摘要：STEAM是一种注重学科交叉、以培养复合型人才为目标的新型教育。STEAM理念中跨学科、融合性等特征与国家所提倡的培养复合型、创新型职业技能人才高度契合。本文将STEAM的教育理念和机械制图实训教学相结合，着重探讨STEAM在机械制图实践中的零部件测绘和CAD成图技术的应用，通过与机械制图传统实训教学的比较，发现STEAM教育显著提高了机械制图实训教学质量。

关键词：STEAM 理念；中职机械制图；零部件测绘与CAD成图技术

习近平曾指出：“我们比历史上任何时期都更接近实现中华民族伟大复兴的宏伟目标，也比历史上任何时候都更加渴求人才”。《国家职业教育改革实施方案》提出，要把职业教育作为一项重要的工作，着力培养实践能力强、职业素养高的技术从事人员。相对于普通高中的学生，中等职业学校的学生的培养目标更注重技能型人才的培养。STEAM注重多学科、多领域知识的综合运用，以培养高素质、高技能的应用型人才。STEAM课程倡导基于项目的学习，包括以下六个方面：基本问题、方案设计、工作方案、项目管理、最后的成果和反馈。通过对 STEAM五个专业的综合知识的学习，提高学生解决问题、创新思维、协作共享的能力。

一、STEAM教育理念的基本内涵

STEAM 教育是由科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、艺术（Arts）、数学（Mathematics）五门学科的相互融合。STEAM素养包括科学素养、技术素养、工程素养、艺术素养和数学素养。通过对五个科目的相互关系的探究，可以促进学生的创造性思考，从而解决现实生活中的问题。如图1所示。

从图中可以看出，STEAM教育非常注重人的终生教育，并且将其置于最高位置，这与《国家职业教育改革实施方案》中提出的“为社会提供终生学习，促进高质量发展”是一致的。构成金字塔第二层的是 STEAM综合能力，强调学生在面临现实问题时，应具备科学、技术、工程等学科知识。金字塔的第三层注重跨学科的层次，把艺术与 STEM融合在一起，“艺术”不仅仅是指“艺术”，涵盖所有的人文学科，如美术、音乐、生理学、社会学等等。第四个层次，就是 STEAM所需要的专业知识，作为一名老师，必须要明白这五个科目的关系，并且能够指导学生进行多学科融合学习。金字塔最下面的一层是具体的课程，比如：代数，几何，机械基础，数据分析等以及解决问题的理由等等。

图1：STEAM导航图

由此可见，STEAM教育对于学生的实际操作能力的需求要远远超过传统教学。它为学生提供了一种全新的教学模式，可以让学生去做一些感兴趣的事情，或者解决他们生活中遇到的问题。STEAM体现了从以标准化测试成绩为导向的传统教育转向以评估学习过程与成果为导向的现代化教育理念。STEAM的实质是：允许学生犯错误，提倡学生主动探索实践，鼓励学生表达不同的观点，目的在于为学生建立未来现实生活的知识库，而不只是为了应付考试。STEAM教育在“大众创新”的大环境下，强化学习领域间的联系与交叉，发展和培养学生的创造性。

二、STEAM 理念下的中职机械基础教学模式设计

（一）STEAM模式下机械制图教学模式构成要素

STEAM模式下的《机械制图》是以工程项目、企业案例和生产问题为基础的教学实践。其本质特征是：一切活动都是以学生为中心的。同时，本文借鉴了项目学习理论，STEAM模式下机械制图教学模式包括六个要素^[3]。具体要素如图2所示。

