the structuring and comparison of 3D information. The literature review also assessess different techical possibilities for implementing an automatic assessment system.

As a part of the thesis, based on the literature review results, a prototype automatic assessment system was implemented for use on Aalto university mechanical engineering CAD courses. The system was successfully tested on a master’s level CAD course and a survey assessing the functioning of the system and learning experiences was conducted as a part of the research. Improvements are proposed to the system based on the user experience and survey results.