新工科背景下生产调度课程教学模式的改革与探索

［摘 要］在新工科背景下，文章基于广东海洋大学生产调度课程的现状和特点，通过强化案例教学、优化实践教学环节、促进跨学科知识整合及改革教学评价体系等措施，解决当前学生课堂参与度低、理论与实践脱节、跨学科融合不足及教学评价体系不完善等问题，以期激发学生学习兴趣，增强学生实践能力和创新能力，进而培养出更多适应新工科要求的创新型与应用型人才。

［关键词］新工科；工业工程；生产调度；教学模式改革

［中图分类号］G642.0 ［文献标识码］A ［文章编号］2095-3437（2024）24-0062-05

自2016年“新工科”首次被提出，以及2017年教育部正式确立其概念以来，新工科逐渐成为教育领域和工程领域的热门话题，引领着近几年工程教育的创新与发展[1-2]。新工科对教育领域的要求主要体现在两个方面：一是强调多学科交叉融合，二是注重培养学生的创新能力。同时，新工科还要求高校的专业课程设置需紧密贴合国家战略和产业发展趋势，旨在培养能够满足未来新兴产业和新经济需求的新工科人才[3]。随着“工业4.0”时代的到来以及“中国制造2025”战略的提出，“新工科”被赋予了更多新的内涵特征，并主动适应新一轮科技革命与产业变革的战略需求[3]。特别要指出的是，当前“工业4.0”的框架需要吸纳新质高效的运营模式。换言之，生产调度是确保“工业4.0”颠覆性潜力得以充分释放的关键环节，这是由工业生产活动的本质特性所决定的。显然，生产调度不仅要关注新兴工业流程的发展动态，还要重视对传统工科产业的改造升级，以适应新技术和新模式的要求。

生产调度作为工业工程专业的重要课程，其传统教学模式已难以满足当前的人才培养需求，因此探索与创新其教学模式显得尤为重要。然而，目前针对生产调度课程的教学方案设计、教学内容优化、实验设置及实践应用等方面的研究文献相对较少。鉴于此，在新工科背景下，本文基于广东海洋大学（以下简称我校）生产调度课程的现状和特点，深入分析教学中存在的学生课堂参与度低、理论与实践脱节、跨学科融合不足及教学评价体系不完善等问题，并提出通过强化案例教学、优化实践教学环节、促进跨学科知识整合及改革教学评价体系等措施，激发学生学习兴趣，培养其实践能力与创新能力，进而提升教学效率与质量。

一、生产调度课程教学现状

生产调度应用范围广泛，涉及众多领域。从我校生产调度课程的教学现状来看，存在学生课堂参与度低、理论与实践脱节、跨学科融合不足及教学评价体系不完善等问题，这些问题不仅阻碍了学生对生产调度知识的深入理解和掌握，也影响了他们实践能力和创新能力的培养，从而限制了教学质量和人才培养效果的提升。因此，在新工科背景下，亟须创新教学模式，以突破当前教学困境，促进生产调度课程与产业需求深度融合。

（一）学生课堂参与度低

生产调度是一门强调理论与实践并重的课程，它涉及复杂的理论、模型和算法，涵盖单机排序与调度、平行机排序与调度、流水作业排序与调度、异序作业排序与调度、自由作业排序与调度等多种理论[4-5]。当前，我校生产调度课程的安排仅为32学时（其中包含4学时实验课），课时明显不足，且理论授课中学生的参与度较低，这极大地影响了学生对课程内容的深入理解和掌握。例如，该课程最为核心的教学内容——流水作业排序与调度，作为现代工业大批量生产中不可或缺的关键技术，其分配的学时却仅有4学时，使得教师难以在详细讲解实例与按时完成教学任务之间取得平衡。如果讲解得过于简略，学生往往会感觉课程内容抽象且难以理解，难以激发学生的求知欲；如果讲得详细，则课时又不足。

通常情况下，在课程开始时，教师会首先引入学生相对熟悉的生产管理、生产计划等基础知识，随后引出生产调度的概念，并通过对比“生产调度”与“生产计划”的异同来加深学生对生产调度的概念的理解。然而，这个过程可能因缺乏趣味性而削弱学生的学习兴趣和积极性，从而影响学习效果。传统的讲授法往往忽视了学生的个体差异，难以有效提升学生的课堂参与度，导致学生在课堂上注意力分散，如频繁低头玩手机等。如果未能将理论、模型和算法与工业工程实际的调度场景分层次、有机地结合，学生会感到课程内容空洞乏味，难以产生共鸣，进而影响他们的课堂参与度和学习动力。

