工業(yè)工程專業(yè)本科課程體系與教學改革

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摘要:工業(yè)工程作為工程技術(shù)與管理科學相結(jié)合的一門交叉學科，越來越受到學術(shù)界和工業(yè)界的重視。為了提升工業(yè)工程專業(yè)本科生的培養(yǎng)質(zhì)量，重視創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)，對原有本科生課程體系進行了分析，并在此基礎(chǔ)上，對課程體系進行了改革。從課程設(shè)置和課程內(nèi)容角度出發(fā)，設(shè)置了通識教育課程、專業(yè)理論課程、實踐教學課程及創(chuàng)新教學課程，對課程內(nèi)容進行了完善，同時對專業(yè)課程的教學方法進行了探索，建立起科學的評價體系。進行課程體系和教學改革，對培養(yǎng)出具有創(chuàng)新能力的高素質(zhì)工業(yè)工程專業(yè)技術(shù)人才具有重要意義。

關(guān)鍵詞:工業(yè)工程；創(chuàng)新人才；課程；教學；改革

1研究背景

工業(yè)工程作為一門培養(yǎng)既懂工程技術(shù)，又懂管理科學的創(chuàng)新性人才的交叉學科，已得到社會的認可和關(guān)注。隨著改革開放的進一步推進，我國高校工業(yè)工程人才培養(yǎng)取得了較大進步，但是與目前社會對工業(yè)工程人才的需求，以及快速增長的培養(yǎng)規(guī)模相比，工業(yè)工程專業(yè)的培養(yǎng)目標、課程體系，以及教學創(chuàng)新與改革明顯不協(xié)調(diào)，不利于本科階段工業(yè)工程創(chuàng)新人才的培養(yǎng)［1－2］。依托學校自身的社會信譽、地理位置、教師資源、服務(wù)行業(yè)等特點，辦出符合社會需求的創(chuàng)新型人才培養(yǎng)特色，并進行適應(yīng)創(chuàng)新人才培養(yǎng)的工業(yè)工程課程體系和教學方法研究，是十分必要的［3－4］。為此，筆者結(jié)合多年的工業(yè)工程課程教學實踐，探討工業(yè)工程專業(yè)本科課程體系與教學改革，以達到工業(yè)工程創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的目標要求。

