《CAD/CAM》教學中科學精神的培養

李占濤，孫慧平，程仙國

摘要：科學精神的內涵包括探索精神、質疑精神、理性與實證意識等方面，是創新人才必備的精神特質。大學擔負著培養創新人才的基本職能，機械類專業課的教學中尤其需要強調科學精神的培養。《CAD/CAM》是機械專業的必修課程，本文論述了《CAD/CAM》教學中科學精神培養的必要性與可行性，并從教學目的、教學內容、課堂教學、考核方法等各方面闡述了具體的實施方法。

關鍵詞：創新教育；科學精神；CAD/CAM

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）30-0114-03

科技創新是提高社會生產力和綜合國力的戰略選擇，處于國家發展全局的核心位置[1]。創新驅動發展戰略的關鍵在于培養一支素質優良的創新人才隊伍。創新人才必須具有創新意識、創新精神、創新能力等素質，而勇于批判和變革的勇氣是其不可或缺的精神特征。批判必須基于對現存事物及其規律的深刻理解、對現有系統的合理質疑及其弊端的精確洞察，變革意味著對事物發展方向的準確把握、發展目標的合理確定，實現途徑的合理選擇。這種綜合性的精神特質，實質上就是科學精神。一般來說，科學精神包含著探索、質疑、實證和理性四個方面的特點[2-4]。

科學精神的形成需要優良的社會環境、優秀的文化傳統，更依賴于良好的學校教育。大學不僅僅要教給學生知識和技能，而且要培養其科學的思維方式。理工類本科院校在培養創新型工程師的同時，也肩負著發現和選拔有科研興趣和潛力的優秀學生、向國內外高水平大學輸送研究生的使命，是培養創新人才戰略的重要組成部分。開展以科學精神為特色創新人才培養模式改革，是一項急迫而重要的任務。在科學精神培養理論和相應的教學改革方面，教育工作者們做出了許多探索和努力。比如，王輝等報告了關于科學精神和科學素養的調查結果，指出大學生基本科學素養有待提高[5]。趙永平建議將培養學生的科學精神列入培養計劃中，培養其求真、創新、批判精神，并鼓勵學生投身科學實踐[6]。郭晏海等介紹了培養學生科學精神的一些做法，主要包括：教師樹立合理的教學理念；合理改革教學內容；突出學科發展史；靈活選擇互動式教學方法等[7]。孫莉玲提出了科學素質培養中的具體方法，包括開設馬克思主義哲學課程、實施研究性學習方法、加強前沿課程建設、加強大學生課外科技創新實踐活動等[8]。李焱等介紹了其在大學開設《科學技術基礎》課程以積極開展科學常識、科學思想、科學方法和科學精神教育的一些嘗試、經驗和存在的問題[9]。這些文獻中提及的指導思想、經驗和做法，無疑為專業課教師進行科學精神培養提供了良好的借鑒。然而，這些做法要么是偏重于理論探討，要么是著力于強化科學素養，與創新人才所必備的、以探索、質疑、實證、理性為內涵的科學精神培養，存在著明顯的差異。

大學專業基礎課是大學教育的主要內容，應成為實施科學精神教育的場所。因此，如何通過專業課的教學提高學生科學素質和科學精神，是大學教師要探索、思考和實踐的課題。幾年來，筆者在《CAD/CAM》教學中，嘗試引入和加強科學精神培養，并從教學目的、教學內容、課堂教學、考核方法等各方面進行了相應的改革，取得了一定的效果。以下對上述工作進行簡要的報告。

一、CAD/CAM教學中科學精神培養的必要性

CAD/CAM（計算機輔助設計與制造）技術是計算機與數字信息技術在機械設計與制造領域的應用成果，是20世紀代表性的工程成就之一，從根本上改變了機械設計制造產業的面貌。CAD/CAM技術已成為工程技術人員必須了解和掌握的技術，是機械設計制造及其自動化專業學生的一門必修課程。長期以來，在《CAD/CAM》教學中，存在著偏重于知識傳授、輕視科學精神的培養的傾向。學生熱衷于考高分、拿證書，而對CAD/CAM技術的發展歷程、支撐CAD/CAM技術蓬勃發展的科學方法、科學理念和科學精神沒有興趣。因此，探索和研究在《CAD/CAM》教學中如何培養科學精神，具有明顯的現實意義。

1.有利于扭轉普遍存在的重技術輕科學的功利主義傾向。從表面上看，CAD/CAM相關的資料文件中充斥著大量的技術名詞，工程師關注的是硬件與軟件的功能和效率，企業家關注的是CAD/CAM技術對企業利潤的貢獻。實際上，CAD/CAM技術的每一步發展，都離不開基礎科學的進步。硬件方面，光纖的產生和發展，使得網絡制造技術的實用化成為可能；而光纖技術的基礎，是全反射原理的發現及光纖通信理論的建立；激光與碳性材料的發展，成就了光盤制造技術；量子計算機的研制更是離不開量子理論的指導。在軟件方面，軟件科學的建立與發展，使得復雜軟件的效率與功能進一步提高。在管理方面，CAD/CAM系統的構建與運行，與以應用數學、統計學、運籌學為基礎的管理科學的進展密切相關。可見，CAD/CAM不但是計算機技術與機械設計制造技術的融合，而且是人類幾千年來特別是現代科學成就的體現。在傳授技術的同時，培養學生的科學素養，有助于學生深刻理解該技術的實質，并準確把握其未來發展方向。

