基于专题驱动的研究生教学方法探究——以“制造系统信息集成技术”课程为例.pdf

工业和信息化教育Industry and Information Technology Education2023年8 月刊基于专题驱动的研究生教学方法探究一以“制造系统信息集成技术”课程为例高琦，朱春秋，王蒙（山东大学机械工程学院，山东济南2250061)【摘要】“制造系统信息集成技术”是面向硕士研究生开设的专业学位课，课程涉及的知识点多，且内容发展更新快，传统的教学模式已经不再适用。经过长期的教学实践探索出了一种新型教学方法，该方法由专题驱动式教学、互动研讨式课堂、拟实案例式实践三部分组成，取得了良好的教学成效。【关键词】专题驱动；互动研讨；拟实案例；计算机集成制造；教学实践【中图分类号】G643【文献标识码】A【文章编号】2 0 9 5-50 6 5（2 0 2 3）0 8-0 0 4 6-0 40引言课程教学是研究生教育内部质量保障体系建设的重点，教育部在关于改进和加强研究生课程建设的意见中进一步明确了加强研究生课程建设的重要意义，并对研究生课程建设提出“加强课程建设，为课程学习提供信息和技术支持，提高课程质量；注重培育独立思考能力和创新能力；促进学生、教师之间的良性互动，促进课程学习中的教学互动；及时调整和凝练课程内容，注重前沿引领和方法传授”。“制造系统信息集成技术”课程所包含的知识丰富，与现实应用联系紧密，且随着新一波工业革新浪潮的来临，信息化正渗透到工业发展的各个层面，现代集成制造的理论、技术也在不断发展更新。如果继续采用传统的教学方式，不利于学生开阔视野，难以与学科发展前沿相接轨。因此，为了提高课程教学效果，探索一种新的教学方法具有重要意义。1课程内容及课程特点收稿日期：2 0 2 1-8-15作者简介：高琦（19 7 0 一），女，山东东营人，博士，教授，研究方向为产品生命周期管理、知识工程、产品服务系统、工业机器人；朱春秋（19 9 8 一），女，山东菏泽人，硕士研究生在读，研究方向为计算机集成制造、资源管理；王蒙（19 9 8 一），男，山东威海人，硕士研究生在读，研究方向为计算机集成制造、过程管理研究。46“制造系统信息集成技术”为专业学位课，授课学时为4 8、3学分。该课程涵盖了计算机集成制造（Computer Integrated Manufacturing，C IM）所涉及的相关单元技术，从理论和工程应用的角度，让学生掌握和了解全球各国工业使用的不同类型的制造系统和生产策略，设计、制造、管理中常用的制造业信息化技术的原理和方法，为以专业与课程建设2023年8 月刊MajorConstruction&Course Construction后从事制造业的信息化、管理和决策领域的工作打下基础。同时课程重视能力的培养，通过丰富的教学方法和手段，培养学生自主学习、独立思考、文献检索、沟通表达等能力，为后续的课题研究打下基础。“制造系统信息集成技术”课程具备以下基本特点：课程不涉及复杂抽象的理论，难度适中，比较容易学习，但要深度理解很困难；课程内容丰富，涵盖面广，涉及企业的设计、生产、管理等诸多业务所用到的信息化技术。例如，在设计阶段使用的计算机辅助设计（CAD)、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助工程（C A E）、计算机辅助工艺设计（CAPP）技术，在生产作业规划过程中用到的物料需求计划（M R P）、企业资源计划（ERP）系统，在管理过程中用到的产品数据管理（PDM）、产品生命周期管理（PLM）技术等。课程理论性、实践性强，与现实应用联系紧密，发展更新快，特别是随着近年来信息技术的飞速发展，制造业信息化技术不断发展革新。2基于专题驱动的研究生教学模式综合“制造系统信息集成技术”课程特点及教育部所提出的研究生课程建设要求，笔者在长期的教学实践中摸索总结出了一种基于专题驱动的新型教学模式，该教学模式的主要内容如图1所示。教师根据课程内容划分专题任务，驱动学生查阅文献、思考总结，课堂进行展示互动，教师进行答疑和重难点解析。整个教学过程开始于教师下达专题任务，结束于教师答疑和重难点解析，形成闭环反馈，保证教师能及时掌握学生的学习情况，从而确保教学质量。下面详细地介绍该教学模式的内容。