刘赛 蔡宝

摘 要： 面向非工科专业学生，根据工程实践与通识教育两者的特点和要求，分析了工程训练通识课程的教学理念与基本定位，结合工程领域涌现的新技术，不断更新课程模块，形成了全新的工程实践通识教育课程。实践表明，全新的课程有利于提高学生的工程实践能力，有利于促进多学科之间的融合，有利于传递工程理念，有利于提升非工科学生的工程素养。

关键词： 工程实践；通识教育；模块化教学；工程素养

中图分类号： TB      文献标识码： A      doi：10.19311/j.cnki.16723198.2023.06.102

0 引言

20世纪七八十年代，英国科学促进会倡导建立科技、经济与管理相结合的工程教育体系，法国工程教育提出需要工程人员熟悉科技、经管、人文、法律等知识，美国工程教育改革强调“加强工程实践训练，加强各种能力的培养”；在内容上强调“综合与集成，自然科学与人文社会科学的结合，工程与经济管理的结合”。自进入21世纪以来，我国工程教育同样进入了飞速发展阶段。工程训练早期课程主要面向一二年级学生开设工程技能实践训练，但其主要是针对工科类专业学生实践能力的培养，而对非工科专业学生工程素养的培養却大大不足，忽视了该课程的通识性及公共基础性的特征。工程训练通识课程应通过工程实践使学生了解工业制造流程，体验工程文化，从而实现文理相结合、学科相交叉的教学理念，以满足学生通识教育作为首要考虑因素，以普及工程基础技能和工业最新前沿科技作为重要内容，进而培养学生具有一定的工程意识，满足一专多能的专业需求。因此，上海第二工业大学工程训练中心结合现有的教学条件，对课程结构不断进行分析、重整，以提升工程通识训练的教学质量，支撑工程教育的人才培养目标。

1 工程训练通识教育课程的教学理念与基本定位

工程训练区别于传统的理论教学和专业知识的传授，重在素质和能力的提升，其特点在于体现性与实践性的充分展示，它既是学习工程知识和工程技术的重要手段，更是培养工程素质、实践能力和创新潜质的重要途径。面向非工科专业学生进行工程训练通识课程可以实现：

第一，培育学生严谨的工作作风。工作严谨、规范是工程活动的基本表象。

第二，培养学生的工程思维能力。教师适当引导学生从工程角度思考问题。

第三，培养学生工程科学精神。通过工程伦理、技术发展史等内容的拓展，培养学生辩证的科学认识论和方法论。

第四，适当融入思政元素，培养学生社会责任感和正确的价值观。

2 工程训练通识教育课程的教学改革分析

2.1 工程训练通识课程基本调查

为了进一步培养非工科专业学生的工程素养，提高人才培养质量，很多高校对工程训练系列课程进行了大量的教学改革，并根据各自学校的特点增添了不同的特色教学项目。例如有的高校引入数控技术模块，有的高校引入激光机工、3D打印、线切割等先进制造技术。华南农业大学开设了机械工程实训、电工电子实训和现代农牧渔林装备及车辆工程实训等三个方面的工程实践训练教学内容；北京航空航天大学基于自身“航空航天特色和工程技术优势”，总结了各专业所涉及的工程技术，构建了以航空航天工程技术为基础的“机械技术、电子技术、控制技术”综合性工程训练平台。

2.2 《基础工程训练》通识课程内容的更新及优化

上海第二工业大学工程训练中心自2002年创办以来就建立了工程技能通识训练课程《金工实习》，主要面向全校非工科专业学生，开设了机械工程实训教学内容，如表 1 所示。最初侧重了机械产品常用的金属材料及其加工方法。随着教学的开展，发现了一些问题：非工科类专业学生的工程理念相对不完善，容易出现安全问题；教学内容及模式仅仅局限在机械制造专业技能实训，非工科专业学生容易出现专业概念理解不到位和机床操作困难的现象；学科单一，课程体系相对落后，在很大程度上限制了学生工程理念的拓展与眼界的开阔。因此，自2015年开始对其进行教学改革，从单一学科向多学科交叉融合转变，面向全校非工科专业学生重构了课程模块内容。2015年修订后的培养方案中注重了生产实际、现代工业生产技术的拓展。但是，修订后的教学模块相对松散、孤立，缺乏项目的系统性，各个模块的整合性差，综合性不足。因此，以工程认识为目的，从课程的统一性出发，2019年重新优化整合了通识课程模块。优化后的课程以六角螺母为核心，所有模块均围绕学生作品展开教学，如图1所示。七个教学模块以六角螺母为基础，完成了工业产品设计-加工-装配的整个过程，使得课程真正实现了统一性、实用性、完整性。

