機(jī)械類專業(yè)《信息系統(tǒng)分析與設(shè)計》課程案例教學(xué)探索與實踐*

朱 斌，何 力，郭 岳

（長安大學(xué) 公路養(yǎng)護(hù)裝備國家工程實驗室，陜西 西安 710064）

隨著大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能以及物聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，信息技術(shù)的應(yīng)用已滲透到各個領(lǐng)域，在機(jī)械制造行業(yè)也有著廣泛的應(yīng)用[1,2]，如進(jìn)銷存系統(tǒng)、PDM(產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理)系統(tǒng)、CAPP(計算機(jī)輔助工藝規(guī)劃)、MES(制造執(zhí)行系統(tǒng))、ERP(企業(yè)資源計劃)等系統(tǒng)。目前，《信息系統(tǒng)分析與設(shè)計》課程在各高校的很多專業(yè)都已開設(shè)，成為計算機(jī)、經(jīng)濟(jì)、管理和工科各專業(yè)的核心課程，從某種程度上可以說是信息時代背景下高等院校的必修課程。該課程需要與先進(jìn)的管理理念、方法和手段相結(jié)合，只有融入相關(guān)專業(yè)現(xiàn)代管理思想才能發(fā)揮其在管理中的作用[3]。但是，在機(jī)械專業(yè)傳統(tǒng)的課程教學(xué)中，由于缺乏信息技術(shù)在機(jī)械設(shè)計與制造領(lǐng)域的應(yīng)用案例，學(xué)生往往對該課程的學(xué)習(xí)興趣和重視程度不夠，感覺抽象、空洞，直接影響了教學(xué)效果，使學(xué)生失去了信息時代環(huán)境下信息處理與應(yīng)用的基本技能。為此，本文針對機(jī)械類專業(yè)《信息系統(tǒng)分析與設(shè)計》課程教學(xué)中存在的問題，嘗試以制造企業(yè)管理與運營案例為教學(xué)主線，將機(jī)械類專業(yè)相關(guān)的進(jìn)銷存、PDM、ERP及MES等信息系統(tǒng)的應(yīng)用案例融入課程教學(xué)中，并結(jié)合 VB、C#和 SQL Server、Access等開發(fā)工具進(jìn)行實戰(zhàn)訓(xùn)練。通過案例教學(xué)使學(xué)生不但掌握信息系統(tǒng)分析與設(shè)計的基本理論與方法，適應(yīng)信息時代需求，同時結(jié)合專業(yè)知識幫助學(xué)生理解和領(lǐng)會企業(yè)運營的管理思想、手段和方法，熟悉信息技術(shù)在企業(yè)中的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣，積累必要的企業(yè)管理知識，為今后走向工作崗位奠定基礎(chǔ)。

一、傳統(tǒng)教學(xué)存在的問題

在多年的機(jī)械類專業(yè)信息系統(tǒng)分析與設(shè)計課程教學(xué)中反映出的主要問題如下：

1.缺乏與機(jī)械類專業(yè)知識的結(jié)合

信息系統(tǒng)分析與設(shè)計是一門應(yīng)用性學(xué)科，涉及相關(guān)領(lǐng)域的管理理念、方法和手段[4]。隨著信息化建設(shè)在我國各個領(lǐng)域的大力推進(jìn)，信息系統(tǒng)在機(jī)械制造業(yè)的應(yīng)用已經(jīng)十分廣泛，出現(xiàn)了PDM、ERP、MES、SCM 等信息系統(tǒng)。但是，該課程在教學(xué)中使用的教材不區(qū)分專業(yè)，教學(xué)中采用的分析與設(shè)計案例多是圖書管理系統(tǒng)、人事管理系統(tǒng)、購物系統(tǒng)等通用案例，沒有體現(xiàn)制造企業(yè)在產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)、采購、庫存、銷售、設(shè)備維護(hù)等企業(yè)管理中所蘊含的先進(jìn)管理理念、方法與手段，使教學(xué)脫離學(xué)生的專業(yè)背景，無法在課程學(xué)習(xí)中使學(xué)生領(lǐng)會制造企業(yè)的管理模式。

