面向工業工程專業的系統工程課程教學改革研究

沈瑾

摘要：系統工程在工業工程專業培養方案中具有基礎地位和重要意義，對于培養學生完整的系統觀和創新實踐能力起到重要作用。目前本專業該課程的教學中仍然存在教學方式傳統、過分注重理論教學、缺乏與專業知識的關聯、考核方式單一等問題，使得教學效果和培養目標沒有得到充分的實現。結合作者的教學實踐，本文旨在提出系統級任務驅動的教學模式構造、面向工業工程專業的教學內容改革，以及基于CDIO的教學方法探索。

關鍵詞：系統工程；工業工程；課程建設；CDIO

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）41-0131-03

一、引言

系統工程是從總體出發，合理開發、運行和革新一個大規模復雜系統所需思想、理論、方法論、方法與技術的總稱，屬于一門綜合性的工程技術[1]。由于科學技術的飛速發展和社會、經濟及管理環境的革命性變化，系統性問題及系統化管理的要求日益突出和緊迫，需要按照系統的觀點和采用系統分析的方法來認識、研究和解決?！断到y工程》課程具有跨學科應用、研究對象廣泛和多種方法結合分析等特點。課程的主要培養目標在于使學生理解系統和系統工程的基本概念，掌握系統工程解決復雜大系統的理論及方法，自覺利用系統的觀點與思路分析和解決現實問題。

本課程是我國高等學校經濟管理類專業的一門專業基礎課程，授課對象廣泛，本文面向的是工業工程專業本科學生（授予管理學學位）。工業工程是對人員、物料、信息、設備和能源組合而成的綜合系統進行設計、改進和實施，并且對系統進行鑒定、預測和評估[2]。可見，系統工程在本專業培養方案中具有基礎地位和重要意義，是學生在修完基礎課后接觸到的首門專業基礎課。課程對培養工業工程專業學生完整的系統觀和創新實踐能力起到重要的作用，所學系統工程思維方法是工業工程專業后續課程的基礎，系統工程技術方法在后續課程中更是發揮直接的作用。但是，目前本專業該課程的教學中仍然存在較多問題，使得教學效果和培養目標沒有得到充分的實現。結合作者的教學實踐，本文旨在探討從教學模式、教學內容和教學方法等方面對系統工程課程的改革思路和實踐。

二、現階段工業工程專業《系統工程》課程教學中存在的問題

（一）教學方式過于傳統，教學效率低、學生參與度低

一般情況下，系統工程教學都采用“一本教案、一支粉筆、一塊黑板和一套多媒體教案”的傳統教學方式[3]。在課堂上，教師平鋪直敘地講解課程內容，系統嚴謹地進行數學推理。學生則在課堂中被動地接受教師所傳授內容，不能和教師進行互動溝通。這種以教師為中心的教學方式過于倚重知識的傳承，注重“教”的傳授過程，忽視“學”的認知過程，忽視對學生自主學習、自主探究能力的培養。導致學生參與度低，缺乏學習的積極性與主動性。此外，系統工程課程內容跨度大、內容較復雜，涵蓋著多種不同的方法。教師在板書授課、批改作業時會耗費大量的精力與時間。實際上，在學習該課程之前，學生已經先修過高等數學、概率統計、線性代數等數理類課程，具有一定的自學基礎，教師應該引導學生自主學習[4]。

（二）教學過程中過分注重理論教學，忽視了系統思想的培養以及理論知識在實際中的應用

系統工程是一門理論性較強的課程，教學過程中經常會偏重于系統工程方法的推導、解題過程的講解，而對于更為重要的系統思想卻很少關注[5]。學生在學習過程中容易形而上學，將所學內容表面化，沒有完全形成“系統、聯系”的觀點。在進行系統分析時，往往不能全面地將相關因素有機地、綜合地聯系在一起[6]。同時，系統工程也是一門綜合性、實踐性較強的課程。由于在教學中忽視了實踐的重要性，學生們只是學會了基本原理，忽略了系統工程在實際中的應用，不能將系統工程的理論和方法與本專業結合起來，不能有效地應用于實際問題的解決。這樣的教學方式與系統工程“以應用為主”的教學初衷相違背。

