于STEAM教育理念的中職機(jī)械制圖教學(xué)模式探究摘要：STEAM是一種注重學(xué)科交叉、以培養(yǎng)復(fù)合型人才為目標(biāo)的新型教育。STEAM理念中跨學(xué)科、融合性等特征與國(guó)家所提倡的培養(yǎng)復(fù)合型、創(chuàng)新型職業(yè)技能人才高度契合。本文將STEAM的教育理念和機(jī)械制圖實(shí)訓(xùn)教學(xué)相結(jié)合，著重探討STEAM在機(jī)械制圖實(shí)踐中的零部件測(cè)繪和CAD成圖技術(shù)的應(yīng)用，通過(guò)與機(jī)械制圖傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)教學(xué)的比較，發(fā)現(xiàn)STEAM教育顯著提高了機(jī)械制圖實(shí)訓(xùn)教學(xué)質(zhì)量。關(guān)鍵詞：STEAM理念；中職機(jī)械制圖；零部件測(cè)繪與CAD成圖技術(shù)習(xí)近平曾指出：“我們比歷史上任何時(shí)期都更接近實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的宏偉目標(biāo)，也比歷史上任何時(shí)候都更加渴求人才”?！秶?guó)家職業(yè)教育改革實(shí)施方案》提出，要把職業(yè)教育作為一項(xiàng)重要的工作，著力培養(yǎng)實(shí)踐能力強(qiáng)、職業(yè)素養(yǎng)高的技術(shù)從事人員。相對(duì)于普通高中的學(xué)生，中等職業(yè)學(xué)校的學(xué)生的培養(yǎng)目標(biāo)更注重技能型人才的培養(yǎng)。STEAM注重多學(xué)科、多領(lǐng)域知識(shí)的綜合運(yùn)用，以培養(yǎng)高素質(zhì)、高技能的應(yīng)用型人才。STEAM課程倡導(dǎo)基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)，包括以下六個(gè)方面：基本問(wèn)題、方案設(shè)計(jì)、工作方案、項(xiàng)目管理、最后的成果和反饋。通過(guò)對(duì)STEAM五個(gè)專(zhuān)業(yè)的綜合知識(shí)的學(xué)習(xí)，提高學(xué)生解決問(wèn)題、創(chuàng)新思維、協(xié)作共享的能力。一、STEAM教育理念的基本內(nèi)涵STEAM教育是由科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、藝術(shù)（Arts）、數(shù)學(xué)（Mathematics）五門(mén)學(xué)科的相互融合。STEAM素養(yǎng)包括科學(xué)素養(yǎng)、技術(shù)素養(yǎng)、工程素養(yǎng)、藝術(shù)素養(yǎng)和數(shù)學(xué)素養(yǎng)。通過(guò)對(duì)五個(gè)科目的相互關(guān)系的探究，可以促進(jìn)學(xué)生的創(chuàng)造性思考，從而解決現(xiàn)實(shí)生活中的問(wèn)題。如圖1所示。從圖中可以看出，STEAM教育非常注重人的終生教育，并且將其置于最高位置，這與《國(guó)家職業(yè)教育改革實(shí)施方案》中提出的“為社會(huì)提供終生學(xué)習(xí)，促進(jìn)高質(zhì)量發(fā)展”是一致的。構(gòu)成金字塔第二層的是STEAM綜合能力，強(qiáng)調(diào)學(xué)生在面臨現(xiàn)實(shí)問(wèn)題時(shí)，應(yīng)具備科學(xué)、技術(shù)、工程等學(xué)科知識(shí)。金字塔的第三層注重跨學(xué)科的層次，把藝術(shù)與STEM融合在一起，“藝術(shù)”不僅僅是指“藝術(shù)”，涵蓋所有的人文學(xué)科，如美術(shù)、音樂(lè)、生理學(xué)、社會(huì)學(xué)等等。