基于MOOC的生產管理實驗教學系統研究

白朝陽， 宋林杰， 李曉琳

(大連理工大學 管理與經濟學部，遼寧 大連 116024)

0 引 言

隨著MOOC教學深入應用，由于缺乏課程對應的實驗教學，導致了工程實踐類MOOC的理論教學與實驗教學的脫節，學生課程完成率低，參與度不高等問題[1]“互聯網+”、云計算、大數據、物聯網、智能制造等新興信息技術通過與傳統教學融合，促進了生產管理實驗教學教與學模式的變革[2]。研究MOOC開放課程與實驗系統的互動，是“互聯網+”時代信息技術與教育教學的深度融合研究熱點，對于MOOC課程更好地應用和發展具有一定的理論和實踐意義。

本文以生產管理MOOC實驗教學為研究對象，在分析和梳理MOOC教學內涵和其對實驗教學需求基礎上，結合已有行業典型企業資源，按照“情境+業務+數據”設計邏輯，將科研項目成果轉換為教學項目[3]，研發基于MOOC的生產管理實驗教學系統原型。該系統以“教學與信息技術深度融合”為指導，采用云計算、移動物聯網、大數據等先進信息技術，對交互式知識單元實驗課程進行規范化設計，模擬企業實際的生產流程，讓學生在虛擬的環境中實現和實踐環節的對接，支持MOOC實驗教學的互動，通過個體與個體、個體與系統之間的交互式實驗學習，深入理解生產管理知識，形成以案例企業生產實踐為主線的綜合實驗系統，有效解決MOOC課程缺乏實驗教學系統支撐的問題，改進了生產管理MOOC教學效果，更好地培養了學生分析和解決實際問題的能力，更全面地支持創新型應用人才培養模式。

1 生產管理MOOC實驗教學系統需求分析

MOOC(Massive Open Online Course)指的是大規模在線開放課程。由具有分享精神的組織和個人發布在互聯網上的公共課程，有利于知識的傳播。MOOC從2012年開始進入全球各大高校的課堂，其產生的教育不可估量。目前MOOC主要分為基于內容的MOOC、基于網絡的MOOC和基于任務的MOOC。基于內容的MOOC屬于知識復制型，課程的學習主要依靠學習者自主觀看教學視頻。基于網絡的MOOC強調學習者圍繞專題開展協商討論，目的在于通過社會性網絡學習和創新課程知識。基于任務的MOOC屬于任務導向型，重點在于把知識和技能融合在一起，強調任務驅動的理論和實踐結合，增強學習者對知識的能動加工[5]。Han 和 Darabi 等學者已證實，MOOC教學過程中，實驗交互能夠促進學習者的自主參與能力，虛擬的課程交互幫助學生將概念融入到實踐中，比單純的物理實踐更加高效，有效提高學生的批判性思維。

按照上述MOOC教學分類，生產管理MOOC實驗內容應分為: 知識驗證性實驗、知識協作性實驗和知識綜合應用性實驗[7]。因此，針對上述實驗內容需求，在構建MOOC實驗教學系統時，需要滿足如下需求：

(1) 構建生產管理知識點映射模型，搭建起理論知識點網絡的工具。MOOC課程以知識點為基礎組織，課程時間較短，特別是對于工科課程，學生在自主學習過程中知識點聯系把握難度較大。因此，必須輔以實驗教學，構建知識點-業務點互動模型，業務流-知識流互動模型，通過業務流協作實驗，搭建起面向實踐的知識點網絡。學生在掌握理論知識點的基礎上，通過MOOC實驗教學形成知識流與知識網，并且將知識與實踐活動一一對應，實現“教、學、用”的緊密銜接，提高MOOC的教學效果。

(2) 建立生產管理業務協作，形成多角色交互協作化的生產管理體驗學習。生產管理過程是面向目標的多個生產業務主體間的協作過程。文章認為生產管理實驗教學的實質是多角色的交互協作化。整個過程主要包括梳理生產實踐環節的參與者，弄清各個參與者在生產活動中的目標、權限以及具體活動等，再由學生扮演這些角色，達到理論與實踐的結合，從而加深對知識的理解以及解決問題的能力。