2.有利于培養學生的質疑和探索精神。CAD/CAM融合了信息技術、自動化技術、機械設計制造，人工智能等諸多領域最新科技成果，階段性的技術革新和突破十分活躍。令人眼花繚亂的技術名詞后面，有兩條主線并存：發展與淘汰。CAD/CAM技術的發展方向是自動化、智能化、高效率，與此發展方向契合的新發現、新技術不斷涌現并被投入應用，與此相對應的，必然是某些技術的淘汰。

因此，在CAD/CAM教學中實施科學精神培養，可以使學生深刻理解技術發展與淘汰的總體趨勢，認識到CAD/CAM是一個動態發展的過程，目前的先進技術必將被更先進的技術所代替。科技工作者的任務包含兩個方面，第一是發現CAD/CAM系統中存在的缺陷和問題，也就是質疑；第二是尋求解決方案和改進方法，也就是探索。CAD/CAM技術的發展，就是一個在不斷的質疑和探索中前進的過程。在潛移默化中學會質疑與探索精神的學生，在其一生的職業生涯中，可望勇于打破現狀、隨時尋求技術突破。endprint

3.有利于培養學生理性思維能力及發現問題解決問題的能力。上文提及的質疑與探索，必須在理性的指導下才能獲得正確的結果。而缺乏理性的質疑，必然是毫無根據的否定，缺乏理性的探索，必然是盲目的嘗試。CAD技術出現初期，僅僅是以二維繪圖為主的輔助繪圖手段，應用范圍狹窄、造價高昂、功能有限。對于萌芽時期的事物進行全面否定和拋棄，就是一種非理性的質疑。隨著科技工作者的不懈努力，表面造型、實體造型、參數化設計、變量化設計以及面向特征的設計等設計思想與方法陸續出現。其中每一步進展，都是無數科技工作者在理性指導下，通過踏踏實實的努力，基于當時的科學發現與技術進展來實現的。

4.有利于培養學生的實證意識。理性指導下的質疑是否合理、理性指導下的探索是否有效，其最終的判斷標準是實踐，判斷方法是實踐驗證。CAD/CAM技術的革新與改良是否有效，最終要由用戶和市場來驗證，驗證標準是效率和利潤。

總之，CAD/CAM教學中只有實施科學精神培養，才能使學生能深刻理解該技術發展歷程所體現的質疑、探索、理性、實證的科學精神。

二、CAD/CAM教學中科學精神培養的方法

筆者在CAD/CAM教學中，以教學目的、課程內容、教學方法、評價方式等四個方面為改革對象，以理工類大學中機械類專業為依托，開展了科學精神培養的教學實驗。將目前以知識傳授為核心的傳統教學模式，改革為以科學精神培養為特色的創新人才培養模式。研究與改革內容如下：

1.明確培養目標。將培養目標設定為：培養具備探索、質疑、實證、理性等科學精神的、敢于推陳出新、敢于承擔風險、敢于行動的創新型人才。

2.改革課程內容。現有CAD/CAM專業課教材，主要以知識性介紹為主，為此，在兩個方面進行改革。第一，增添了CAD/CAM學科發展史內容。所編寫的學科發展史，濃縮著該學科從無到有、從簡單到復雜、從粗略到精確、不斷修正錯誤不斷創新的過程，處處體現科學精神中的勇于探索、敢于質疑、強調理性與實證的特點。第二，在每一章節介紹某一技術原理或現狀的同時，說明解決該問題的歷史過程，使學生不但能夠學到結論，而且了解了科學技術發展的一般規律，從而在潛移默化中學會科研規則和科學理性的思維方式。例如，在講授《CAD/CAM》的“CAPP”一章時，簡要敘述其發展歷程：上世紀80年代基于工藝生成自動化思想的CAPP系統研發（目標過高而導致困難重重，難以實用。但是體現探索精神）——>90年代基于工藝管理思想的工具型CAPP系統（將復雜問題分割，由易到難逐個解決。體現理性精神）——>2000年以來基于數據管理的綜合化CAPP系統（迂回前進、堅持不懈向自動化目標靠近）。并要求學生課后查閱文獻，整理論述CAPP今后的發展趨勢。此舉使學生體會到不斷超越、不斷進步的科技創新過程，以及不滿足現狀、積極探索、理性思考的科學精神。

