《CAD/CAM》教學(xué)中科學(xué)精神的培養(yǎng)

李占濤，孫慧平，程仙國(guó)

摘要：科學(xué)精神的內(nèi)涵包括探索精神、質(zhì)疑精神、理性與實(shí)證意識(shí)等方面，是創(chuàng)新人才必備的精神特質(zhì)。大學(xué)擔(dān)負(fù)著培養(yǎng)創(chuàng)新人才的基本職能，機(jī)械類專業(yè)課的教學(xué)中尤其需要強(qiáng)調(diào)科學(xué)精神的培養(yǎng)。《CAD/CAM》是機(jī)械專業(yè)的必修課程，本文論述了《CAD/CAM》教學(xué)中科學(xué)精神培養(yǎng)的必要性與可行性，并從教學(xué)目的、教學(xué)內(nèi)容、課堂教學(xué)、考核方法等各方面闡述了具體的實(shí)施方法。

關(guān)鍵詞：創(chuàng)新教育；科學(xué)精神；CAD/CAM

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2014）30-0114-03

科技創(chuàng)新是提高社會(huì)生產(chǎn)力和綜合國(guó)力的戰(zhàn)略選擇，處于國(guó)家發(fā)展全局的核心位置[1]。創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略的關(guān)鍵在于培養(yǎng)一支素質(zhì)優(yōu)良的創(chuàng)新人才隊(duì)伍。創(chuàng)新人才必須具有創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新精神、創(chuàng)新能力等素質(zhì)，而勇于批判和變革的勇氣是其不可或缺的精神特征。批判必須基于對(duì)現(xiàn)存事物及其規(guī)律的深刻理解、對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)的合理質(zhì)疑及其弊端的精確洞察，變革意味著對(duì)事物發(fā)展方向的準(zhǔn)確把握、發(fā)展目標(biāo)的合理確定，實(shí)現(xiàn)途徑的合理選擇。這種綜合性的精神特質(zhì)，實(shí)質(zhì)上就是科學(xué)精神。一般來說，科學(xué)精神包含著探索、質(zhì)疑、實(shí)證和理性四個(gè)方面的特點(diǎn)[2-4]。

科學(xué)精神的形成需要優(yōu)良的社會(huì)環(huán)境、優(yōu)秀的文化傳統(tǒng)，更依賴于良好的學(xué)校教育。大學(xué)不僅僅要教給學(xué)生知識(shí)和技能，而且要培養(yǎng)其科學(xué)的思維方式。理工類本科院校在培養(yǎng)創(chuàng)新型工程師的同時(shí)，也肩負(fù)著發(fā)現(xiàn)和選拔有科研興趣和潛力的優(yōu)秀學(xué)生、向國(guó)內(nèi)外高水平大學(xué)輸送研究生的使命，是培養(yǎng)創(chuàng)新人才戰(zhàn)略的重要組成部分。開展以科學(xué)精神為特色創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式改革，是一項(xiàng)急迫而重要的任務(wù)。在科學(xué)精神培養(yǎng)理論和相應(yīng)的教學(xué)改革方面，教育工作者們做出了許多探索和努力。比如，王輝等報(bào)告了關(guān)于科學(xué)精神和科學(xué)素養(yǎng)的調(diào)查結(jié)果，指出大學(xué)生基本科學(xué)素養(yǎng)有待提高[5]。趙永平建議將培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神列入培養(yǎng)計(jì)劃中，培養(yǎng)其求真、創(chuàng)新、批判精神，并鼓勵(lì)學(xué)生投身科學(xué)實(shí)踐[6]。郭晏海等介紹了培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)精神的一些做法，主要包括：教師樹立合理的教學(xué)理念；合理改革教學(xué)內(nèi)容；突出學(xué)科發(fā)展史；靈活選擇互動(dòng)式教學(xué)方法等[7]。孫莉玲提出了科學(xué)素質(zhì)培養(yǎng)中的具體方法，包括開設(shè)馬克思主義哲學(xué)課程、實(shí)施研究性學(xué)習(xí)方法、加強(qiáng)前沿課程建設(shè)、加強(qiáng)大學(xué)生課外科技創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)等[8]。李焱等介紹了其在大學(xué)開設(shè)《科學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)》課程以積極開展科學(xué)常識(shí)、科學(xué)思想、科學(xué)方法和科學(xué)精神教育的一些嘗試、經(jīng)驗(yàn)和存在的問題[9]。這些文獻(xiàn)中提及的指導(dǎo)思想、經(jīng)驗(yàn)和做法，無疑為專業(yè)課教師進(jìn)行科學(xué)精神培養(yǎng)提供了良好的借鑒。然而，這些做法要么是偏重于理論探討，要么是著力于強(qiáng)化科學(xué)素養(yǎng)，與創(chuàng)新人才所必備的、以探索、質(zhì)疑、實(shí)證、理性為內(nèi)涵的科學(xué)精神培養(yǎng)，存在著明顯的差異。

