精益六西格瑪管理在《控制工程基礎》課程設計與可持續改進方法的研究

摘要：以“以學生為本”的教育理念和精益六西格瑪管理體系為基礎，結合可持續發展的原則，采用IDOV方法論對應用型本科教育中的車輛工程專業《控制工程基礎》課程進行了設計與持續優化。通過對學生需求的調查分析，識別了傳統教學模式中存在的關鍵問題，并據此提出了新的教學設計方案。新方案構建了一個以系統數學模型的建立、求解及性能分析為核心的教學框架，內容上則按照理論基礎、數學工具運用、例題解析、實際案例討論以及仿真技術介紹的邏輯順序展開。此外，還引入了線上線下相結合的教學模式來推動教學改革和進一步改進。經過三個周期的教學實踐，不僅顯著提升了教學質量，也逐年增強了學生對該課程的興趣和滿意度，同時還激發了學生的學科興趣和學習自信心。

關鍵詞：精益六西格瑪管理;《控制工程基礎》;課程設計;可持續改進

中圖分類號：G712" 收稿日期：2024-12-04

DOI：1019999/jcnki1004-0226202503031

1 前言

隨著“以學生為本”這一理念日益深入人心，加上校園數字化進程的不斷推進與完善，高等教育的教學模式正經歷著從傳統“教師、教材、課堂”三中心向更加注重個體發展的“以學生為中心”的方式轉變。在當前背景下，以智能化、信息化及網絡化為標志的新一輪工業革命（如工業50、工業互聯網等）正在重塑生產格局[1]。這種變化促使了產品種類日益豐富，同時也凸顯了培養創新思維能力和自主學習能力的重要性。由此可見，上述教育轉型不僅順應了高等教育自然演進的趨勢，而且更好地滿足了構建終身學習型社會對于人才培育的需求。

“以學生為中心”的教育理念，強調在教學過程中重視學生的個人學習經歷、成長過程及其學習成效，同時尊重每位學生的權益和個人興趣。該理念倡導認識并適應學生之間的個體差異，鼓勵學生主動參與學習過程，視學生為教育活動的核心參與者，并致力于促進其全面的發展，激發他們的最大潛能[2-3]。盡管許多高等教育機構都在積極探索如何有效地落實這一原則，但要建立一個既完整成熟又能夠持續發展的教學體系仍然面臨不小的挑戰，這需要所有教育工作者和管理者共同努力，不斷貢獻智慧與力量。

2 基于精益六西格瑪管理體系的企業管理基本理念

精益六西格瑪管理是將精益生產和六西格瑪（涵蓋設計與改進）相結合的一種成熟企業管理體系，它把“以客戶為中心”作為核心價值導向，致力于通過持續的過程優化來提升效率和質量[4]。這一科學管理理念已被眾多世界500強企業成功采用，并逐漸成為主流的管理實踐之一。受益于精益六西格瑪體系為主導的科學管理模式，企業能夠以提高顧客滿意度為目標，基于數據驅動并遵循科學管理原則，對關鍵業務流程進行設計或實施可持續性改進，從而實現在產品質量及過程上的顯著乃至革命性的進步，為消費者及利益相關者創造更大價值[5]。盡管在企業界取得了顯著成就，但精益六西格瑪管理體系在應用型本科教育中的課程規劃與持續改善領域仍鮮有探索。鑒于“以客戶為中心”與“以學生為中心”這兩種理念之間存在高度相似之處，可以認為精益六西格瑪管理理念同樣適用于教學活動的設計及其過程的持續優化，具有實際操作基礎和指導意義。

3 基于精益六西格瑪管理體系的課程設計和可持續發展的基本理念

31 研究目標

本研究選取車輛工程專業的《控制工程基礎》課程作為試點，運用精益六西格瑪方法對課程設計與持續改進進行探索。在此過程中，將課程視為一種產品，而學生則被視作顧客，旨在通過科學的分析與處理直接響應學習者的需求。通過實施多個教學循環，致力于發現適用于更廣泛情境下的有效教學流程、策略或工具，以期能夠為其他學科領域的課程開發及其后續優化提供實證支持。最終目標是，在強調“以學生為中心”的教學理念下，為應用技術型本科院校構建一套培養實用型人才的學科教學體系框架，同時也為適應工業50時代智能制造企業對技能型人力資源的需求做出理論與實踐上的初步探討，并為此類研究積累基礎資料和參考案例。

