工業工程專業貫通式核心課程探索

摘 要：工業工程專業為典型的多學科交叉專業，涉及較多的課程。針對新工科建設背景下工業工程專業本科人才培養需求，該文提出貫通式核心課程新框架。該框架結合目前國內工業工程專業課程設置現狀，基于課程之間的強關聯性擬定設計與制造和生產與管理兩門大學分課程，構建基于知識貫通式的核心課程拓撲圖，為工業工程的新工科建設提供一種新思路。

關鍵詞：新工科建設；工業工程；貫通式課程；核心課程；拓撲圖

中圖分類號：G640 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2024）30-0096-04

Abstract： Industrial engineering is a typical interdisciplinary major that involves a wide range of courses. To cultivate the undergraduate students in the field of the industrial engineering under the background of the new engineering discipline construction， a new framework for the establishment of the integrated core courses is proposed. On the basis of the actual situation of the industrial engineering in China， this framework develops two courses， namely Design and Manufacturing and Production and Management， based on the strongly correlated knowledges， and then constructs a topology map based on the integrated knowledge of courses. This provides a new idea for the new engineering discipline construction of the industrial engineering.

Keywords： new engineering discipline construction; industrial engineering; integrated courses; core courses; topology diagram

基金項目：2022年湖南省普通高等學校教學改革研究項目“面向先進制造的工業工程專業拔尖人才培養模式探索與實踐”（HNJG-2022-0507）

第一作者簡介：夏百戰（1985-），男，漢族，湖南益陽人，博士，教授，系主任，博士研究生導師。研究方向為機械動力學、工業工程。

為主動應對新一輪科技革命與產業變革，服務創新驅動發展和“中國制造2025”等一系列國家戰略，2017年2月以來，教育部積極推進新工科建設，旨在培養造就滿足未來新興產業和新經濟需要，實踐和創新能力強，具備國際競爭力的高素質復合型新工科人才[1-2]。2023年5月29日，習近平總書記在中共中央政治局第五次集體學習時發表重要講話，強調加快建設教育強國，為中華民族偉大復興提供有力支撐。習近平總書記的重要講話闡明了加快建設教育強國的重大意義，指出了加快建設教育強國的前進方向。

隨著現代科學技術尤其是信息技術的快速發展，工業工程已從傳統的時間與動作研究、物流規劃、生產調度與管理等，發展到以運籌學和系統工程為理論基礎，以信息技術為先進手段，兼容并蘊涵了制造學、管理學、經濟學和信息學等諸多新學科和理論技術的交叉工程學科。為了適應新時代中國特色社會主義經濟的發展需求，國內學者對工業工程的課程體系進行了大量的探索與實踐。鄭州大學薛朝改等[3]提出了學科交叉、融合創新、面向未來和以提高實踐應用能力為目標的工業工程人才培養的新模式。東北林業大學馮國紅等[4]研究了智能制造背景下工業工程人才培養的改革方案。吉林大學孔繁森[5]構建了面向國民經濟發展需要的工業工程本科專業類課程體系，為工業工程本科專業課程體系建設提供了理論基礎。江南大學曹文彬等[6]以服務智能制造為目標，通過對現階段工業工程人才培養模式的調研，提出了工業工程專業的改善方案和路徑。四川大學郭釗俠等[7]通過問卷調研，統計分析了工業工程畢業生情況，梳理了工業工程專業課程設置現狀。山東科技大學顏偉等[8]面向新工科建設，重構了工業工程專業的項目型課程體系。馬一鳴等[9]發展了一種嚴肅游戲的設計語言，從而為嚴肅游戲在工業工程專業教育中的應用提供了技術手段。張建桃等[10]基于市場需求設置模塊化專業課程，提出了工業工程專業的課程新體系，提高課程設置適切性和增強課程設置前沿性。邱立新等[11]基于新工科建設理念，從工業工程專業人才培養的供需矛盾出發，構建了基于“S-T-C”模型的工業工程專業產教融合協同育人模式。綜上所述，經過學者的大量探索與實踐，工業工程的新工科建設已經逐步從理念倡導階段走向落實和質量提升階段。

“十四五”期間我國持續加強國家戰略科技力量投入，瞄準人工智能、空天科技等前沿領域，促進互聯網、大數據、先進制造等產業的深度融合，形成全新的技術、產品、業態。進入新時代、面對新形勢，工業工程專業的發展面臨著難得的機遇和全新的挑戰。創新工業工程專業人才培養體系，改革工業工程專業課程設置，培養出基礎扎實、視野開闊、德才兼備的工程與管理復合型人才，服務國家和社會是時代賦予工業工程專業人才培養的歷史使命。本文將以新工科建設為牽引，面向先進制造行業的人才需求，構建基于強關聯性知識架構的工業工程貫通式核心課程拓撲圖，為工業工程專業的新工科建設提供了新思路。