大學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)課是大學(xué)教育的主要內(nèi)容，應(yīng)成為實(shí)施科學(xué)精神教育的場(chǎng)所。因此，如何通過專業(yè)課的教學(xué)提高學(xué)生科學(xué)素質(zhì)和科學(xué)精神，是大學(xué)教師要探索、思考和實(shí)踐的課題。幾年來，筆者在《CAD/CAM》教學(xué)中，嘗試引入和加強(qiáng)科學(xué)精神培養(yǎng)，并從教學(xué)目的、教學(xué)內(nèi)容、課堂教學(xué)、考核方法等各方面進(jìn)行了相應(yīng)的改革，取得了一定的效果。以下對(duì)上述工作進(jìn)行簡(jiǎn)要的報(bào)告。

一、CAD/CAM教學(xué)中科學(xué)精神培養(yǎng)的必要性

CAD/CAM（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造）技術(shù)是計(jì)算機(jī)與數(shù)字信息技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)與制造領(lǐng)域的應(yīng)用成果，是20世紀(jì)代表性的工程成就之一，從根本上改變了機(jī)械設(shè)計(jì)制造產(chǎn)業(yè)的面貌。CAD/CAM技術(shù)已成為工程技術(shù)人員必須了解和掌握的技術(shù)，是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生的一門必修課程。長(zhǎng)期以來，在《CAD/CAM》教學(xué)中，存在著偏重于知識(shí)傳授、輕視科學(xué)精神的培養(yǎng)的傾向。學(xué)生熱衷于考高分、拿證書，而對(duì)CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展歷程、支撐CAD/CAM技術(shù)蓬勃發(fā)展的科學(xué)方法、科學(xué)理念和科學(xué)精神沒有興趣。因此，探索和研究在《CAD/CAM》教學(xué)中如何培養(yǎng)科學(xué)精神，具有明顯的現(xiàn)實(shí)意義。

1.有利于扭轉(zhuǎn)普遍存在的重技術(shù)輕科學(xué)的功利主義傾向。從表面上看，CAD/CAM相關(guān)的資料文件中充斥著大量的技術(shù)名詞，工程師關(guān)注的是硬件與軟件的功能和效率，企業(yè)家關(guān)注的是CAD/CAM技術(shù)對(duì)企業(yè)利潤(rùn)的貢獻(xiàn)。實(shí)際上，CAD/CAM技術(shù)的每一步發(fā)展，都離不開基礎(chǔ)科學(xué)的進(jìn)步。硬件方面，光纖的產(chǎn)生和發(fā)展，使得網(wǎng)絡(luò)制造技術(shù)的實(shí)用化成為可能；而光纖技術(shù)的基礎(chǔ)，是全反射原理的發(fā)現(xiàn)及光纖通信理論的建立；激光與碳性材料的發(fā)展，成就了光盤制造技術(shù)；量子計(jì)算機(jī)的研制更是離不開量子理論的指導(dǎo)。在軟件方面，軟件科學(xué)的建立與發(fā)展，使得復(fù)雜軟件的效率與功能進(jìn)一步提高。在管理方面，CAD/CAM系統(tǒng)的構(gòu)建與運(yùn)行，與以應(yīng)用數(shù)學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)、運(yùn)籌學(xué)為基礎(chǔ)的管理科學(xué)的進(jìn)展密切相關(guān)?？梢?，CAD/CAM不但是計(jì)算機(jī)技術(shù)與機(jī)械設(shè)計(jì)制造技術(shù)的融合，而且是人類幾千年來特別是現(xiàn)代科學(xué)成就的體現(xiàn)。在傳授技術(shù)的同時(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，有助于學(xué)生深刻理解該技術(shù)的實(shí)質(zhì)，并準(zhǔn)確把握其未來發(fā)展方向。

