適應(yīng)創(chuàng)新人才培養(yǎng)的工業(yè)工程專業(yè)本科課程體系與教學(xué)改革研究*

□ 周炳海

同濟(jì)大學(xué) 機(jī)械與能源工程學(xué)院 上海 201804

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(xué)的創(chuàng)新性人才的交叉學(xué)科,已得到社會(huì)的認(rèn)可和關(guān)注。隨著改革開放的進(jìn)一步推進(jìn),我國高校工業(yè)工程人才培養(yǎng)取得了較大進(jìn)步,但是與目前社會(huì)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(biāo)、課程體系，以及教學(xué)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(xué)校自身的社會(huì)信譽(yù)、地理位置、教師資源、服務(wù)行業(yè)等特點(diǎn),辦出符合社會(huì)需求的創(chuàng)新型人才培養(yǎng)特色,并進(jìn)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(xué)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(xué)實(shí)踐,探討工業(yè)工程專業(yè)本科課程體系與教學(xué)改革,以達(dá)到工業(yè)工程創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的目標(biāo)要求。

2 工業(yè)工程本科課程體系現(xiàn)狀

同濟(jì)大學(xué)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(jī)械工程、管理科學(xué)與工程兩個(gè)一級(jí)學(xué)科為依托的特色專業(yè),形成了機(jī)械工程、管理科學(xué)與工程相結(jié)合的特色交叉學(xué)科。同濟(jì)大學(xué)工業(yè)工程專業(yè)歸屬于機(jī)械與能源工程學(xué)院,畢業(yè)生獲工業(yè)工程專業(yè)工學(xué)學(xué)位。這一專業(yè)依托上海市先進(jìn)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(biāo)基礎(chǔ)上進(jìn)行規(guī)劃與設(shè)計(jì)的由相互關(guān)聯(lián)的一系列課程所組成的有機(jī)整體,課程體系的規(guī)劃與設(shè)計(jì)是本科生培養(yǎng)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的首要任務(wù)[5]。可見,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(gè)完善的專業(yè)課程體系是實(shí)現(xiàn)本科生培養(yǎng)目標(biāo)的核心,也是專業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)。同濟(jì)大學(xué)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(biāo)注重本科生掌握工業(yè)工程相關(guān)知識(shí)，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(shí)教育課程體系、專業(yè)理論課程體系、實(shí)踐教學(xué)課程體系,課程總學(xué)分為160分。通識(shí)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、毛澤東思想和中國特色社會(huì)主義理論體系概論、軍事理論、體育、大學(xué)英語、C/C++程序設(shè)計(jì)、軍訓(xùn)、高等數(shù)學(xué)B、線性代數(shù)B、概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)、普通物理B、普通化學(xué),占總課程學(xué)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(xué)、電工與電子技術(shù)、機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、互換性和測量技術(shù)、系統(tǒng)工程、運(yùn)籌學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)、機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)、基礎(chǔ)工業(yè)工程、機(jī)械與能源工程學(xué)導(dǎo)論、生產(chǎn)計(jì)劃與控制、物流與供應(yīng)鏈管理、質(zhì)量管理、人因工程學(xué)、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(jì)學(xué)、機(jī)械工程材料、市場營銷、經(jīng)濟(jì)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(xué)、Python程序設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)科學(xué)、倉儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)計(jì),占總課程學(xué)分的50%左右。實(shí)踐教學(xué)課程體系中,主要包括的課程有物理實(shí)驗(yàn)、普化實(shí)驗(yàn)、工程實(shí)踐、電子電路設(shè)計(jì)、制圖測繪實(shí)踐、機(jī)械基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、專業(yè)實(shí)習(xí)、基礎(chǔ)工業(yè)工程實(shí)驗(yàn)、人因工程學(xué)實(shí)驗(yàn)、生產(chǎn)計(jì)劃與控制課程設(shè)計(jì)、質(zhì)量管理課程設(shè)計(jì)、物流與供應(yīng)鏈管理課程設(shè)計(jì)、建模與系統(tǒng)仿真課程設(shè)計(jì)、管理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)、專業(yè)綜合實(shí)踐、畢業(yè)設(shè)計(jì),占總課程學(xué)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(shí)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(xué)均采用傳統(tǒng)教學(xué)方法,教學(xué)模式和教學(xué)手段有待改善。如目前一些專業(yè)理論課程中案例教學(xué)內(nèi)容貧乏,課堂填鴨式教學(xué)較為突出,無法有效培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和能力。為了達(dá)成創(chuàng)新人才培養(yǎng)目標(biāo),進(jìn)行課程體系和教學(xué)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(rèn)證的要求來進(jìn)行設(shè)置,工業(yè)工程專業(yè)本科生畢業(yè)時(shí)要求具備12項(xiàng)能力:工程知識(shí)、問題分析、設(shè)計(jì)和開發(fā)解決方案、研究、使用現(xiàn)代工具、工程與社會(huì)、環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展、職業(yè)規(guī)范、個(gè)人和團(tuán)隊(duì)、溝通、項(xiàng)目管理、終身學(xué)習(xí)。為使同濟(jì)大學(xué)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(xué)方法,尤其突出學(xué)生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)。