第四個(gè)層次，就是STEAM所需要的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，作為一名老師，必須要明白這五個(gè)科目的關(guān)系，并且能夠指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行多學(xué)科融合學(xué)習(xí)。金字塔最下面的一層是具體的課程，比如：代數(shù)，幾何，機(jī)械基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)分析等以及解決問(wèn)題的理由等等。圖1：STEAM導(dǎo)航圖由此可見(jiàn)，STEAM教育對(duì)于學(xué)生的實(shí)際操作能力的需求要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)傳統(tǒng)教學(xué)。它為學(xué)生提供了一種全新的教學(xué)模式，可以讓學(xué)生去做一些感興趣的事情，或者解決他們生活中遇到的問(wèn)題。STEAM體現(xiàn)了從以標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)試成績(jī)?yōu)閷?dǎo)向的傳統(tǒng)教育轉(zhuǎn)向以評(píng)估學(xué)習(xí)過(guò)程與成果為導(dǎo)向的現(xiàn)代化教育理念。STEAM的實(shí)質(zhì)是：允許學(xué)生犯錯(cuò)誤，提倡學(xué)生主動(dòng)探索實(shí)踐，鼓勵(lì)學(xué)生表達(dá)不同的觀點(diǎn)，目的在于為學(xué)生建立未來(lái)現(xiàn)實(shí)生活的知識(shí)庫(kù)，而不只是為了應(yīng)付考試。STEAM教育在“大眾創(chuàng)新”的大環(huán)境下，強(qiáng)化學(xué)習(xí)領(lǐng)域間的聯(lián)系與交叉，發(fā)展和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性。二、STEAM理念下的中職機(jī)械基礎(chǔ)教學(xué)模式設(shè)計(jì)（一）STEAM模式下機(jī)械制圖教學(xué)模式構(gòu)成要素STEAM模式下的《機(jī)械制圖》是以工程項(xiàng)目、企業(yè)案例和生產(chǎn)問(wèn)題為基礎(chǔ)的教學(xué)實(shí)踐。其本質(zhì)特征是：一切活動(dòng)都是以學(xué)生為中心的。同時(shí)，本文借鑒了項(xiàng)目學(xué)習(xí)理論，STEAM模式下機(jī)械制圖教學(xué)模式包括六個(gè)要素[3]。具體要素如圖2所示。圖2STEAM模式下機(jī)械制圖教學(xué)模式構(gòu)成要素（二）基于STEAM理念的教學(xué)目標(biāo)STEAM教育強(qiáng)調(diào)的是學(xué)生是一個(gè)發(fā)展的個(gè)體，每個(gè)人的性格都會(huì)受到基因和外部因素的影響而發(fā)生變化，從而導(dǎo)致個(gè)人的興趣和行為也會(huì)發(fā)生變化。在平時(shí)的教學(xué)中，所用的教材都是一樣的，但是老師可以針對(duì)不同學(xué)生的特點(diǎn)進(jìn)行指導(dǎo)，從而達(dá)到因材施教的目的。例如，在學(xué)習(xí)過(guò)程中，如果需要集體協(xié)作，老師可以針對(duì)學(xué)生的不同特征進(jìn)行分工，讓他們充分發(fā)揮自己的特長(zhǎng)，自由快樂(lè)的發(fā)展。在這個(gè)飛速發(fā)展的科技時(shí)代，老師們要明白，考試分?jǐn)?shù)的高低不能作為衡量一個(gè)人是否優(yōu)秀的唯一標(biāo)準(zhǔn)。本課程旨讓學(xué)生在學(xué)習(xí)機(jī)械制圖過(guò)程中，培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題、團(tuán)隊(duì)合作以及創(chuàng)新的綜合型能力?；赟TEAM理念的機(jī)械制圖教學(xué)目標(biāo)如圖3所示。