(3) 集成多工具資源的實驗環境，提升系統可用性。生產管理教學內容具有較強的實踐性，需依托網絡和各類系統工具進行，為提高系統可用性，系統建設時需要將各類工具，如算法優化工具、系統仿真工具、知識管理工具等與網絡平臺集成，形成基于SOA架構的應用平臺。

2 生產管理MOOC實驗教學系統設計思路

生產管理MOOC實驗教學依托網絡開展，設計系統時需要考慮上述需求與網絡系統的集成。基于前文需求分析，本文借鑒了文獻[8]中的研究思路，從MOOC學習環境、MOOC課程知識、業務邏輯、業務協作4個維度進行系統設計(見圖1)。

圖1 生產管理MOOC實驗教學系統建設思路

(1) 課程知識網絡。該維度本質是構建課程知識內在關聯過程，在生產管理MOOC實驗教學中重點是描述面向課程知識體系構建的“數據流程”，研究其內在聯系和相互作用機制，支持生產管理MOOC實驗系統設計與實現。

(2) 業務邏輯網絡。該維度本質是構建典型的標準化業務流程，以及流程相關的各類數據集、業務角色、業務流程約束與內在邏輯信息，研究構建支持業務-知識點映射的業務知識流框架，支撐生產管理MOOC實驗的業務協作的實現。

(3) 業務協作網絡。該維度本質是多角色的業務實踐過程，重點是模擬企業實際管理流程，構建基于知識網的具有邏輯層次的業務協作關系，通過業務協作解決生產過程中的管理問題。

(4) 實驗環境建設維度。在MOOC實驗教學中，學習資源的生成和傳播都要依賴互聯網，教與學活動的實施也要有各種網站學習工具的支持，因此需要進行實驗工具與實驗環境的集成化建設。

3 生產管理MOOC實驗教學系統設計

生產管理過程復雜，本文以生產管理教學難點和重點內容“生產計劃與控制”為例，按照系統建設思路，分析和闡述生產管理MOOC實驗系統設計方案。

3.1 生產管理MOOC實驗課程知識網絡構建

生產計劃是生產管理的核心內容，相關課程知識網絡構建本質上研究課程知識內在聯系和相互作用機制關系。在加工制造業，生產計劃按照作用層級劃分，從上往下依次是：綜合生產計劃、主生產計劃、物料需求計劃以及車間作業計劃。相應的，也會產生不同層級的企業管理者進行對其統籌安排，將計劃逐步分解并下達，形成如圖2所示的生產計劃管理知識網絡。

生產計劃管理知識網絡核心流程是：由于廠級計劃管理者不能時時考慮車間設備和工人的生產能力以及現時的生產負荷，以致車間調度組在接到計劃以后，還需要據此對綜合計劃平衡來協調車間的生產能力；再根據生產工藝路線、產品的零部件組成結構、車間生產日歷將平衡后的生產計劃分解，進行工序排產調度；

圖2 生產計劃管理知識網絡

與此同時，車間調度組還需要核查設備占用以及物料庫存情況，以便于將每日工作計劃下達給班組長，班組長再將工作計劃分配給一線操作者；操作工人依據作業派工和領料單，參照產品設計資料和工藝卡片，執行裝配、加工等作業任務。

3.2 生產管理MOOC實驗業務邏輯網絡構建

本部分主要是研究具有邏輯層次，基于知識網絡的業務流程。本文以離散制造企業生產管理過程為例，通過對多個離散制造企業案例分析和梳理，構建了如圖3所示的計劃知識流的標準化業務邏輯網絡。

生產計劃管理MOOC實驗系統業務邏輯網絡構建了知識-業務的映射模型[11]，①明晰了生產計劃管理知識單元間的關聯；②定義了生產計劃管理業務流程的內在邏輯；③確定了生產計劃業務的輸入、輸出以及約束條件；④界定了生產計劃管理實驗系統的邊界。

