工業工程專業創新實踐教學體系的設計與思考

　　【摘要】 結合工業工程專業需掌握的能力特征要求，研究工業工程專業創新實踐教學體系的設計問題。提出了分層與分級的實驗教學體系，涵蓋四大類別實習教學體系，融合實驗與實習的實踐生態對接方式，形成了“有項目、有指導、有成效”和智商、情商齊發展的學生綜合創新實踐能力培養模式。

　　本文源自朱建軍; 薛涵; 王麗; 虞先玉; 袁磊， 工業和信息化教育 發表時間：2021-07-23

　　【關鍵詞】工業工程;實踐創新;實驗體系;實習體系;競賽體系

　　0  引言

　　高校開展創新實踐教育是適應全球化競爭的必然選擇，也是對科技產業革命和經濟社會發展的回應。建設創新型國家要以創新型人才培養為先行，這就要求高校完善適合自身特點的創新實踐教學體系。很多學者圍繞高校創新實踐教育進行了研究，文獻[1]闡述了創新教育與創業教育的融合問題;文獻[2]研究了科學素質教育、終身教育、專業跨界及國際交流的內在關系;文獻[3]依托大數據技術構建了高校創新創業教育模型;文獻[4]建立了產學研協同共構、全鏈條融通的支持體系;文獻[5]提出要推進課程體系、機制體系、服務體系及實踐體系等多方面的創新;文獻[6] 指出應以更新教育理念、重塑教育模式、注重師資培養、加大教改力度等多方面為切入點進行改革;文獻[7]指出應堅持師生共創理念，構建系統化的知識鏈與實踐鏈;文獻[8]以工業工程專業為例，構建了系統化的課程體系，實現了分模塊、分階段、分層次培養。以上研究表明，創新實踐教育研究呈現多樣化及個性化，但作為一門 “工—管—理”綜合交叉的新型專業，以工業工程專業為對象的創新實踐教學體系研究較少。對此，筆者基于工業工程專業學生培養的特點，提出了較為系統完整的創新實踐教育體系，為新時代工業工程專業人才培養提供了參考和借鑒。

　　1  工業工程專業教學規律簡析

　　實現從粗放式管理向以集成化、信息化、網絡化為特征的精益管理轉變，是提升我國制造業核心競爭力、向制造業強國邁進的必由之路。作為能夠幫助企業改進產品質量、提升管理水平、降低生產成本、實現綠色轉型的交叉學科，工業工程專業作用重大，該專業人才具有廣闊的發展空間與前景。工業工程專業具有行業特色與技術特征交叉的屬性，該專業人才培養需要綜合考慮學科交叉、知識綜合、能力復合、面向實踐和富于創新等特征。近年來，隨著制造強國戰略的逐步落實，工業工程專業發展迎來了歷史機遇，專業性質發生了以下轉變：思維習慣由要素驅動向創新驅動轉變;企業綜合要求由低成本競爭優勢向質量效益競爭優勢轉變;發展模式由粗放制造向綠色制造轉變;服務領域由生產型制造向服務型制造轉變。這些變化具有連帶性，帶來了企業思路的轉變，而企業思路轉變又影響著對工業工程專業畢業生的要求。在這種機遇與挑戰并存的情況下，處在創新創業教育浪潮之中的工業工程專業創新教學模式探索刻不容緩。

　　長期以來，工業工程專業人才實踐培養，呈現專業強烈的實踐需求與相對缺乏的實踐資源之間的矛盾，出現了實驗室功能單一、實踐基地數量不足和實踐教學動力不足等問題。這些問題下，學生的創新主觀能動性難以發揮，導致學生不敢創新、教師不愿指導、企業不屑參與，也制約著專業人才培養質量的提升。

