《CAD/CAM》教学中科学精神的培养

李占涛，孙慧平，程仙国

摘要：科学精神的内涵包括探索精神、质疑精神、理性与实证意识等方面，是创新人才必备的精神特质。大学担负着培养创新人才的基本职能，机械类专业课的教学中尤其需要强调科学精神的培养。《CAD/CAM》是机械专业的必修课程，本文论述了《CAD/CAM》教学中科学精神培养的必要性与可行性，并从教学目的、教学内容、课堂教学、考核方法等各方面阐述了具体的实施方法。

关键词：创新教育；科学精神；CAD/CAM

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）30-0114-03

科技创新是提高社会生产力和综合国力的战略选择，处于国家发展全局的核心位置[1]。创新驱动发展战略的关键在于培养一支素质优良的创新人才队伍。创新人才必须具有创新意识、创新精神、创新能力等素质，而勇于批判和变革的勇气是其不可或缺的精神特征。批判必须基于对现存事物及其规律的深刻理解、对现有系统的合理质疑及其弊端的精确洞察，变革意味着对事物发展方向的准确把握、发展目标的合理确定，实现途径的合理选择。这种综合性的精神特质，实质上就是科学精神。一般来说，科学精神包含着探索、质疑、实证和理性四个方面的特点[2-4]。

科学精神的形成需要优良的社会环境、优秀的文化传统，更依赖于良好的学校教育。大学不仅仅要教给学生知识和技能，而且要培养其科学的思维方式。理工类本科院校在培养创新型工程师的同时，也肩负着发现和选拔有科研兴趣和潜力的优秀学生、向国内外高水平大学输送研究生的使命，是培养创新人才战略的重要组成部分。开展以科学精神为特色创新人才培养模式改革，是一项急迫而重要的任务。在科学精神培养理论和相应的教学改革方面，教育工作者们做出了许多探索和努力。比如，王辉等报告了关于科学精神和科学素养的调查结果，指出大学生基本科学素养有待提高[5]。赵永平建议将培养学生的科学精神列入培养计划中，培养其求真、创新、批判精神，并鼓励学生投身科学实践[6]。郭晏海等介绍了培养学生科学精神的一些做法，主要包括：教师树立合理的教学理念；合理改革教学内容；突出学科发展史；灵活选择互动式教学方法等[7]。孙莉玲提出了科学素质培养中的具体方法，包括开设马克思主义哲学课程、实施研究性学习方法、加强前沿课程建设、加强大学生课外科技创新实践活动等[8]。李焱等介绍了其在大学开设《科学技术基础》课程以积极开展科学常识、科学思想、科学方法和科学精神教育的一些尝试、经验和存在的问题[9]。这些文献中提及的指导思想、经验和做法，无疑为专业课教师进行科学精神培养提供了良好的借鉴。然而，这些做法要么是偏重于理论探讨，要么是着力于强化科学素养，与创新人才所必备的、以探索、质疑、实证、理性为内涵的科学精神培养，存在着明显的差异。

大学专业基础课是大学教育的主要内容，应成为实施科学精神教育的场所。因此，如何通过专业课的教学提高学生科学素质和科学精神，是大学教师要探索、思考和实践的课题。几年来，笔者在《CAD/CAM》教学中，尝试引入和加强科学精神培养，并从教学目的、教学内容、课堂教学、考核方法等各方面进行了相应的改革，取得了一定的效果。以下对上述工作进行简要的报告。

一、CAD/CAM教学中科学精神培养的必要性

CAD/CAM（计算机辅助设计与制造）技术是计算机与数字信息技术在机械设计与制造领域的应用成果，是20世纪代表性的工程成就之一，从根本上改变了机械设计制造产业的面貌。CAD/CAM技术已成为工程技术人员必须了解和掌握的技术，是机械设计制造及其自动化专业学生的一门必修课程。长期以来，在《CAD/CAM》教学中，存在着偏重于知识传授、轻视科学精神的培养的倾向。学生热衷于考高分、拿证书，而对CAD/CAM技术的发展历程、支撑CAD/CAM技术蓬勃发展的科学方法、科学理念和科学精神没有兴趣。因此，探索和研究在《CAD/CAM》教学中如何培养科学精神，具有明显的现实意义。

1.有利于扭转普遍存在的重技术轻科学的功利主义倾向。从表面上看，CAD/CAM相关的资料文件中充斥着大量的技术名词，工程师关注的是硬件与软件的功能和效率，企业家关注的是CAD/CAM技术对企业利润的贡献。实际上，CAD/CAM技术的每一步发展，都离不开基础科学的进步。硬件方面，光纤的产生和发展，使得网络制造技术的实用化成为可能；而光纤技术的基础，是全反射原理的发现及光纤通信理论的建立；激光与碳性材料的发展，成就了光盘制造技术；量子计算机的研制更是离不开量子理论的指导。在软件方面，软件科学的建立与发展，使得复杂软件的效率与功能进一步提高。在管理方面，CAD/CAM系统的构建与运行，与以应用数学、统计学、运筹学为基础的管理科学的进展密切相关。可见，CAD/CAM不但是计算机技术与机械设计制造技术的融合，而且是人类几千年来特别是现代科学成就的体现。在传授技术的同时，培养学生的科学素养，有助于学生深刻理解该技术的实质，并准确把握其未来发展方向。

