新時期中職《機械CAD》教學中融入STEM教育理念

[摘要]隨著社會高新技術的不斷大量運用，需要學校大量培養(yǎng)應用型人才，機械CAD教學中應該緊跟時代進行改變和創(chuàng)新。從自身多年從事機械CAD教學心得出發(fā)，首先闡述STEM教育理念與機械CAD教學的融合，培養(yǎng)出高素質綜合型人才;并結合校企合作開展讓學生能在在校期間就有機會進入企業(yè)實習，理論知識與工程實際結合，深刻領悟企業(yè)對人才的需求與要求，能在今后的工作中很快與企業(yè)對接，對學生專業(yè)技能掌握有較好的激勵效果。希望能對中職學校機械CAD教學工作能有所幫助。[關鍵詞]STEM教育理念;綜合型人才;機械CAD;校企合作一、傳統(tǒng)教學方式與現階段機械CAD教學的不足與弊端（一）傳統(tǒng)教學方式需要變革師者，傳道授業(yè)解惑也。教師根本職責是傳道。其一，教師需要引導學生靈活運用知識，并能開拓創(chuàng)新;其二，教師傳道授業(yè)解惑需要遵循教育和學習規(guī)律。長期以來，我們的教育偏離了傳道的根本，更多精力在授業(yè)和解惑，學生學習變得僵化;教學方式單一，教師一言堂。當今社會，是信息化飛速發(fā)展的時代，社會對人才的需求也發(fā)生根本性的變化。新時代，社會需要有知識又有技能的人才，教師應該嚴肅認真，盡職盡責，努力變革，改變教育教學方法已是當務之急。（二）現階段機械CAD教學需要變革1.CAD課程缺乏系統(tǒng)性機械CAD課程涉及機械制圖、計算機軟件技術等多個學科知識，是一門技術性較強的專業(yè)學科，在教學過程中應當做到實踐訓練和理論基礎知識教學并重。然而中職學校目前機械CAD教學依然存在僅注重技能訓練，缺乏學科之間的滲透和橫向聯(lián)系，在整體課程體系設計方面也并沒有強調實用性和系統(tǒng)性，機械CAD課程體系沒有充分體現時代性。2.教學模式落后計算機輔助教學隨著多媒體技術的發(fā)展成為機械CAD教學的主要手段，然而對于實踐性較強的機械CAD教學來說，計算機的各項功能沒有被充分利用;從現代企業(yè)對工程技術人員專業(yè)素質的要求來看，機械CAD雖然信息量較大，但是僅掌握這些內容是遠遠不能適應企業(yè)的實際需求的[1]。3.教學內容陳舊機械CAD知識的更新速度很快。比起幾乎每年都要出新版本的AUTOCAD軟件，機械CAD課程的教材中職學?？赡軒啄甓疾粨Q。此外由于教材內容沒有和實際生產相結合，學生學習興趣下降，課程教學的內容生動性不足，這種教材無法提升機械CAD教學的質量，對于專業(yè)性較強的知識學生根本無法深入學習，教學只是詳細介紹機械CAD軟件各種命令，不利于中職學生的全面發(fā)展[2]。傳統(tǒng)的教學方式及機械CAD教學里，教師一言堂傳授新知識，學生聽課掌握知識，練習完成作業(yè)。即使機械CAD大賽，也是讓參賽選手抄繪圖紙，比賽的是機械CAD繪圖速度。學生綜合運用知識能力缺失，更別說激發(fā)學習積極性，鼓勵學生靈活運用知識，開拓創(chuàng)新。二、機械CAD教學與STEM創(chuàng)新教育教學理念的融合STEM是科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）和數學（Mathematics）四門學科的簡稱，STEM教育理念重點在于強調各個學科之間的交叉融合。在科學、技術、工程、數學之間存在著互相支撐、互相補充、共同發(fā)展的關系。要了解它們，尤其是它們之間的關系，應當在交互中，在相互的碰撞中，才能實現深層次的學習和理解性學習，也才能真正培養(yǎng)學生各個方面的技能和認知。