基于STEAM 教育理念的高职《机械制图》课程教学改革研究

中图分类号：G420 文献标识码：A

当前，国家深入推进职业教育改革与“新工科”建设，不仅需要专业技能人员有精湛的识图绘图技能，更强调三维数字建模、创新设计意识和跨学科知识整合能力。而目前的高职《机械制图》传统教学，仍普遍存在“重理论、轻实践”、“重二维绘图、轻三维设计”以及“重技能模仿、轻创新引导”的问题，本研究将科学、技术、工程、艺术与数学等多学科融合的 STEAM 理念系统引入高职工科基础课程，通过项目式、探究式的教学模式重构，旨在有效破解传统课堂的枯燥低效问题，切实培养学生的工程实践能力、数字化设计能力与创新协作素养，从而为其实现高质量就业和可持续职业发展奠定坚实基础。

一、高职《机械制图》教学现状与问题分析

1、学科融合不足

当前课程教学存在显著的“孤岛化”现象。《机械制图》的内容往往被局限于单纯的投影理论与制图规范讲授，与《机械设计基础》等后续专业课程的知识关联被人为割裂。学生在学习时难以理解图纸背后的设计意图、加工工艺要求以及公差配合的功能性作用，导致知识体系碎片化，无法将制图作为有效的“工程语言”应用于后续的综合性项目中，课程的基础性、先导性作用未能充分发挥。

2、技术应用滞后

教学内容和手段与日新月异的工业技术发展相比严重滞后。许多学校的教学重心仍停留在手工尺规绘图和二维 AutoCAD 绘图训练上，而对已成为行业主流的三维数字化设计（如SolidWorks， UG 等）、逆向工程技术和增材制造（3D 打印） 等新技术引入不足或完全脱节。这种滞后导致学生所学技能与现代企业岗位需求错位，毕业后仍需企业进行二次培训，削弱了高职人才的就业竞争力。

3、创新实践缺失

教学模式多以“抄画”和“仿照”为主，即给学生提供标准零件图纸或实物模型进行测绘与绘制。这种模式虽能训练学生的基本绘图技能，但整个过程是被动模仿而非主动创造，严重缺乏以解决真实工程问题为导向的创新设计与实物制作环节。学生无法经历“设计构思 - 表达 - 实现 - 验证”的完整工程流程，其创新思维、设计能力和解决实际问题的综合素养得不到有效锻炼。

4、评价方式单一

课程考核评价体系过于单一和片面。评价多以期末理论考试和最终提交的图纸作业的准确性为主要依据，这种典型的“重结果、轻过程”模式忽视了对学生学习过程中表现出来的空间想象力构建、团队协作精神、方案创新性以及解决棘手问题能力的形成性评价。

二、 STEAM 理念与课程教学改革的融合路径

为有效破解传统教学的积弊，本研究以 STEAM 教育理念为引领，对高职《机械制图》课程进行系统性改革，旨在构建一个以学生为中心、以项目为载体、以综合素养培养为目标的新型教学模式。

1、构建项目化教学内容

通过项目式学习设计一个能贯穿整个学期、融合多项教学内容的综合项目—“一款创意台灯的设计与制作”。该项目源于生活，趣味性强，且能自然融入各学科知识。

S（科学）：学生需分析台灯结构的稳定性（如底座结构与重心的关系，涉及力学知识）；若设计为可调光台灯，则可引入简单的电路原理（如 LED 驱动、电阻计算），理解光与电的科学基础。

T（技术）：项目全程依托三维建模软件（如 SolidWorks）进行数字化设计，这是核心的技术工具。最终作品通过 3D 打印或激光切割技术进行实体化制造，让学生亲身体验先进制造技术如何将数字模型转化为物理实体，深刻理解“数字化设计 - 增材制造”这一现代技术流程。

E（工程）：项目严格模拟产品开发的完整工程流程：

需求分析：明确台灯的使用场景、功能需求和用户群体（如学生阅读用）。

概念设计：进行头脑风暴，手绘多种创意方案草图，进行小组方案评审与优选。

详细设计：运用三维软件进行精密建模，完成所有零件的结构设计、虚拟装配，检查

工程出图：从三维模型生成符合国标的二维工程图，正确标注尺寸、公差、表面粗糙度和技术要求。

模型制作与测试：通过制造零件，进行实物装配，测试其稳定性、照明效果等功能，并记录问题。

A（艺术）：鼓励学生在设计中融入美学思考，如台灯的造型（现代极简、复古等风格）、色彩搭配、材质选择（通过不同颜色的打印材料体现）。同时，必须考虑人机工程学，如开关的位置是否顺手、灯臂调节是否方便、光线是否柔和等，使产品不仅美观，而且实用、好用。

M（数学）：项目的整个实施过程都建立在数学基础之上。投影理论是绘图的根本；尺寸标注是保证零件可制造、可装配的数学语言；公差配合的选择与计算是保证产品功能与互换性的数学准则；在建模中，草图约束、特征尺寸的设定本身就是数学思维的体现。