2.有利于培养学生的质疑和探索精神。CAD/CAM融合了信息技术、自动化技术、机械设计制造，人工智能等诸多领域最新科技成果，阶段性的技术革新和突破十分活跃。令人眼花缭乱的技术名词后面，有两条主线并存：发展与淘汰。CAD/CAM技术的发展方向是自动化、智能化、高效率，与此发展方向契合的新发现、新技术不断涌现并被投入应用，与此相对应的，必然是某些技术的淘汰。

因此，在CAD/CAM教学中实施科学精神培养，可以使学生深刻理解技术发展与淘汰的总体趋势，认识到CAD/CAM是一个动态发展的过程，目前的先进技术必将被更先进的技术所代替。科技工作者的任务包含两个方面，第一是发现CAD/CAM系统中存在的缺陷和问题，也就是质疑；第二是寻求解决方案和改进方法，也就是探索。CAD/CAM技术的发展，就是一个在不断的质疑和探索中前进的过程。在潜移默化中学会质疑与探索精神的学生，在其一生的职业生涯中，可望勇于打破现状、随时寻求技术突破。endprint

3.有利于培养学生理性思维能力及发现问题解决问题的能力。上文提及的质疑与探索，必须在理性的指导下才能获得正确的结果。而缺乏理性的质疑，必然是毫无根据的否定，缺乏理性的探索，必然是盲目的尝试。CAD技术出现初期，仅仅是以二维绘图为主的辅助绘图手段，应用范围狭窄、造价高昂、功能有限。对于萌芽时期的事物进行全面否定和抛弃，就是一种非理性的质疑。随着科技工作者的不懈努力，表面造型、实体造型、参数化设计、变量化设计以及面向特征的设计等设计思想与方法陆续出现。其中每一步进展，都是无数科技工作者在理性指导下，通过踏踏实实的努力，基于当时的科学发现与技术进展来实现的。

4.有利于培养学生的实证意识。理性指导下的质疑是否合理、理性指导下的探索是否有效，其最终的判断标准是实践，判断方法是实践验证。CAD/CAM技术的革新与改良是否有效，最终要由用户和市场来验证，验证标准是效率和利润。

总之，CAD/CAM教学中只有实施科学精神培养，才能使学生能深刻理解该技术发展历程所体现的质疑、探索、理性、实证的科学精神。

二、CAD/CAM教学中科学精神培养的方法

笔者在CAD/CAM教学中，以教学目的、课程内容、教学方法、评价方式等四个方面为改革对象，以理工类大学中机械类专业为依托，开展了科学精神培养的教学实验。将目前以知识传授为核心的传统教学模式，改革为以科学精神培养为特色的创新人才培养模式。研究与改革内容如下：

1.明确培养目标。将培养目标设定为：培养具备探索、质疑、实证、理性等科学精神的、敢于推陈出新、敢于承担风险、敢于行动的创新型人才。

2.改革课程内容。现有CAD/CAM专业课教材，主要以知识性介绍为主，为此，在两个方面进行改革。第一，增添了CAD/CAM学科发展史内容。所编写的学科发展史，浓缩着该学科从无到有、从简单到复杂、从粗略到精确、不断修正错误不断创新的过程，处处体现科学精神中的勇于探索、敢于质疑、强调理性与实证的特点。第二，在每一章节介绍某一技术原理或现状的同时，说明解决该问题的历史过程，使学生不但能够学到结论，而且了解了科学技术发展的一般规律，从而在潜移默化中学会科研规则和科学理性的思维方式。例如，在讲授《CAD/CAM》的“CAPP”一章时，简要叙述其发展历程：上世纪80年代基于工艺生成自动化思想的CAPP系统研发（目标过高而导致困难重重，难以实用。但是体现探索精神）——>90年代基于工艺管理思想的工具型CAPP系统（将复杂问题分割，由易到难逐个解决。体现理性精神）——>2000年以来基于数据管理的综合化CAPP系统（迂回前进、坚持不懈向自动化目标靠近）。并要求学生课后查阅文献，整理论述CAPP今后的发展趋势。此举使学生体会到不断超越、不断进步的科技创新过程，以及不满足现状、积极探索、理性思考的科学精神。