图2STEAM模式下机械制图教学模式构成要素

（二）基于STEAM理念的教学目标

STEAM教育强调的是学生是一个发展的个体，每个人的性格都会受到基因和外部因素的影响而发生变化，从而导致个人的兴趣和行为也会发生变化。在平时的教学中，所用的教材都是一样的，但是老师可以针对不同学生的特点进行指导，从而达到因材施教的目的。例如，在学习过程中，如果需要集体协作，老师可以针对学生的不同特征进行分工，让他们充分发挥自己的特长，自由快乐的发展。在这个飞速发展的科技时代，老师们要明白，考试分数的高低不能作为衡量一个人是否优秀的唯一标准。本课程旨让学生在学习机械制图过程中，培养学生的发现问题、分析问题、解决问题、团队合作以及创新的综合型能力。基于STEAM理念的机械制图教学目标如图3所示。

图3基于STEAM理念的教学目标设计

（三）STEAM 理念下中职机械基础教学模式

本文从教学设计基本原理出发，结合教学设计的整体过程，设计了STEAM理念下中职机械基础教学模式，如图4所示。对STEAM的教学目的、教学准备、创设教学环境、设计教学目标、确定教学内容、选用教学手段、采用的教学方法、进行的活动等进行了分析、评估教学效果，优化和总结，补充修正。

图4 STEAM理念下中职机械基础教学模式

三、STEAM教育在机械专业实训教学的应用

零件绘图和CAD制图技术，简称“零件绘图”，是《机械制图》专业的实践教学内容，是在完成了理论知识的基础上，进行的一项综合性的实训，目的在于培养学生应用所学的理论知识来解决问题的能力。通过将STEAM的理念和实践教学相结合，搭建起连接机械制图、数学计算、工程测量、艺术绘图设计等学科之间的一座桥梁，使不同的学科相互融合，相互补充、相互支撑。通过对零件制图和CAD制图技术的实践，引导学生自主学习，注重学习环境的多样性。在实践中，STEAM将从七个方面着手，逐步提高学生的综合创造力和工程应用能力。零件制图和CAD绘图的技术实训流程图如图5所示。

图5零部件测绘与CAD成图技术实训流程

（一）拆装零部件

首先，以STEAM教学理念为依据，将学生分成不同的组，每个组仔细观察不同零件的机械结构，了解其工作原理及使用方法，并对其组装顺序及加工过程进行了全面的分析；然后使用拆卸工具对具有代表性的零件进行机械结构分解，拆卸后将其排列有序，并将拆卸工具放置在指定的地方。在拆解完成后，教师按照STEAM的教学理念，引导同学们进行分解、归纳。同学之间的分组讨论，组间互助，在老师的引导下总结出组装零件的组装方法和操作要点。

（二）测量零部件

所谓的测试零部件，就是将被测元件与已测元件的数值相比较，以确定被测元件的大小，并与图纸上或技术文档中的规定相对照，以判定其是否符合标准。在实训操作中，教师指导学生选择合适的测量仪器和方法，保证测试结果的准确性。对于一些特殊的孔，如沉孔，螺栓孔，螺栓连接孔，和一些特定的锥齿轮，都按照实际的尺寸进行计算。以100到101的大小划分为100-100.5和100.5-101的两个部分作为实例进行了阐述，具体如表1所示。

表1尺寸100--101间分为100--100.5、100.5--101两段的数据分析

（三）绘制零件草图

在新的机械产品的设计与开发以及对现有的机电设备进行升级改造时，都需要徒手绘出零件的素描。在实践中，老师以STEAM为基础，引导学生以实测数据为基础，在坐标纸上用手绘出零件素描。首先，学生根据产品特性，选取适当的视图，以表示产品的特性，然后将各个尺寸正确、清晰、完整地标注出来，再依据极限配合和技术测量的需要，合理地确定各部件的尺寸、位置、几何、表面粗糙度等技术指标，并在图纸上用手工画出标题，正确地填入各个参数，最终绘制出产品的草图。