32 課程設計與改進方法

本研究運用精益六西格瑪體系下的IDOV方法論，針對《控制工程基礎》課程進行設計與持續性改進工作。IDOV體系由四個關鍵階段組成：識別（Identify）、設計（Design）、優化（Optimize）及驗證（Verify）。鑒于教學活動周期性的特點及其對時間安排的嚴格要求，整個項目計劃跨越三個學年實施完成。在該課題中，依據IDOV流程來建立一套全面的需求分析模型，并將六西格瑪設計理念融入至需求調研直至方案執行的全過程，旨在不斷迭代和完善需求管理機制，最終產出符合六西格瑪標準的高質量研究成果。

4 課程設計與可持續改進的實施

41 需求識別

在需求識別階段，首先需要明確《控制工程基礎》對于汽車工程專業學生的學習要求與目標設定。其次，應評估學生先前相關學科知識的掌握程度及對當前課程的理解情況[6]。此外，還需界定具體教學需求，涵蓋基礎知識水平、實踐技能培養以及課程內容與行業實際需求之間的匹配度。針對學生的課程需求調研，則從學生視角出發，細分為九個方面：學習科目興趣調查、課程學習需求調查、教學相長模式調查、師生互信機制調查、學習信心激發調查、學習壓力管理調查、學習內外動因調查、自我評價滿意度調查及教師表現滿意度調查。這種學生課程學習需求調研不僅關注于提高課程教學質量，也強調了對學生綜合能力，如學習效率、溝通技巧、時間規劃、自主驅動性及心理健康狀況等方面提供支持。

42 課程設計

421 傳統授課方式存在的問題

通過對需求識別階段的研究發現，現行的傳統教學方法在滿足學生對于本課程學習需求方面尚存在若干亟待解決的關鍵問題。

自2006年起，我國教育部開始推行工程教育專業認證工作，這一舉措對于推動我國工程教育達到國際互認標準具有重要意義。為了符合工程教育認證的核心理念，即以學生為中心、注重素質培養，各教育機構需要構建畢業要求與課程目標之間的關聯矩陣，并為每門課程設定具體的學習目標及評估方法。當前面臨的一項重要任務是，如何對車輛工程專業的《控制工程基礎》這門課程進行系統性的設計與持續優化，使其能夠滿足工程教育專業認證的標準[1]。

此外，《控制工程基礎》作為一門基于高等數學的專業課程，不僅要求學生具備扎實的數學思維能力和基本概念掌握能力，還需要他們對大學物理、電工學以及電子技術等相關領域有一定了解。由于該課程理論性較強、計算分析較復雜，并且跨學科特點明顯，在實際教學過程中，特別是在面向車輛工程專業學生的授課中，常遇到因基礎知識薄弱而導致學習進度滯后及理解障礙等問題。過去，這門課的教學模式較為傳統，側重于知識體系的傳授，以多媒體輔助教學，但其主要缺陷在于課程大綱未能有效體現與畢業要求之間的關聯性和支撐度。課堂教學仍然以教師講授為主導，雖然會穿插一些簡單的工程案例介紹，但是理論講解與實際工程應用之間存在較大差距，導致學生難以將學到的控制理論應用于解決具體的汽車工程問題上。

值得注意的是，調研發現教師期望學生掌握的知識與學生個人的學習興趣之間存在較大的差異，這意味著教師未能從易于傳承的角度去全面了解學生對于該課程的實際需求，從而難以有效激發學生的主動學習熱情。從課堂上觀察來看，當講解工程應用時，學生表現得十分活躍；而在討論理論知識或進行計算分析時，則顯得較為被動甚至迷茫；最重要的是學生難以理解理論和實際工程應用之間的科學邏輯關系，無法有效地學以致用。因此，深入調研、仔細研究并科學地量化學生需求，并將這些需求轉化為具體的課程目標，是實施以學生為中心的課程設計改革過程中亟待解決的核心問題。

當前面臨的一個實際問題是《控制工程基礎》課程的授課時長與預期的教學目標之間存在不匹配的情況。作為一門專業選修課，該課程僅有24個學時用于課堂教學，這導致了學生難以僅通過課堂講授完全掌握所需的知識點。鑒于無法增加課時或減少教學內容的前提下，激發學生對該領域知識的興趣，并促進其自主學習的能力成為實現教育目標的關鍵路徑。因此，如何提升學生對課程的滿意度，進而增強他們的學習興趣及自我學習的能力，成為了亟待解決的重要課題。