2工業(yè)工程本科課程體系現(xiàn)狀

同濟大學工業(yè)工程專業(yè)自1999年開始招收本科生，經(jīng)過20年的建設(shè)，目前這一專業(yè)已成為以機械工程、管理科學與工程兩個一級學科為依托的特色專業(yè)，形成了機械工程、管理科學與工程相結(jié)合的特色交叉學科。同濟大學工業(yè)工程專業(yè)歸屬于機械與能源工程學院，畢業(yè)生獲工業(yè)工程專業(yè)工學學位。這一專業(yè)依4托上海市先進制造業(yè)和服務(wù)業(yè)，在工業(yè)工程理論與應(yīng)用、生產(chǎn)系統(tǒng)工程、物流系統(tǒng)工程、質(zhì)量與設(shè)備可靠性、信息管理系統(tǒng)、精益生產(chǎn)與管理等領(lǐng)域形成了具有鮮明特色的研究方向。本科課程體系是在本科生培養(yǎng)目標基礎(chǔ)上進行規(guī)劃與設(shè)計的由相互關(guān)聯(lián)的一系列課程所組成的有機整體，課程體系的規(guī)劃與設(shè)計是本科生培養(yǎng)目標實現(xiàn)的首要任務(wù)［5］?？梢?，本科生培養(yǎng)除了師資力量與優(yōu)質(zhì)資源外，工業(yè)工程專業(yè)課程體系起著重要的作用。一個完善的專業(yè)課程體系是實現(xiàn)本科生培養(yǎng)目標的核心，也是專業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)。同濟大學最近一次工業(yè)工程專業(yè)本科課程體系的修正于2017年完成，培養(yǎng)目標注重本科生掌握工業(yè)工程相關(guān)知識，以及具備解決工業(yè)工程相關(guān)問題的能力。具體課程體系由三大部分構(gòu)成:通識教育課程體系、專業(yè)理論課程體系、實踐教學課程體系，課程總學分為160分。通識教育課程體系中，主要包括的課程有形勢與政策、思想道德修養(yǎng)和法律基礎(chǔ)、中國近現(xiàn)代史綱要、馬克思主義基本原理、思想和中國特色社會主義理論體系概論、軍事理論、體育、大學英語、C/C++程序設(shè)計、軍訓、高等數(shù)學B、線性代數(shù)B、概率論與數(shù)理統(tǒng)計、普通物理B、普通化學，占總課程學分的25%左右。專業(yè)理論課程體系主要包括的課程中，必修課程為理論力學、電工與電子技術(shù)、機械設(shè)計基礎(chǔ)、互換性和測量技術(shù)、系統(tǒng)工程、運籌學、統(tǒng)計學、機械制造技術(shù)基礎(chǔ)、基礎(chǔ)工業(yè)工程、機械與能源工程學導論、生產(chǎn)計劃與控制、物流與供應(yīng)鏈管理、質(zhì)量管理、人因工程學、建模與系統(tǒng)仿真，選修課程為管理信息系統(tǒng)、智能制造經(jīng)濟學、機械工程材料、市場營銷、經(jīng)濟法概論、服務(wù)工程、安全工程、可靠性與設(shè)備管理、圖與網(wǎng)絡(luò)、精益生產(chǎn)與精益管理、管理學、Python程序設(shè)計、數(shù)據(jù)科學、倉儲系統(tǒng)設(shè)計，占總課程學分的50%左右。實踐教學課程體系中，主要包括的課程有物理實驗、普化實驗、工程實踐、電子電路設(shè)計、制圖測繪實踐、機械基礎(chǔ)實驗、專業(yè)實習、基礎(chǔ)工業(yè)工程實驗、人因工程學實驗、生產(chǎn)計劃與控制課程設(shè)計、質(zhì)量管理課程設(shè)計、物流與供應(yīng)鏈管理課程設(shè)計、建模與系統(tǒng)仿真課程設(shè)計、管理信息系統(tǒng)設(shè)計、專業(yè)綜合實踐、畢業(yè)設(shè)計，占總課程學分的25%左右。由上述課程體系的描述可知，目前的工業(yè)工程本科課程體系缺少專門針對創(chuàng)新方面的課程，同時每門課程的大作業(yè)缺乏創(chuàng)新能力培養(yǎng)方面的內(nèi)容。另一方面，目前的課程教學均采用傳統(tǒng)教學方法，教學模式和教學手段有待改善。如目前一些專業(yè)理論課程中案例教學內(nèi)容貧乏，課堂填鴨式教學較為突出，無法有效培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和能力。為了達成創(chuàng)新人才培養(yǎng)目標，進行課程體系和教學方法的改革勢在必行。