STEM教育將學科之間的壁壘打破，把從前學生被動學習的過程轉化為探究學科之間相互聯(lián)系的過程。STEM教育教學理念的教學是有經驗可循的，經驗就是：（1）讓探索發(fā)現成為學習的動力。（2）教師引導學生獨立學習，盡量放手不管。（3）問題就是答案（你進行了什么嘗試，你觀察到什么，你覺得這樣做如何，你是怎么知道的，你覺得為什么會出現這種情況等等）[3]。顯然，STEM教育理念尤其適合我們的中職學生。只有當中職學校老師能將STEM教育理念引入學科課堂中，才能為學生的學習織出絢麗多彩的畫卷。如何把機械CAD教學與STEM教育進行完美結合，就需要教師在機械CAD教學中多思考，教學方法的選用靈活多變，案例選擇、項目提出等多下功夫進行設計。為了保證基于STEM教育理念的機械CAD教學切實有效，學生在學習過程中不僅要掌握機械CAD學科的知識和能力，同時還要提高STEM素養(yǎng)。（一）平時課堂中機械CAD教學與STEM教育的融合在機械CAD學科中融合STEM教育理念需要教師積極擴充與引導，以問題為導向，將課堂交給學生，在平時課堂中始終融合STEM理念。如講解圖形編輯命令時，教師在課前先在學習群里發(fā)布預習任務：在群里發(fā)布一個軸承座零件的圖片，由學生自發(fā)組成小組進行談論。任務一，要求學生運用已學知識繪制軸承座三視圖;任務二，要求學生在慕課網站自學編輯命令，并嘗試利用編輯命令再次完成軸承座三視圖。任務三，對幾種繪制方法進行對比，要求說明對比結果。課堂上，第一，先由學習小組展示預習任務的三項作業(yè)：第二，分別請幾位學生繪制該軸承座三視圖，一個學生運用先前學習的繪圖命令，一個學生運用復制命令，一個學生運用鏡像命令，一個學生利用陣列命令，其他同學當場看效果，同時教師也在學生繪圖時發(fā)現他們預習時存在的缺漏，上課時就能有的放矢地講解今天需要講解的新課;第三，教師講授：經過對比，學生已然發(fā)現編輯命令的妙處，所以極大程度地激發(fā)了學生的學習積極性，學習效果可以提升百倍。教師講授的新課，更多的是解釋重點，比如對象選擇，比如對話框中的各個命令的意義等等，學生往往不注重對話框的提示，也不細細追究對話框各選項的意義，而只有真正掌握這些邊邊角角的注意點，才是真正意義上完全掌握這些命令;第四，訓練，這是最重要的環(huán)節(jié)。學習了這么多編輯命令，如何最迅速完成繪圖，需要懂得選擇最佳命令。比如，一個圓周上均勻分布十一個圓，用哪個編輯命令呢？再如左右對稱的一個復雜形體，又該選用哪個編輯命令呢？顯然，學會運用編輯命令不是根本，根本是學會選擇編輯命令，最快又準確地完成繪圖。學生會發(fā)現，各種編輯命令的運用速度大不相同，而且繪制的方法變得多種多樣，大大提高了學生的學習熱情與積極性。課后，教師布置作業(yè)，再次鞏固課內知識，作業(yè)分成三個等級——初級，中級，高級。學生根據個人掌握程度完成作業(yè)，以提高命令的熟練度，提高制圖速度。這就是STEM理念在平時教學中的融合。教師善于提出問題，學生積極配合，讓學生在學習中找到樂趣，興趣是一切學習的根源。在這種由教師提出問題，學生主動查閱相關資料、設計方案、解決問題的過程中，學生不僅能掌握機械CAD學科的知識，而且學生的綜合能力和STEM綜合素養(yǎng)都會有質的提升，培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識的同時也為高素質人才的培養(yǎng)打下了基礎。