2.重視程度不夠

雖然信息系統(tǒng)的案例很多，但是與機(jī)械類專業(yè)相關(guān)的案例很少，而貫穿制造企業(yè)設(shè)計與制造過程管理模式的教學(xué)案例更是難得。此外，在實際教學(xué)過程中，由于沒有PDM、ERP和MES等與機(jī)械類專業(yè)相關(guān)的信息系統(tǒng)，在教學(xué)中基本上是以非機(jī)械類專業(yè)案例（如圖書管理系統(tǒng)等）作為教學(xué)中系統(tǒng)分析與設(shè)計的應(yīng)用案例，缺乏信息技術(shù)對所學(xué)專業(yè)應(yīng)用的感性認(rèn)識，使學(xué)生在課程的學(xué)習(xí)與實踐中認(rèn)為該課程與所學(xué)專業(yè)不相關(guān)，而忽視課程的學(xué)習(xí)。

3.缺乏系統(tǒng)實踐

信息系統(tǒng)的開發(fā)有很多開發(fā)工具，針對不同的應(yīng)用和開發(fā)環(huán)境,可采用相應(yīng)的開發(fā)工具，如 C#、Visual Basic、ASP.NET、Java等。但是，由于教學(xué)中實踐環(huán)節(jié)沒有跟上,使得理論不能真正運用到實踐中,學(xué)生缺少感性認(rèn)識和實踐機(jī)會,課程內(nèi)容與專業(yè)應(yīng)用不貼近,因此學(xué)生對這門課程的學(xué)習(xí)感到內(nèi)容抽象、空洞。

二、案例教學(xué)基本思路

案例教學(xué)法起源于20世紀(jì)20年代，由美國哈佛商學(xué)院倡導(dǎo)，是一種以案例為基礎(chǔ)的教學(xué)方法[5]。針對機(jī)械類專業(yè)信息系統(tǒng)分析與設(shè)計課程教學(xué)中存在的問題，本文提出的案例式教學(xué)采用“基礎(chǔ)知識+專業(yè)案例+系統(tǒng)實踐”三位一體的教學(xué)模式，以課程基本知識為基礎(chǔ)，將機(jī)械類專業(yè)相關(guān)的應(yīng)用案例融入課程教學(xué)之中，將課程中的信息系統(tǒng)規(guī)劃、信息系統(tǒng)開發(fā)方法、系統(tǒng)分析、系統(tǒng)設(shè)計、系統(tǒng)實施等內(nèi)容結(jié)合案例講授，并結(jié)合模擬軟件系統(tǒng)，如PDM系統(tǒng)、MES系統(tǒng)、進(jìn)銷存系統(tǒng)等進(jìn)行模擬環(huán)境實踐。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生不但掌握信息系統(tǒng)分析與設(shè)計的基本理論和方法，適應(yīng)信息時代的需求，同時結(jié)合專業(yè)知識幫助學(xué)生理解和領(lǐng)會企業(yè)運營的管理思想、手段和方法，熟悉行業(yè)信息系統(tǒng)的應(yīng)用。案例教學(xué)的基本思路如圖1所示。主要包括以下內(nèi)容：

圖1 案例教學(xué)基本框架

1.機(jī)械類專業(yè)信息系統(tǒng)典型案例

結(jié)合機(jī)械類專業(yè)的特點，收集并建設(shè)貫穿于制造企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計、工藝、生產(chǎn)計劃與調(diào)度、質(zhì)量保證、設(shè)備維護(hù)、銷售、物流配送等環(huán)節(jié)的信息系統(tǒng)典型教學(xué)案例庫。對上述典型案例，按照軟件工程規(guī)范，采用結(jié)構(gòu)化分析與設(shè)計方法，以數(shù)據(jù)流圖、數(shù)據(jù)庫ER圖、系統(tǒng)模塊結(jié)構(gòu)圖、程序流程圖等形式建立結(jié)構(gòu)化系統(tǒng)模型；同時，采用面向?qū)ο蟮姆治雠c設(shè)計方法，以用例圖、類圖、對象圖、順序圖、狀態(tài)圖、活動圖、部署圖等形式建立面向?qū)ο蟮男畔⑾到y(tǒng)模型。理論結(jié)合典型案例，在案例教學(xué)過程中讓學(xué)生感受信息系統(tǒng)與專業(yè)應(yīng)用的密切聯(lián)系，領(lǐng)悟信息技術(shù)與企業(yè)先進(jìn)管理理念融合的重要性。

