数智化驱动的管理科学与工程实验教学转型探索

李 扬， 孟庆春， 盖建华

（山东大学 a.管理学院；b.管理学科国家级实验教学示范中心（山东大学），济南 250100）

0 引 言

数智化转型的浪潮席卷全球，人工智能、物联网、大数据等数字技术与各行各业深度融合，逐渐从辅助提升效率的工具演变为创新发展的核心驱动力。近年来，我国持续加强人工智能与实体经济的深度融合，数字化、智能化推广应用成效显著、供给能力不断提升、支撑体系逐步完善。尽管发展迅速，我国仍然处于数智化转型的早期，仍存在供需动态适配性不高、应用广度与深度亟待提升、专业人才紧缺等问题。数智转型涉及全生产要素，需要搭建全面的数智人才体系，除了人工智能、软件工程、信息与计算科学、电气工程与自动化等专门人才，还需要既懂技术又通管理的复合型人才。管理科学与工程作为一门横跨自然科学、工程科学和社会科学的交叉学科，在实验教学中围绕大数据、人工智能的科技革命和产业变革，运用系统思维、数据科学、智能技术等引领实验教学活动及指导实验教学行为，实现学生综合实践能力的数字化升级、智能化跃升，为数智化变革提供坚实的人才支持与智力支撑，成为不可抗拒的时代潮流［1］。

1 实验教学面临的新形势和新要求

1.1 管理科学与工程实验教学面临的新形势

（1）科技革命和产业变革塑造了新时代。以智能化为核心的人类第四次工业革命，呈现出指数级而非线性的发展速度，物理、数字、生物世界不断跨界融合，新经济业态、新生活方式、新运营模式持续涌现，改变着人类生活中的各个领域［2］。作为新工业革命的突破点，数字经济以数字化知识和信息为关键生产要素，以数字技术为核心驱动力量，以现代信息网络为重要载体，通过数字技术和实体经济的深度融合，不断提高传统产业的数字化、智能化水平，形成一种新型经济社会形态［3］。

（2）就业市场转型提出了新要求。在产业政策的支持下，数字技术在诸多领域和场景的应用逐渐深化，行业市场对数智化人才的需求逐步释放。通过收集分析近年来百度、阿里巴巴、腾讯、华为等公司面向管理科学与工程、信息管理与信息系统、工程管理、供应链管理等专业发布的招聘信息，可以发现具备数智化特征的管理科学与工程人才在就业市场中更具有核心竞争力。具体而言，就业市场青睐的数智化管理科学与工程人才要具备扎实的数理统计知识、经营管理知识和财务知识，熟悉自然语言处理、机器学习、运筹优化等相关算法，熟练运用R 或Python 编程语言，熟悉Oracle、SQL Server、MySQL 等数据库以及Hadoop、Spark等大数据相关技术。通过对以上知识和工具的积淀与内化，撬动思维和能力的提升，形成良好的系统性思维、严谨的数据思维和出众的商业思维，外显为优秀的业务抽象和信息建模能力、数据分析和处理能力、商业分析能力。

（3）教育数字化转型成了新趋势。党的二十大报告提出要“推进教育数字化，建设全民终身学习的学习型社会、学习型大国”；2022 年全国教育工作会议明确提出要“实施教育数字化战略行动”；2023 年高教司工作要点提出“深入实施数字化战略行动，塑造高等教育改革发展新优势”。教育数字化战略行动是教育部的工作重点，也是当前教育改革与实践中的热点，还是未来教育创新变革的发展趋势［4］。当前教育数字化的重点任务是创新教育场景，开发数字资源，提升教师数字素养，提升国家数字教育平台能级［5］，通过彻底和全面的数字化转型，形成数据驱动、人技结合、跨界开放的教育生态，构建更加敏捷、适切、公平、可持续的高等教育体系，为学习者提供全面和丰富的学习体验［6］。

1.2 数智化对学生实践能力提出的新要求

（1）复杂系统思维。现代社会管理问题构成要素众多、关联结构复杂、与环境作用紧密，需要运用多学科、多领域的知识才能够解决［7］。由此催生出了管理学的一个新领域——复杂系统管理。该领域融合复杂系统与管理科学，构建复杂系统思维与范式，致力于解决重大现实复杂问题［8］。要引导学生树立管理的整体观、组织观、动态观，培养学生基于系统工程原理和科学方法，运用跨领域、多学科的科学理论和经验知识、定性和定量知识、理性和感性知识，对复杂系统管理活动进行组成要素选择、关联与结构设计、总体功能分析、活动与环境及其他系统之间的协调，从整体考虑的角度出发得到问题解决方案的能力［9］。