（二）課程結束大考核機械CAD課程安排課時是一個學年，在課程結束前兩周是這樣安排的：每個班級分成兩個小班，一個小班到企業(yè)實踐一周（校企合作），一個小班結合STEM素養(yǎng)理念，完成一個綜合任務。這個任務就是拆裝臺虎鉗，測繪，最后用機械CAD繪制完成臺虎鉗的零件圖及裝配圖（STEM素養(yǎng)的綜合測評）。一周后小班交換任務。學校里有鉗工實訓室，部分舊的臺虎鉗已經換新，這部分就成為我們的實驗品。學生自由組合六人學習小組，最后完成任務時每個同學必須有一套圖紙。任務一，完全拆開臺虎鉗，拆分出各個零件。任務二，對各個零件進行測繪，學生需要測量零件的所有尺寸，并手工繪制零件視圖（必要時需要采用各種視圖，剖視圖或斷面圖及其他表示方法正確完整表達零件）并標注尺寸。任務三，機械CAD完成零件圖。利用機械CAD繪制的零件圖要求完整合理清晰，內容包括：（1）需要一組圖形正確、完整、清晰地表達零件;（2）需要正確、完整、清晰、合理地標注出組成零件各形體的大小及其相對位置尺寸;（3）需要技術要求，如尺寸公差、形位公差、表面粗糙度、熱處理及其他特殊要求等。任務四，重裝臺虎鉗，學生需要借鑒鉗工實訓室里裝好的臺虎鉗，重新組裝臺虎鉗。任務五，完成臺虎鉗裝配圖。機械CAD繪制臺虎鉗裝配圖。內容包括：（1）一組視圖，采用各種表達方式準確完整、清楚簡便地表達臺虎鉗工作原理、結構、零件之間的裝配關系、連接方式和零件的主要結構形狀等;（2）尺寸標注，裝配圖上應注出臺虎鉗有關規(guī)格、安裝、外形、配合和連接方式等方面的尺寸;（3）技術要求，用文字或符號來說明臺虎鉗的性能、裝配和使用等方面所必需滿足的技術條件;（4）零件的序號、明細欄和標題欄。學生需要完成的這項任務是綜合任務，對于中職生讓他們繪制零件圖尚可，若還需完成裝配圖對他們而言是個難題，他們需要查閱相關資料，利用信息化資源搜索與臺虎鉗有關的信息，同時要求深刻領悟臺虎鉗的工作原理，部件之間的裝配原理等等以及公差與配合、連接方式等知識。當學生完成這項任務之后，他們對曾經學過的知識，包括機械制圖、公差與配合、機械原理、機械CAD等基礎知識和專業(yè)知識能夠有更多思考、體會與領悟，對所學知識能相互連接，融會貫通。這也是STEM教育理念的精髓。（三）校企合作，STEM理念再升華我校與廈門匯識科技咨詢有限公司校企合作，匯識科技咨詢公司是Autodesk授權培訓服務及考試中心，Autodesk福建教育行業(yè)總代理。機械CAD課程結束前兩個星期，學生分成兩個小班，一個小班在校進行拆裝臺虎鉗，繪制臺虎鉗零件圖及裝配圖，而另一個小班由教師帶隊到匯識公司進行機械CAD培訓，提升專業(yè)能力。第一，學生按照企業(yè)上班下班時間，不遲到不曠工，學習企業(yè)人員嚴格遵守企業(yè)規(guī)章制度，培養(yǎng)崗位意識與責任感;第二，接觸企業(yè)，深刻體會企業(yè)對人才的需求，包括職業(yè)道德、團結協(xié)作能力、待人接物、個人素養(yǎng)等等，看到差距才會努力追求進步;第三，參與繪制企業(yè)實際工程圖紙，真正體會嚴謹細致制圖態(tài)度的重要性，同時速度、效率也是硬核，學生必須努力提高繪圖速度，才能滿足企業(yè)的實際需求;第四，在繪制工程實例的過程中，迅速提高學生讀繪零件圖和裝配圖的能力，為將來走上崗位打下扎實基礎。為期一周的校企合作實踐，學生收獲頗豐，不僅將在校期間學到的機械專業(yè)學科專業(yè)知識在企業(yè)中得到運用，機械CAD技能也得到最大限度的提升，同時更深刻領悟社會對人才的要求，從而明確努力奮斗的重要性，為今后的努力找到方向。隨著科學技術的不斷創(chuàng)新，社會的不斷發(fā)