2.模擬軟件系統(tǒng)

為便于學(xué)生理解，彌補實踐環(huán)節(jié)的不足，加強理論與實踐的結(jié)合。針對典型案例，采用適合機(jī)械類專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)的模擬軟件系統(tǒng)，以案例的形式貫穿產(chǎn)品設(shè)計與制造的全生命周期，并結(jié)合企業(yè)數(shù)據(jù)模擬運行，增強學(xué)生在課程學(xué)習(xí)中對專業(yè)應(yīng)用的感性認(rèn)識，同時提供模擬企業(yè)運作的實踐機(jī)會。

3.課程基礎(chǔ)知識

以信息系統(tǒng)分析與設(shè)計基本理論與方法為基礎(chǔ)，將專業(yè)案例貫穿各知識點中，如在MES系統(tǒng)中對車間任務(wù)、加工零件、工序等事物或?qū)ο蟮拿枋?；對排產(chǎn)、派工、檢驗等事件或方法的定義等。結(jié)合案例和模擬軟件系統(tǒng)講授課程內(nèi)容，理論結(jié)合實踐，豐富教學(xué)內(nèi)容。

4.系統(tǒng)實踐

信息系統(tǒng)課程的學(xué)習(xí)重在實踐，只有分析和設(shè)計的信息系統(tǒng)只是空中樓閣，學(xué)生在課程學(xué)習(xí)時仍然會感到空洞、乏味。因此在課程學(xué)習(xí)的同時，也要求學(xué)生采用自己所熟悉的編程語言和數(shù)據(jù)庫完成某信息系統(tǒng)的開發(fā)，只有通過系統(tǒng)實踐才能更好地掌握基礎(chǔ)知識，感受系統(tǒng)完成之后的成就感。

三、案例教學(xué)的實踐

1.教學(xué)模式

案例教學(xué)（case-based teaching）是一種以案例為基礎(chǔ)的啟發(fā)式教學(xué)法[6]，注重學(xué)生能力的培養(yǎng)。機(jī)械類專業(yè)信息系統(tǒng)課程案例教學(xué)提倡啟發(fā)式教學(xué)，教師結(jié)合案例從問題出發(fā)，啟發(fā)學(xué)生思考，積極參與討論，并引導(dǎo)學(xué)生主動結(jié)合自己所學(xué)的理論知識，去分析問題、解決問題，開拓思路，學(xué)生不會從教師那里得到標(biāo)準(zhǔn)答案而過于依賴教師，結(jié)束“老師講，學(xué)生聽”的教學(xué)模式。

2.教學(xué)方法

根據(jù)信息系統(tǒng)生命周期，即系統(tǒng)規(guī)劃、系統(tǒng)分析、系統(tǒng)設(shè)計、系統(tǒng)實施、系統(tǒng)維護(hù)等幾個階段的劃分和各階段的主要內(nèi)容，結(jié)合典型案例分別從問題討論、知識點講授、案例模擬和系統(tǒng)開發(fā)等幾個方面開展案例教學(xué)[7]。

（1）問題討論

針對案例的實際工程應(yīng)用，首先從系統(tǒng)建設(shè)的背景出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生一起討論系統(tǒng)的作用與實施的必要性，并結(jié)合專業(yè)知識啟發(fā)學(xué)生一起討論系統(tǒng)的需求、系統(tǒng)的主要功能以及如何規(guī)劃等問題。針對問題，要求學(xué)生結(jié)合專業(yè)知識與課程理論寫出自己對問題的認(rèn)識。以MES系統(tǒng)為例，它是一種面向車間層的管理信息系統(tǒng)，在制造企業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用，其主要功能包括生產(chǎn)計劃管理、車間作業(yè)計劃管理、生產(chǎn)現(xiàn)場管理、質(zhì)量管理、設(shè)備管理、員工管理、績效管理、工時管理等功能模塊。在案例教學(xué)過程中，教師啟發(fā)學(xué)生結(jié)合機(jī)械制造工藝學(xué)、機(jī)械制造基礎(chǔ)、生產(chǎn)管理學(xué)等專業(yè)課程與MES系統(tǒng)的主要功能和在企業(yè)的應(yīng)用，從信息系統(tǒng)分析與設(shè)計的角度出發(fā)，與學(xué)生一起討論，明確系統(tǒng)的需求。