（三）教學內容中缺少實踐環節，缺乏與工業工程專業知識的關聯

系統工程課程包括系統規劃、系統分析、系統預測、系統決策和系統評估等內容。一般情況下，由于本科教學的課時數有限，教學內容不可能囊括其所有分支，導致了其選擇存在隨意性和盲目性，甚至存在著因教材而設的現象，使得教學效果大打折扣，也不能很好地為專業素質的培養提供服務[3]。由于沒有與專業知識相結合，同時缺少實踐環節，學生對于課程的重要性和基礎性缺乏切身體會，學習完系統工程感到沒有用武之地，認為本課程只是講述一些實際工作中很少用到的抽象的理論方法。實際上，對于工業工程專業來說，系統工程是非常重要的基礎課程，系統化思想和方法貫穿在工業工程專業的各個方面。只有將系統工程知識與專業知識有效地結合起來，才能切實提高學生解決實際問題的能力，強化課程的教學目的。

（四）考核方式過于單一，沒有起到積極的引導作用

目前，系統工程課程考核方式尚顯單一，缺乏多樣性，多以期末試卷為主。學生一般到考試前才集中復習，死記硬背。事實上，對系統工程知識真正的理解和掌握，需要進行實踐檢驗，是一個復雜的系統分析過程[7]，以試卷為主的考核方式無法反映學生的實際掌握程度和知識運用能力。另外，在該門課程學習結束時進行考核，考核結果的好壞不能得到及時的反饋，不利于教師和學生思考學習效果，不能在教學過程中實時糾正并進一步深入，缺乏考核應有的導向性。

三、《系統工程》課程改革研究

（一）系統級任務驅動的教學模式構造

針對工業工程專業系統工程課程教學中存在的上述問題，作者首先對原有的教學模式進行改革，提出以系統級任務為脈絡展開教學。通過系統級任務將各個基本知識點整合在一起，使學生可以從整體上把握知識的體系結構。通過引導學生自己提出分析對象、組隊完成任務，加強了理論與實際的聯系，提高了學生參與度和自主學習能力。并在整個過程中始終融入系統分析與設計的思想，引導學生形成“系統、聯系”的觀點。具體實現方式是：教師首先根據教學內容和系統工程思想設計若干個子任務，比如：endprint

要求在生活或生產實踐中找到某系統，并對其進行描述（要素、特征）；

要求圍繞已觀察的系統，設定一項系統工程（課題），并完成系統分析；

采用AHP法對已提出的系統工程（課題）提出解決方案并進行評價；

采用模糊綜合評判法對已提出的系統工程（課題）提出解決方案并進行評價；等等。

接著，組建由四到六名學生組成的任務小組，小組工作主要是在組長的組織下進行，包括自由討論、搜集資料、分析研究、撰寫報告以及PPT匯報。隨著課程內容的推進，教師逐步布置子任務，各小組基于新學到的知識內容，結合自學，完成各階段的子任務。在課程結束時，各小組將各子任務整合在一起，進一步深入分析，最終形成一份完整的自擬課題的系統工程報告。在整個過程中，始終強調的是團隊合作和自主創新，分析對象始終由學生自己思考并提出，并且鼓勵學生使用必要的專用軟件。同時，教師要充分調動小組里每一個成員的積極性，要充分尊重學生的想法。此外，教學模式的變革需要與之相匹配的考核方式。作為考核體系中的一個重要環節，系統級任務采用了即時考核的思想，使得考核結果在每一次子任務完成時予以公布，形成有效的反饋，產生積極的引導作用。

作者在過去幾年教學中積極實踐了系統級任務驅動的教學模式，學生自擬分析對象并完成了各類系統級任務，取得了較好的教學效果。以表列舉部分：

（二）面向專業的系統工程教學內容改革

作者從發揮工業工程優勢，突出工業工程特色的原則出發，通過以學定教制定新的教學內容。根據學生基礎學科的掌握程度和接受能力將系統工程教學內容精簡為三大部分。第一部分主要介紹系統的思維方式和系統工程處理問題的思維方式，包括系統科學方法論、系統工程的基本思想、基本理論。該部分主要培養學生如何使用系統意識、思維和方法看待問題和分析問題。第二部分主要介紹為解決工程實踐問題提供定量分析的技術措施，包括AHP法、模糊綜合評判法、系統動力學等。該部分主要培養學生解決復雜問題的邏輯能力和應用創新的能力。第三部分為基于專業知識的實踐，此部分將被改革成獨立教學模塊，后置至專業課學習之后進行。此時，學生可結合已學的專業課程知識，開展更為深入的實踐應用。可提供幾個實踐方向供學生選擇，包括管理信息系統的分析、設計與評價，物流系統的分析、設計與評價，人機系統的分析、改善與評價，生產線的分析、改善與評價，服務系統的分析、改善與評價等。上述教學內容的改革突出了系統思想、實踐能力的培養以及與專業知識的積極關聯，使學生能夠更深入地理解系統工程。