2.1专题驱动式教学专题驱动式教学法是一种建立在建构主义学习理论基础上的教学法，建构主义学习理论认为学生才是教学中的主角，教师是学生学习的引导者和辅助者，教学是激发学生建构知识的过程 2。在这个过程中，学生不仅完成了学习任务，并且培养了独立思考、解决问题的能力。在实践过程当中，基于建构主义的教学方法往往存在以下4 个问题：适用对象有限，对学生的知识储备、学习积极性、自主学习能力等要求较高，并非所有的学生都适合这种学习模式，对于一些自学自控能力差的学生可能会起到反作用。虽然学生是教学中的主角，但每一教学环节的进行都离不开教师事先精心准备的教学设计，以及教师在协作学习过程中画龙点晴的引导作用 3。由于教师的精力有限，在学生人数较多时，教师指导者、协作者、促进者的作用就会被削弱。有些课程例如“高等数学”“大学物理”等，由于课程难度大，教学内容繁多，课时有限，不适宜使用建构主义的教学方式。由于学生水平和积极性参差不齐，所以在教学过程中会出现学生参与度不均衡的问题，进一步拉大了学生之间的差距。研究生专业课教学具有小班化的特点，研究生相较本科生、中学生等有更多的知识储备，有较高的科研素养 4，有较强的学习能力与自我管理能力。克服了建构主义教学的固有缺陷，因而专题驱动式教学更适合在研究生教学阶段使用。成功实施专题驱动式教学的前提是对课程内容进行调整和提炼，实现合理的专题划分。按照划分教师答疑、总结互动研讨课堂图1基于专题驱动的教学模式驱动专题查阅文献学生制作案例思考总结汇报、讨论47工业和信息化教育Industry and Information Technology Education课程内容及课程内部的联系将制造系统信息集成技术划分为绪论、CIM及制造企业概述、制造系统、产品设计和生产工程、CAD/CAPP/CAM技术及应用、计算机辅助分析评价技术及应用、PDM/PLM技术及应用、生产和作业规划的介绍、物料需求计划、MRPII/ERP、制造执行系统、准时生产、精益生产13个专题。教学按照这13个专题展开，并且针对每个专题都制定了相应的“基础+前沿+案例”的学习任务，通过层层递进的三级学习任务驱动学生的学习。基础学习任务为专题所涉及的基础理论知识，前沿为专题相关内容的学术发展前沿，应用为专题相关信息化技术在企业中的实际应用案例，以MRPII/ERP专题为例，其相应的三级学习任务分别为：掌握物料需求计划的发展历程及每个发展阶段的内容和特点；通过查阅资料预测ERP系统未来的发展方向；寻找MRP或ERP系统的企业应用实例。2.2互动研讨式课堂翻转课堂是指重新调整课堂内外的时间，课堂讲解时间由实验和课内讨论等活动代替，达到充分利用课堂教学完成疑难解答或创新引导教学目标的方法 5。课程采用基于翻转课堂的专题研讨式课堂，教学中将学生自学与教师讲解相结合，基本概念、业务流程、原理性知识由学生自学并展示汇报，教师的讲解侧重于难、重点解析，工程应用案例的分析，理论模型与实际应用场景的差异分析等。除了专题一（课程绪论）由教师主讲，剩余12 个专题均由学生按照制定的专题学习任务分组自学，教学中将来自不同专业、不同导师的学生组合成小组，自学时既可各有侧重，又可讨论碰撞，达到事半功倍的效果。互动研讨式课堂是对专题驱动式教学的反馈与控制，通过课堂展示与谈论，教师可以及时掌握学生的学习情况，并有针对性地进行答疑补充。互动研讨课堂的时间分配如下：学生主讲1/3。由教师选择小组进行课堂展示讲解，课堂展示小组事前不指定，可能是一个也可能是多个，由教师根据专题要求以及小组准备情况决定，这2023年8 月刊种不定小组的展示模式不仅能增大课堂容量，加深学生之间的讨论碰撞，还在一定程度上激发了学生的学习积极性。课堂研讨1/3。学生在自主学习过程中出现的疑惑、发现的问题等在课堂当中进行研讨，教师、学生均参与其中，大家共同探讨、解决问题。例如，在学习PDM/PLM专题时，有学生就PDM与PLM的包含关系提出疑问，经过课堂讨论及教师的引导，大家总结出广义的PDM等同于PLM，而狭义PDM其管理范围小于PLM。教师深人讲解1/3。每节课的最后由教师对专题知识点进行串联讲解，梳理知识逻辑，剖析关键知识，并进行相关内容的拓展，强化学习深度。2.3拟实案例式实践教学“制造系统信息集成技术”课程与现实应用联系紧密，在新型教学模式中强化了案例的重要地位，在专题学习时要求学生寻找相关的企业应用案例，便于对技术应用场景及效果的理解。