按照滿足工程認(rèn)證,突出課程內(nèi)涵與教學(xué)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(xué)改革思路,本著扎實(shí)、面廣的通識(shí)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(qiáng)化綜合能力、提高創(chuàng)新能力的培養(yǎng)目標(biāo),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(jì)工業(yè)工程專業(yè)課程體系。由通識(shí)教育課程體系模塊、專業(yè)理論課程體系模塊、實(shí)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。

▲圖1 適應(yīng)創(chuàng)新人才培養(yǎng)的工業(yè)工程課程體系結(jié)構(gòu)

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(diǎn)是突破傳統(tǒng)學(xué)科專業(yè)知識(shí)領(lǐng)域的界限,按照培養(yǎng)目標(biāo)來建立具有不同價(jià)值取向的課程體系,以滿足培養(yǎng)學(xué)生綜合解決問題能力和創(chuàng)新能力的需求。基于高端制造業(yè)與服務(wù)業(yè)的背景,打破傳統(tǒng)的學(xué)科系統(tǒng),以創(chuàng)新能力素質(zhì)要求為導(dǎo)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(xué)生的創(chuàng)新能力培養(yǎng),在各個(gè)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(shí)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(xué)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(jì)課程中增加了C++語言創(chuàng)新設(shè)計(jì)的內(nèi)容。同時(shí)，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(yùn)籌學(xué)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(jí)方程式賽車換輪胎、加油中應(yīng)用的大作業(yè),生產(chǎn)計(jì)劃與控制課程增加了基于遺傳算法、粒子群算法、進(jìn)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(píng)價(jià)大作業(yè),人因工程學(xué)課程增加了適應(yīng)不同人群的汽車座椅設(shè)計(jì)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(yù)防性維護(hù)策略大作業(yè)，精益生產(chǎn)與精益管理課程增加了基于價(jià)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(shí)踐課程體系模塊主要包括專業(yè)課程設(shè)計(jì)，增加了創(chuàng)新能力培養(yǎng)的內(nèi)容。如生產(chǎn)計(jì)劃與控制課程設(shè)計(jì)中增加了流水線調(diào)度建模與優(yōu)化設(shè)計(jì),質(zhì)量管理課程設(shè)計(jì)中增加了基于6σ理念的質(zhì)量改善設(shè)計(jì),物流與供應(yīng)鏈管理課程設(shè)計(jì)中增加了供應(yīng)鏈優(yōu)化管理設(shè)計(jì),建模與系統(tǒng)仿真課程設(shè)計(jì)中增加了銀行存取款一體機(jī)的顧客到達(dá)與等待服務(wù)仿真設(shè)計(jì),管理信息系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)中增加了學(xué)籍管理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)。對于實(shí)踐課程,在學(xué)生生產(chǎn)實(shí)習(xí)過程中,充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性和創(chuàng)造性,引導(dǎo)學(xué)生對生產(chǎn)流程或設(shè)備運(yùn)行中存在的問題提出自己的見解和解決問題的方法,使學(xué)生學(xué)以致用,切身感受應(yīng)用理論知識(shí)解決問題的魅力。畢業(yè)設(shè)計(jì)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(xué)習(xí)階段使學(xué)生學(xué)習(xí)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(shí)踐與創(chuàng)新、機(jī)械工程實(shí)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(xué)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(xué)方式和手段也必須改革。教學(xué)方式和手段在課堂及課外教學(xué)中扮演著重要的角色[8]，如何改革以往的教學(xué)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(xué)水平,是后續(xù)教學(xué)改革的重點(diǎn)。

