基于STEM创客时代背景下跨学科育人实践的研究

摘 要 中国制造2025的时代浪潮下，十九大报告提出：“要大力弘扬劳模精神和工匠精神，通过职业教育培养工匠精神”；结合笔者多年来的教书育人与科创实践辅导经验。本文将就中职学校运用STEM理念，通过科技创新活动平台，围绕“工匠精神”培育跨学科技术蓝领的实践与研究。

关键词 STEM；中职教育；椭圆规；创客

目前，笔者所在的顺德区正围绕工业智造的课题，许多产业面临升级的压力，学校的职业教育面临为地方产业提供大量的具有跨学科综合素养人才的社会背景下，本文将结合科创项目《一种新型椭圆规》的实践，从四方面诠释笔者基于学校层面如何开展STEM科创活动培育具有工匠精神技能人才的实践与研究。

1 营造STEM创客育人环境，是培育工匠的首要条件

目前育人环境存在的问题及应对策略

（1）STEM教育务必领悟何为工匠，正视不足，大胆改革与创新

人才的培育应杜绝急功近利、心浮气躁等现象。例如：答题技巧等走捷径成才的观念是与工匠精神背道而驰的。严重影响着学生安心学习、钻研业务的品质。 我们在教育教学当中，要注重转变学生的观念，要使学生认识到，工匠精神对他们成长成才的重要性[1]。

（2）育工匠精神，师者需具匠心

为人师表要加强师德与匠心建设。要想使学生具有工匠精神，老师首先要有匠人的精神，勇于探究与专研的教师，言传身教中培育学生思想观念认识的转变。

2 基于STEM科创项目《一种新型椭圆规》，服务育跨学科人才的实践

本項目，作为笔者在近年来比较成功的STEM教育实践案例，经过2年多的教学探索和实验，已经成功地应用于以工程创作为目标融合科学、数学、技术的教学模式，在工程项目实践中，需要把握好四点：

2.1 项目能基于中职生的知识背景下，选取具备生活问题性的原则

本项目由于教材上画椭圆的方法较繁；玻璃黑板又不能钉钉子；即使是本质黑板，钉、起钉子也较麻烦；准用椭圆模板所画椭圆是固定的，还需找出焦点位置，所以速度并不快。以上的原因促使相当多的老师采取信手画椭圆的办法，信手画椭圆不能体现数与形相结合的教学理念；不利于培养学生科学探究过程，而《一种新型椭圆规》能导出生活问题，激发学生的探究与实践。

2.2 该项目具有日常生活的数理实践性，容易获得过程科学性知识

本发明是针对人们在描绘椭圆图形时没有常规的工具使用，传统的画法只能利用圆规绘制出圆弧拼组而成，往往带来很多不便（影响课堂的效率），为了能快速描绘标准的椭圆图形，我们以圆规的制作原理（动点到定点等于定长的轨迹——圆形）为依据，根据椭圆的定义：两定点到动点的距离之和等于定长的轨迹——椭圆，以椭圆定义为理念，运用逻辑推理方法，经多次尝试实体运作发现。两等距且轨迹互相垂直的动点到另一动点的距离等于定长的轨迹也是一个椭圆，运用这一发现调整等距的两点间的距离及两动点到另一动点间的距离，其轨迹就是不同的椭圆。

2.3 该项目通过非学科的碎片教学，培育学生在实践过程中获取知识

基于项目的开发，可以培养学生思考实践，作为专业教师需要构建“慕课”培育学生专研 的工匠精神。例如：本发明的工作原理及结构：椭圆规是根据椭圆的定义研发出的一种创新绘图仪器，它由一个可有互相垂直的凹槽，并各自嵌入带固定可旋转螺栓的滑块，两滑块间用长杆的一端连接固定。长杆的另一端配置带笔夹的滑块，使用时可根据要求，调整两动点滑块距离及杆夹笔滑块的距离，按椭圆的大小移动相对应的距离，便能快速绘制出所需的椭圆图形，激发学生通过网络等多维度去研究，并在研究中学会解决问题的知识。

2.4 基于中职生出彩的角度，项目设计具有推广应用性

（1）基于学生社会能力的培养

本发明是一种实用绘制图形的常规工具，对于广大的中小学可称是一种简单而不可缺少的助手，对专业制图人士帮助更明显，故有广阔的市场开发潜力。椭圆规是中学数学教学中不可缺少的教具之一。但这种教具在市场上不易买到。为了解决教学中的急需，作者自行设计制作了椭圆规。用此椭圆规不但能画任意大小和扁平程度不同的椭圆，而且能作教具来讲述椭圆的定义，效果都比较好。