圖3基于STEAM理念的教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)（三）STEAM理念下中職機(jī)械基礎(chǔ)教學(xué)模式本文從教學(xué)設(shè)計(jì)基本原理出發(fā)，結(jié)合教學(xué)設(shè)計(jì)的整體過(guò)程，設(shè)計(jì)了STEAM理念下中職機(jī)械基礎(chǔ)教學(xué)模式，如圖4所示。對(duì)STEAM的教學(xué)目的、教學(xué)準(zhǔn)備、創(chuàng)設(shè)教學(xué)環(huán)境、設(shè)計(jì)教學(xué)目標(biāo)、確定教學(xué)內(nèi)容、選用教學(xué)手段、采用的教學(xué)方法、進(jìn)行的活動(dòng)等進(jìn)行了分析、評(píng)估教學(xué)效果，優(yōu)化和總結(jié)，補(bǔ)充修正。圖4STEAM理念下中職機(jī)械基礎(chǔ)教學(xué)模式三、STEAM教育在機(jī)械專(zhuān)業(yè)實(shí)訓(xùn)教學(xué)的應(yīng)用零件繪圖和CAD制圖技術(shù)，簡(jiǎn)稱(chēng)“零件繪圖”，是《機(jī)械制圖》專(zhuān)業(yè)的實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，是在完成了理論知識(shí)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行的一項(xiàng)綜合性的實(shí)訓(xùn)，目的在于培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用所學(xué)的理論知識(shí)來(lái)解決問(wèn)題的能力。通過(guò)將STEAM的理念和實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合，搭建起連接機(jī)械制圖、數(shù)學(xué)計(jì)算、工程測(cè)量、藝術(shù)繪圖設(shè)計(jì)等學(xué)科之間的一座橋梁，使不同的學(xué)科相互融合，相互補(bǔ)充、相互支撐。通過(guò)對(duì)零件制圖和CAD制圖技術(shù)的實(shí)踐，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，注重學(xué)習(xí)環(huán)境的多樣性。在實(shí)踐中，STEAM將從七個(gè)方面著手，逐步提高學(xué)生的綜合創(chuàng)造力和工程應(yīng)用能力。零件制圖和CAD繪圖的技術(shù)實(shí)訓(xùn)流程圖如圖5所示。圖5零部件測(cè)繪與CAD成圖技術(shù)實(shí)訓(xùn)流程（一）拆裝零部件首先，以STEAM教學(xué)理念為依據(jù)，將學(xué)生分成不同的組，每個(gè)組仔細(xì)觀察不同零件的機(jī)械結(jié)構(gòu)，了解其工作原理及使用方法，并對(duì)其組裝順序及加工過(guò)程進(jìn)行了全面的分析；然后使用拆卸工具對(duì)具有代表性的零件進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)分解，拆卸后將其排列有序，并將拆卸工具放置在指定的地方。在拆解完成后，教師按照STEAM的教學(xué)理念，引導(dǎo)同學(xué)們進(jìn)行分解、歸納。同學(xué)之間的分組討論，組間互助，在老師的引導(dǎo)下總結(jié)出組裝零件的組裝方法和操作要點(diǎn)。（二）測(cè)量零部件所謂的測(cè)試零部件，就是將被測(cè)元件與已測(cè)元件的數(shù)值相比較，以確定被測(cè)元件的大小，并與圖紙上或技術(shù)文檔中的規(guī)定相對(duì)照，以判定其是否符合標(biāo)準(zhǔn)。在實(shí)訓(xùn)操作中，教師指導(dǎo)學(xué)生選擇合適的測(cè)量?jī)x器和方法，保證測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。