2.有利于培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)疑和探索精神。CAD/CAM融合了信息技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、機(jī)械設(shè)計(jì)制造，人工智能等諸多領(lǐng)域最新科技成果，階段性的技術(shù)革新和突破十分活躍。令人眼花繚亂的技術(shù)名詞后面，有兩條主線并存：發(fā)展與淘汰。CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展方向是自動(dòng)化、智能化、高效率，與此發(fā)展方向契合的新發(fā)現(xiàn)、新技術(shù)不斷涌現(xiàn)并被投入應(yīng)用，與此相對(duì)應(yīng)的，必然是某些技術(shù)的淘汰。

因此，在CAD/CAM教學(xué)中實(shí)施科學(xué)精神培養(yǎng)，可以使學(xué)生深刻理解技術(shù)發(fā)展與淘汰的總體趨勢(shì)，認(rèn)識(shí)到CAD/CAM是一個(gè)動(dòng)態(tài)發(fā)展的過程，目前的先進(jìn)技術(shù)必將被更先進(jìn)的技術(shù)所代替?？萍脊ぷ髡叩娜蝿?wù)包含兩個(gè)方面，第一是發(fā)現(xiàn)CAD/CAM系統(tǒng)中存在的缺陷和問題，也就是質(zhì)疑；第二是尋求解決方案和改進(jìn)方法，也就是探索。CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展，就是一個(gè)在不斷的質(zhì)疑和探索中前進(jìn)的過程。在潛移默化中學(xué)會(huì)質(zhì)疑與探索精神的學(xué)生，在其一生的職業(yè)生涯中，可望勇于打破現(xiàn)狀、隨時(shí)尋求技術(shù)突破。endprint

3.有利于培養(yǎng)學(xué)生理性思維能力及發(fā)現(xiàn)問題解決問題的能力。上文提及的質(zhì)疑與探索，必須在理性的指導(dǎo)下才能獲得正確的結(jié)果。而缺乏理性的質(zhì)疑，必然是毫無根據(jù)的否定，缺乏理性的探索，必然是盲目的嘗試。CAD技術(shù)出現(xiàn)初期，僅僅是以二維繪圖為主的輔助繪圖手段，應(yīng)用范圍狹窄、造價(jià)高昂、功能有限。對(duì)于萌芽時(shí)期的事物進(jìn)行全面否定和拋棄，就是一種非理性的質(zhì)疑。隨著科技工作者的不懈努力，表面造型、實(shí)體造型、參數(shù)化設(shè)計(jì)、變量化設(shè)計(jì)以及面向特征的設(shè)計(jì)等設(shè)計(jì)思想與方法陸續(xù)出現(xiàn)。其中每一步進(jìn)展，都是無數(shù)科技工作者在理性指導(dǎo)下，通過踏踏實(shí)實(shí)的努力，基于當(dāng)時(shí)的科學(xué)發(fā)現(xiàn)與技術(shù)進(jìn)展來實(shí)現(xiàn)的。

4.有利于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)證意識(shí)。理性指導(dǎo)下的質(zhì)疑是否合理、理性指導(dǎo)下的探索是否有效，其最終的判斷標(biāo)準(zhǔn)是實(shí)踐，判斷方法是實(shí)踐驗(yàn)證。CAD/CAM技術(shù)的革新與改良是否有效，最終要由用戶和市場(chǎng)來驗(yàn)證，驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)是效率和利潤(rùn)。

總之，CAD/CAM教學(xué)中只有實(shí)施科學(xué)精神培養(yǎng)，才能使學(xué)生能深刻理解該技術(shù)發(fā)展歷程所體現(xiàn)的質(zhì)疑、探索、理性、實(shí)證的科學(xué)精神。

二、CAD/CAM教學(xué)中科學(xué)精神培養(yǎng)的方法

筆者在CAD/CAM教學(xué)中，以教學(xué)目的、課程內(nèi)容、教學(xué)方法、評(píng)價(jià)方式等四個(gè)方面為改革對(duì)象，以理工類大學(xué)中機(jī)械類專業(yè)為依托，開展了科學(xué)精神培養(yǎng)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)。將目前以知識(shí)傳授為核心的傳統(tǒng)教學(xué)模式，改革為以科學(xué)精神培養(yǎng)為特色的創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式。研究與改革內(nèi)容如下：

1.明確培養(yǎng)目標(biāo)。將培養(yǎng)目標(biāo)設(shè)定為：培養(yǎng)具備探索、質(zhì)疑、實(shí)證、理性等科學(xué)精神的、敢于推陳出新、敢于承擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)、敢于行動(dòng)的創(chuàng)新型人才。

