新工科背景下生產(chǎn)調(diào)度課程教學模式的改革與探索

［摘 要］在新工科背景下，文章基于廣東海洋大學生產(chǎn)調(diào)度課程的現(xiàn)狀和特點，通過強化案例教學、優(yōu)化實踐教學環(huán)節(jié)、促進跨學科知識整合及改革教學評價體系等措施，解決當前學生課堂參與度低、理論與實踐脫節(jié)、跨學科融合不足及教學評價體系不完善等問題，以期激發(fā)學生學習興趣，增強學生實踐能力和創(chuàng)新能力，進而培養(yǎng)出更多適應新工科要求的創(chuàng)新型與應用型人才。

［關鍵詞］新工科；工業(yè)工程；生產(chǎn)調(diào)度；教學模式改革

［中圖分類號］G642.0 ［文獻標識碼］A ［文章編號］2095-3437（2024）24-0062-05

自2016年“新工科”首次被提出，以及2017年教育部正式確立其概念以來，新工科逐漸成為教育領域和工程領域的熱門話題，引領著近幾年工程教育的創(chuàng)新與發(fā)展[1-2]。新工科對教育領域的要求主要體現(xiàn)在兩個方面：一是強調(diào)多學科交叉融合，二是注重培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。同時，新工科還要求高校的專業(yè)課程設置需緊密貼合國家戰(zhàn)略和產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢，旨在培養(yǎng)能夠滿足未來新興產(chǎn)業(yè)和新經(jīng)濟需求的新工科人才[3]。隨著“工業(yè)4.0”時代的到來以及“中國制造2025”戰(zhàn)略的提出，“新工科”被賦予了更多新的內(nèi)涵特征，并主動適應新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革的戰(zhàn)略需求[3]。特別要指出的是，當前“工業(yè)4.0”的框架需要吸納新質(zhì)高效的運營模式。換言之，生產(chǎn)調(diào)度是確保“工業(yè)4.0”顛覆性潛力得以充分釋放的關鍵環(huán)節(jié)，這是由工業(yè)生產(chǎn)活動的本質(zhì)特性所決定的。顯然，生產(chǎn)調(diào)度不僅要關注新興工業(yè)流程的發(fā)展動態(tài)，還要重視對傳統(tǒng)工科產(chǎn)業(yè)的改造升級，以適應新技術和新模式的要求。

生產(chǎn)調(diào)度作為工業(yè)工程專業(yè)的重要課程，其傳統(tǒng)教學模式已難以滿足當前的人才培養(yǎng)需求，因此探索與創(chuàng)新其教學模式顯得尤為重要。然而，目前針對生產(chǎn)調(diào)度課程的教學方案設計、教學內(nèi)容優(yōu)化、實驗設置及實踐應用等方面的研究文獻相對較少。鑒于此，在新工科背景下，本文基于廣東海洋大學（以下簡稱我校）生產(chǎn)調(diào)度課程的現(xiàn)狀和特點，深入分析教學中存在的學生課堂參與度低、理論與實踐脫節(jié)、跨學科融合不足及教學評價體系不完善等問題，并提出通過強化案例教學、優(yōu)化實踐教學環(huán)節(jié)、促進跨學科知識整合及改革教學評價體系等措施，激發(fā)學生學習興趣，培養(yǎng)其實踐能力與創(chuàng)新能力，進而提升教學效率與質(zhì)量。

一、生產(chǎn)調(diào)度課程教學現(xiàn)狀

生產(chǎn)調(diào)度應用范圍廣泛，涉及眾多領域。從我校生產(chǎn)調(diào)度課程的教學現(xiàn)狀來看，存在學生課堂參與度低、理論與實踐脫節(jié)、跨學科融合不足及教學評價體系不完善等問題，這些問題不僅阻礙了學生對生產(chǎn)調(diào)度知識的深入理解和掌握，也影響了他們實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，從而限制了教學質(zhì)量和人才培養(yǎng)效果的提升。因此，在新工科背景下，亟須創(chuàng)新教學模式，以突破當前教學困境，促進生產(chǎn)調(diào)度課程與產(chǎn)業(yè)需求深度融合。