3適應(yīng)創(chuàng)新人才培養(yǎng)的工業(yè)工程課程體系

工程類課程體系中所有課程必須根據(jù)工程認證的要求來進行設(shè)置，工業(yè)工程專業(yè)本科生畢業(yè)時要求具備12項能力:工程知識、問題分析、設(shè)計和開發(fā)解決方案、研究、使用現(xiàn)代工具、工程與社會、環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展、職業(yè)規(guī)范、個人和團隊、溝通、項目管理、終身學習。為使同濟大學工業(yè)工程專業(yè)本科人才具備上述綜合能力，在原有課程體系的基礎(chǔ)上完善課程體系和教學方法，尤其突出學生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)。按照滿足工程認證，突出課程內(nèi)涵與教學方法，辦出專業(yè)特色，培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的課程體系改革和教學改革思路，本著扎實、面廣的通識教育基本要求，遵循專業(yè)理論教育的理論性、專業(yè)性、層次性、系統(tǒng)性原則，按照強化綜合能力、提高創(chuàng)新能力的培養(yǎng)目標，深入調(diào)研并分析國內(nèi)外高校工業(yè)工程專業(yè)的課程內(nèi)容設(shè)置，規(guī)劃與設(shè)計工業(yè)工程專業(yè)課程體系。由通識教育課程體系模塊、專業(yè)理論課程體系模塊、實踐課程體系模塊、創(chuàng)新課程體系模塊組成的適應(yīng)創(chuàng)新人才培養(yǎng)的工業(yè)工程課程體系，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。典型的課程體系結(jié)構(gòu)有層次化課程體系和模塊化課程體系兩類［6－7］。這次課程體系改革仍然沿用2017年修正完成的模塊化課程體系，不同的是增加了創(chuàng)新課程體系模塊，特點是突破傳統(tǒng)學科專業(yè)知識領(lǐng)域的界限，按照培養(yǎng)目標來建立具有不同價值取向的課程體系，以滿足培養(yǎng)學生綜合解決問題能力和創(chuàng)新能力的需求?；诟叨酥圃鞓I(yè)與服務(wù)業(yè)的背景，打破傳統(tǒng)的學科系統(tǒng)，以創(chuàng)新能力素質(zhì)要求為導向，設(shè)置相應(yīng)的模塊化課程體系和課程內(nèi)容。此次課程體系改革，在繼承原有課程體系的基礎(chǔ)上，主要突出學生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)，在各個模塊中增加與創(chuàng)新能力培養(yǎng)有關(guān)的課程內(nèi)容或增設(shè)課程。在通識教育課程體系模塊中，具體課程與2017年修正完成的課程基本一致，占總課程學分比例基本不變，但一些課程中增加了創(chuàng)新能力培養(yǎng)的內(nèi)容。如C/C++程序設(shè)計課程中增加了C++語言創(chuàng)新設(shè)計的內(nèi)容。同時，在課程中增設(shè)了一門面向大一新生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)課程———工業(yè)工程與創(chuàng)新。在專業(yè)理論課程體系模塊中，每門課程增加了創(chuàng)新能力培養(yǎng)的大作業(yè)。如系統(tǒng)工程課程增加了層次分析法在供應(yīng)商選擇中應(yīng)用的大作業(yè)，運籌學課程增加了基于CPLEX軟件的小規(guī)模旅行商問題求解大作業(yè)，基礎(chǔ)工業(yè)工程課程增加了快速換模技術(shù)在一級方程式賽車換輪胎、加油中應(yīng)用的大作業(yè)，生產(chǎn)計劃與控制課程增加了基于遺傳算法、粒子群算法、進化算法等軟件算法的流水車間調(diào)度優(yōu)化大作業(yè)，物流與供應(yīng)鏈管理課程增加了基于智能算法的分銷中心優(yōu)化選址大作業(yè)，質(zhì)量管理課程增加了基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的表面粗糙度評價大作業(yè)，人因工程學課程增加了適應(yīng)不同人群的汽車座椅設(shè)計大作業(yè)，建模與系統(tǒng)仿真課程增加了帶緩沖的串行生產(chǎn)線產(chǎn)能仿真大作業(yè)，可靠性與設(shè)備管理課程增加了具有衰退特征的設(shè)備預防性維護策略大作業(yè)，精益生產(chǎn)與精益管理課程增加了基于價值流圖析技術(shù)的汽車轉(zhuǎn)向支架生產(chǎn)系統(tǒng)精益改善大作業(yè)。實踐課程體系模塊主要包括專業(yè)課程設(shè)計，增加了創(chuàng)新能力培養(yǎng)的內(nèi)容。如生產(chǎn)計劃與控制課程設(shè)計中增加了流水線調(diào)度建模與優(yōu)化設(shè)計，質(zhì)量管理課程設(shè)計中增加了基于6σ理念的質(zhì)量改善設(shè)計，物流與供應(yīng)鏈管理課程設(shè)計中增加了供應(yīng)鏈優(yōu)化管理設(shè)計，建模與系統(tǒng)仿真課程設(shè)計中增加了銀行存取款一體機的顧客到達與等待服務(wù)仿真設(shè)計，管理信息系統(tǒng)課程設(shè)計中增加了學籍管理信息系統(tǒng)設(shè)計。對于實踐課程，在學生生產(chǎn)實習過程中，充分發(fā)揮學生的主觀能動性和創(chuàng)造性，引導學生對生產(chǎn)流程或設(shè)備運行中存在的問題提出自己的見解和解決問題的方法，使學生學以致用，切身感受應(yīng)用理論知識解決問題的魅力。畢業(yè)設(shè)計論文部分提高了綜述部分的要求。新增加的創(chuàng)新課程體系模塊，主要目的為在專業(yè)課學習階段使學生學習如何從創(chuàng)新角度去審視、解決工業(yè)工程問題，具體課程有工業(yè)工程實踐與創(chuàng)新、機械工程實踐與創(chuàng)新。