2.改革課程內(nèi)容?，F(xiàn)有CAD/CAM專業(yè)課教材，主要以知識(shí)性介紹為主，為此，在兩個(gè)方面進(jìn)行改革。第一，增添了CAD/CAM學(xué)科發(fā)展史內(nèi)容。所編寫的學(xué)科發(fā)展史，濃縮著該學(xué)科從無到有、從簡(jiǎn)單到復(fù)雜、從粗略到精確、不斷修正錯(cuò)誤不斷創(chuàng)新的過程，處處體現(xiàn)科學(xué)精神中的勇于探索、敢于質(zhì)疑、強(qiáng)調(diào)理性與實(shí)證的特點(diǎn)。第二，在每一章節(jié)介紹某一技術(shù)原理或現(xiàn)狀的同時(shí)，說明解決該問題的歷史過程，使學(xué)生不但能夠?qū)W到結(jié)論，而且了解了科學(xué)技術(shù)發(fā)展的一般規(guī)律，從而在潛移默化中學(xué)會(huì)科研規(guī)則和科學(xué)理性的思維方式。例如，在講授《CAD/CAM》的“CAPP”一章時(shí)，簡(jiǎn)要敘述其發(fā)展歷程：上世紀(jì)80年代基于工藝生成自動(dòng)化思想的CAPP系統(tǒng)研發(fā)（目標(biāo)過高而導(dǎo)致困難重重，難以實(shí)用。但是體現(xiàn)探索精神）——>90年代基于工藝管理思想的工具型CAPP系統(tǒng)（將復(fù)雜問題分割，由易到難逐個(gè)解決。體現(xiàn)理性精神）——>2000年以來基于數(shù)據(jù)管理的綜合化CAPP系統(tǒng)（迂回前進(jìn)、堅(jiān)持不懈向自動(dòng)化目標(biāo)靠近）。并要求學(xué)生課后查閱文獻(xiàn)，整理論述CAPP今后的發(fā)展趨勢(shì)。此舉使學(xué)生體會(huì)到不斷超越、不斷進(jìn)步的科技創(chuàng)新過程，以及不滿足現(xiàn)狀、積極探索、理性思考的科學(xué)精神。

三、改革課堂教學(xué)方法

課堂教學(xué)是教學(xué)活動(dòng)的中心工作，在講授方法、課堂組織等方面做出了相應(yīng)的改革。

1.教學(xué)方法上，廣泛采用啟發(fā)式、討論式、課題式等開放式教學(xué)方法，營(yíng)造良好的課堂文化?？茖W(xué)精神的特征之一是實(shí)證，不應(yīng)該人為樹立任何權(quán)威。灌輸式授課，把固定的知識(shí)、成為教條的技術(shù)思想強(qiáng)加給學(xué)生，實(shí)際上是引導(dǎo)學(xué)生相信教科書、迷信權(quán)威，與科學(xué)精神背道而馳，因此必須徹底改變。

2.激發(fā)學(xué)生求知與探索的欲望和動(dòng)力，鼓勵(lì)學(xué)生合理質(zhì)疑，突出邏輯思維訓(xùn)練及實(shí)證精神，以培養(yǎng)學(xué)生良好的科學(xué)素養(yǎng)與科學(xué)精神。

3.采用個(gè)性化教學(xué)。有個(gè)性的學(xué)生，往往不盲從、見解獨(dú)到，在教學(xué)中要鼓勵(lì)這部分學(xué)生脫穎而出。同時(shí)，有個(gè)性的學(xué)生可能大膽直言，不善于對(duì)話和溝通，此時(shí)教師要保持寬容心態(tài)，保護(hù)其創(chuàng)新意識(shí)使其嶄露頭角。

4.授課過程中，不要拘泥于內(nèi)容和形式上的事先規(guī)劃，根據(jù)授課思路的發(fā)展與課堂氣氛情況，可以適當(dāng)偏離、拓寬、加深備課的內(nèi)容，可以穿插介紹科學(xué)家、學(xué)者、工程技術(shù)人員的基本信息、主要貢獻(xiàn)、個(gè)性特點(diǎn)，使枯燥的知識(shí)敘述，成為與個(gè)體有關(guān)的生動(dòng)故事，激發(fā)學(xué)生對(duì)這些前輩們的崇敬之情與創(chuàng)新意識(shí)。

