机械类专业《信息系统分析与设计》课程案例教学探索与实践*

朱 斌，何 力，郭 岳

（长安大学 公路养护装备国家工程实验室，陕西 西安 710064）

随着大数据、云计算、人工智能以及物联网的飞速发展，信息技术的应用已渗透到各个领域，在机械制造行业也有着广泛的应用[1,2]，如进销存系统、PDM(产品数据管理)系统、CAPP(计算机辅助工艺规划)、MES(制造执行系统)、ERP(企业资源计划)等系统。目前，《信息系统分析与设计》课程在各高校的很多专业都已开设，成为计算机、经济、管理和工科各专业的核心课程，从某种程度上可以说是信息时代背景下高等院校的必修课程。该课程需要与先进的管理理念、方法和手段相结合，只有融入相关专业现代管理思想才能发挥其在管理中的作用[3]。但是，在机械专业传统的课程教学中，由于缺乏信息技术在机械设计与制造领域的应用案例，学生往往对该课程的学习兴趣和重视程度不够，感觉抽象、空洞，直接影响了教学效果，使学生失去了信息时代环境下信息处理与应用的基本技能。为此，本文针对机械类专业《信息系统分析与设计》课程教学中存在的问题，尝试以制造企业管理与运营案例为教学主线，将机械类专业相关的进销存、PDM、ERP及MES等信息系统的应用案例融入课程教学中，并结合 VB、C#和 SQL Server、Access等开发工具进行实战训练。通过案例教学使学生不但掌握信息系统分析与设计的基本理论与方法，适应信息时代需求，同时结合专业知识帮助学生理解和领会企业运营的管理思想、手段和方法，熟悉信息技术在企业中的应用，培养学习兴趣，积累必要的企业管理知识，为今后走向工作岗位奠定基础。

一、传统教学存在的问题

在多年的机械类专业信息系统分析与设计课程教学中反映出的主要问题如下：

1.缺乏与机械类专业知识的结合

信息系统分析与设计是一门应用性学科，涉及相关领域的管理理念、方法和手段[4]。随着信息化建设在我国各个领域的大力推进，信息系统在机械制造业的应用已经十分广泛，出现了PDM、ERP、MES、SCM 等信息系统。但是，该课程在教学中使用的教材不区分专业，教学中采用的分析与设计案例多是图书管理系统、人事管理系统、购物系统等通用案例，没有体现制造企业在产品设计、生产、采购、库存、销售、设备维护等企业管理中所蕴含的先进管理理念、方法与手段，使教学脱离学生的专业背景，无法在课程学习中使学生领会制造企业的管理模式。

2.重视程度不够

虽然信息系统的案例很多，但是与机械类专业相关的案例很少，而贯穿制造企业设计与制造过程管理模式的教学案例更是难得。此外，在实际教学过程中，由于没有PDM、ERP和MES等与机械类专业相关的信息系统，在教学中基本上是以非机械类专业案例（如图书管理系统等）作为教学中系统分析与设计的应用案例，缺乏信息技术对所学专业应用的感性认识，使学生在课程的学习与实践中认为该课程与所学专业不相关，而忽视课程的学习。

3.缺乏系统实践

信息系统的开发有很多开发工具，针对不同的应用和开发环境,可采用相应的开发工具，如 C#、Visual Basic、ASP.NET、Java等。但是，由于教学中实践环节没有跟上,使得理论不能真正运用到实践中,学生缺少感性认识和实践机会,课程内容与专业应用不贴近,因此学生对这门课程的学习感到内容抽象、空洞。

二、案例教学基本思路

案例教学法起源于20世纪20年代，由美国哈佛商学院倡导，是一种以案例为基础的教学方法[5]。针对机械类专业信息系统分析与设计课程教学中存在的问题，本文提出的案例式教学采用“基础知识+专业案例+系统实践”三位一体的教学模式，以课程基本知识为基础，将机械类专业相关的应用案例融入课程教学之中，将课程中的信息系统规划、信息系统开发方法、系统分析、系统设计、系统实施等内容结合案例讲授，并结合模拟软件系统，如PDM系统、MES系统、进销存系统等进行模拟环境实践。通过本课程的学习，使学生不但掌握信息系统分析与设计的基本理论和方法，适应信息时代的需求，同时结合专业知识帮助学生理解和领会企业运营的管理思想、手段和方法，熟悉行业信息系统的应用。案例教学的基本思路如图1所示。主要包括以下内容：

