圍繞系統能力培養的工業工程專業本科教學模式研究

摘要：《中國制造2025》對目前尚處于工業2.0、工業3.0階段的中國制造業提出了立足于系統化、集成化、數字化的“智能制造”的發展目標，新時期下的工業工程專業必將更加注重對學生的系統規劃、系統設計和創新能力的培養。濟南大學工業工程專業通過在課程體系設置、實踐體系設置以及教學過程中設置不同的實踐實驗環節，強化學生進行“系統性”的理解，以實現對學生“系統能力”的培養。

關鍵詞：教學模式；系統能力；工業工程

中圖分類號：G642.0；G482 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）51-0225-03

工業工程（Industry Engineering，IE）以系統工程為原理，以運籌學等數學知識為理論基礎，以現代信息技術為工具，對制造業等企業或組織中的實際工程與管理問題進行定量的系統的分析、優化與設計[1]，通過科學、合理地組織生產要素，實現整體系統的性能、生產率和效益達到最優化。這除了要求工業工程專業的畢業生必須掌握扎實的機械設計制造基礎、工業工程技術、計算機應用技術，精通制造系統生產、運營機制及邏輯關系，還必須具有系統的觀念和創新的思維。尤其是隨著《中國制造2025》對目前尚處于工業2.0、工業3.0階段的中國制造業提出了立足于系統化、集成化、數字化的“智能制造”的發展目標，新時期下的工業工程專業必將更加注重對學生的系統規劃、系統設計和創新能力的培養[2]。

濟南大學工業工程專業一直注重和強調對學生系統規劃能力的培養。系統能力的培養不可能通過某一門課或某一項訓練來實現，它必須貫穿在課程體系設置、實踐體系設置以及向學生傳授知識的教學過程中，在學生培養的各個環節設計了學生對“系統性”“整體性”的理解和灌輸，以實現對學生“系統思維”的培養[3]。

一、課程體系的系統性設置

課程體系是指同一專業不同課程門類按照門類順序排列，是教學內容和進程的總和，課程門類排列順序決定了學生通過學習將獲得怎樣的知識結構，它是培養目標的具體化和依托。工業工程專業必須融合工程、管理、信息等學科，是一門典型的綜合型、交叉型邊緣學科。濟南大學工業工程因為面向制造業，其課程體系主要包括機械、管理、信息等基礎課程和工業工程專業課程。不同學科的思維與學習方法的差異，勢必要求將注重嚴密、精確、嚴格的機械學科與側重宏觀、綜合、歸納的管理學科以及強調應用的信息技術和工業工程課程進行有機的協調與銜接，并在課程體系設置中體現專業培養的系統性和整體性。

濟南大學工業工程專業的課程體系將所有的課程按照學科設置分支，每條分支再按課程性質進行分層，形成了建立在人文、數理化等通識教育為基礎，以學科分支為公共縱向通道，以課程性質為樓板的多維塔樓式課程體系，并通過設置各課程實踐環節中的橫向與縱向聯系，使整個課程要素形成有機的系統，最終為專業課程設計和畢業設計服務，如圖1所示。

二、實踐體系的系統性設置

傳統的IE人才培養方案中，實踐教學體系的設置，僅僅是相互獨立的，簡單的單項實踐活動，學生只是在老師的指導下完成一個個機械的實踐環節，并沒有真正起到連接理論與實踐、強化專業思維、提高創新、動手能力的作用，更體現不出學生素質、思維方式上的高度融合。為了體現工業工程學科特點，強化IE專業的課程和知識體系，濟南大學工業工程專業運用系統原理，設計了一整套既相對獨立，又密切相關，能覆蓋各門專業課程和知識領域的、多種形式的實踐教學體系，以“從系統的角度解決生產實際問題”為主線將整個實踐教學環節貫穿到底，自底向上構建了基礎實驗系統、綜合應用實驗系統、專題設計實驗系統三大系統一條主線的完整的實踐教學體系，如圖2所示。這個實踐體系主要分為三大內容：課內實驗教學系統、綜合實習系統和綜合設計系統。課內實驗教學環節和綜合實習環節相互依存，共同為包括基礎課程設計、專業課程設計和畢業設計的綜合設計系統的順利進行提供基礎保證。

課內實驗教學系統包括自底向上的三大基礎實驗系統：基礎實驗系統、綜合應用系統和專題設計系統。作為第一層，基礎實驗系統將完成對人機關系、基礎技能的學習和訓練（如通過實驗獲取人體數據及應用于產品設計方法，掌握作業方法優化及測時技能），為第二、第三層次的實驗提供技能儲備和數據支持；第二層綜合應用系統則在基礎實驗的基礎上，將基礎技能和基礎數據綜合起來應用于解決一個實際的問題點（如拿到人體數據后，要求學生設計電腦主機裝配流水線線體或工作空間的物理設計），并繼續將實驗數據進行處理和儲備，用于第三層專題設計系統中；專題設計實驗系統，則利用前兩層獲取的技能和數據，對一個具體的生產系統進行完整的方案設計（如要求學生根據前兩層的實驗數據給出電腦主機裝配車間的設計方案）。

