工业工程专业研究性教学方式的研究与实践

朱海平

［摘要］针对工业工程专业的特点，指出了进行研究性教学的重要意义，从课程设置、项目选择、团队组建、过程管理和效果评价等方面探讨了研究性教学的实施流程，并以制造物联网教学为例，介绍了研究性教学实践的具体过程和效果。

［关键词］工业工程研究性教学教学实践

［中图分类号］G642［文献标识码］A［文章编号］2095-3437（2014）10-0049-03一、工业工程研究性教学的意义

工业工程（IE）是研究工业系统的效率与发展的一门工程学科，IE的许多重要的技术和理论方法都来源于生产实际，并最终应用于制造企业来提升效率，因此是实践性极强的专业。

研究性教学是教师通过指导学生从自然、社会和生活中选择和确定与学科相关的专题进行研究，使学生在独立的主动探索、主动思考、主动实践的研究过程中，吸收知识、应用知识、解决问题、获取新颖的经验和表现具有个性特征的行为，从而提高学生的各方面素质，培养学生创造能力和创新精神的一种实践活动。

在工业工程专业实施和推广研究性教学方式，具有以下重要意义：

（一）有利于学生更加直观透彻地掌握课程知识

以“计算机集成制造（CIMS）”课程为例，该课程主要讲授信息技术和自动化技术在先进制造系统中的应用，在以往课堂教学过程中，学生因缺乏工程实践背景，往往对ERP、MES、PDM等信息系统难以理解，通过实施研究性教学，让学生参与科研项目，分组学习和实际操作这些软件，并分析企业对它的需求，就能相对容易地了解这些信息化软件。

（二）有利于培养学生的主动实践能力

相比较传统的实践教学环节，研究性教学方式由于分组更小、目标更明确、教师（或研究生）对学生的指导更多更具体、学生思考的空间更大，因此有利于发挥学生的主观能动性，提高其主动实践能力，以“运筹学”的研究性教学为例，教师结合自身的科研项目，先安排几个专题，让学生查阅文献、进行研讨，建立数学模型，学习Matlab等数学软件，实现算法并进行结果分析，在整个流程中，学生的主动实践将发挥主要作用。

（三）有利于培养学生的协作精神

研究性教学方式多采取分组形式，每个小组3-5人，围绕一个主题来开展，每人都有任务分工，最后的结果形成需要大家通力协作，通过这种方式，学生们能充分认识到分工协作的重要性。

（四）有利于激发优秀学生的创新精神

通过研究性教学，一些优秀学生能够较快地脱颖而出，取得一些创新成果，或发表科研论文，或申请发明专利，或在教师的科研项目中取得不俗的成绩。

（五）有利于教师获得科研和教学的灵感

研究性教学强调教学内容、教学方法的重构，提倡用“研究”的观点和方法改造传统教学，使教学活动由单向知识传授为主向学生和教师一起发现知识的过程转变。在研究性教学过程中，学生实际参与教师的科研项目，虽然还无法取代研究生的作用，但时常也有一些不错的想法，这些思路对于教师的科学研究不无裨益。

二、工业工程研究性教学的实施流程

研究性教学方式能否在工业工程专业成功实施，取决于两方面的因素，首先是外部环境能否支持这种教学改革，包括课程体系设置情况、教师的科研项目情况、教师的研究团队情况、实验室的软硬件条件、学生的基本素质等；其次是研究性教学的实施流程是否合理，包括课程的选择、学习团队的组建、教学目标的设置、教学过程的管理、教学效果的评价等，可以归纳为“体系支持、项目牵引、团队保障、严格管理、公平评价”，下面针对其中几个关键问题进行探讨。

（一）课程设置的调整

为了在工业工程专业推行研究性教学实践，首先需要对现有的课程体系设置进行适当的调整，目前有条件开展研究性教学实践的课程包括部分专业课程、生产实习、毕业设计等等，具体改革措施如下：