（2）知識點講授

圖2 計劃調(diào)度用例圖

圖3 車間調(diào)度用例圖

經(jīng)過問題討論之后，學(xué)生對信息系統(tǒng)在企業(yè)的應(yīng)用和功能有了比較深入和全面的理解，在此基礎(chǔ)上從信息系統(tǒng)分析與設(shè)計的角度對問題進(jìn)行重新剖析，并結(jié)合案例講授相關(guān)知識點，引導(dǎo)學(xué)生采用課程講授的理論與方法對信息系統(tǒng)進(jìn)行分析與設(shè)計，如：用用例圖或數(shù)據(jù)流圖描述MES的需求，用模塊結(jié)構(gòu)圖描述軟件系統(tǒng)的模塊組成和層次關(guān)系，采用順序圖、活動圖描述對象間的協(xié)作關(guān)系等。圖2、圖3所示為MES系統(tǒng)中的部分用例圖。

（3）案例模擬

圖4 MES調(diào)度管理

圖5 工序派工

雖然機(jī)械類專業(yè)的學(xué)生經(jīng)過了專業(yè)知識的系統(tǒng)學(xué)習(xí)和實訓(xùn)，但是大部分學(xué)生對制造企業(yè)的運營管理并不熟悉。為此可結(jié)合案例，采用自行開發(fā)或某些企業(yè)運行的信息系統(tǒng)界面來模擬案例運行。如圖4和圖5為某企業(yè)MES系統(tǒng)的調(diào)度管理與工序派工，學(xué)生可以結(jié)合自己的專業(yè)知識編制零件的工藝數(shù)據(jù)或從企業(yè)收集，讓學(xué)生融入真實MES環(huán)境，并結(jié)合信息系統(tǒng)分析與設(shè)計課程理論展開討論，提出自己的想法。

根據(jù)學(xué)生的理解情況，上述方法可以穿插進(jìn)行。如：由于學(xué)生缺乏企業(yè)運營方面的管理知識，在問題討論過程中可以先采用相應(yīng)的信息系統(tǒng)軟件模擬演示，使得學(xué)生在有了直觀的感性認(rèn)識基礎(chǔ)上再參與問題討論，以改善教學(xué)效果。

（4）系統(tǒng)開發(fā)

以大作業(yè)或課程設(shè)計的形式，將學(xué)生分為若干個小組，圍繞案例中的某個系統(tǒng)或模塊進(jìn)行系統(tǒng)分析與設(shè)計，同時進(jìn)行系統(tǒng)的原型開發(fā)。對于機(jī)械類專業(yè)的學(xué)生，因計算機(jī)基礎(chǔ)相對薄弱，可采用C#、VB和Access、SQL Server等易學(xué)易用的編程語言和數(shù)據(jù)庫完成系統(tǒng)的開發(fā)，加強實踐訓(xùn)練。

3.效果分析

通過近幾年的教學(xué)實踐，案例教學(xué)方法在信息系統(tǒng)分析與設(shè)計課程的教學(xué)中已產(chǎn)生了積極效果，具體體現(xiàn)如下：

（1）思想上重視，提高了學(xué)習(xí)積極性

通過案例教學(xué)，使學(xué)生感到信息系統(tǒng)不再是抽象、枯燥、無用的課程，而是信息時代下與自己專業(yè)和工作密切相關(guān)的基礎(chǔ)課程，不再認(rèn)為該課程只是計算機(jī)專業(yè)的必修課，對機(jī)械類專業(yè)的學(xué)生來說只是次要的選修課程。學(xué)生從思想上重新認(rèn)識該課程的定位，改變了學(xué)習(xí)心態(tài)，變被動學(xué)習(xí)為主動學(xué)習(xí)，提高了學(xué)習(xí)積極性。

（2）授課形式多樣化，加深了對基礎(chǔ)知識的理解

通過多種形式的案例教學(xué)和討論，有助于學(xué)生對課程基礎(chǔ)知識和難點的掌握和記憶，有助于發(fā)現(xiàn)問題，并培養(yǎng)解決實際問題的能力，在不斷提出問題與討論過程中，加深了對基礎(chǔ)知識的理解與掌握。