3.3 生產管理MOOC實驗系統多角色協作過程

按照情景-業務-知識的映射關系，圍繞“人、機、料、法、環”生產要素，構建了如圖4所示的以知識單元轉化為基礎的多角色業務協同過程模型。該模型以生產計劃與控制為核心，描述了生產準備、過程及現場的核心業務，覆蓋了主生產、物料需求、零件及車間作業計劃、能力平衡、BOM、工藝路線、物料管控等知識單元，通過實驗課程知識網絡、互動網絡、協同過程的規范化設計，模擬企業實際的生產流程，讓學生在虛擬的環境中實現和實踐環節的對接，實現交互式知識單元的實驗課程，支持MOOC實驗教學的互動，通過個體與個體、個體與系統之間的交互式實驗學習，深入理解生產管理知識[12-13]。

3.4 生產管理MOOC實驗教學系統環境建設

(1) 生產管理MOOC實驗教學系統功能架構。以生產管理業務流程模型為基礎，同時考慮到MOOC實驗教學實際需求，盡量做到實驗流程完整、系統精煉、冗余度低，易學易用[14]。如圖5所示，建立了生產管理MOOC實驗教學系統，模擬企業實際的生產流程，讓學生在虛擬的環境中實現和實踐環節的對接，該系統包括面向生產資源的基礎數據管理模塊、車間計劃管理模塊、車間作業管理模塊，角色對象包括車間技術部門、車間調度、車間班組以及車間綜合管理人員。清晰描述和模擬了生產管理活動中所涉及的知識內容，并解釋了不同管理角色間的業務協作流程和各自的管理任務[15-16]。

(2) 生產管理MOOC實驗教學系統軟件架構。生產管理MOOC實驗教學系統軟件架構力爭設計一個MOOC通用型架構。這個通用型的網絡平臺要充分體現出開放性、可擴展性、故障處理、異構性、透明性以及并發性等特點，在思想上，設計者應當秉承“平臺支撐、模型驅動”的理念，構造可重構、可配置、可集成的系統架構和技術服務體系；針對生產管理內容課程在實踐環節的多層次需求，實驗教學平臺應該建立在行業知識的基礎上，具體實驗教學系統軟件架構如圖6所示。該平臺基于SaaS(Software as a Service)理念，采用WCF技術，實現SOA模式，并支持多種數據庫, 覆蓋了生產管理全過程。在組件功能定義上采取輕量級的API接口定義，組件之間基于API進行調用和交互。

服務層所有方法采用標準Web Service形式進行邏輯實現和封裝，對外以API程序集的方式面向本系統應用及第三方提供接口。

3.5 生產管理MOOC實驗教學系統應用實例

在生產管理實驗教學中，生產計劃-調度-執行過程向來是難點，針對此問題，具體展示了生產管理MOOC教學系統的操作流程。圍繞實際生產過程中的生產計劃、任務調度、參與角色以及各工作之間的相互關系進行詳細闡述。生產計劃包括主生產、零件、工序及物料計劃。參與角色有廠級與車間計劃管理員、車間生產調度員、班組長、物料員、操作工人以及質檢員。

生產作業流程主要包括兩個階段：生產計劃調度協同和現場作業協同。生產計劃一旦制定，牽一發而動全身，所以在生產計劃調度協同階段，應充分考慮人工、機器設備以及物料的生產能力，平衡好并能夠及時反饋以減少后續計劃的變動。車間計劃員把廠級生產計劃拆解過后，將工序計劃下達到車間，車間生產調度員進行作業調度下達到班組長，并及時向上反饋。班組長要根據工序計劃派工，物料員進行齊套檢查。到了現場作業協同階段，依靠操作工人、物料員和質檢員協同完成工序作業。相關應用界面如圖7所示。

圖7 生產管理MOOC實驗系統應用界面

4 結 語

本文構建了基于MOOC的生產管理實驗教學系統，以實驗課程知識網絡、業務邏輯網絡、協同過程網絡的規范化設計為基礎，模擬企業實際的生產流程，讓學生在虛擬的環境中實現和實踐活動的對接，實現交互式知識單元的實驗課程，支持MOOC實驗教學的雙向互動。學生在系統中扮演某一角色模擬企業的實際生產活動，依靠標準化的制造過程體驗方式，從而加深對理論知識的理解以及實際生產管理的流程，使MOOC教學效果更加顯著，提高了教學效率。該系統現已應用在大連理工大學和大連民族大學的生產管理教學實踐中，取得了較好的效果。

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