案例学习的过程也是思政元素融人专业教学的过程，在学习专业知识的同时以“润物细无声”的方式将思想政治教育纳人教学活动中 6，通过案例的学习激发学生的爱国意识与科技报国的精神。与此同时，将案例与课程实践相结合，并结合教师的科研、企业实践，积极将科研成果转化为拟实案例式实践教学的教学资源，开创出新型工业工程实践教学方式，即拟实案例式实践教学。在保证企业知识产权的前提下，基于实际制造企业数据和工程应用案例，进行系统运行数据与流程的搜集、整理及总结提炼仿真化，创建了典型数据库、模型库、教学案例库。以依维柯汽车变速箱的设计生产为例，所制作的案例包括：创建变速箱的三维模型、生成二维图纸与产品物料清单、创建工艺路线、生成工艺卡片及制订主生产计划与物料需求计划的全部流程。所建立的数据库与案例库为后续的课程实践奠定了基础，同时学生的课程实践作业也可以用来充实案例库，形成良性循环。通过与山东大学华天软件公司合作，建设了课程实践平台，基于山大华天软48专业与课程建设2023年8 月刊MajorConstruction&CourseConstruction件公司的InfoCenterPLM平台、CMMP协同制造管理平台，结合产品设计及生产管理相关信息化技术的基本原理、应用范围和具体功能，模拟企业如何应用信息化技术开展实际的产品设计、工艺设计、产品数据管理、企业资源管理业务活动。学生通过运用所学的原理、知识、方法模拟企业产品设计、生产、仓储和运输整个业务流程，进而对整个生产过程进行规划、设计、管理和模拟运行，培养学生的系统观念和工程意识，进一步加深了学生对于制造系统信息集成内涵的理解。拟实案例式实践教学如图2 所示。3孝教学反馈为了解课程的实际教学效果，在课程结束时向学生发放了课程学习反馈表，并与部分学生进行访谈，对学生反馈进行综合分析，笔者得出以下结论。专题与案例相结合使课程内容更加明确和形象，学生普遍反映，通过案例的制作与学习，对课程内容的理解更加深刻。互动研讨式课堂不仅促进大家交换观点，交换看问题的角度，共同探讨解决学习中遇到的问题，而且锻炼了学生的思辨能力、演讲能力，拉近了学生、师生之间的关系。专题的学习过程模拟了课题研究的过程，在这个过程中学生不仅了解了制造系统信息集成技术的发展前沿，且文献获取能力、独立思考能力和总结分析能力都得到了锻炼和提升，为以后进行相关的科研工作打下了良好的基础。同时，学生也提出了一些改进意见（如学习资源不足、有些专题的自主学习任务较重等），山大华天CMMP协同制造管理平台工艺管理计划排程生产制造采购管理仓储管理财务管理工作流变更工艺设零部件质量管理综合查询决策支持数据库、模型库、教学案例库图2 拟实案例式实践教学在以后的教学过程中将逐步改善这些问题。4丝结语信息化与工业化“两化”融合不断加深，制造业信息化水平不断提高。在此背景下，笔者以“制造系统信息集成技术”课程为例，总结出一套专题驱动、课堂反馈、案例提升的教学模式，该教学模式极大地拓展了课堂容量，使课程与学科前沿相接轨，实现了预期的知识与能力并重的人才培养目标，在教学实践中取得了良好的效果。【参考文献】1】教育部教育部关于改进和加强研究生课程建设的意见.中华人民共和国国务院公报，2 0 15（9）：7 1-7 4.2韩正铜，顾苏军，胡元.“专题驱动式”教学方法研究：以“机械制造工程学”课程教学为例 教育教学论坛，2 0 14，14 9（16）：6 9-7 0.3 杨静，段作章.自主建构学习模式的冷思考 J.天津师范大学学报（基础教育版），2 0 0 7（3）：6 9-7 2.4薛永基，回慧娴，吴成亮.基于参与式教学的研究生课程组织与实践：以农村公共管理课程为例 J.学位与研究生教育，2 0 2 1（5）：2 1-2 6.5高博，史瑞洁，胡珊博，等.基于任务驱动的翻转课堂在医学研究生医患沟通教学中的应用 J.护理研究，2 0 2 0，34（17）：3153-3156.6谭晓茗，张靖周.在专业课教学改革中感悟思政教育：以“传热学”课程为例 J.工业和信息化教育，2021（6):4 4-4 7.山大华天PLMInforcenter平台图文档CAD管理集成管理管理编码项目分类安全管理管理管理管理管理管理计辅助管理BOM配置49