此外，学生参与度低的原因并不仅限于课程内容“晦涩难懂”和授课方式单一，还包括互动讨论不足、学生预习不充分以及实验实践机会匮乏等多方面因素。例如，异序作业排序与调度章节内容主要聚焦于分支定界法和移动瓶颈法的理解与应用。若学生仅进行理论学习而无法实地参观或亲身参与实际工业中多品种小批量产品的生产调度过程，他们往往难以将抽象理论与具体实践相结合，从而难以深入理解并掌握所学内容，这不仅不利于培养他们解决实际问题的能力，也不利于激发他们对于该领域知识的兴趣和探索欲。因此，改革传统教学模式，融入互动教学、案例分析、实地考察等多元化教学方法以增强课程的吸引力和实用性，是提升学生学习兴趣和参与度的有效途径。

（二）理论与实践脱节

生产调度是一门强调实际应用的课程，理论与实践的紧密结合是提升学生在该领域应用能力的关键。然而，目前我校生产调度课程的实验设计存在明显不足，仅有的4学时实验课过于偏重遗传算法求解流水车间及异序作业车间调度的算法模拟，难以让学生全面理解和掌握生产调度的实际应用技巧和方法。这种实验课程设计导致了理论与实践的脱节，限制了学生将所学知识应用于解决实际生产调度问题的能力培养。当前，现代工业体系的生产流程复杂，协作关系错综相连，且生产连续性要求高，对生产调度的需求日益呈现出高度综合性和灵活适应性。因此，为了弥补理论与实践脱节的不足，亟须改革和优化生产调度课程的实验设计，强化实践环节，以更好地适应现代工业体系对生产调度人才的高标准要求。

在讲授装配线平衡的内容时，如果未能安排足够时间讲解节拍、平衡率和生产线平衡等知识点，学生将难以在短期内有效掌握装配线平衡的任务分配技巧，从而影响生产调度思维的培养。同时，由于缺乏实际生产环境的模拟或实地考察机会，学生在实践环节中难以将理论知识与实际操作相结合，继而影响他们深入理解和内化所学知识。加之实践环节与理论教学内容（如分支定界法、移动瓶颈法等）的不匹配，导致学生难以将学到的理论知识有效应用于解决实际生产问题，从而影响学生的学习效果。因此，必须优化教学内容与实践安排，确保理论与实践紧密结合，以提升教学质量与学生的实战能力。

（三）跨学科融合不足

当前生产调度课程教学普遍存在跨学科融合不足的问题，难以满足现代工业对复合型人才的培养需求。生产调度作为一门融合了数学、运筹学、工程技术、计算机科学、工业工程、经济学等学科知识的综合性课程，其跨学科融合的重要性愈发凸显。然而，目前国内尚未形成成熟的生产调度教学体系，系统性专用教材匮乏，且我校现用教材多为英文著作的中文译本，这些教材在跨学科融合的知识整合与应用方面存在不足，难以提供全面且深入的跨学科视角。同时，生产调度课程的前置与后置课程链条断裂，缺乏与生产系统建模与仿真、AI大数据、智能制造基础等关键领域的有效衔接，这进一步限制了学生跨学科知识体系的构建。

此外，教师在课堂教学过程中往往局限于本学科的传统框架，侧重于理论知识的传授，而忽视了与其他学科的融合与交叉渗透。这种教学模式导致学生难以将生产调度知识与其他学科知识相结合，面对复杂多变的工业问题时，往往缺乏跨学科的视角和综合能力，难以提出创新性的解决方案。近年来，尽管我校生产调度课程逐渐形成了以算法为核心的教学体系，但在跨学科融合方面仍然进展缓慢，缺乏实质性的突破。因此，亟须加强跨学科的教学合作与资源整合，推动生产调度课程与其他相关学科的深度融合，以培养更多具备跨学科素养和综合能力的复合型人才。

（四）教学评价体系不完善

在教学过程中，完善的教学评价体系是衡量学习效果的重要工具。然而，当前生产调度课程教学评价仍然过于侧重期末考试成绩，忽视了对学生日常学习表现、实践能力和创新思维等多方面能力的综合考量。例如，学生的课堂参与度、团队合作能力、解决实际问题的技巧以及跨学科知识的应用情况等，均未能在评价体系中得到充分的体现和应有的重视。如果教学评价体系缺乏多样性和灵活性，那么评价结果将无法全面、准确地反映出学生的实际能力。此外，过于重视结果而忽视学生在学习过程中的表现，既不利于调动学生学习的主动性和持续性，也不利于激发学生的创造力和探索精神。更重要的是，生产调度是一门综合性和实践性很强的课程，传统的教学评价体系已难以全面、客观地评估学生的学习成效。因此，改革并优化生产调度课程的教学评价体系，构建多元化、灵活化的评价机制，是提升学生综合素质与新工科人才素养的迫切需求。