422 以解決問題提升教學質量為導向進行課程設計

本研究著眼于滿足車輛工程專業的認證標準，以“學生為中心”為指導原則，運用精益六西格瑪理論框架下的IDOV方法論對《控制工程基礎》課程進行設計與持續優化。層次分析法是一種決策工具，它通過將影響決策的因素分解為目標、準則和方案等多個層面，并對其進行定性及定量評估。依據該課程的終極目標，首先，收集并分析了學生的需求，進而識別出其核心需求點，據此設立了具體的課程設計目標。隨后，利用層次分析法進一步細分這些核心需求，篩選出與提高課程質量最為相關的要素，從而為精確的定位課程設計方案奠定基礎。層次分析法的應用有助于對具體目標的重要性及其相互關系進行深入探討，促使關鍵教學目標轉化為實際需求，并最終選定適宜的教學策略。此外，還構建了一套驗證矩陣來量化評價課程實施的效果，旨在為課程內容的長期改進提供數據支撐與方法論指導。

基于需求調查與分析的結論，確立了課程設計的核心內容框架，即“從系統數學模型的構建出發—解析系統數學模型（涵蓋時域和頻域兩方面）—直至對系統性能進行深入探討（關注穩定性、精確性和快速性）”。此框架旨在將分散的知識點以理論聯系實際工程應用的角度有機地連接起來，形成一個條理清晰且結構完整的知識體系。在每一部分內容的教學過程中，將遵循理論基礎講解、數學工具應用、實例分析、實際工程案例研究以及仿真技術實踐這一邏輯路徑，以培養學生的工程邏輯思維能力，使他們能夠熟練地將現實中的控制工程問題轉化為可解的數學模型，并通過仿真手段找到解決方案。鑒于課堂教學時間的顯著減少，開發在線學習平臺上的相關課程資源顯得尤為重要，這有助于促進學生自主學習習慣的養成。

43 課程優化

在經歷了三個教學周期后，認識到課程設計方面存在若干需要改進之處。

a.數學基礎對于本學科至關重要。在實際授課過程中發現，學生對諸如微積分、常微分方程求解、三角函數應用、傅里葉級數及變換、拉普拉斯變換等基本數學工具的掌握不夠牢固，大部分學生難以理解這些數學方法如何應用于控制工程的實際問題中。為解決這個問題，在后續的教學優化中增加了更多關于數學工具工程應用場景的案例講解，旨在強化學生在這方面的技能訓練。

b.許多學生反饋說課程內容廣泛且難度較大，缺乏教師面對面指導的情況下很難通過自學掌握核心概念。因此，在課堂講授部分做了相應調整，系統地梳理并詳細講解了基礎知識和關鍵公式，以增強學生的基礎知識體系。

c.學生還提到由于課時被壓縮，導致不僅課堂教學時間不足，而且課外學習時間也變得十分有限，這使得他們無法有效地復習鞏固所學內容，更不用說深入探索相關領域的知識了。對此，我們在線上課程的設計上進行了精簡與改良，制作了一系列針對特定知識點的短視頻教程，便于學生根據個人需求隨時回顧和溫習課程要點。

44 可持續性教學實施

在首輪教學過程中，采取了線上線下相融合的教學策略，并基于此對課程大綱、簡要教案、授課幻燈片以及備課材料進行了革新設計。每周末都會進行一次學生反饋調查，以多角度收集學生對于課堂內容的看法，確保所授知識能夠符合學生的學術需求。

在第二輪教學周期中，對上一輪的教學成效進行了深入分析，發現盡管學生在課堂上的參與度較高，但在課后的自主學習方面動力明顯不足。為此，采用了精益六西格瑪理論中的IDOV方法論來指導課程設計與持續改進工作。基于首輪對學生需求的調研結果，制作了一系列針對基礎知識點的學習微視頻，旨在提高自學效率，并精簡了相關內容。同時，根據學生的實際需要調整教學大綱、簡化教案并優化授課PPT，以確保教學內容能夠更好地滿足學生需求，實現持續改進的目標。