三、改革课堂教学方法

课堂教学是教学活动的中心工作，在讲授方法、课堂组织等方面做出了相应的改革。

1.教学方法上，广泛采用启发式、讨论式、课题式等开放式教学方法，营造良好的课堂文化。科学精神的特征之一是实证，不应该人为树立任何权威。灌输式授课，把固定的知识、成为教条的技术思想强加给学生，实际上是引导学生相信教科书、迷信权威，与科学精神背道而驰，因此必须彻底改变。

2.激发学生求知与探索的欲望和动力，鼓励学生合理质疑，突出逻辑思维训练及实证精神，以培养学生良好的科学素养与科学精神。

3.采用个性化教学。有个性的学生，往往不盲从、见解独到，在教学中要鼓励这部分学生脱颖而出。同时，有个性的学生可能大胆直言，不善于对话和沟通，此时教师要保持宽容心态，保护其创新意识使其崭露头角。

4.授课过程中，不要拘泥于内容和形式上的事先规划，根据授课思路的发展与课堂气氛情况，可以适当偏离、拓宽、加深备课的内容，可以穿插介绍科学家、学者、工程技术人员的基本信息、主要贡献、个性特点，使枯燥的知识叙述，成为与个体有关的生动故事，激发学生对这些前辈们的崇敬之情与创新意识。

5.推行新的考核制度。对于学生的考核评价方面，积极探索和推行创新教育考试评价制度，建立了以考核能力与科学精神为核心的教学考核内容体系。学生成绩由三部分构成：知识（陈述性知识与基本原理）、能力（利用基本原理解决实际问题）、精神（对现有事物的合理质疑、反思，对未来发展的洞察力，创新意识与实践）。对于“科学与创新精神”的考核方法，以过程考核（讨论、辩论、提问、质疑、思辨）为主。改变了传统的知识考核为主的标准化评价模式，允许有独特个性与特长的学生依靠在某方面的创新表现获得优秀成绩。

四、结论

在机械制造专业两个班级CAD/CAM教学中实施上述改革实验后，与往届学生对比，具有明显的效果。

1.学生的关注中心有明显改变。以往学生以最终笔试成绩为目的，平时上课只关心考试内容考试重点；改革后，学生千方百计查阅文献资料，表现自己的见解与创意。证明我们的教学改革，一定程度上纠正了应试教育的弊端。

2.对CAD/CAM技术的理解更加深入。例如，有多名学生在查阅资料后得出结论，随着3D打印技术为代表的快速成型技术的发展，未来CAD/CAPP/CAM可能会融合，工程师只需提供概念设计与创意，机械设计、工艺设计与制造将在同一系统中自动完成。

3.学生的视野更宽。在理解CAD/CAM发展史与现状的基础上，有学生对于中国CAD软件产业进行了观察与思考，指出存在的问题既有法律法规不健全，企业生存环境不好的原因，又有软件产业自身缺陷等因素，并提出了相应的解决方案。

4.学生的理性思维能力有显著提高。与往届学生相比较，大多数学生讨论问题时，在遵守逻辑规则与尊重证据等方面有更好表现；有学生质疑教科书的部分内容不准确，并进行了校对。

创新已经被提高到国家战略高度，创新人才培养应以应以科学精神为导向。在CAD/CAM教学中实施了科学精神培养为特色的教学改革，使学生在获取知识的同时，也培养了其运用理性合理质疑、勇于探索与尊重实证的品格，是一次有益的尝试。今后，将在特色教材编写上进一步做工作，重点突出、合理取舍；在课堂教学方法上，探索较为规范易于操作的模式；在考核方法上进一步细化，建立一套能准确反映学生理性思维方式、质疑与探索意识的成绩评价系统。

参考文献：

[1]胡锦涛.在中国共产党第十八次全国代表大会上的报告[BD/OL].

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

[2]张相林.我国青年科技人才科学精神与创新行为关系研究[J].中国软科学，2011，（9）：100-107.

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

[4]杨丽.大学创新教育的内涵_难点与推进策略[J].黑龙江高教研究，2011，（8）：28-31.

[5]王辉.浅谈当代大学生科学精神的培养[J].教育与职业，2012，（5）：177-178.

[6]赵永平.浅谈如何提高大学生的科学素质[J].科教文汇，2012，（9）：29-30.

[7]郭晏海.大学课堂教学中科学精神培养的探索与研究[J].西北医学教育，2010，18（4）：668-681.

[8]孙莉玲.工科人才科学素质培养体系建构初探[J].煤炭高等教育，2006，24（4）：80-82.

[9]李焱.《科学技术基础》课程的建设[J].机械职业教育，2009，（2）：26-28.

基金项目：宁波工程学院高教研究课题（NG13007）.

作者简介：李占涛（1972-），男，山东莒县人，博士，讲师，研究方向：岩石力学、智能钻机，CAD/CAM。endprint