3 工程训练通识课程实施

3.1 工程训练课程教学实施

工程训练通识课程根据现有硬件设备及师资条件，采用小班上课，每学期大约800名学生，每个班级不超过20人，并由4-5名教师进行7个模块的讲解。课程内容包括六角螺母三维设计、零件加工以及组装调配，这正是工业产品诞生过程的一个缩影，学生可以充分了解工业产品的制造流程，真正做到闻一知十。

3.1.1 CATIA三维设计模块

本模块使得学生掌握CATIA软件草图操作、零件实体设计；初步了解零件装配设计，了解初步的工业设计流程。如何通过有限学时使学生初步掌握软件的基本操作，这是本模块遇到的最大困难。本模块共计8学时，小班授课的优势是在短时间内可以处理每位同学所遇到的问题。在教学实施过程中，少理论、多案例是原则，多点拨、多实践是核心。例如，在讲解“零件设计”内容时，不追求工具栏命令的面面俱到，而是突出三维模型所实际需要使用的命令。经过软件实操训练，学生可独立完成六角螺母和螺栓三维模型的创建，并导出STL文件，以备后续3D打印模块使用。图2为学生自主创建的螺母及螺栓的三维模型。

3.1.2 虚实结合车床模块

非工科专业学生对普通车床的应用以体验为主，以工程认识为目的，同时以学生安全为首位，把普通车床的实践操作与虚拟现实技术相结合，共同构成车削模块。在教学实施过程中，先进行车床实际加工，后进行虚拟车床加工。普通车床模块由2名教师指导近20名学生进行车床加工。每2名同学为1组，共同分配一台车床。在学生实践操作过程中，教师在车间进行巡视，及时处理现场各种突发状况。

3.1.3 铣削模块

在普通铣床实训过程中，同样要求以以学生安全为首位，每2名同学为1组，共同分配一台铣床，2名同学轮流操作，禁止2名同学同时操作同一台车床铣床，以普通车床加工出的胚料为基础，继续进行加工，铣削螺母胚料的对角面，并将其作为加工基准，为后续钳工做准备。

3.1.4 钳工模块

钳工模块使学生了解钳工的特点与作用；熟悉钳工的基本操作方法及作用，熟悉钳工安全操作规范。在教学实践过程中，每人单独一个工位，学生以铣床加工出的螺母半成品为基础，通过划线、测量、锯削、锉削、钻孔、攻丝等工序，最后制作出六角螺母作品。钳工是以手工操作为主的模块，不仅可以提高学生实践动手能力，也是一次非常完美的劳动教育课程，因此在充满智能化元素的社会环境中，钳工模块以其独有的手工操作独树一帜，是工程训练通识课程中不可或缺的模块。

3.1.5 3D打印模块

3D打印模块使学生了解3D打印基础知识与基本技能，掌握3D打印机的使用。学校工训中心设有5台3D打印机UP BOX和10台小型桌面打印机，恰恰适合于不超过20人的小班授课。教师讲解三如何设置打印精度、填充率、切片厚度等相关3D打印参数，学生根据CATIA三维建模模块导出的螺母和螺栓的STL文件直接打印出三维作品，并进行装配，如图3所示。本模块使学生掌握了基础的3D打印技能，有效地提高了教学效果，同时学生通过体验3D打印和车铣钳模块分别加工出的螺母，分析两种加工方式的区别。