在第三輪教學周期中，為了增強學生的學習效率并優化他們對課堂及課外時間的管理，進一步改進了教學內容的設計。此次調整旨在提高課程基礎部分的系統性和連貫性，同時精簡應用案例和仿真方法的內容，僅保留行業內最具代表性的基礎案例，以此減少占用的學生課堂時間，促進學習效率的提升。此外，還提供了自學視頻資料，這些資源包含了額外的知識點，能夠幫助那些對學科充滿熱情的學生更好地了解該領域的最新進展。

45 教學質量驗證

在經歷了三個教學周期之后，學生的課堂參與度和積極性逐步提升，對學科的興趣也日益濃厚。一些學生因此明確了自己的未來方向，表達了希望繼續深造或從事相關領域工作的愿望。

對教學大綱及簡案進行了優化與更新，課堂授課幻燈片內容更加充實，按照理論基礎、數學工具的應用、例題解析、實際案例分析以及仿真技術的邏輯順序進行布局設計，結構清晰有序，受到了學生的高度評價。此外，在線提供的自學微課視頻也為學生提供了有效的預習和復習支持。

調查數據顯示，近年來學生對于課程的滿意度持續提升，最終達到了95%的高度。與此同時，學生對自己學習成果的滿意程度也呈現逐年上升的趨勢，終值為92%。此外，在整個學習過程中，學生的自信心得到了顯著增強，并且有效地激發了他們對相關學科的興趣。

5 結語

《控制工程基礎》在當前汽車工程學院的汽車類專業課程體系中被列為專業選修課程，其地位相對較低。然而，隨著新能源汽車行業的興起以及自動駕駛與智能網聯技術的迅猛發展，《控制工程基礎》作為這些領域理論支撐的重要性正逐漸凸顯。因此，在汽車工程教育領域內加強這門課程的地位，并針對其內容進行專門設計及持續優化已成為當務之急。

本研究旨在通過深入探究與分析鹽城工學院汽車工程學院車輛工程專業在《控制工程基礎》課程本科教學過程中面臨的問題，從設定培養目標、選擇合適的教學軟件、改進教學策略以及建立科學的評價體系等多個維度入手，采用精益六西格瑪管理方法來優化課程內容、改善教學方式，從而提升整體教學質量，并著重培養學生解決實際問題的能力和創新能力。

經過三輪的教學設計持續改進后，以滿足學生核心需求、增強其自主學習能力及激發內在學習動力為最終追求，旨在為學生提供扎實的基礎訓練，使其能夠更好地應對未來職業生涯中可能遇到的具體工程技術挑戰，同時也有助于提高學生的就業競爭力，為他們順利過渡到專業工作崗位奠定堅實的基礎［7］。

在未來進一步的教學實踐中，建議將教學活動更加緊密地與現代汽車工業的實際需求相融合，在解決真實工程問題的過程中加深理論知識的理解，使人才培養方向更加貼近企業對工程師的實際要求。

參考文獻：

[1]徐明，胡國良，丁孺琦工程教育認證背景下控制工程基礎課程改革[J]教育現代化，2019，6（65）：75-76

[2]何炳華，胡蕙芳智能時代“以學生為中心”的高校新型教學體系研究[J]浙江工商職業技術學院學報，2023，22（3）：57-61

[3]王星星，李俊曉，郭巖偉，等“以學生為中心”的高校課堂構建策略[J]創新創業理論研究與實踐，2023（10）：165-167

[4]何楨，胡浩，劉海龍，等精益六西格瑪理論研究與應用綜述[J]工業工程，2021，24（5）：1-8.

[5]張祥兆，史桂生，李小潔推行精益六西格瑪管理的認識與實踐[J]石油工業技術監督，2021，37（12）：1-3

[6]張兵，錢鵬飛，張立強，等基于快速原型的\"控制工程基礎\"課程教學改革與實踐[J]教育現代化，2020（36）：75-77

[7]禹文濤車輛工程專業《控制工程基礎》教學改革路徑探討[J]內燃機與配件，2020（11）：288-289.

作者簡介：

陸俊，女，1980年生，講師，研究方向為汽車CAE仿真理論與技術、自動控制理論與工程應用。

基金項目：精益六西格瑪管理在《控制工程基礎》的課程設計與可持續改進的研究“鹽城工學院教學改革研究項目”（JYKT2022B047）