（三）基于CDIO的系統工程教學方法探索

CDIO是構思（Conceive）、設計（Design）、實施（Implement）、運行（Operate）四個單詞的縮寫，是一種全新的工程教育理念和實施體系。由美國麻省理工學院聯合瑞典查爾姆斯技術大學、林克平大學以及皇家技術學院等3所高校于2001年共同開發。工業工程是一門工程技術與管理技術交叉復合型工程學科。作者所在學校以技術應用型人才為培養定位，致力于培養工業工程專業的“現場工程師”，這一辦學定位與CDIO工程教育模式的理念非常契合，要求我們注重培養學生掌握扎實的工程基礎理論和專業知識，并在此基礎上將教育過程放到工程領域的具體情境中。通過貫穿整個人才培養過程的團隊設計和創新實踐訓練，培養專業基礎扎實、職業道德高尚的新一代高水平工程師，實現高等教育與工程實踐培訓的有機結合。

在CDIO模式的引導下，作者在教學過程中引入和融合了啟發式教學、案例教學、參與型教學、情景模擬和角色演練、互動研討式教學等各種創新性教學方法。比如，將學生的“四個參與”，即參與設計、參與講解、參與解決、參與講評貫穿到整個課程，不僅包括教師授課時的案例講解，也包括學生執行系統級任務階段。讓學生參與到對其他小組匯報的點評，甚至擁有評分權，可以起到很好的互相討論、學習、啟發的作用。再比如，在系統決策過程中，讓學生模擬對某個項目如何實施進行決策的過程、程序，模擬作為一名決策者需要具備哪方面的素質、能力，模擬協調的場景，模擬對某個難點問題討論的過程等。通過角色演練展開模擬。在角色演練時，盡量提高學生的參與率。有時間和條件時，可以讓學生輪流擔任不同角色以體會決策的方方面面，還可以分組同步實施角色演練。通過這些綜合性的教學方法，著力加強學生探索和思辨能力的訓練，提高學生的學習積極性、主動性，激發學生的潛能，鍛煉學生的自主學習能力，增強對實際問題的預測與處理能力，實現了理論與實踐的有機結合，進而培養學生綜合素質。

此外，作者還參照CDIO能力大綱，在課程考核時加入能力測試，促進培養學生工程能力，能力測試可以分解為多項測試指標，部分能力指標可以通過能力測試進行考核，分析自身能力存在的問題，選取適當方法學習或改正。另一部分能力指標可以在系統級任務和專業實踐時進行逐項打分，比如系統思維、團隊合作能力、交流能力、解決實際問題能力等。

四、總結

《系統工程》作為一門培養工業工程專業學生的重要基礎課程，對學生系統思想和創新能力的培養意義深遠。本文探討了該課程在教學中遇到的問題，并結合自身教學實踐，提出了幾點關于教學改革的建議。本文的主要創新點在于提出將課程學習與專業教育有機結合，將技術應用型人才培養定位與先進的CDIO工程教育模式有機結合。

參考文獻：

[1]汪應洛.系統工程簡明教程[M].北京：高等教育出版社（第3版），2009.

[2][美]沙爾文迪.工業工程手冊[M].江志斌，易樹平，主譯.北京：清華大學出版社，2007.

[3]楊春周，戰希臣，鄭海平.《管理系統工程》教學方法和手段改革探討[J].中國校外教育，2015，（1）：116-117.

[4]黃賢鳳，蔡莉.系統工程課程探究性教學模式研究[J].山東工業技術，2015，（23）：267-268.

[5]唐賢倫，胡向東，陳功貴，郭飛.基于系統思想培養的系統工程系列課程建設[J].科教導刊，201，（11）：52-53.

[6]陳平.CDIO模式下的“系統工程”教學改革研究[J]，黑龍江教育學院學報，2015，34（3）：60-63.

[7]邱東博.CDIO工程教育模式下的“系統工程”課程考試改革[J].中國管理信息化，2015，18（10）：244.endprint