對(duì)于一些特殊的孔，如沉孔，螺栓孔，螺栓連接孔，和一些特定的錐齒輪，都按照實(shí)際的尺寸進(jìn)行計(jì)算。以100到101的大小劃分為100-100.5和100.5-101的兩個(gè)部分作為實(shí)例進(jìn)行了闡述，具體如表1所示。表1尺寸100--101間分為100--100.5、100.5--101兩段的數(shù)據(jù)分析實(shí)際測(cè)量值測(cè)量數(shù)據(jù)處理測(cè)繪取值100.1100.1-100=0.1<0.25100100.36100.36-100=0.36>0.25100.5100.62100.62-100.5=0.12<0.25100.5100.81100.81-100.5=0.31>0.25101（三）繪制零件草圖在新的機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)以及對(duì)現(xiàn)有的機(jī)電設(shè)備進(jìn)行升級(jí)改造時(shí)，都需要徒手繪出零件的素描。在實(shí)踐中，老師以STEAM為基礎(chǔ)，引導(dǎo)學(xué)生以實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，在坐標(biāo)紙上用手繪出零件素描。首先，學(xué)生根據(jù)產(chǎn)品特性，選取適當(dāng)?shù)囊晥D，以表示產(chǎn)品的特性，然后將各個(gè)尺寸正確、清晰、完整地標(biāo)注出來(lái)，再依據(jù)極限配合和技術(shù)測(cè)量的需要，合理地確定各部件的尺寸、位置、幾何、表面粗糙度等技術(shù)指標(biāo)，并在圖紙上用手工畫(huà)出標(biāo)題，正確地填入各個(gè)參數(shù)，最終繪制出產(chǎn)品的草圖。（四）3D建模及裝配以“中望3D”為代表的“機(jī)械設(shè)計(jì)軟件”在零件繪圖和CAD制圖中得到了廣泛的應(yīng)用，可以讓學(xué)生在直觀的條件下進(jìn)行三維建模和裝配，從而提高了學(xué)生對(duì)繪圖的興趣，并能夠及時(shí)地發(fā)現(xiàn)在繪圖中存在的問(wèn)題。通過(guò)建立仿真模型，使學(xué)生對(duì)繪圖機(jī)械的工作原理有了更深刻的了解。在教師的引導(dǎo)下，按小組的方式進(jìn)行機(jī)械干擾。如果機(jī)械能正常運(yùn)動(dòng)，各部件尺寸的測(cè)量是完全正確的，部件之間的約束條件是完整的，組裝順序是合理的；相反，小組成員們則會(huì)在內(nèi)部進(jìn)行討論，尋找干擾的原因，重新測(cè)量零件的大小，修改圖紙，改進(jìn)部件間的聯(lián)系，直至機(jī)械能模擬移動(dòng)。在三維模型制作和組裝時(shí)，由教師帶領(lǐng)小組內(nèi)部討論，并將科學(xué)、技術(shù)、工程、美術(shù)、數(shù)學(xué)等因素結(jié)合起來(lái)，以獲得更加美觀的三維零件圖和裝配圖。（五）繪制2D工程圖由于傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)教學(xué)下零部件測(cè)繪存在繪圖效率低下、易出現(xiàn)錯(cuò)誤、且不易修正等問(wèn)題，所以目前引進(jìn)了計(jì)算機(jī)軟件繪圖。將“零件測(cè)繪”的項(xiàng)目名稱(chēng)改為“零件測(cè)繪與CAD制圖技術(shù)”，在實(shí)踐教學(xué)中，首先要求學(xué)生對(duì)樣件進(jìn)行拆卸和標(biāo)繪，利用電腦軟件對(duì)其進(jìn)行了三維模型的建立和裝配。從3-D模型中生成2D零件圖，并對(duì)其進(jìn)行修正，從而構(gòu)成完整的工程圖，并對(duì)其進(jìn)行標(biāo)注，并制定相應(yīng)的技術(shù)指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)二維工程圖的繪制。