（2）数据分析能力。在数字化企业的运营过程中会实时产生和积累大量的产品生命周期数据、业务流程的过程和结果数据以及企业所需的行业和整个经济社会的数据等［10］。因此，以数据分析为基础的定量化、精细化管理研究逐渐成为管理科学与工程学科未来发展的现实选择［11］。要帮助学生在深入了解数据挖掘、机器学习、大数据分析、人工智能和运筹学等理论前沿的基础上，结合业务场景和管理需求，运用现代计算机技术和数据科学的理论、方法、工具，开展数据采集、处理、建模、求解及应用开发的实践，提取管理问题中的数量关联、空间结构与动态变化，发现特定变量关系模式，提升学生的逻辑分析能力和数据敏感度，培养学生解决管理领域决策、预测和优化问题的能力。

（3）智能决策能力。在数字技术时代，企业的决策从以经验为主的人工决策和以模型为主的模型决策，向以大数据驱动的智能决策快速转变，智能决策成为工业互联网的核心［12］。数智化驱动的管理科学与工程人才实践能力培养应以提升学生的商业嗅觉为目标，以新兴的商业运作模式为应用实践领域，使学生掌握基础的商业知识、宏观的商业模式、深层的商业洞察，具备运用管理学、现代计算机技术和数据科学的理论、方法、工具进行商务规划、设计和分析，解决商务智能系统中复杂的管理流程、系统架构、资源配置与优化问题，以支持和改进商业活动的管理决策的能力［13］。

2 实验教学数智化转型探索

2.1 构建“双轴联动”实验教学体系

管理学科国家级实验教学示范中心（山东大学）遵循教育教学规律和人才成长规律，构建了“能力进阶提升轴”和“教学模块串联轴”两条轴线，该体系以“实验数据资源库”为抓手，将实验课程按知识属性和专业领域打包形成4 大课程模块，通过建设“模块内部数据应用中心”和“模块之间数据处理中心”，统一实验数据设计和应用规范，保证实验数据在不同课程之间的共用共享，实现基于数据驱动的课程模块横向和纵向串联，推进覆盖“管理通识教育—管理专业教育—管理综合教育—实习就业创业”人才培养全过程的实验教学改革；以“模块—课程—能力—资源”矩阵为纽带，明晰了管理学科358 个实验项目的模块—课程之间的组成关系、课程—能力之间的对应关系、能力—资源之间的支撑关系，实现了“能力目标引导教学内容—教学内容支撑能力达标—高阶内容反向优化能力目标-能力目标再引导教学内容”的良性循环；以“模型定义、数字仿真”为杠杆，撬动数字化、智能化背景下的实验教学转型升级，建设基于数字孪生虚实互动的实验环境，设计数字实习、数字管理体验馆、智能生产质量管理等特色项目群，通过大数据手段实现学情分析、能力画像等教学管理和成效反馈，突破实验教学的时间和空间束缚，见图1。

图1 “双轴联动”实验教学体系

该体系保持了知识结构的系统性、延续性，实现了实验教学由“验证式、观摩式”向“沉浸式、互动式”的转变，形成了软件硬件迭代完善、虚拟现实融合发展、产学研用协同育人的实验教学生态，取得了显著的育人成效。

2.2 开发“模块—课程—能力—资源”实验课程矩阵

在智能技术和人才需求的指引下，升级改造原有基础课程，设计系统工程、数据科学、商务智能等课程模块，开发“模块—课程—能力—资源”实验课程矩阵，深化技术向知识的渗透，强化知识向能力的转化［14］。其中系统工程模块面向数字孪生、信息物理系统等新的应用场景，突出方法论的指导和引领作用，加强系统动力学、系统工程、系统建模与仿真、系统思维与系统决策的教学，培养学生从系统思维视角制定决策，对动态多变的复杂巨系统进行顶层设计的能力。数据科学模块注重数据挖掘、数据分析与数据库系统等核心基础技术与理论的教学，加强Python、R等先进编程语言的教学，夯实对Oracle、SQL Server、MySQL等相关数据库的学习与操作，开拓Hadoop、Spark 等大数据处理平台的知识面，培养学生运用相关工具对商务大数据进行获取和清洗、建模和分析、可视化展示的能力［15］。商务智能模块围绕人工智能、自然语言处理、商业建模与决策、决策与商务智能系统等领域开设课程，引导学生树立以数据驱动为基础的商业决策管理和风险控制理念，运用先进的管理思想、系统方法、数量模型和信息技术分析企业活动和社会经济活动，见图2。

图2 “模块—课程—能力—资源”实验课程矩阵

在教学过程中采取集中备课模式，确保不同课程之间数据贯通和资源共享，帮助学生构建相互衔接、前后递进的知识架构。以智能工程与管理创新实验班为试点，以数字化企业为对象，以面向企业全域的系统模型为基础，以产品或服务全生命周期数据为内容，以系统建模分析和数据优化应用为内核，融合管理科学、工程管理、信息管理与信息系统等学科专业技术，以及先进制造技术、大数据技术、物联网技术和人工智能等专业领域技术，围绕企业如何实现数字化和智能化这一目标，进行科学规划、设计、实施，优化或新增了“人工智能原理与应用”“数字化企业工程”“数据挖掘”“机器学习”“系统建模语言”“大数据管理与分析综合实验”“系统建模与仿真”等课程。