一 工業工程專業課程設置現狀

（一） 現狀分析

工業工程是一門面向大規模工業生產與社會經濟服務系統，集成了數理、工程和社會學等多學科知識的交叉學科。除了生產與服務管理、物流規劃和人因工程等傳統領域，工業互聯網、大數據、人工智能和人機協同等高新科技領域正逐漸成為工業工程學科研究與應用的新領域，賦予了工業工程專業新的生命力和競爭力，并與機械工程、電氣工程、土木工程、化學工程、計算機工程及航空工程并稱七大工程學科。目前，國內工業工程本科專業設置主要有兩條路徑：一是依托管理科學學科，側重于管理型人才培養；二是依托機械工程學科，以“管理+技術”復合型人才培養為主。依托機械工程學科的工業工程專業，強調管理學與機械工程的“管-工”融合，其課程設置主要包括通識課程、學門核心課程、學類核心課程和專業核心課程。其中，學類核心課程包括管理學、經濟學、運籌學、工程圖學、機械設計基礎、工程力學、機械制造技術和電工電子學等。專業核心課程包括生產管理學、基礎工業工程、系統工程、工程統計學、生產系統建模與仿真、設施規劃與物流分析和質量管理與可靠性等。雖然各個高校在具體課程設置上存在一定的差異，但整體上都以上述課程為主線，建設工業工程專業本科人才培養體系。湖南大學工業工程專業的現行學類核心課程和專業核心課程設置見表1。

（二） 問題分析

工業工程專業經過30年的發展，無論是高校的本科人才培養，還是企業的工程應用都取得了巨大的進步。隨著時代的發展，尤其是人工智能、大數據、工業互聯網和機器人等高新技術的突飛猛進，工業工程專業課程體系和教學工作落后于時代發展的缺陷也逐漸呈現出來。由于工業工程專業的多學科交叉特性，大量低學分核心課程是目前大部分高校工業工程本科專業課程設置的現狀。以湖南大學工業工程專業的課程設置為例，學類核心課程和專業核心課程一共17門，其中學分為2學分的低學分核心課程為11門，占比達到64.7%。大量的低學分課程導致學生在大二、大三學年進行專業課學習時，學習壓力較大，需投入大量的時間和精力于課堂學習和課后作業，消耗了學生參與創新創業實訓的積極性，不利于學生綜合素質發展。大量的低學分課程給學生以學習知識面廣、學習深度淺的感覺，不利于培養學生深入研究科技和產業領域關鍵性科學問題的主觀能動性。此外，核心課程過多導致課程之間的關系梳理不夠透徹，課程之間的關系疏散、貫通性較差。

專業類課程生產管理學、基礎工業工程、設施規劃與物流分析、質量管理與可靠性和生產系統建模與仿真等都是為了培養學生的生產管理能力，為學生從事生產管理及相關工作提供知識和能力儲備。這些課程的授課內容之間往往強相關性。如基礎工業工程的時間研究和動作研究與生產管理學中生產作業研究具有強相關性，生產管理學的車間調度與設施規劃與物流分析的物流調度具有強相關性。然而，目前的專業核心課程分散式設置導致課程之間的貫通性較低。機械類課程機械設計基礎和機械制造技術也存在類似的問題。此外，專業核心課程類型繁多，導致課程之間存在一定的交叉重復現象。工業工程專業作為一門交叉應用型學科，學生面向復雜工程問題的分析和解決能力是其核心能力。梳理工業工程學類核心課程和專業核心課程的知識點，打破并重組知識架構，打造貫通式、大學分課程，形成“課堂教學-課后拓展-課程實踐”有機結合的立體化課程體系，將有助于工業工程專業人才培養，提高學生解決復雜科學問題的能力。

二 基于強關聯性知識架構的貫通式核心課程

2021年12月31日，教育部組織在北京大學召開“101計劃”啟動會議，面向33所計算機科學拔尖基地建設高校實施計算機領域本科教育教學改革試點工作計劃。核心課程建設是一個專業建設的基礎，其重要性不言而喻。推進核心課程建設，落實專業知識點和梳理知識圖譜是專業改革和發展的關鍵。計算機領域本科教育的核心課程建設思路為工業工程專業的核心課程建設提供了改革思路。受此啟發，本文通過梳理工業工程本科人才培養的知識點，構建基于強關聯性知識架構的貫通式核心課程，探索以11門核心課為核心的工業工程本科專業培養模式。