1.压缩专业课程的课堂教学时间，增加课外学习时间。课堂教学约占总课时的75%，主要传授基本的理论知识，课外学习时间分成两部分，一部分是课时规定内的时间，占总课时的25%，主要进行题目选择及分组安排、科研项目介绍、分组讨论、方案指导、成果汇报等工作；另一部分是课时外时间，要求学生利用课外时间进行资料查阅、工具软件学习、操作实践和汇报材料准备工作。为了不增加学生的负担，应注意课程的选择，条件具备的课程才能开展研究性教学活动。

2.鼓励有指导的小组分散实习，取代传统的大团队生产实习方式。传统的生产实习往往由一、两个教师带队，去一家制造企业开展为期三周左右的生产实习，实习的方式以参观和授课为主，学生基本没有动手实践的机会。而采用分散实习后，每个教师只带5-8个学生，实习时间可以更长（比如1~2个月，利用大三结束后的暑假），教师安排学生进入自己的科研项目团队，让研究生协助指导，甚至可安排学生去企业参与项目调研和方案设计工作，实践表明，这种实习方式非常受学生欢迎。

3.鼓励教师依托科研项目安排毕业设计题目，并进行双向选择。以前的毕业设计是单向将学生安排给指导教师后再确定题目，每年题目的变化不大，学生有可能选择不了感兴趣的方向，因而积极性也不高。通过双向选择方式，可以让教师结合自己的科研项目需要，安排具有吸引力的题目，提高学生开展毕业设计的兴趣。

4.设置课外学分及其他奖励。可以规定如果学生积极参加研究性教学实践活动，并获得可以考核的不俗成绩（比如发表科研论文，申请发明专利等），则给予课外学分，同时在保研时进行加分奖励，这样就可以大大提高学生参与这些活动的积极性。

（二）科研项目的选择

进行研究性教学实践活动，离不开教师所承担的科研项目的支持，科研项目包括企业合作项目、预研项目等，进行项目选择时需要遵循以下原则：首先是要难易适中，适合本科生参与学习；其次是项目与课程相符，便于学生更好的掌握本门课程的知识；然后是科研项目实施过程中需要一定的动手实践能力，而非纯粹的理论研究。如果是分散实习，则一般应要求该项目是企业合作项目，能提供学生去企业调研的机会。

（三）教学团队的组建

按照课程性质来组建研究性教学团队：

1.专业课程教学

通常包括教师1-2名，研究生3-4名，本科生50-60名，学生分为10组，每组5-6名学生，安排5个左右的研究主题，以“决策分析”课程为例，安排了5个题目：“随机性决策方法”、“设备维修决策”、“隐马尔科夫决策方法及应用”、“模糊决策方法及应用”、“博弈论应用”。学生分组选择题目，进行研究，最后完成研究报告并进行汇报，研究报告和汇报作为学生成绩评价的重要依据。

2.分散生产实习

通常包括教师5-8名，每位教师安排3个研究生进行协助指导，每位教师指导学生不超过8名。在分散实习过程中，教师安排学生参与科研项目，去相关企业进行调研，完成需求分析报告，并学习相关理论知识，在研究生的指导下协助完成项目的方案设计。

3.毕业设计

毕业设计的时间较长，每位教师指导的学生一般不超过5名，研究生也协助进行指导。学生可以较为系统地了解教师所负责的一个科研项目，并以其中一项关键技术为题开展专题研究，最终完成毕业设计论文。

（四）教学过程管理

与课堂科学及传统的程序式生产实习和毕业设计相比，研究生教学实践的方式较为灵活，时间较长，如果管理不好也会流于形式，经过一段时间的实践后，总结了如下过程管理方式：严格要求学生按时到实验室进行学习，进行考勤；定期召开Seminar，进行进展汇报交流；研究生和本科生之间建立1对2或1对3的联系方式，监督学生的学习和研究进程；提供学生可以操作的实验环境，充分激发学生的动手实践兴趣。