2.3 建设“模型定义、数字仿真”实验教学环境

针对传统实验教学受时间和空间限制的问题，综合运用大数据、云计算、人工智能、数字孪生、虚拟仿真等新兴技术，搭建虚拟现实融合发展的实验教学物理空间和虚拟空间。在教学条件方面，对实验教学软硬件进行智能化提升，新建数字孪生实验平台、智能生产质量管理实验室、智能综合实验室、数字管理体验馆等，将最先进的管理场景、生产元素搬进实验室，建设物理实验空间。在教学资源方面，构建国家级—省级—校级全覆盖的虚拟仿真实验教学一流课程体系，打造数字实习、智能会计、商业数据分析、智慧供应链等特色项目群，建设虚拟实验空间。在教学模式方面，走“从实践中来，到实践中去”的道路，将严谨的学术理论和现实的商业实践相结合，打造“项目牵引式”实验教学模式。联合任课教师和企业导师，以解决企业真实的研发、生产、经营、管理问题为目标，开发综合性创新实践项目，将教学内容寓于实践项目的不同阶段；学生通过组建项目团队扮演多种不同的角色，进行自主、合作和探究地实践操作；从过程性评价、增量性评价、结果性评价等角度完成对学生实践的多维评价［16］，将评价数据汇入学生学习档案，用以进行学情分析、生成学生能力画像，并据此持续优化实验教学设计，形成实验教学各环节的闭环管理和动态平衡，见图3。

图3 “模型定义、数字仿真”实验教学环境

3 实验教学数智化转型成效

管理学科国家级实验教学示范中心（山东大学）的实验教学数智化转型探索有效解决了管理学科实验教学面临的难题，形成了软件硬件协同完善、线上线下融合发展、校内校外合作共赢的实验教学生态，大大增强了学生实践能力，提升了学生的综合素质。近5 年，实验教学在创新型人才培养、教学综合改革、示范辐射影响等方面取得了丰硕的成果。

3.1 创新型人才培养成效显著

示范中心年均培养学生2 700 余名，年均人时数95 800。示范中心目前开设的实验项目近400 项，其中基础实验占12.06%，专业实验占32.42%，综合性实验占38.69%，创新创业实验占16.83%。学生基于实验数据发表科研论文175 余篇；参加国际学术会议并做口头报告30 余人次；累计参与33 项国家级课题。学院70%以上学生参与过“挑战杯”全国大学生系列科技学术竞赛、“互联网+”大学生创新创业大赛、中国大学生工程实践与创新能力大赛等各类比赛，累计获奖213 项；累计获得专利10 余项。根据对用人单位的问卷调查，毕业生的实践能力和社会需求的匹配性逐渐提高，用人单位满意度和毕业生月收入逐年增加。

3.2 教学综合改革成果丰硕

示范中心抓住新文科建设的契机，积极推动实验课程体系、实验教学模式、实验教学平台的内涵式建设。打造的实验教学体系和模式获得国家级教学成果奖二等奖1 项，省级教学成果奖一等奖2 项、二等奖2项，获评国家级一流课程9 门、省级一流课程3 门，立项教育部首批新文科研究与改革实践项目、山东省本科教学改革研究项目、教育部产学合作协同育人项目等共86 项，开发了“人工智能原理与应用”“大数据管理与分析综合实验”“ERP供应链管理综合实验”等实验课程21 门，自制仪器设备7 台（套）。

3.3 示范辐射影响广泛

作为高等学校国家级实验教学示范中心联席会经济与管理学科组组长单位，联合国内多所高校，建成首个经管学科实验教学案例库，面向国内高校免费开放共享。主办、承办了国家级实验教学示范中心联席会经管学科组主任联席会议、新文科背景下创新创业教育研讨会等全国性会议，以及“学创杯”全国大学生创业综合模拟大赛、中国大学生工程实践与创新能力大赛的省赛和全国总决赛等。实验教学团队成员受邀在“国家级实验教学示范中心建设暨改革创新研讨会”“全国高校经管类专业实验室建设暨经济管理实验教学示范中心建设研讨会议”等全国性实验教学重要会议作主题发言30 余次。在西安交通大学、上海交通大学、武汉大学、南开大学、暨南大学、西北大学等数十所高校进行了实验教学主题报告，有效推广了管理学科实验教学的山大模式。

4 结 语

实验教学作为连接理论与现实的桥梁，在管理科学与工程人才培养中起着举足轻重的作用。要紧紧围绕科技革命和产业变革、就业市场需求升级和教育数字化转型带来的新形势，牢牢把握数智化时代对学生复杂系统思维、数据分析能力、智能决策能力等提出的新要求，通过完善实验教学体系，强化人才培养的顶层设计，通过重构实验课程结构，夯实人才培养的核心要素，通过升级实验教学技术，实现教学质量革命的关键突破，推动管理科学与工程实验教学与数字经济的深度融合，培养顺应国民经济发展和人才市场需求的数智化管理科学与工程人才。