三、改革課堂教學方法

課堂教學是教學活動的中心工作，在講授方法、課堂組織等方面做出了相應的改革。

1.教學方法上，廣泛采用啟發式、討論式、課題式等開放式教學方法，營造良好的課堂文化。科學精神的特征之一是實證，不應該人為樹立任何權威。灌輸式授課，把固定的知識、成為教條的技術思想強加給學生，實際上是引導學生相信教科書、迷信權威，與科學精神背道而馳，因此必須徹底改變。

2.激發學生求知與探索的欲望和動力，鼓勵學生合理質疑，突出邏輯思維訓練及實證精神，以培養學生良好的科學素養與科學精神。

3.采用個性化教學。有個性的學生，往往不盲從、見解獨到，在教學中要鼓勵這部分學生脫穎而出。同時，有個性的學生可能大膽直言，不善于對話和溝通，此時教師要保持寬容心態，保護其創新意識使其嶄露頭角。

4.授課過程中，不要拘泥于內容和形式上的事先規劃，根據授課思路的發展與課堂氣氛情況，可以適當偏離、拓寬、加深備課的內容，可以穿插介紹科學家、學者、工程技術人員的基本信息、主要貢獻、個性特點，使枯燥的知識敘述，成為與個體有關的生動故事，激發學生對這些前輩們的崇敬之情與創新意識。

5.推行新的考核制度。對于學生的考核評價方面，積極探索和推行創新教育考試評價制度，建立了以考核能力與科學精神為核心的教學考核內容體系。學生成績由三部分構成：知識（陳述性知識與基本原理）、能力（利用基本原理解決實際問題）、精神（對現有事物的合理質疑、反思，對未來發展的洞察力，創新意識與實踐）。對于“科學與創新精神”的考核方法，以過程考核（討論、辯論、提問、質疑、思辨）為主。改變了傳統的知識考核為主的標準化評價模式，允許有獨特個性與特長的學生依靠在某方面的創新表現獲得優秀成績。

四、結論

在機械制造專業兩個班級CAD/CAM教學中實施上述改革實驗后，與往屆學生對比，具有明顯的效果。

1.學生的關注中心有明顯改變。以往學生以最終筆試成績為目的，平時上課只關心考試內容考試重點；改革后，學生千方百計查閱文獻資料，表現自己的見解與創意。證明我們的教學改革，一定程度上糾正了應試教育的弊端。

2.對CAD/CAM技術的理解更加深入。例如，有多名學生在查閱資料后得出結論，隨著3D打印技術為代表的快速成型技術的發展，未來CAD/CAPP/CAM可能會融合，工程師只需提供概念設計與創意，機械設計、工藝設計與制造將在同一系統中自動完成。

3.學生的視野更寬。在理解CAD/CAM發展史與現狀的基礎上，有學生對于中國CAD軟件產業進行了觀察與思考，指出存在的問題既有法律法規不健全，企業生存環境不好的原因，又有軟件產業自身缺陷等因素，并提出了相應的解決方案。

4.學生的理性思維能力有顯著提高。與往屆學生相比較，大多數學生討論問題時，在遵守邏輯規則與尊重證據等方面有更好表現；有學生質疑教科書的部分內容不準確，并進行了校對。

創新已經被提高到國家戰略高度，創新人才培養應以應以科學精神為導向。在CAD/CAM教學中實施了科學精神培養為特色的教學改革，使學生在獲取知識的同時，也培養了其運用理性合理質疑、勇于探索與尊重實證的品格，是一次有益的嘗試。今后，將在特色教材編寫上進一步做工作，重點突出、合理取舍；在課堂教學方法上，探索較為規范易于操作的模式；在考核方法上進一步細化，建立一套能準確反映學生理性思維方式、質疑與探索意識的成績評價系統。

參考文獻：

[1]胡錦濤.在中國共產黨第十八次全國代表大會上的報告[BD/OL].

http：//cpc.people.com.cn/n/2012/1118/c64094-19612151-1.html.

[2]張相林.我國青年科技人才科學精神與創新行為關系研究[J].中國軟科學，2011，（9）：100-107.

[3]Thomas M Weiss.The Spirit of Science[J].National Association for Research in Science Teaching，53，（4）.

[4]楊麗.大學創新教育的內涵_難點與推進策略[J].黑龍江高教研究，2011，（8）：28-31.

[5]王輝.淺談當代大學生科學精神的培養[J].教育與職業，2012，（5）：177-178.

[6]趙永平.淺談如何提高大學生的科學素質[J].科教文匯，2012，（9）：29-30.

[7]郭晏海.大學課堂教學中科學精神培養的探索與研究[J].西北醫學教育，2010，18（4）：668-681.

[8]孫莉玲.工科人才科學素質培養體系建構初探[J].煤炭高等教育，2006，24（4）：80-82.

[9]李焱.《科學技術基礎》課程的建設[J].機械職業教育，2009，（2）：26-28.

基金項目：寧波工程學院高教研究課題（NG13007）.

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