（2）基于学生基础学科应用能力的培养。

本项目选用椭圆，是基于数学是科学大门的钥匙，忽视数学必将伤害所有的知识，因为忽视数学的人是无法了解任何其他科学乃至世界上任何其他事物的。更为严重的是，忽视数学的人不能理解他自己这一疏忽，最终将导致无法寻求任何补救的措施。 正如Peirce. Benjamin说： 数学不是规律的发现者，因为它不是归纳。数学也不是理论的缔造者，因为它不是假说。但数学却是规律和理论的裁判和主宰者，因为规律和假说都要向数学表明自己的主张，然后等待数学的裁判。如果没有数学上的认可，则规律不能起作用，理论也不能解释[2]。

3 科创作为一种实践活动，是辅导员运用STEM育人具有重要意义

笔者通过与校本专业的结合，极大的培育的学生多方面的能力。例如：笔者将该理念应用在数控加工上，对接地区优质企业布龙斯包装机械设备有限公司的五金配件的加工，培育了一批具有数学思维的具有工匠精神的蓝领人才。

例如：数控加工过程中，让学生学会了在数控车床加工中如何巧妙应用宏程序对复杂的零件进行编写加工程序，以减少手工编程时进行烦琐的数值计算，精简程序是许多初学者比较难理解的问题。结合《一种新型椭圆规》的实践，学生可以提出对车削椭圆曲线的加工方案并实践，通过现场考查发现：

（1）学生明白椭圆的数学模型，收获了对变量进行算术运算、逻辑运算和函数混合运算，再通过它所提供的循环语句、分支语句和子程序调用语句的应用能力。

（2）学生通过制作椭圆规的过程，专业教师发现学生对椭圆、抛物线等一些非圆曲线的坐标点更加容易理解，并驱使刀具沿着这些坐标点进行切削并帮助他们容易地计算出曲线上的点，勾画出所需要曲线的车削加工路线，达到了事半功倍的效果。

4 运用《一种新型椭圆规》的模型，培育中职生数控加工工程技术综合能力效果明显

（1）通过基于《一种新型椭圆规》的实践过程，通过数控加工的过程发现：学生分析零件图能力极大地提高了，例如学生通过椭圆规模型的学习图一，将椭圆的中心偏移到工件坐标系原点，既能满足椭圆方程又能以O点为编程基准。并且轻易地通过椭圆规的分析图样找到X方向的偏移量为0，Z方向的偏移量为-33.71。这一点作为以往的数控专业教师的痛点得到了较好的解决[3]。

（2）通过椭圆规对样板的绘制，让学生更加容易编制与读懂流程图二的结构可以更加直观的理解编写如下的数控加工数据定位的程序。

#10=28.71（z轴起始值）

WHILE #10 GE [0]（判断Z自变值有没有到达终止值0）

#11=30/42*SQRT[42*42-#10*#10]（X轴变量）

#12=#10-33.71（Z轴变量）

G01 X[2*#11] Z[#12]（椭圆车削）

#10=#10-0.05（自变量Z每一次减少0.05mm）

5 结语与期望

基于STEM创客时代背景下，跨学科育人实践的研究，要改革课程模式，要重点培养学生独立思考的能力，提升他们自信心和责任感，这也是工匠精神所要求的。专业课里面，要重点提升学生专业技能方面能力的培养和对精湛技艺追求精神的培养，开展一些课程当中设置工匠精神的考核点来考核学生的工匠精神，也可以让学生走进我们校企合作的企业，现场感受企业文化，以及企业工人对工作、对岗位的那种执着追求精神。在校园文化里，可以营造一些崇尚劳动光荣、技能宝贵的氛围，让学生在耳濡目染中积淀出工匠精神。

作者在撰寫本文过程中，非常高兴学校的专业教师积极参与STEM的育人实践，将本人的理念通过专业教学的实践，诠释十九大“产教融合、校企合作”培育工匠精神做出了具有时代脉络的育人新成果。

参考文献

[1] 李雯.基于工作过程系统化模式的一体化教学工作页开发实践[J].职业，2017，（10）：146-147.

[2] 穆立新.基于工作过程系统化的中职化工工艺专业人才培养模式探索[J].环球市场信息导报，2017，（26）：88-88.

[3] 侯沁.“创客中国”：构建产业双创生态圈[J].职业，中国电子报，2015，（74）：146-147.

作者简介

陈有添，中职高级讲师，2014-2017期间共获的3次全国辅导员科创作品二等奖，于2015年首次尝试培育5名13、14级学生参加二十一届全国发明展并获得3金2银的创业奖，2008-2017年辅导学生作品获得省、市、区科创大赛获一等奖等多项荣誉达到200多项。

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