在STEAM教學(xué)思想的指導(dǎo)下，將科學(xué)、工程、美術(shù)、數(shù)學(xué)等元素融入到教學(xué)實(shí)踐中，形成了整潔、美觀、與制圖規(guī)范相一致的工程圖紙。（六）結(jié)構(gòu)優(yōu)化教師在STEAM的基礎(chǔ)上，指導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)。首先在實(shí)際教學(xué)中，老師指導(dǎo)學(xué)生對(duì)各裝配尺寸進(jìn)行優(yōu)化，以保證零件裝配質(zhì)量達(dá)到零件制圖機(jī)構(gòu)的尺寸精度要求。其次，教師在教學(xué)過(guò)程中，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行構(gòu)件測(cè)繪設(shè)計(jì)的優(yōu)化，并將藝術(shù)元素融合在一起。零件的外形設(shè)計(jì)要盡量避免局部應(yīng)力集中，軸承座的聯(lián)接螺紋不能太接近支座的座孔，而支座的支座必須有充分的接觸空間來(lái)安置緊固螺栓，并確保在安裝螺栓時(shí)要有充分的夾緊間隙；該輪盤(pán)件主要由幾個(gè)具有相同軸、不同直徑的旋轉(zhuǎn)本體構(gòu)成，在實(shí)訓(xùn)中，對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，使得圓盤(pán)各部位的徑向尺寸均大于軸向；通過(guò)對(duì)叉架零件的局部尺寸進(jìn)行調(diào)整，獲得形狀規(guī)則的零件，不僅可以?xún)?yōu)化零件的制圖機(jī)構(gòu)，而且可以將美術(shù)的藝術(shù)元素與STEAM教學(xué)的多學(xué)科結(jié)合起來(lái)。最后，老師指導(dǎo)學(xué)生對(duì)零件的某些尺寸、零件的技術(shù)需求、組裝順序進(jìn)行了調(diào)整，再利用三維軟件對(duì)零件進(jìn)行虛擬模擬，從而獲得了更加優(yōu)化的零件，提高了學(xué)生的創(chuàng)造力。（七）教學(xué)評(píng)價(jià)STEAM教育理念以解決現(xiàn)實(shí)問(wèn)題為焦點(diǎn)，關(guān)注學(xué)習(xí)的過(guò)程，強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)知識(shí)的靈活運(yùn)用，因此，STEAM教育理念下的評(píng)價(jià)方式采用過(guò)程性評(píng)價(jià)（占總成績(jī)的30%）和成果評(píng)價(jià)（占總成績(jī)的70%）相結(jié)合的方式。過(guò)程評(píng)價(jià)部分主要評(píng)價(jià)學(xué)生的零部件拆裝能力是否符合規(guī)范、零件圖草圖繪制是否準(zhǔn)確美觀、零部件測(cè)量是否準(zhǔn)確以及學(xué)生在實(shí)訓(xùn)課上的表現(xiàn)情況。成果評(píng)價(jià)部分主要考查學(xué)生零件2D工程圖繪制、機(jī)構(gòu)2D裝配圖、零件3D實(shí)體建模、機(jī)構(gòu)3D裝配。在評(píng)價(jià)方法上，通過(guò)小組內(nèi)同學(xué)之間相互評(píng)價(jià)、不同小組的組間評(píng)價(jià)、以及教師評(píng)價(jià)等方法。通過(guò)教學(xué)評(píng)價(jià)的結(jié)果反饋出本次課的教學(xué)效果，學(xué)生存在的問(wèn)題，從而使教師及時(shí)發(fā)現(xiàn)教學(xué)中的不足，調(diào)整教學(xué)策略，針對(duì)個(gè)別有問(wèn)題的學(xué)生課后個(gè)別輔導(dǎo)。實(shí)訓(xùn)課結(jié)束后，各班整理實(shí)訓(xùn)資料，撰寫(xiě)訓(xùn)練報(bào)告，將相關(guān)圖紙作品上傳班級(jí)學(xué)習(xí)群，相互借鑒學(xué)習(xí)。四、結(jié)語(yǔ)總之，STEAM教學(xué)