（一）學生課堂參與度低

生產(chǎn)調(diào)度是一門強調(diào)理論與實踐并重的課程，它涉及復雜的理論、模型和算法，涵蓋單機排序與調(diào)度、平行機排序與調(diào)度、流水作業(yè)排序與調(diào)度、異序作業(yè)排序與調(diào)度、自由作業(yè)排序與調(diào)度等多種理論[4-5]。當前，我校生產(chǎn)調(diào)度課程的安排僅為32學時（其中包含4學時實驗課），課時明顯不足，且理論授課中學生的參與度較低，這極大地影響了學生對課程內(nèi)容的深入理解和掌握。例如，該課程最為核心的教學內(nèi)容——流水作業(yè)排序與調(diào)度，作為現(xiàn)代工業(yè)大批量生產(chǎn)中不可或缺的關鍵技術，其分配的學時卻僅有4學時，使得教師難以在詳細講解實例與按時完成教學任務之間取得平衡。如果講解得過于簡略，學生往往會感覺課程內(nèi)容抽象且難以理解，難以激發(fā)學生的求知欲；如果講得詳細，則課時又不足。

通常情況下，在課程開始時，教師會首先引入學生相對熟悉的生產(chǎn)管理、生產(chǎn)計劃等基礎知識，隨后引出生產(chǎn)調(diào)度的概念，并通過對比“生產(chǎn)調(diào)度”與“生產(chǎn)計劃”的異同來加深學生對生產(chǎn)調(diào)度的概念的理解。然而，這個過程可能因缺乏趣味性而削弱學生的學習興趣和積極性，從而影響學習效果。傳統(tǒng)的講授法往往忽視了學生的個體差異，難以有效提升學生的課堂參與度，導致學生在課堂上注意力分散，如頻繁低頭玩手機等。如果未能將理論、模型和算法與工業(yè)工程實際的調(diào)度場景分層次、有機地結合，學生會感到課程內(nèi)容空洞乏味，難以產(chǎn)生共鳴，進而影響他們的課堂參與度和學習動力。

此外，學生參與度低的原因并不僅限于課程內(nèi)容“晦澀難懂”和授課方式單一，還包括互動討論不足、學生預習不充分以及實驗實踐機會匱乏等多方面因素。例如，異序作業(yè)排序與調(diào)度章節(jié)內(nèi)容主要聚焦于分支定界法和移動瓶頸法的理解與應用。若學生僅進行理論學習而無法實地參觀或親身參與實際工業(yè)中多品種小批量產(chǎn)品的生產(chǎn)調(diào)度過程，他們往往難以將抽象理論與具體實踐相結合，從而難以深入理解并掌握所學內(nèi)容，這不僅不利于培養(yǎng)他們解決實際問題的能力，也不利于激發(fā)他們對于該領域知識的興趣和探索欲。因此，改革傳統(tǒng)教學模式，融入互動教學、案例分析、實地考察等多元化教學方法以增強課程的吸引力和實用性，是提升學生學習興趣和參與度的有效途徑。

（二）理論與實踐脫節(jié)

生產(chǎn)調(diào)度是一門強調(diào)實際應用的課程，理論與實踐的緊密結合是提升學生在該領域應用能力的關鍵。然而，目前我校生產(chǎn)調(diào)度課程的實驗設計存在明顯不足，僅有的4學時實驗課過于偏重遺傳算法求解流水車間及異序作業(yè)車間調(diào)度的算法模擬，難以讓學生全面理解和掌握生產(chǎn)調(diào)度的實際應用技巧和方法。這種實驗課程設計導致了理論與實踐的脫節(jié)，限制了學生將所學知識應用于解決實際生產(chǎn)調(diào)度問題的能力培養(yǎng)。當前，現(xiàn)代工業(yè)體系的生產(chǎn)流程復雜，協(xié)作關系錯綜相連，且生產(chǎn)連續(xù)性要求高，對生產(chǎn)調(diào)度的需求日益呈現(xiàn)出高度綜合性和靈活適應性。因此，為了彌補理論與實踐脫節(jié)的不足，亟須改革和優(yōu)化生產(chǎn)調(diào)度課程的實驗設計，強化實踐環(huán)節(jié)，以更好地適應現(xiàn)代工業(yè)體系對生產(chǎn)調(diào)度人才的高標準要求。