　　工業工程專業人才培養目標具有多重性和寬泛性：培養有技術、懂管理，具備專業能力、外語運用能力、創新能力和綜合素質能力的復合型人才。人才培養的復雜性、內涵的模糊性，導致學生對工業工程專業理解不足，對畢業去向更知之甚少。南京航空航天大學(以下簡稱“南航”)地處長三角地區，具有“航空、航天、民航”特色(三航)，工業工程專業以服務國防工業為背景。結合南航特色，學生需要滿足“三航”和制造型企業對綜合型人才的要求，具備較強的工程科學和管理科學知識，能夠適應多種部門的生產和管理工作，具有系統分析、規劃、設計、管控、質量管理及標準化方面的能力，以及注重效率、質量、成本、標準化等專業素養。學生畢業后可從事現場管理與改善、精益生產與管理、流程優化與管理、質量管理與提升、物流設計與管理、供應鏈管理等工作。筆者根據對工業工程專業人才培養特征的研究發現，本科4年中各階段教學相互作用，學業挑戰度在4年中無明顯變化;學生主動學習能力呈小幅度上升趨勢;教師教學經驗豐富程度、師生互動頻率呈增加趨勢，這表明師生知識水平在互動過程中均得以提高。

　　根據以上分析結果，筆者從教師、企業、學生3個角度剖析了角色需求與引導目標之間的聯系(見圖1)：教師具有“自我價值實現”的目標，企業具有“合作共贏”的訴求，學生則希望通過本科4年的學習提升綜合能力。因此，應建立成熟、適應性強的人才培養機制，以立德樹人為根本任務，樹立正確、有深度的目標，為建立創新實踐教學體系奠定基礎。

　　2  工業工程專業實踐創新教學體系設計

　　通過對工業工程專業教學情況和教學規律的分析，結合南航工業工程專業特點，圍繞實踐創新這一中心，筆者從實驗教學、企業實習、科創競賽3個方面進行研究，設計了1套較為完整的教學方案。

　　2.1  分層分級特色化實驗教學體系設計

　　南航工業工程專業擁有設施較為完善的工業工程專業教學和實驗平臺，建成了基礎工業工程實驗室、人因工程實驗室、生產與質量管理實驗室、航宇工業工程仿真實驗室、管理信息系統實驗室、復雜裝備研制過程管理實驗室和IBM服務優化等專業實驗室，形成了基礎工業工程課程群，系統工程、運營管理課程群，質量管理、運籌學、應用統計學、項目管理課程群等多個教學團隊，緊密圍繞實驗教學展開教學活動。教學團隊從分層、多元和分級的角度，開展模塊豐富的實驗教學課程，借助多方面綜合的實驗教學手段，全方位培養學生能力、提高學生素質，最終實現創新人才培養的目的。教學手段方面，開展“自主實驗+網絡輔導”“常規教學+實驗操作”“數據分析+研究型與應用型學習”“創業培訓+企業培訓”的實踐教學。實驗模塊設置方面，具有“基礎實驗—專項實驗—綜合實驗—創新實驗”的分層分級特色，實驗教學層次體系設計如圖2所示。

　　2.2  基于項目式的實習教學體系設計

　　實習是高校人才培養必不可少的環節，貫穿學生本科4年的學習，具有一定的發展規律。基于項目式的實習教學體系，如圖3所示。參觀實習給新生帶來較強新鮮感，隨著課程的切入，學生能用專業知識分析解決企業實際生產運營中的問題，既加深學生對專業知識的理解，又強化對企業的認識。

　　通常，實驗教學注重校內和課內的教學實踐，實習則注重校外和課外的教學實踐，二者都是實踐教學的重要組成部分，任何一部分出了問題都不利于學生理論知識和實踐知識的消化和貫通。南航工業工程專業通過“選種—培植—擴展—升華”4個階段，實現實習與實驗教學的貫通及生態對接，構建了實踐教學一體化體系，如圖4 所示。

　　選種(課題選擇)：借鑒物種繁殖的生態學規律，對接教師的科研課題，集成各類外部資源持續關注企業需求，通過大量主題零散的企業實際問題和解決方案，有目的地遴選出創新項目作為實踐教學的“種子”。

　　培植(實驗室功能提升)：按照基礎與擴展有機結合的思想將“種子”移植到現有專業教學實驗平臺上，通過在企業現場和實驗室對“種子”進行雙向培育，促使實驗項目持續優化以改善實驗室的平臺功能，促其成長并依靠其“分蘗特性”快速增加“植株”。