图1 案例教学基本框架

1.机械类专业信息系统典型案例

结合机械类专业的特点，收集并建设贯穿于制造企业产品设计、工艺、生产计划与调度、质量保证、设备维护、销售、物流配送等环节的信息系统典型教学案例库。对上述典型案例，按照软件工程规范，采用结构化分析与设计方法，以数据流图、数据库ER图、系统模块结构图、程序流程图等形式建立结构化系统模型；同时，采用面向对象的分析与设计方法，以用例图、类图、对象图、顺序图、状态图、活动图、部署图等形式建立面向对象的信息系统模型。理论结合典型案例，在案例教学过程中让学生感受信息系统与专业应用的密切联系，领悟信息技术与企业先进管理理念融合的重要性。

2.模拟软件系统

为便于学生理解，弥补实践环节的不足，加强理论与实践的结合。针对典型案例，采用适合机械类专业学生学习的模拟软件系统，以案例的形式贯穿产品设计与制造的全生命周期，并结合企业数据模拟运行，增强学生在课程学习中对专业应用的感性认识，同时提供模拟企业运作的实践机会。

3.课程基础知识

以信息系统分析与设计基本理论与方法为基础，将专业案例贯穿各知识点中，如在MES系统中对车间任务、加工零件、工序等事物或对象的描述；对排产、派工、检验等事件或方法的定义等。结合案例和模拟软件系统讲授课程内容，理论结合实践，丰富教学内容。

4.系统实践

信息系统课程的学习重在实践，只有分析和设计的信息系统只是空中楼阁，学生在课程学习时仍然会感到空洞、乏味。因此在课程学习的同时，也要求学生采用自己所熟悉的编程语言和数据库完成某信息系统的开发，只有通过系统实践才能更好地掌握基础知识，感受系统完成之后的成就感。

三、案例教学的实践

1.教学模式

案例教学（case-based teaching）是一种以案例为基础的启发式教学法[6]，注重学生能力的培养。机械类专业信息系统课程案例教学提倡启发式教学，教师结合案例从问题出发，启发学生思考，积极参与讨论，并引导学生主动结合自己所学的理论知识，去分析问题、解决问题，开拓思路，学生不会从教师那里得到标准答案而过于依赖教师，结束“老师讲，学生听”的教学模式。

2.教学方法

根据信息系统生命周期，即系统规划、系统分析、系统设计、系统实施、系统维护等几个阶段的划分和各阶段的主要内容，结合典型案例分别从问题讨论、知识点讲授、案例模拟和系统开发等几个方面开展案例教学[7]。

（1）问题讨论

针对案例的实际工程应用，首先从系统建设的背景出发，引导学生一起讨论系统的作用与实施的必要性，并结合专业知识启发学生一起讨论系统的需求、系统的主要功能以及如何规划等问题。针对问题，要求学生结合专业知识与课程理论写出自己对问题的认识。以MES系统为例，它是一种面向车间层的管理信息系统，在制造企业中有着广泛的应用，其主要功能包括生产计划管理、车间作业计划管理、生产现场管理、质量管理、设备管理、员工管理、绩效管理、工时管理等功能模块。在案例教学过程中，教师启发学生结合机械制造工艺学、机械制造基础、生产管理学等专业课程与MES系统的主要功能和在企业的应用，从信息系统分析与设计的角度出发，与学生一起讨论，明确系统的需求。

（2）知识点讲授

图2 计划调度用例图

图3 车间调度用例图

经过问题讨论之后，学生对信息系统在企业的应用和功能有了比较深入和全面的理解，在此基础上从信息系统分析与设计的角度对问题进行重新剖析，并结合案例讲授相关知识点，引导学生采用课程讲授的理论与方法对信息系统进行分析与设计，如：用用例图或数据流图描述MES的需求，用模块结构图描述软件系统的模块组成和层次关系，采用顺序图、活动图描述对象间的协作关系等。图2、图3所示为MES系统中的部分用例图。

（3）案例模拟

图4 MES调度管理

图5 工序派工

虽然机械类专业的学生经过了专业知识的系统学习和实训，但是大部分学生对制造企业的运营管理并不熟悉。为此可结合案例，采用自行开发或某些企业运行的信息系统界面来模拟案例运行。如图4和图5为某企业MES系统的调度管理与工序派工，学生可以结合自己的专业知识编制零件的工艺数据或从企业收集，让学生融入真实MES环境，并结合信息系统分析与设计课程理论展开讨论，提出自己的想法。