在講授裝配線平衡的內(nèi)容時，如果未能安排足夠時間講解節(jié)拍、平衡率和生產(chǎn)線平衡等知識點，學生將難以在短期內(nèi)有效掌握裝配線平衡的任務分配技巧，從而影響生產(chǎn)調(diào)度思維的培養(yǎng)。同時，由于缺乏實際生產(chǎn)環(huán)境的模擬或?qū)嵉乜疾鞕C會，學生在實踐環(huán)節(jié)中難以將理論知識與實際操作相結合，繼而影響他們深入理解和內(nèi)化所學知識。加之實踐環(huán)節(jié)與理論教學內(nèi)容（如分支定界法、移動瓶頸法等）的不匹配，導致學生難以將學到的理論知識有效應用于解決實際生產(chǎn)問題，從而影響學生的學習效果。因此，必須優(yōu)化教學內(nèi)容與實踐安排，確保理論與實踐緊密結合，以提升教學質(zhì)量與學生的實戰(zhàn)能力。

（三）跨學科融合不足

當前生產(chǎn)調(diào)度課程教學普遍存在跨學科融合不足的問題，難以滿足現(xiàn)代工業(yè)對復合型人才的培養(yǎng)需求。生產(chǎn)調(diào)度作為一門融合了數(shù)學、運籌學、工程技術、計算機科學、工業(yè)工程、經(jīng)濟學等學科知識的綜合性課程，其跨學科融合的重要性愈發(fā)凸顯。然而，目前國內(nèi)尚未形成成熟的生產(chǎn)調(diào)度教學體系，系統(tǒng)性專用教材匱乏，且我?，F(xiàn)用教材多為英文著作的中文譯本，這些教材在跨學科融合的知識整合與應用方面存在不足，難以提供全面且深入的跨學科視角。同時，生產(chǎn)調(diào)度課程的前置與后置課程鏈條斷裂，缺乏與生產(chǎn)系統(tǒng)建模與仿真、AI大數(shù)據(jù)、智能制造基礎等關鍵領域的有效銜接，這進一步限制了學生跨學科知識體系的構建。

此外，教師在課堂教學過程中往往局限于本學科的傳統(tǒng)框架，側(cè)重于理論知識的傳授，而忽視了與其他學科的融合與交叉滲透。這種教學模式導致學生難以將生產(chǎn)調(diào)度知識與其他學科知識相結合，面對復雜多變的工業(yè)問題時，往往缺乏跨學科的視角和綜合能力，難以提出創(chuàng)新性的解決方案。近年來，盡管我校生產(chǎn)調(diào)度課程逐漸形成了以算法為核心的教學體系，但在跨學科融合方面仍然進展緩慢，缺乏實質(zhì)性的突破。因此，亟須加強跨學科的教學合作與資源整合，推動生產(chǎn)調(diào)度課程與其他相關學科的深度融合，以培養(yǎng)更多具備跨學科素養(yǎng)和綜合能力的復合型人才。

（四）教學評價體系不完善

在教學過程中，完善的教學評價體系是衡量學習效果的重要工具。然而，當前生產(chǎn)調(diào)度課程教學評價仍然過于側(cè)重期末考試成績，忽視了對學生日常學習表現(xiàn)、實踐能力和創(chuàng)新思維等多方面能力的綜合考量。例如，學生的課堂參與度、團隊合作能力、解決實際問題的技巧以及跨學科知識的應用情況等，均未能在評價體系中得到充分的體現(xiàn)和應有的重視。如果教學評價體系缺乏多樣性和靈活性，那么評價結果將無法全面、準確地反映出學生的實際能力。此外，過于重視結果而忽視學生在學習過程中的表現(xiàn)，既不利于調(diào)動學生學習的主動性和持續(xù)性，也不利于激發(fā)學生的創(chuàng)造力和探索精神。更重要的是，生產(chǎn)調(diào)度是一門綜合性和實踐性很強的課程，傳統(tǒng)的教學評價體系已難以全面、客觀地評估學生的學習成效。因此，改革并優(yōu)化生產(chǎn)調(diào)度課程的教學評價體系，構建多元化、靈活化的評價機制，是提升學生綜合素質(zhì)與新工科人才素養(yǎng)的迫切需求。

二、新工科背景下生產(chǎn)調(diào)度課程教學模式改革的具體措施

隨著新工科建設的推進，傳統(tǒng)的教學模式已難以滿足培養(yǎng)具備跨學科能力和創(chuàng)新思維的新工科人才的需求。下面將從強化案例教學、優(yōu)化實踐教學環(huán)節(jié)、促進跨學科知識整合以及改革教學評價體系等方面，探討在新工科背景下改革生產(chǎn)調(diào)度課程教學模式的可行性，為培養(yǎng)適應未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求的高素質(zhì)新工科人才提供有力支撐。