3.1.6 激光加工模块

学校激光实验室拥有激光打标及激光雕刻设备各一台，在教学实施过程中，小班授课时分为2组，每组7-9名同学轮流操作两台设备，学生在螺母零件上打上标记，制作出独一无二的仅属于本人的作品，使学生有很强的成就感，充分调动了学生的参与度。当完成螺母的激光标记后，剩余时间不设定统一的教学任务，学生任意发挥，自己确定打标材料，打标文字或图片，这一模块不仅紧贴课程内容，而且具有充分的开放性、发散性，获得了学生一致好评。

3.1.7 工业机器人模块

ABB IRB120工业机器人相关部件组成工作台、码垛单元、视觉单元、装配单元和仓储单元。实训过程中示教过程简单易懂，只需精确定位产品抓取和放置点；机器人视觉利用相机代替人眼来对六角螺母做出各种判断。以六角螺母作为目标零件，通过工业机器人模块使学生了解运输、装配、码垛等操作流程。教学实施过程中，不超20人的小班授课仅仅需要3-4台六角桌工业机器人，每6名同学分配为一组，全班分为3-4组即可，通过机器人实验平台使学生了解工业机器人基本知识与操作技能，培养学生工程理念及工程素养。

3.2 工程訓练通识课程特色

3.2.1 覆盖面广

工程训练通识课程面向全校高职学院、文理学院、经管学院近20个非工科专业开设，每学年覆盖近1600名大一新生，可以有效地培养非工科专业学生的工程实践能力、提升其工程素养，对人才培养质量的提高具有一定的支撑作用。

3.2.2 紧贴工业科技前沿，及时更新教学内容

本课程自开设以来，不断进行教学改革。早期《金工实习》课程对于非工科专业学生来说，具有较大的难度，无形中影响了对实训课程的学习兴趣。教学改革就是要摒除不利因素，为非工科专业学生创设工程实践环境，培养其工程意识、工程思维，以此为出发点，工程训练通识课程削减传统机械加工模块学时，适当增加新知识，拓宽新领域，引入了3D打印、激光加工、机器人等新模块，为学生展现了真实的工程环境，有利于培养具有工程创新思维的高素质人才。

3.2.3 教学内容承上启下，多模块有机统一

七大教学模块以六角螺母作为教学核心，教学内容联系紧密，承上启下，从产品设计到加工制作，最后装配，使得课程真正实现了统一性、实用性、完整性，这也正是一个工业产品成形的缩影，真正解决了教学模块孤立的问题。

4 工程训练通识课程的实践成果

4.1 学生课堂教学效果对比分析

教学改革之前，教学模块比较零散，学生对课程缺乏整体认识，而且由于多模块导致的教学地点多变、教师不断更换，很容易导致学生不清楚课程内容，课堂教学效果不是很理想；新模块的工程训练通识课程，七大教学模块以六角螺母作为教学核心，学生对教学任务有了明确的认识，从而使得学生对课程有了整体性的认识，大大提升了课堂教学效果。

4.2 学生实践能力对比分析

教学改革之前，教学内容更新不及时，计算机绘图模块停留在二维图形教学内容，对于非工科学生的理解有很大的难度，虽然也有一系列实践作品，但是均处于零散、孤立状态，都属于单个零件，缺乏整体性效果，学生仅仅是按照教师的演示，然后进行“复制粘贴”工作，缺乏创新性。新模块的工程训练通识课程，以螺母作为教学核心，将七大教学模块有机结合到一起，大大提升了学生的工程实践能力，如图4所示。在完成教学任务的前提下，学生可以自我设计，充分实现模型数据开放化，充分锻炼学生的创新能力。

5 结论

面向全校不同非工科专业，工程训练通识课程需要密切结合工程领域不断涌现的新理念、新技术，不断更新课程内容。教学内容的模块化使得课程自身呈现零散化、孤立化的现象，如何将各个教学模块整合到一个完整的、系统的工程案例，如何将工程理念、工程实践与工程素养有机结合为一体，这需要教学工作者不断地研究和探索，真正实现多学科融合的教学目标，以满足现代工业对复合型人才的要求。

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