（一） 設計與制造貫通式課程設置

工業工程專業作為典型的多學科交叉專業，其學類核心課程和專業核心課程涉及機械工程、管理科學與工程兩類。目前，大多數高校工業工程專業的學類核心課程中工程圖學、機械設計基礎、機械制造技術、工程力學和電工電子學等屬于機械工程類課程。其中機械設計基礎和機械制造技術兩門機械類課程，具有極強的關聯性。機械設計基礎包括機械原理、機械零件設計，主要研究機械中常用機構和通用零件的工作原理、結構特征、設計方法等。機械制造技術主要研究機械中常用機構零件的制造加工方法，包括機械制造工藝、材料和熱處理方法等。現有培養方案，兩門課程分開設置，教學大綱彼此孤立，導致其教學內容的貫通性較低。本文嘗試整合機械設計基礎和機械制造技術兩門課程為設計與制造，如圖1所示。設計與制造課程需要深入梳理機械設計基礎和機械制造技術的知識模塊，明晰各知識模塊之間的邏輯，形成貫通式教學大綱。設計與制造課程需要深入挖掘、精心設置課程設計案例，將其與金工實習和機械設計基礎課程設計等實踐實訓融合，并貫穿于設計與制造教學過程，以課程設計案例為主線協同推進實踐實訓和模塊化課堂教學，實現基于知識模塊化的設計與制造貫通式課程建設。

（二） 生產與管理貫通式課程設置

工業工程專業類課程生產管理學、基礎工業工程、設施規劃與物流分析、質量管理與可靠性和生產系統建模與仿真的核心任務是培養學生的生產組織、規劃和管理等能力。生產管理學主要研究企業的生產系統規劃、生產計劃、生產方式、庫存管理、質量管理和精益生產等。基礎工業工程主要研究企業的作業分析、動作分析、時間研究、現場管理、生產線平衡和精益生產等。設施規劃與物流分析主要研究工廠設施規劃與設計、物料搬運、倉庫規劃與庫存管理等。質量管理與可靠性主要研究生產系統的質量理論、設計與控制等。生產系統建模與仿真主要研究建模理論與方法、生產系統設計與仿真等。這些工業工程專業類課程具有一定的交叉重復性，也具有極強的邏輯關聯性。整合生產管理學、基礎工業工程、設施規劃與物流分析、質量管理與可靠性和生產系統建模與仿真的教學內容，形成邏輯性強的專業核心課是提高工業工程專業本科教學的重要途徑。基于此，本文嘗試整合生產管理學、基礎工業工程、設施規劃與物流分析、質量管理與可靠性和生產系統建模與仿真等課程為生產與管理，如圖2所示。生產與管理課程需要深入梳理生產管理學、基礎工業工程、設施規劃與物流分析、質量管理與可靠性和生產系統建模與仿真的知識模塊，明晰各知識模塊之間的邏輯，形成貫通式教學大綱。生產與管理課程需要深入挖掘、精心設置課程設計案例，將其與制造業信息化工程實驗、設施規劃與物流課程設計和工業工程專業綜合課程設計等實踐實訓融合，并貫穿于生產與管理教學過程，以課程設計案例為主線協同推進實踐實訓和模塊化課堂教學，實現基于知識模塊化的生產與管理貫通式課程建設。

（三） 工業工程專業核心課程拓撲圖

完成工業工程專業設計與制造和生產與管理兩門貫通式課程的建設，將形成以管理學、運籌學、工程經濟學、工程圖學、設計與制造1、設計與制造2、工程力學、電工電子學、生產與管理1、生產與管理2和系統工程共11門課程為核心的培養方案。上述11門核心課與學門核心課程共同組成工業工程專業本科教學的主體框架，其中，學門核心課程包括高等數學、線性代數、概率論與數理統計、普通物理和計算機與人工智能。概率論與數理統計是管理學和工程經濟學的前置課程，工程圖學、普通物理和工程力學是設計與制造的前置課程，管理學、工程經濟學、設計與制造和電工電子技術是生產與管理的前置課程。根據課程之間的邏輯關系，可以擬定各門課程之間的拓撲關系以及各學期的主要課程，如圖3所示。注意，思想政治類課程將貫穿于工業工程專業大學四年的教學過程。

三 結束語

本文基于國內工業工程專業課程設置現狀，面向新時代工業工程專業課程設置的發展趨勢，提出了貫通式核心課程設置新框架。該框架基于強關聯性知識架構，形成了設計與制造和生產與管理兩門大學分核心課程，并以此為基礎探索以11門核心課為核心的工業工程本科專業課程拓撲圖。本文的研究成果有望為國內高校工業工程專業的課程設置提供新方案，也可以為其他工科專業的課程設置提供新思路。

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