（3）學(xué)生積極參與，活躍了課堂氣氛

由于學(xué)生具有一定專業(yè)基礎(chǔ)和實習(xí)經(jīng)歷，對制造企業(yè)的環(huán)境和管理具有較多的感性認(rèn)識，采用案例教學(xué)激發(fā)了學(xué)生的求知欲和參與意識，學(xué)生能結(jié)合專業(yè)知識提出問題，并積極參與案例討論，活躍了課堂氣氛。

4.難點分析

由于機(jī)械類專業(yè)學(xué)生的計算機(jī)知識相對薄弱，同時對企業(yè)管理理解不足，因此在教學(xué)過程中仍然會出現(xiàn)以下一些教學(xué)難點：

（1）基礎(chǔ)理論與機(jī)械類專業(yè)案例的結(jié)合

雖然學(xué)生在企業(yè)或?qū)W校實訓(xùn)中心實習(xí)過，但未真正參與過企業(yè)的技術(shù)與生產(chǎn)管理，對信息系統(tǒng)涉及的事件描述、數(shù)據(jù)流向、外部實體等基本內(nèi)容缺乏認(rèn)識，難以理解課程的理論知識,有“空中樓閣”的感覺。因此，如何將企業(yè)實際運營的案例無縫融入到課程的教學(xué)內(nèi)容之中，是教師在開展案例教學(xué)中要解決的關(guān)鍵問題之一。

（2）案例與軟件系統(tǒng)的結(jié)合

在教學(xué)過程中，將企業(yè)實際案例與軟件系統(tǒng)相結(jié)合有助于學(xué)生直觀理解信息系統(tǒng)的參與對象、數(shù)據(jù)處理方法、功能模塊的劃分等內(nèi)容。但不同案例的數(shù)據(jù)描述、完整性、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等直接影響了軟件系統(tǒng)的配置，因此將不同案例的數(shù)據(jù)集成到軟件系統(tǒng)也是案例教學(xué)的難點。

（3）軟件系統(tǒng)與模擬實踐的結(jié)合

本文提出的案例教學(xué)將模擬軟件系統(tǒng)與制造企業(yè)運作相結(jié)合，通過對系統(tǒng)的不同配置（如權(quán)限分配、工作流定義、查詢配置、報表定義等）來模擬不同的企業(yè)環(huán)境，但這在技術(shù)上也增加了難度，因此也是教學(xué)中的難點之一。

針對機(jī)械類專業(yè)學(xué)生在信息系統(tǒng)分析與設(shè)計課程教學(xué)中存在的問題，本文提出了基于案例教學(xué)的改革思路。通過該方法的教學(xué)實踐，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，學(xué)生在學(xué)習(xí)課程基礎(chǔ)知識的同時，感受到信息系統(tǒng)與自己專業(yè)和未來工作的密切聯(lián)系，從思想上改變了學(xué)習(xí)態(tài)度，變被動學(xué)習(xí)為主動學(xué)習(xí)，取得了較好的學(xué)習(xí)效果。該方法的實施得到了學(xué)生的普遍好評，也為其他專業(yè)課程開展案例教學(xué)提供了參考依據(jù)。

[1]孫建設(shè),王文平,孫潤晗.機(jī)械制造業(yè)信息化歷程與應(yīng)用研究[J].裝備制造技術(shù),2015(11):116-118.

[2]唐煒.機(jī)械制造業(yè)信息化的發(fā)展[J].電氣傳動自動化,2007,29(6):36-38

[3]王潔.現(xiàn)代管理信息系統(tǒng)設(shè)計原理[J].電子測試,2017(10):6-8.

[4]鄺孔武,王曉敏.信息系統(tǒng)分析與設(shè)計[M].北京:清華大學(xué)出版社,2006.

[5]劉芬.關(guān)于“管理信息系統(tǒng)”中案例教學(xué)的探討[J].計算機(jī)時代,2015(7):68-69.

[6]付百文.強化案例教學(xué)的程序設(shè)計類課程體系改革[J].計算機(jī)教育,2015(16):40-43.

[7]劉文昌,丁菲.管理信息系統(tǒng)課程案例教學(xué)的研究與實踐[J].遼寧工業(yè)大學(xué)學(xué)報(社會科學(xué)版),2015,17(4):98-100.