　　擴展(實踐基地落地)：選擇“植株”生長茂盛、勢態發展良好的企業，根據人才培養現實需求建設實踐基地，同時構建“雙贏”的全生命周期基地運作管理制度，涵蓋前期聯系、初步合作、深度合作、功能升級，促使校企關系更加和諧。根據國防工業的行業特點和資源情況，積極開展面向復雜產品制造的實踐基地建設，目前已與20余家企業合作建成實踐基地。南航工業工程專業創新提出了面向企業實際問題解決的“導師+學生”的科研項目式實習方案：由企業提出需要解決的難題，專業教師擔任顧問，以學生為主(教師根據情況駐廠指導)解決企業問題，這種“企業出題、校企解題、學生做題”的模式成效顯著，既較大程度地解決了企業面臨的實際問題，又顯著提升了學生的能力。

　　升華(實訓平臺集成)：建立面向流程管理與知識管理的知識化、集成化和共享化平臺，更好地滿足了人才培養的多樣化和個性化需求。現代化生產和管理日益復雜，短期小規模實踐難以滿足不同類型行業和企業對專業人才培養的個性化需求，針對實踐教學的多樣化和個性化需求，通過進一步提煉，建成了基于流程管理與知識管理集成的虛擬實訓管理系統，并引入知名企業的流程管理案例，實現了實踐教學的知識化、集成化和共享化，滿足了全方位、高要求的實踐需求，該成果已經被其他高校借鑒。

　　通過上述發展過程，南航與合作企業良性互動，實驗室和實踐基地具備自身造血機制，學生在全程參與實踐的過程中獲得了充分的鍛煉，較好地破解了認知結構失衡的難題。

　　2.3  逐層遞進的競賽體系設計

　　競賽是促進學生掌握專業知識、增強學生創新創業能力、提升專業整體水平的有效助推器，對教學體系設計起著至關重要的作用。專業競賽發展規律與實踐體系類似，由低年級向高年級呈現數量增加、難度加深、等級提升的趨勢，專業性和鍛煉價值不斷加強。南航工業工程專業學生在參與科創競賽的過程中收獲激情，不斷探索，實現個人價值，最終全面提升專業水平，工業工程專業競賽體系設計如圖5所示。

　　南航工業工程專業鼓勵學生組建科創團隊參與國內外各類高水平學科專業競賽，探索在科學研究過程中穿插綜合素質培養(如表達能力、展示能力、演講能力、溝通能力等)的模式。且要求每名學生在學習期間必須參加1次科研訓練計劃或學科專業競賽。在問題驅動導向下，教師提出各類型課題，并根據問題特點進行創新知識的模塊化分類，如理論性、方法性和應用性等模塊。師生共同研討篩選，按照難度等級形成可供選擇的項目庫：針對基金類項目，重在訓練學生研究的規范性;針對競賽類項目，重點提煉創新思想，訓練學生綜合表現力;針對創業類項目，提供環境進行孵化，重在訓練學生的實際項目運作能力。基金類項目成果可支持教師的科研工作，對教師和企業有一定的支持作用;競賽類項目有可能成為創業類項目，具有較強的標桿誘導作用;創業類、競賽類項目還可形成教學案例，反哺教學。以科研項目為牽引，基于真實的科研情境培養學生的科學研究能力，形成了“有項目、有指導、有成效”和智商、情商齊發展的學生綜合創新實踐能力培養模式。學生在全國工業工程案例競賽、“挑戰杯”競賽等多項學科專業賽中均有較為突出的表現。

　　3  成效分析

　　南航工業工程專業2019年獲批首批國家級一流本科專業;專業就業形勢良好，學生就業率近3年保持在學校前列;建有1個國家級教學團隊(管理定量方法課程群)、1個江蘇省高等學校優秀科技創新團隊、1個江蘇省高校社科優秀創新團隊;建成了國家經濟管理創新人才培養模式實驗示范區、教育部創業教育實驗示范區和江蘇省經濟管理實驗教學示范中心等國家級和省部級創新人才實驗教學平臺，培養出了一批適應社會、企業要求的高素質人才。

　　4  結語

　　筆者研究了南航工業工程專業的實踐教學體系，從實驗、實習和競賽3個方面進行了創新設計。面對新的工業革命和大數據、物聯網等技術的廣泛應用，工業工程專業實踐創新教學體系仍在探索與發展中，未來將在已有基礎上，加強創新創業系列教材與課程資源的建設，進一步整合校內外資源、開放協同，實現專創融合、學科交叉融合，深度激發師生、企業的創新創業精神和創新創業活力。