通过这样一个完整的项目，STEAM 五要素不再是生硬的拼凑，而是有机地、自然地融合在解决一个真实问题的全过程之中。

2、创新教学方法与手段

推行项目式教学（PBL）与小组协作学习：学生以 4-6 人小组为单位，共同完成项目。教师的角色从知识的灌输者转变为学习的引导者、促进者和资源提供者。课堂时间主要用于小组讨论、方案评审、技术指导和答疑解惑。

深度融合信息技术：充分利用虚拟仿真和VR/AR 技术化解教学难点。例如，利用VR 设备进行复杂的部件拆装演练，让学生“进入”机器内部观察装配关系，极大提升空间想象能力。利用仿真软件进行简单的运动学或应力分析，使设计更具科学性。

3、建立多元化考核评价体系

与新的教学模式相匹配，建立一套聚焦过程、重视创新、体现多元的综合评价体系。过程性评价（占比 40% ）：关注学生在项目全过程中的表现，包括：学习态度与参与度、方案草图与构思的新颖性、小组活动中的贡献与协作精神、设计日志的完整性。

成果性评价（占比 40% ）：对项目最终产出进行多维评价，包括：三维数字模型的质（特征完整性、参数化程度）、二维工程图的规范性（是否符合国标、尺寸标注是否完整清晰）、实物模型的功能性与完成度（是否达到设计要求、外观质量）。

团队互评与答辩评价（占比 20% ）：在项目结束时，举行答辩会，各小组展示成果、阐述设计过程并回答提问。由教师和小组互评，综合考察其表达能力、团队合作情况及项目整体质量。

这种多元化评价体系，能够更为全面、客观地衡量学生的综合能力和素养成长，真正引导学生的学习方向与课程目标保持一致。

三、教学实践案例与效果分析

通过项目“迷你千斤顶的测绘、建模与创新改进”。要求各小组完成实物拆装、零件测绘、三维建模、工程图输出，并最终提交一份针对某一不足（如便携性、效率、人机交互）的创新改进方案报告。

实施步骤如下：

拆装测绘（E，M）：小组协作拆解实物，了解其螺旋传动原理（S），使用游标卡尺等工具精确测量所有零件尺寸，培养严谨的工程态度（E）并应用测量知识（M）。

三维建模与装配（T，M）：运用 SolidWorks 软件，根据测绘数据精确重建所有零件模型（T），并完成虚拟装配，检验尺寸配合的合理性（M），深刻理解公差配合的重要性。

出工程图（M，T）：由三维模型生成符合国家标准的零件图与装配图（M），熟练操作软件进行图纸布局与标注（T），巩固制图规范。

创新改进报告（A，S，E）：此环节是 STEAM 融合的升华。学生需分析现有结构的优缺点，运用所学知识提出创新方案。例如，有小组为提升便携性，设计了可折叠手柄（A- 造型、E- 结构）；另一小组为省力，尝试将梯形螺纹改为滚珠丝杠传动（S- 摩擦学原理）。他们需在报告中阐述改进理由、原理并绘制方案草图。

通过此项目，STEAM 要素得以有机融入：科学（S）原理是基础，技术（T）与数学（M） 是实现手段，工程（E） 是实践流程，而艺术（A）与创新则体现在优化设计中。

实践证明，基于 STEAM 理念的项目化改革有效激发了学生内在学习动力，实现了知识、能力与素养的协同提升。

四、总结与反思

教学实践充分证明，该改革显著激发了学生的学习内驱力，使其在工程实践、数字化设计、创新思维与团队协作等综合素养方面得到了实质性提升，成功将课程从单一的“绘图工具课”转型为“综合创新启蒙课”，具有良好的可行性、有效性与推广价值。

然而，改革实践也面临诸多挑战。展望未来，本研究将从以下几方面深入：一是加强师资培训，组建跨学科教学团队；二是积极寻求校企合作，引入企业真实项目案例与技术支持，共建共享教学资源；三是系统开发配套的项目化教学资源包（包括任务书、指导书、评价标准、优秀案例集等），为更大范围的推广实施提供标准化支持，持续深化课程改革。

参考文献：

[1] 发展职业教育培养大国工匠 [N]. 经济日报 , 2023-04-24(011).

[2] 龚爱平 , 张海银 .PLC 课程融合 STEAM 教育的教学模式探究 [J]. 高教学刊 ,2022,8(33):82-85+89.

[3] 李甦，郑晴.STEAM 教育视域下高职创新型人才培养：应然、实然与必然[J]. 成人教育 ,2023,12(432):82 -85.

[4] 张翼飞 , 于崧 , 等 .STEAM 教育理念在创新人才培养中的应用 [J]. 教育教学论坛 ,2022(13):161-164.

基金项目： 2024 年度市大足区职教联合会教育教学改革研究立项项目：STEAM 视域下BOPPPS 教学模式在铁道车辆技术专业课程中的探索和实践（DJG2024004）

作者简介：郭小蕊（1990-），山东济宁人，硕士，讲师。