（一）強化案例教學

為了激發(fā)學生對生產(chǎn)調(diào)度課程的學習興趣和積極性，教師應巧妙地將生產(chǎn)調(diào)度的實際案例融入教學過程，通過生動具體的情境分析，引導學生主動思考、積極探索，使學生在解決實際問題的過程中逐步深化對生產(chǎn)調(diào)度理論的理解，同時培養(yǎng)他們的團隊協(xié)作能力和創(chuàng)新思維，為他們將來成為具備實踐能力和創(chuàng)新精神的優(yōu)秀工程師打下堅實基礎。

具體而言，教師可通過有針對性地引入各類真實案例，如裝配線平衡問題、工廠產(chǎn)品裝配問題、集裝箱碼頭吊車調(diào)度問題、計算機系統(tǒng)中的進程調(diào)度問題等，引導學生深入剖析這些案例，將理論知識與實踐操作緊密結合，從而培養(yǎng)學生的實際問題解決能力和創(chuàng)新思維，提高學生的課堂參與度。綜上所述，采用以實際案例為基礎的教學方法，不僅能夠顯著提升生產(chǎn)調(diào)度課程的教學效果，還能夠強化學生對專業(yè)知識的理解和應用能力，并促進他們將所學知識靈活應用于復雜多變的實際情境中，為未來的職業(yè)生涯奠定堅實的基礎。

（二）優(yōu)化實踐教學環(huán)節(jié)

實踐教學是生產(chǎn)調(diào)度課程教學中的重要環(huán)節(jié)，它能夠有效促進學生將理論知識轉(zhuǎn)化為實際操作技能，增強其解決復雜問題的能力。傳統(tǒng)的實踐教學往往局限于直接安排學生前往工業(yè)企業(yè)參觀或?qū)嵙?，這種方式雖能鞏固理論知識并鍛煉操作能力，但不足以全面培養(yǎng)其解決問題的能力。因此，生產(chǎn)調(diào)度課程的實踐教學環(huán)節(jié)需要進一步創(chuàng)新與拓展，不僅要保留并深化工業(yè)企業(yè)參觀和實習的傳統(tǒng)方式，還應積極引入模擬仿真、角色扮演、項目式學習等多元化教學模式，以全方位提升學生的實踐操作能力、問題解決能力和創(chuàng)新協(xié)作精神，確保他們能夠適應快速變化的生產(chǎn)調(diào)度環(huán)境，成為具備較高綜合素質(zhì)的專業(yè)人才。

具體而言，在實踐教學過程中，教師可以通過引入真實的生產(chǎn)調(diào)度場景和挑戰(zhàn)性問題，引導學生自主設計調(diào)度方案與優(yōu)化算法，并鼓勵學生勇于嘗試，從失敗中學習，不斷精進其調(diào)度策略與優(yōu)化技能。同時，建立生產(chǎn)調(diào)度模擬實驗室，利用仿真軟件模擬實際生產(chǎn)環(huán)境，讓學生在模擬操作中觀察并分析不同調(diào)度環(huán)節(jié)對生產(chǎn)進度計劃的影響，從而提高學生對調(diào)度工作的認知。通過優(yōu)化實踐教學環(huán)節(jié)，結合“直接實踐 + 仿真實踐”的創(chuàng)新教學模式，不僅能填補傳統(tǒng)實踐教學的空白，還能有效增強學生的實踐操作能力，培養(yǎng)他們分析與解決復雜生產(chǎn)調(diào)度問題的能力，進而全面提升學生的專業(yè)素養(yǎng)和創(chuàng)新能力。

（三）促進跨學科知識整合

在新工科背景下，促進跨學科知識整合已成為教學改革的重要手段。生產(chǎn)調(diào)度課程涉及的學科領域既復雜又廣泛，如數(shù)學、運籌學、工程技術、計算機科學、工業(yè)工程、經(jīng)濟學等多個學科。構建以算法為核心的調(diào)度理念，傳授常見的生產(chǎn)調(diào)度模型和方法，并編寫相應代碼、開發(fā)可視化界面，將理論知識具體化，有助于學生深刻理解生產(chǎn)調(diào)度在工業(yè)領域的重要性，形成對生產(chǎn)調(diào)度課程的整體認知。隨著人工智能、大數(shù)據(jù)等相關領域前沿知識和技術在工業(yè)生產(chǎn)調(diào)度中的廣泛應用，我校教師深刻認識到，跨學科知識整合對于培養(yǎng)具備綜合能力的未來工業(yè)人才至關重要。因此，我校教師積極整合不同學科的教學資源，構建綜合性的生產(chǎn)調(diào)度課程體系，以拓寬學生的知識視野，培養(yǎng)他們的跨學科綜合能力。