4適應(yīng)創(chuàng)新人才培養(yǎng)的工業(yè)工程教學改革

為了配匹適應(yīng)創(chuàng)新人才培養(yǎng)的工業(yè)工程課程體系改革，相應(yīng)的課程教學方式和手段也必須改革。教學方式和手段在課堂及課外教學中扮演著重要的角色［8］，如何改革以往的教學方式和手段，提高適應(yīng)創(chuàng)新人才培養(yǎng)的工業(yè)工程教學水平，是后續(xù)教學改革的重點。隨著時代的進步和科技發(fā)展，教學方式和手段也一直在不斷完善。目前，同濟大學工業(yè)工程專業(yè)的教學采用混合式，針對不同的課程采用不同的方式，主要包括填鴨式、翻轉(zhuǎn)課堂、案例、現(xiàn)場作業(yè)、研討會、主題討論。無論如何組合上述各種教學方式，目前課堂教學的基礎(chǔ)都是采取啟發(fā)式和填鴨式共存的教學方式，且填鴨式課堂教學占主導地位?？梢?，這種教學方式已不能滿足創(chuàng)新人才的培養(yǎng)。創(chuàng)新人才培養(yǎng)離不開創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力和創(chuàng)新精神的培養(yǎng)［9］，通過教學方式來實施時，主要采用啟發(fā)式教學，如案例教學、翻轉(zhuǎn)課堂、研討會、主題討論。為此，適應(yīng)創(chuàng)新人才培養(yǎng)的課程教學改革需要注重啟發(fā)式教學在教學過程中的應(yīng)用，同時使啟發(fā)式教學成為課堂教學的核心。筆者以系統(tǒng)工程課程為例，討論適應(yīng)創(chuàng)新人才培養(yǎng)的教學改革。系統(tǒng)工程課程是工業(yè)工程專業(yè)的一門核心基礎(chǔ)專業(yè)課程，改革時除完善課程大綱外，教學方式和手段都有所改善。系統(tǒng)工程的核心內(nèi)容由整體觀的系統(tǒng)論、解決硬問題和軟問題的方法論、系統(tǒng)動力學模型、預測、系統(tǒng)決策、系統(tǒng)評價組成。在進行整體觀的系統(tǒng)論、解決硬問題和軟問題的方法論知識點講解過程中，引入案例教學方法，盡量使學生在創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力及創(chuàng)新精神方面得到培養(yǎng)。如引入田忌賽馬案例，使學生進行發(fā)散式思考，如何從全局觀的角度來分析和解決問題，并以此作為切入點，使學生后續(xù)進行類似案例編寫并做總結(jié)匯報。預測、系統(tǒng)決策、系統(tǒng)評價知識點包括定性分析和定量分析內(nèi)容，盡量引入研討會教學方式［10］，課前布置課程內(nèi)容預習，并給出與課程內(nèi)容相關(guān)的命題，使學生按照國際會議做匯報的方式做出英文幻燈片，進行英文演講，并相互提問。系統(tǒng)動力學模型內(nèi)容采用主題討論教學方式進行，主講教師布置課堂討論主題，如將典型制造企業(yè)的庫存控制系統(tǒng)作為討論主題，課前使學生查閱各種資料并進行閱讀，在此基礎(chǔ)上形成自己的觀點，并建立系統(tǒng)動力學模型。在課堂上，每組學生用幻燈片形式進行匯報。每個小組匯報完成后，主講教師進行提問及評價。主講教師還會根據(jù)課堂的內(nèi)容進行小結(jié)與反饋。課外學習方面，除了查閱資料和預習教學內(nèi)容、資料外，主講教師還布置課外大作業(yè)，學生完成后在課堂上用幻燈片進行匯報。對于其它課程，如基礎(chǔ)工業(yè)工程、管理信息系統(tǒng)、精益生產(chǎn)與管理等，教學方式在不同程度上采用案例教學及研討會等，同時會更加注重翻轉(zhuǎn)課堂模式的應(yīng)用。對于教學手段，在原有的以多媒體教學為主、以板書教學為輔的基礎(chǔ)上，增加了智能移動電話之類的便攜式智能終端。學生在課堂中通過智能移動電話查閱生產(chǎn)計劃與控制課程內(nèi)容中的準時制理論應(yīng)用內(nèi)容，包括文字、圖像、動畫、視頻等，給學生一種直觀、可視化的展示，使學生容易掌握與工程實際相結(jié)合的知識點，不僅可以提高授課內(nèi)容的生動性和可理解性，而且可以明顯提高教學效果和效率。