基礎課程設計和專業課程設計作為兩個綜合實踐環節，也采用了一條主線貫穿技能的方式設置。通過一張減速器的裝配圖開始，在基礎課程設計中將產品結構、加工（裝配）工藝、設備選型、市場預測、PQRST分析等課程的內容有機的融合在一起。專業課程設計則在基礎課程設計的基礎上，繼續進行生產計劃、質量管理、設施規劃、產線設計與平衡等更細致內容的學習與設計，從而將相關專業課程再次有機的融合在一起。學生在這種層層遞進、相互串聯的實驗及實踐系統中逐漸形成了對專業技能獲取并應用的系統觀念。

三、統領課程設置

體系設置的再有系統性，理論教學和實驗項目，仍然不得不離散進行。如果學生不能主動的加以吸收、理解和歸納，理論課程與理論課程之間、實踐環節與實踐環節之間、理論課程與實踐環節之間設置的有機聯系，仍然難以被學生發掘。為了強化學生對專業“系統性”的認知，還必須在教學過程中采用更直觀更感性的手段迫使學生去主動發掘，從而自建系統觀念。濟南大學工業工程專業在課程體系中設置了兩門“統領”課程。一門是《專業導論》課，設置在第三學期，一門是《ERP原理及應用》，設置在第六學期。《專業導論》課是專業基礎課中的第一門，將設置“紙飛機生產實訓”環節，全班學生分組創建企業。該實訓假定不存在外部競爭環境，企業自主決定生產數量，自主安排生產方式和崗位設置，并在交貨期結束時進行成本和利潤的核算。最后各組將投標額、合格品數量、不合格品數量及收益情況匯總到一個表格中進行比較，各廠長匯報生產組織情況。老師則在三輪生產結束后，進行問題和亮點總結，指出出現了什么問題，可以采用什么方法解決，這個方法可以在哪門課程中學到。從而從一個實踐環節輻射到整個專業基礎課程及部分方向課程，使學生形成在解決企業內因過程中，怎樣獲取和應用基礎技能的主觀意識。

《ERP原理及應用》是專業方向課中的最后一門，將設置“ERP沙盤模擬”環節。借鑒ERP沙盤模擬創業競賽的形式，仍然由上述企業參加，自行進行崗位分配。該模擬環節假定企業內因也就是生產環節基礎數據可控，只需要考慮外部競爭環境，制定運營決策。模擬結束后將決策序列和盈利結果匯總到一個表格中進行比較，CEO匯報決策過程。老師則在最后進行問題和亮點總結，指出出現了什么問題，可以采取什么方法解決，這個方法是在哪門課程中學到的，從而把部分專業基礎課程及全部方向課程拉到一起，使學生形成在解決企業外部競爭過程中，怎樣獲取和應用決策技能的主觀意識，并培養學生的創新創業意識和能力[4]。

通過兩門統領課和兩個實踐環節，學生在“輸”與“贏”的過程中體會到，生產系統的構建與運營，單純考慮企業內因或者單純考慮外部競爭環境都是不可行的，必須精通整個企業生產及服務系統的運營機制及邏輯關系，掌握理順內因的基礎技能和對外因的決策技能，用完整的“大腦”去規劃、設計和組織企業運營過程，才能使企業得以生存和發展。

四、結論

工業工程專業作為實現生產及服務系統的規劃者、設計者和變革者，具有強大的“系統思維”能力至關重要。而思維能力和思維方式的訓練，單純的通過傳統的“教”、“學”過程是很難實現的。濟南大學工業工程專業通過課程體系設置、實踐體系設置，在教學過程中對授課內容、實踐內容遵循自底向上逐步推進的“拉入式”配置，并以“統領課程”強化體系內各環節的網絡關系，從而使學生不僅學到了解決生產實際中具體問題的技能，更培養了學生在分析問題和解決問題時的系統思維方式，使學生初步具備了對復雜系統進行規劃、設計和創新的能力。

參考文獻：

[1]羅振璧，朱立強.工業工程導論[M].北京：機械工業出版社，2004.

[2]江志斌.論新時期工業工程學科發展[J].工業工程與管理，2015，（2）：1-7.

[3][4]趙秀霞，呂杰.人機工程實驗室建設[J].中國現代教育裝備，2010，（1）：133-134.

[4]王賢芳，孟克.論高校創新創業教育體系之重構[J].教育教學論壇，2011，（10）：118-120.

Abstract：China manufacturing has put forward the development goal of "Intelligent Manufacturing" based on systematic，integrated and digital，which is still in the industrial 2.0 or 3.0 stage. Industrial Engineering specialty in the new period will pay more attention to the cultivation of students' system planning，system design and innovative ability. Industrial Engineering major of Jinan university sets different experimental links in the course of curriculum system setting，practical system setting and teaching process to strengthen the understanding of "systematicness" of students，and to realize the cultivation of students " systematic thinking ".

Key words：teaching mode；system capability；Industrial Engineering