隨著時(shí)代的進(jìn)步和科技發(fā)展,教學(xué)方式和手段也一直在不斷完善。目前，同濟(jì)大學(xué)工業(yè)工程專業(yè)的教學(xué)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(huì)、主題討論。無論如何組合上述各種教學(xué)方式,目前課堂教學(xué)的基礎(chǔ)都是采取啟發(fā)式和填鴨式共存的教學(xué)方式,且填鴨式課堂教學(xué)占主導(dǎo)地位?？梢?這種教學(xué)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(shí)、創(chuàng)新能力和創(chuàng)新精神的培養(yǎng)[9],通過教學(xué)方式來實(shí)施時(shí),主要采用啟發(fā)式教學(xué),如案例教學(xué)、翻轉(zhuǎn)課堂、研討會(huì)、主題討論。為此,適應(yīng)創(chuàng)新人才培養(yǎng)的課程教學(xué)改革需要注重啟發(fā)式教學(xué)在教學(xué)過程中的應(yīng)用,同時(shí)使啟發(fā)式教學(xué)成為課堂教學(xué)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(xué)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(shí)除完善課程大綱外,教學(xué)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(dòng)力學(xué)模型、預(yù)測、系統(tǒng)決策、系統(tǒng)評(píng)價(jià)組成。在進(jìn)行整體觀的系統(tǒng)論、解決硬問題和軟問題的方法論知識(shí)點(diǎn)講解過程中,引入案例教學(xué)方法,盡量使學(xué)生在創(chuàng)新意識(shí)、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(xué)生進(jìn)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(diǎn),使學(xué)生后續(xù)進(jìn)行類似案例編寫并做總結(jié)匯報(bào)。預(yù)測、系統(tǒng)決策、系統(tǒng)評(píng)價(jià)知識(shí)點(diǎn)包括定性分析和定量分析內(nèi)容,盡量引入研討會(huì)教學(xué)方式[10],課前布置課程內(nèi)容預(yù)習(xí),并給出與課程內(nèi)容相關(guān)的命題,使學(xué)生按照國際會(huì)議做匯報(bào)的方式做出英文幻燈片,進(jìn)行英文演講,并相互提問。系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型內(nèi)容采用主題討論教學(xué)方式進(jìn)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(xué)生查閱各種資料并進(jìn)行閱讀,在此基礎(chǔ)上形成自己的觀點(diǎn),并建立系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型。在課堂上,每組學(xué)生用幻燈片形式進(jìn)行匯報(bào)。每個(gè)小組匯報(bào)完成后,主講教師進(jìn)行提問及評(píng)價(jià)。主講教師還會(huì)根據(jù)課堂的內(nèi)容進(jìn)行小結(jié)與反饋。課外學(xué)習(xí)方面,除了查閱資料和預(yù)習(xí)教學(xué)內(nèi)容、資料外,主講教師還布置課外大作業(yè),學(xué)生完成后在課堂上用幻燈片進(jìn)行匯報(bào)。

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(xué)方式在不同程度上采用案例教學(xué)及研討會(huì)等,同時(shí)會(huì)更加注重翻轉(zhuǎn)課堂模式的應(yīng)用。

對于教學(xué)手段,在原有的以多媒體教學(xué)為主、以板書教學(xué)為輔的基礎(chǔ)上,增加了智能移動(dòng)電話之類的便攜式智能終端。學(xué)生在課堂中通過智能移動(dòng)電話查閱生產(chǎn)計(jì)劃與控制課程內(nèi)容中的準(zhǔn)時(shí)制理論應(yīng)用內(nèi)容,包括文字、圖像、動(dòng)畫、視頻等,給學(xué)生一種直觀、可視化的展示,使學(xué)生容易掌握與工程實(shí)際相結(jié)合的知識(shí)點(diǎn),不僅可以提高授課內(nèi)容的生動(dòng)性和可理解性,而且可以明顯提高教學(xué)效果和效率。

5 科學(xué)評(píng)價(jià)體系

建立科學(xué)合理的工業(yè)工程專業(yè)教學(xué)評(píng)價(jià)體系,客觀衡量學(xué)生的理論知識(shí)掌握程度及創(chuàng)新能力,對后續(xù)學(xué)生的綜合評(píng)價(jià)和教師的教學(xué)評(píng)價(jià)具有重要意義。不同學(xué)校、不同院系有不同的教學(xué)評(píng)價(jià)體系,適應(yīng)創(chuàng)新人才培養(yǎng)的工業(yè)工程專業(yè)教學(xué)評(píng)價(jià)體系,應(yīng)該是多元化的教學(xué)評(píng)價(jià)體系。

工業(yè)工程專業(yè)本科教學(xué)評(píng)價(jià)體系既要重視課堂教學(xué)評(píng)價(jià),同時(shí)又要強(qiáng)調(diào)課外自學(xué)能力和創(chuàng)新能力的評(píng)價(jià)。在課堂教學(xué)評(píng)價(jià)方面,以記錄、互評(píng)、教師評(píng)價(jià)等手段為主,占總成績的15%。課外自學(xué)能力和創(chuàng)新能力方面，課外作業(yè)用于掌握理論知識(shí)點(diǎn)的評(píng)價(jià)，大作業(yè)用于理論與實(shí)踐相結(jié)合的應(yīng)用性、創(chuàng)新性評(píng)價(jià)，個(gè)人論文用于綜合能力和創(chuàng)新能力的評(píng)價(jià),占總成績的25%。理論教學(xué)效果評(píng)價(jià)采用閉卷或開卷考試，考試的知識(shí)點(diǎn)必須涵蓋教學(xué)大綱中涉及的工程認(rèn)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(dāng)前的工業(yè)工程專業(yè)本科課程體系,同時(shí)進(jìn)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(gè)課程體系模塊的課程內(nèi)容進(jìn)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(jìn)行了改善。在此基礎(chǔ)上,對課程教學(xué)方式進(jìn)行了改革,以系統(tǒng)工程課程為例介紹了教學(xué)方式的改革,同時(shí)進(jìn)行了課程教學(xué)評(píng)估研究。本次課程體系和教學(xué)改革對學(xué)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。