根据学生的理解情况，上述方法可以穿插进行。如：由于学生缺乏企业运营方面的管理知识，在问题讨论过程中可以先采用相应的信息系统软件模拟演示，使得学生在有了直观的感性认识基础上再参与问题讨论，以改善教学效果。

（4）系统开发

以大作业或课程设计的形式，将学生分为若干个小组，围绕案例中的某个系统或模块进行系统分析与设计，同时进行系统的原型开发。对于机械类专业的学生，因计算机基础相对薄弱，可采用C#、VB和Access、SQL Server等易学易用的编程语言和数据库完成系统的开发，加强实践训练。

3.效果分析

通过近几年的教学实践，案例教学方法在信息系统分析与设计课程的教学中已产生了积极效果，具体体现如下：

（1）思想上重视，提高了学习积极性

通过案例教学，使学生感到信息系统不再是抽象、枯燥、无用的课程，而是信息时代下与自己专业和工作密切相关的基础课程，不再认为该课程只是计算机专业的必修课，对机械类专业的学生来说只是次要的选修课程。学生从思想上重新认识该课程的定位，改变了学习心态，变被动学习为主动学习，提高了学习积极性。

（2）授课形式多样化，加深了对基础知识的理解

通过多种形式的案例教学和讨论，有助于学生对课程基础知识和难点的掌握和记忆，有助于发现问题，并培养解决实际问题的能力，在不断提出问题与讨论过程中，加深了对基础知识的理解与掌握。

（3）学生积极参与，活跃了课堂气氛

由于学生具有一定专业基础和实习经历，对制造企业的环境和管理具有较多的感性认识，采用案例教学激发了学生的求知欲和参与意识，学生能结合专业知识提出问题，并积极参与案例讨论，活跃了课堂气氛。

4.难点分析

由于机械类专业学生的计算机知识相对薄弱，同时对企业管理理解不足，因此在教学过程中仍然会出现以下一些教学难点：

（1）基础理论与机械类专业案例的结合

虽然学生在企业或学校实训中心实习过，但未真正参与过企业的技术与生产管理，对信息系统涉及的事件描述、数据流向、外部实体等基本内容缺乏认识，难以理解课程的理论知识,有“空中楼阁”的感觉。因此，如何将企业实际运营的案例无缝融入到课程的教学内容之中，是教师在开展案例教学中要解决的关键问题之一。

（2）案例与软件系统的结合

在教学过程中，将企业实际案例与软件系统相结合有助于学生直观理解信息系统的参与对象、数据处理方法、功能模块的划分等内容。但不同案例的数据描述、完整性、数据结构等直接影响了软件系统的配置，因此将不同案例的数据集成到软件系统也是案例教学的难点。

（3）软件系统与模拟实践的结合

本文提出的案例教学将模拟软件系统与制造企业运作相结合，通过对系统的不同配置（如权限分配、工作流定义、查询配置、报表定义等）来模拟不同的企业环境，但这在技术上也增加了难度，因此也是教学中的难点之一。

针对机械类专业学生在信息系统分析与设计课程教学中存在的问题，本文提出了基于案例教学的改革思路。通过该方法的教学实践，提高了学生的学习积极性，学生在学习课程基础知识的同时，感受到信息系统与自己专业和未来工作的密切联系，从思想上改变了学习态度，变被动学习为主动学习，取得了较好的学习效果。该方法的实施得到了学生的普遍好评，也为其他专业课程开展案例教学提供了参考依据。

[1]孙建设,王文平,孙润晗.机械制造业信息化历程与应用研究[J].装备制造技术,2015(11):116-118.

[2]唐炜.机械制造业信息化的发展[J].电气传动自动化,2007,29(6):36-38

[3]王洁.现代管理信息系统设计原理[J].电子测试,2017(10):6-8.

[4]邝孔武,王晓敏.信息系统分析与设计[M].北京:清华大学出版社,2006.

[5]刘芬.关于“管理信息系统”中案例教学的探讨[J].计算机时代,2015(7):68-69.

[6]付百文.强化案例教学的程序设计类课程体系改革[J].计算机教育,2015(16):40-43.

[7]刘文昌,丁菲.管理信息系统课程案例教学的研究与实践[J].辽宁工业大学学报(社会科学版),2015,17(4):98-100.