在生產(chǎn)調(diào)度課程教學過程中，教師可選擇“智能工廠的生產(chǎn)調(diào)度優(yōu)化”這一綜合性主題，引導學生綜合運用數(shù)學、運籌學、計算機科學等多學科的知識，進行深入研究和探索，以促進他們對生產(chǎn)調(diào)度領域的全面理解和跨學科應用能力的提升。同時，加強與其他相關課程如生產(chǎn)計劃與控制、供應鏈管理等課程的聯(lián)系和融合，形成系統(tǒng)的知識體系，這不僅有助于促進學科交叉融合，還能增強學生的綜合應用能力和解決實際問題的能力。

（四）改革教學評價體系

在生產(chǎn)調(diào)度課程教學過程中，若教師過于注重結果性評價，而忽視過程性評價，往往會導致學生只關注最終成績，而忽略了在學習過程中積累知識、提升能力和培養(yǎng)創(chuàng)新思維的重要性。因此，為了促進學生的全面發(fā)展，教師需要改革教學評價體系，加大過程性評價的比重，關注學生在學習過程中的表現(xiàn)、進步和創(chuàng)新能力，同時結合結果性評價，建立深度優(yōu)化的生產(chǎn)調(diào)度課程輔助教學評價體系，以激勵學生積極參與學習，全面提升自身的能力和素質(zhì)。

具體而言，教師可以引入多元化的評價方式，如項目報告、口頭展示、同伴評價和自我反思等，以全面評估學生在知識掌握、技能提升和創(chuàng)新思維等方面的表現(xiàn)，進一步完善改革后的教學評價體系。同時，利用在線學習平臺記錄學生的學習軌跡，包括觀看視頻、參與討論、提交作業(yè)等，以便實時追蹤學生的學習進度和參與度，為后續(xù)的教學調(diào)整和個性化輔導提供依據(jù)。通過改革教學評價體系，教師可以更加精準地掌握學生的學習動態(tài)，及時調(diào)整教學策略，從而更有效地促進學生的學習成長和全面發(fā)展。

綜上所述，改革生產(chǎn)調(diào)度課程的教學評價體系，將過程性評價與結果性評價相結合，采用多元化的評價方式，不僅能夠有效提升學生的學習興趣、實踐能力和創(chuàng)新思維，還能夠為教師提供全面、及時的反饋信息，便于其進行有針對性的教學調(diào)整和優(yōu)化。

三、結語

在新工科背景下，高等教育面臨著培養(yǎng)具備創(chuàng)新精神和實踐能力的高素質(zhì)工程技術人才的迫切需求。本文基于廣東海洋大學生產(chǎn)調(diào)度課程的現(xiàn)狀和特點，針對學生課堂參與度低、理論與實踐脫節(jié)、跨學科融合不足及教學評價體系不完善等問題，提出了強化案例教學、優(yōu)化實踐教學環(huán)節(jié)、促進跨學科知識整合及改革教學評價體系等措施，旨在激發(fā)學生的學習興趣、實踐能力和創(chuàng)新能力，從而培養(yǎng)出更多符合新工科要求的創(chuàng)新型與應用型人才。

［ 參 考 文 獻 ］

[1］ 中華人民共和國教育部.教育部高等教育司關于開展新工科研究與實踐的通知[EB/OL].（2017-02-20）[2024-06-15].http：//www.moe.gov.cn/s78/A08/tongzhi/201702/t20170223_297158.html.

[2］ 中華人民共和國教育部.教育部辦公廳關于公布首批“新工科”研究與實踐項目的通知[EB/OL]. （2018-03-15）[2024-06-15].https：//www.gov.cn/zhengce/zhengceku/2018-12/31/content_5443324.htm.

[3］ 鐘登華. 新工科建設的內(nèi)涵與行動[J].高等工程教育研究，2017（3）：1-6.

[4］ 祝正宇，郭具濤，呂佑龍，等. 面向柔性作業(yè)車間生產(chǎn)調(diào)度的深度強化學習方法[J].中國機械工程，2024，35（11）：2007-2014.

[5］ 姜一嘯，吉衛(wèi)喜，何鑫，等. 基于改進非支配排序遺傳算法的多目標柔性作業(yè)車間低碳調(diào)度[J].中國機械工程，2022，33（21）：2564-2577.

［責任編輯：梁金鳳］