二、新工科背景下生产调度课程教学模式改革的具体措施

随着新工科建设的推进，传统的教学模式已难以满足培养具备跨学科能力和创新思维的新工科人才的需求。下面将从强化案例教学、优化实践教学环节、促进跨学科知识整合以及改革教学评价体系等方面，探讨在新工科背景下改革生产调度课程教学模式的可行性，为培养适应未来产业发展需求的高素质新工科人才提供有力支撑。

（一）强化案例教学

为了激发学生对生产调度课程的学习兴趣和积极性，教师应巧妙地将生产调度的实际案例融入教学过程，通过生动具体的情境分析，引导学生主动思考、积极探索，使学生在解决实际问题的过程中逐步深化对生产调度理论的理解，同时培养他们的团队协作能力和创新思维，为他们将来成为具备实践能力和创新精神的优秀工程师打下坚实基础。

具体而言，教师可通过有针对性地引入各类真实案例，如装配线平衡问题、工厂产品装配问题、集装箱码头吊车调度问题、计算机系统中的进程调度问题等，引导学生深入剖析这些案例，将理论知识与实践操作紧密结合，从而培养学生的实际问题解决能力和创新思维，提高学生的课堂参与度。综上所述，采用以实际案例为基础的教学方法，不仅能够显著提升生产调度课程的教学效果，还能够强化学生对专业知识的理解和应用能力，并促进他们将所学知识灵活应用于复杂多变的实际情境中，为未来的职业生涯奠定坚实的基础。

（二）优化实践教学环节

实践教学是生产调度课程教学中的重要环节，它能够有效促进学生将理论知识转化为实际操作技能，增强其解决复杂问题的能力。传统的实践教学往往局限于直接安排学生前往工业企业参观或实习，这种方式虽能巩固理论知识并锻炼操作能力，但不足以全面培养其解决问题的能力。因此，生产调度课程的实践教学环节需要进一步创新与拓展，不仅要保留并深化工业企业参观和实习的传统方式，还应积极引入模拟仿真、角色扮演、项目式学习等多元化教学模式，以全方位提升学生的实践操作能力、问题解决能力和创新协作精神，确保他们能够适应快速变化的生产调度环境，成为具备较高综合素质的专业人才。

具体而言，在实践教学过程中，教师可以通过引入真实的生产调度场景和挑战性问题，引导学生自主设计调度方案与优化算法，并鼓励学生勇于尝试，从失败中学习，不断精进其调度策略与优化技能。同时，建立生产调度模拟实验室，利用仿真软件模拟实际生产环境，让学生在模拟操作中观察并分析不同调度环节对生产进度计划的影响，从而提高学生对调度工作的认知。通过优化实践教学环节，结合“直接实践 + 仿真实践”的创新教学模式，不仅能填补传统实践教学的空白，还能有效增强学生的实践操作能力，培养他们分析与解决复杂生产调度问题的能力，进而全面提升学生的专业素养和创新能力。

（三）促进跨学科知识整合

在新工科背景下，促进跨学科知识整合已成为教学改革的重要手段。生产调度课程涉及的学科领域既复杂又广泛，如数学、运筹学、工程技术、计算机科学、工业工程、经济学等多个学科。构建以算法为核心的调度理念，传授常见的生产调度模型和方法，并编写相应代码、开发可视化界面，将理论知识具体化，有助于学生深刻理解生产调度在工业领域的重要性，形成对生产调度课程的整体认知。随着人工智能、大数据等相关领域前沿知识和技术在工业生产调度中的广泛应用，我校教师深刻认识到，跨学科知识整合对于培养具备综合能力的未来工业人才至关重要。因此，我校教师积极整合不同学科的教学资源，构建综合性的生产调度课程体系，以拓宽学生的知识视野，培养他们的跨学科综合能力。

在生产调度课程教学过程中，教师可选择“智能工厂的生产调度优化”这一综合性主题，引导学生综合运用数学、运筹学、计算机科学等多学科的知识，进行深入研究和探索，以促进他们对生产调度领域的全面理解和跨学科应用能力的提升。同时，加强与其他相关课程如生产计划与控制、供应链管理等课程的联系和融合，形成系统的知识体系，这不仅有助于促进学科交叉融合，还能增强学生的综合应用能力和解决实际问题的能力。