5科學評價體系

建立科學合理的工業(yè)工程專業(yè)教學評價體系，客觀衡量學生的理論知識掌握程度及創(chuàng)新能力，對后續(xù)學生的綜合評價和教師的教學評價具有重要意義。不同學校、不同院系有不同的教學評價體系，適應(yīng)創(chuàng)新人才培養(yǎng)的工業(yè)工程專業(yè)教學評價體系，應(yīng)該是多元化的教學評價體系。工業(yè)工程專業(yè)本科教學評價體系既要重視課堂教學評價，同時又要強調(diào)課外自學能力和創(chuàng)新能力的評價。在課堂教學評價方面，以記錄、互評、教師評價等手段為主，占總成績的15%。課外自學能力和創(chuàng)新能力方面，課外作業(yè)用于掌握理論知識點的評價，大作業(yè)用于理論與實踐相結(jié)合的應(yīng)用性、創(chuàng)新性評價，個人論文用于綜合能力和創(chuàng)新能力的評價，占總成績的25%。理論教學效果評價采用閉卷或開卷考試，考試的知識點必須涵蓋教學大綱中涉及的工程認證要求的具體內(nèi)容，占總成績的60%。

6結(jié)束語

筆者分析了當前的工業(yè)工程專業(yè)本科課程體系，同時進行了適應(yīng)創(chuàng)新人才培養(yǎng)的工業(yè)工程專業(yè)本科課程體系改革研究，對四個課程體系模塊的課程內(nèi)容進行了改善，并對專業(yè)課程中適應(yīng)創(chuàng)新人才培養(yǎng)的內(nèi)容進行了改善。在此基礎(chǔ)上，對課程教學方式進行了改革，以系統(tǒng)工程課程為例介紹了教學方式的改革，同時進行了課程教學評估研究。本次課程體系和教學改革對學生創(chuàng)新能力方面的培養(yǎng)具有較大作用，對后續(xù)工業(yè)工程專業(yè)創(chuàng)新人才的培養(yǎng)具有重要意義。

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作者：周炳海 單位：同濟大學