（五）教学实践效果的考核评价

研究性教学与传统课堂教学在形式上存在很大差异，为了对学生的学习效果进行评价，必须引入新的评价方式。评价指标包括选题的难易程度、文献阅读及综述情况、研究过程中的纪律表现、在小组中发挥的作用、总结报告的完成情况、汇报答辩情况等6项。指标权重可根据实际情况来确定。

三、工业工程研究性教学实践案例

下面以工业工程的“计算机集成制造系统CIMS”课程中的制造物联网教学为例，介绍研究性教学实践的基本过程。

（一）研究性教学实践的目的

通过现场参观、系统演示和介绍、交流讨论、动手实验、工作汇报等方式，让学生对制造车间的物理结构、装配生产线的运行方式、物流配送模式和工作流程、物联网的基本概念及工业应用、制造执行系统（MES）的应用、生产过程质量检测与过程控制等有直观和较为深入的了解，并能够设计一些简单的实验，结合企业项目完成一定的应用验证。

（二）研究性教学实践的软硬件条件

硬件设施包括装配生产线、多套高频/超高频RFID读写器、天线和标签、Zigbee无线传感网开发和测试套件、PLC/RFID集成试验台、条码枪和条码打印机、手持式RFID/条码数据采集终端、ARM开发工具、手持平板电脑、常用传感器等等；软件设施包括制造执行系统（MES）、物流仿真软件Tecnomatix、生产线控制软件、RFID读写软件、物流分析软件、质量分析软件等。以上条件为开展物联网研究性教学提供了基础环境。

（三）研究性教学实践的主要过程

将本专业学生分为10个小组，每组5人，安排5个专题：

专题1：了解PLC的基本原理和开发过程，参与设计并实现一些实验；

专题2：了解RFID的读写过程，参与开发RFID的读写操作；

专题3：了解Zigbee的基本原理，利用Zigbee技术实现检测数据的自动采集和远程传输；

专题4：了解装配生产线的工作流程和控制方式，集成PLC/RFID/Zigbee技术设计物联网实验，用于生产线数据采集与监控；

专题5：了解制造执行系统MES的基本功能，设计出物联网技术在MES中的应用场景。

学生选择专题后，就着手开始相关理论和应用开发知识的学习，利用实验室提供的软硬件设施，在教师和研究生的指导下，设计物联网实验，进行软件开发，并完成实验验证，最后，总结实验成果，撰写研究报告，通过PPT进行汇报。

（四）研究性教学实践的效果

通过研究性教学实践，学生不但掌握了物联网的基本理论知识，更对物联网技术在制造车间的应用有了比较直观的认识，知道如何设计物联网应用场景，以及进行软硬件开发的基本流程，部分优秀学生还完成了物联网实验的开发，可以通过PLC和RFID的集成实现换刀控制，通过Zigbee实现数显卡尺测量数据的远程采集等。

研究性教学是现代教育理念的集中体现。本文结合工业工程学科的特点，探讨在本科生阶段开设研究性学习课程的意义和实施流程，并以一门课程为例，实践了研究性教学，取得了不错的效果。

当然，研究性教学过程中也遇到很多困难，它需要有较多的教学和科研资源投入，包括实验设备投入和人员投入等，如何实现常态化健康运行还需要进一步进行研究和实践。

［参考文献］

［1］ 朱志伟.以研究性教学改革为牵引 创新本科教学工作评价体系［J］.中国大学教学,2009，（7）.

［2］ 洪莉.研究性学习与研究性教学策略探讨［J］.吉林师范大学学报（自然科学版）,2004,（8）.

［3］佘远富,王庆仁.高校研究性教学评价体系的构建［J］.高等工程教育研究，2011，（6）.

［4］ 汪应洛.系统工程［M］.北京:机械工业出版社,1994.

［责任编辑：碧瑶］