5.推行新的考核制度。對(duì)于學(xué)生的考核評(píng)價(jià)方面，積極探索和推行創(chuàng)新教育考試評(píng)價(jià)制度，建立了以考核能力與科學(xué)精神為核心的教學(xué)考核內(nèi)容體系。學(xué)生成績(jī)由三部分構(gòu)成：知識(shí)（陳述性知識(shí)與基本原理）、能力（利用基本原理解決實(shí)際問題）、精神（對(duì)現(xiàn)有事物的合理質(zhì)疑、反思，對(duì)未來發(fā)展的洞察力，創(chuàng)新意識(shí)與實(shí)踐）。對(duì)于“科學(xué)與創(chuàng)新精神”的考核方法，以過程考核（討論、辯論、提問、質(zhì)疑、思辨）為主。改變了傳統(tǒng)的知識(shí)考核為主的標(biāo)準(zhǔn)化評(píng)價(jià)模式，允許有獨(dú)特個(gè)性與特長(zhǎng)的學(xué)生依靠在某方面的創(chuàng)新表現(xiàn)獲得優(yōu)秀成績(jī)。

四、結(jié)論

在機(jī)械制造專業(yè)兩個(gè)班級(jí)CAD/CAM教學(xué)中實(shí)施上述改革實(shí)驗(yàn)后，與往屆學(xué)生對(duì)比，具有明顯的效果。

1.學(xué)生的關(guān)注中心有明顯改變。以往學(xué)生以最終筆試成績(jī)?yōu)槟康?，平時(shí)上課只關(guān)心考試內(nèi)容考試重點(diǎn)；改革后，學(xué)生千方百計(jì)查閱文獻(xiàn)資料，表現(xiàn)自己的見解與創(chuàng)意。證明我們的教學(xué)改革，一定程度上糾正了應(yīng)試教育的弊端。

2.對(duì)CAD/CAM技術(shù)的理解更加深入。例如，有多名學(xué)生在查閱資料后得出結(jié)論，隨著3D打印技術(shù)為代表的快速成型技術(shù)的發(fā)展，未來CAD/CAPP/CAM可能會(huì)融合，工程師只需提供概念設(shè)計(jì)與創(chuàng)意，機(jī)械設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)與制造將在同一系統(tǒng)中自動(dòng)完成。

3.學(xué)生的視野更寬。在理解CAD/CAM發(fā)展史與現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，有學(xué)生對(duì)于中國(guó)CAD軟件產(chǎn)業(yè)進(jìn)行了觀察與思考，指出存在的問題既有法律法規(guī)不健全，企業(yè)生存環(huán)境不好的原因，又有軟件產(chǎn)業(yè)自身缺陷等因素，并提出了相應(yīng)的解決方案。

4.學(xué)生的理性思維能力有顯著提高。與往屆學(xué)生相比較，大多數(shù)學(xué)生討論問題時(shí)，在遵守邏輯規(guī)則與尊重證據(jù)等方面有更好表現(xiàn)；有學(xué)生質(zhì)疑教科書的部分內(nèi)容不準(zhǔn)確，并進(jìn)行了校對(duì)。

創(chuàng)新已經(jīng)被提高到國(guó)家戰(zhàn)略高度，創(chuàng)新人才培養(yǎng)應(yīng)以應(yīng)以科學(xué)精神為導(dǎo)向。在CAD/CAM教學(xué)中實(shí)施了科學(xué)精神培養(yǎng)為特色的教學(xué)改革，使學(xué)生在獲取知識(shí)的同時(shí)，也培養(yǎng)了其運(yùn)用理性合理質(zhì)疑、勇于探索與尊重實(shí)證的品格，是一次有益的嘗試。今后，將在特色教材編寫上進(jìn)一步做工作，重點(diǎn)突出、合理取舍；在課堂教學(xué)方法上，探索較為規(guī)范易于操作的模式；在考核方法上進(jìn)一步細(xì)化，建立一套能準(zhǔn)確反映學(xué)生理性思維方式、質(zhì)疑與探索意識(shí)的成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)系統(tǒng)。

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基金項(xiàng)目：寧波工程學(xué)院高教研究課題（NG13007）.

作者簡(jiǎn)介：李占濤（1972-），男，山東莒縣人，博士，講師，研究方向：巖石力學(xué)、智能鉆機(jī)，CAD/CAM。endprint