（四）3D 建模及装配

以“中望3D”为代表的“机械设计软件”在零件绘图和CAD制图中得到了广泛的应用，可以让学生在直观的条件下进行三维建模和装配，从而提高了学生对绘图的兴趣，并能够及时地发现在绘图中存在的问题。通过建立仿真模型，使学生对绘图机械的工作原理有了更深刻的了解。在教师的引导下，按小组的方式进行机械干扰。如果机械能正常运动，各部件尺寸的测量是完全正确的，部件之间的约束条件是完整的，组装顺序是合理的；相反，小组成员们则会在内部进行讨论，寻找干扰的原因，重新测量零件的大小，修改图纸，改进部件间的联系，直至机械能模拟移动。在三维模型制作和组装时，由教师带领小组内部讨论，并将科学、技术、工程、美术、数学等因素结合起来，以获得更加美观的三维零件图和装配图。

（五）绘制2D工程图

由于传统实训教学下零部件测绘存在绘图效率低下、易出现错误、且不易修正等问题，所以目前引进了计算机软件绘图。将“零件测绘”的项目名称改为“零件测绘与CAD制图技术”，在实践教学中，首先要求学生对样件进行拆卸和标绘，利用电脑软件对其进行了三维模型的建立和装配。从3- D模型中生成2 D零件图，并对其进行修正，从而构成完整的工程图，并对其进行标注，并制定相应的技术指标，实现二维工程图的绘制。在STEAM教学思想的指导下，将科学、工程、美术、数学等元素融入到教学实践中，形成了整洁、美观、与制图规范相一致的工程图纸。

（六）结构优化

教师在STEAM的基础上，指导学生自主学习。首先在实际教学中，老师指导学生对各装配尺寸进行优化，以保证零件装配质量达到零件制图机构的尺寸精度要求。其次，教师在教学过程中，引导学生进行构件测绘设计的优化，并将艺术元素融合在一起。零件的外形设计要尽量避免局部应力集中，轴承座的联接螺纹不能太接近支座的座孔，而支座的支座必须有充分的接触空间来安置紧固螺栓，并确保在安装螺栓时要有充分的夹紧间隙；该轮盘件主要由几个具有相同轴、不同直径的旋转本体构成，在实训中，对其进行优化，使得圆盘各部位的径向尺寸均大于轴向；通过对叉架零件的局部尺寸进行调整，获得形状规则的零件，不仅可以优化零件的制图机构，而且可以将美术的艺术元素与STEAM教学的多学科结合起来。最后，老师指导学生对零件的某些尺寸、零件的技术需求、组装顺序进行了调整，再利用三维软件对零件进行虚拟模拟，从而获得了更加优化的零件，提高了学生的创造力。

（七）教学评价

STEAM教育理念以解决现实问题为焦点，关注学习的过程，强调基础知识的灵活运用，因此，STEAM教育理念下的评价方式采用过程性评价（占总成绩的30%）和成果评价（占总成绩的70%）相结合的方式。过程评价部分主要评价学生的零部件拆装能力是否符合规范、零件图草图绘制是否准确美观、零部件测量是否准确以及学生在实训课上的表现情况。成果评价部分主要考查学生零件2D工程图绘制、机构2D装配图、零件3D实体建模、机构3D装配。在评价方法上，通过小组内同学之间相互评价、不同小组的组间评价、以及教师评价等方法。通过教学评价的结果反馈出本次课的教学效果，学生存在的问题，从而使教师及时发现教学中的不足，调整教学策略，针对个别有问题的学生课后个别辅导。实训课结束后，各班整理实训资料，撰写训练报告，将相关图纸作品上传班级学习群，相互借鉴学习。

总之，STEAM教学强调实践操作，多学科融合，强调学习过程。将其应用于零部件绘图和CAD制图技术的实践教学中，采用传统的手工制图方法，并将二维绘图和三维模型相结合，运用现代信息技术进行了仿真。最后，通过对各机构进行全面的分析，得出更加合理、更加完善的零件绘图模型，提高学生对专业课程的兴趣。在实训中教师按照STEAM的理念，对学生进行专业知识和技能的培养，并通过不断的分析和总结，找出了最适合学生的CAD制图和零件制图技术，提高了实训教学的效率和质量，培养了具备创新精神和全面素质的复合型人才。

参考文献：

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