基于MOOC的生产管理实验教学系统研究

白朝阳， 宋林杰， 李晓琳

(大连理工大学 管理与经济学部，辽宁 大连 116024)

0 引 言

随着MOOC教学深入应用，由于缺乏课程对应的实验教学，导致了工程实践类MOOC的理论教学与实验教学的脱节，学生课程完成率低，参与度不高等问题[1]“互联网+”、云计算、大数据、物联网、智能制造等新兴信息技术通过与传统教学融合，促进了生产管理实验教学教与学模式的变革[2]。研究MOOC开放课程与实验系统的互动，是“互联网+”时代信息技术与教育教学的深度融合研究热点，对于MOOC课程更好地应用和发展具有一定的理论和实践意义。

本文以生产管理MOOC实验教学为研究对象，在分析和梳理MOOC教学内涵和其对实验教学需求基础上，结合已有行业典型企业资源，按照“情境+业务+数据”设计逻辑，将科研项目成果转换为教学项目[3]，研发基于MOOC的生产管理实验教学系统原型。该系统以“教学与信息技术深度融合”为指导，采用云计算、移动物联网、大数据等先进信息技术，对交互式知识单元实验课程进行规范化设计，模拟企业实际的生产流程，让学生在虚拟的环境中实现和实践环节的对接，支持MOOC实验教学的互动，通过个体与个体、个体与系统之间的交互式实验学习，深入理解生产管理知识，形成以案例企业生产实践为主线的综合实验系统，有效解决MOOC课程缺乏实验教学系统支撑的问题，改进了生产管理MOOC教学效果，更好地培养了学生分析和解决实际问题的能力，更全面地支持创新型应用人才培养模式。

1 生产管理MOOC实验教学系统需求分析

MOOC(Massive Open Online Course)指的是大规模在线开放课程。由具有分享精神的组织和个人发布在互联网上的公共课程，有利于知识的传播。MOOC从2012年开始进入全球各大高校的课堂，其产生的教育不可估量。目前MOOC主要分为基于内容的MOOC、基于网络的MOOC和基于任务的MOOC。基于内容的MOOC属于知识复制型，课程的学习主要依靠学习者自主观看教学视频。基于网络的MOOC强调学习者围绕专题开展协商讨论，目的在于通过社会性网络学习和创新课程知识。基于任务的MOOC属于任务导向型，重点在于把知识和技能融合在一起，强调任务驱动的理论和实践结合，增强学习者对知识的能动加工[5]。Han 和 Darabi 等学者已证实，MOOC教学过程中，实验交互能够促进学习者的自主参与能力，虚拟的课程交互帮助学生将概念融入到实践中，比单纯的物理实践更加高效，有效提高学生的批判性思维。

按照上述MOOC教学分类，生产管理MOOC实验内容应分为: 知识验证性实验、知识协作性实验和知识综合应用性实验[7]。因此，针对上述实验内容需求，在构建MOOC实验教学系统时，需要满足如下需求：

(1) 构建生产管理知识点映射模型，搭建起理论知识点网络的工具。MOOC课程以知识点为基础组织，课程时间较短，特别是对于工科课程，学生在自主学习过程中知识点联系把握难度较大。因此，必须辅以实验教学，构建知识点-业务点互动模型，业务流-知识流互动模型，通过业务流协作实验，搭建起面向实践的知识点网络。学生在掌握理论知识点的基础上，通过MOOC实验教学形成知识流与知识网，并且将知识与实践活动一一对应，实现“教、学、用”的紧密衔接，提高MOOC的教学效果。

(2) 建立生产管理业务协作，形成多角色交互协作化的生产管理体验学习。生产管理过程是面向目标的多个生产业务主体间的协作过程。文章认为生产管理实验教学的实质是多角色的交互协作化。整个过程主要包括梳理生产实践环节的参与者，弄清各个参与者在生产活动中的目标、权限以及具体活动等，再由学生扮演这些角色，达到理论与实践的结合，从而加深对知识的理解以及解决问题的能力。

(3) 集成多工具资源的实验环境，提升系统可用性。生产管理教学内容具有较强的实践性，需依托网络和各类系统工具进行，为提高系统可用性，系统建设时需要将各类工具，如算法优化工具、系统仿真工具、知识管理工具等与网络平台集成，形成基于SOA架构的应用平台。

2 生产管理MOOC实验教学系统设计思路

生产管理MOOC实验教学依托网络开展，设计系统时需要考虑上述需求与网络系统的集成。基于前文需求分析，本文借鉴了文献[8]中的研究思路，从MOOC学习环境、MOOC课程知识、业务逻辑、业务协作4个维度进行系统设计(见图1)。

图1 生产管理MOOC实验教学系统建设思路

(1) 课程知识网络。该维度本质是构建课程知识内在关联过程，在生产管理MOOC实验教学中重点是描述面向课程知识体系构建的“数据流程”，研究其内在联系和相互作用机制，支持生产管理MOOC实验系统设计与实现。

(2) 业务逻辑网络。该维度本质是构建典型的标准化业务流程，以及流程相关的各类数据集、业务角色、业务流程约束与内在逻辑信息，研究构建支持业务-知识点映射的业务知识流框架，支撑生产管理MOOC实验的业务协作的实现。

(3) 业务协作网络。该维度本质是多角色的业务实践过程，重点是模拟企业实际管理流程，构建基于知识网的具有逻辑层次的业务协作关系，通过业务协作解决生产过程中的管理问题。

(4) 实验环境建设维度。在MOOC实验教学中，学习资源的生成和传播都要依赖互联网，教与学活动的实施也要有各种网站学习工具的支持，因此需要进行实验工具与实验环境的集成化建设。

3 生产管理MOOC实验教学系统设计

生产管理过程复杂，本文以生产管理教学难点和重点内容“生产计划与控制”为例，按照系统建设思路，分析和阐述生产管理MOOC实验系统设计方案。

3.1 生产管理MOOC实验课程知识网络构建

生产计划是生产管理的核心内容，相关课程知识网络构建本质上研究课程知识内在联系和相互作用机制关系。在加工制造业，生产计划按照作用层级划分，从上往下依次是：综合生产计划、主生产计划、物料需求计划以及车间作业计划。相应的，也会产生不同层级的企业管理者进行对其统筹安排，将计划逐步分解并下达，形成如图2所示的生产计划管理知识网络。

生产计划管理知识网络核心流程是：由于厂级计划管理者不能时时考虑车间设备和工人的生产能力以及现时的生产负荷，以致车间调度组在接到计划以后，还需要据此对综合计划平衡来协调车间的生产能力；再根据生产工艺路线、产品的零部件组成结构、车间生产日历将平衡后的生产计划分解，进行工序排产调度；

图2 生产计划管理知识网络

与此同时，车间调度组还需要核查设备占用以及物料库存情况，以便于将每日工作计划下达给班组长，班组长再将工作计划分配给一线操作者；操作工人依据作业派工和领料单，参照产品设计资料和工艺卡片，执行装配、加工等作业任务。

3.2 生产管理MOOC实验业务逻辑网络构建

本部分主要是研究具有逻辑层次，基于知识网络的业务流程。本文以离散制造企业生产管理过程为例，通过对多个离散制造企业案例分析和梳理，构建了如图3所示的计划知识流的标准化业务逻辑网络。

生产计划管理MOOC实验系统业务逻辑网络构建了知识-业务的映射模型[11]，①明晰了生产计划管理知识单元间的关联；②定义了生产计划管理业务流程的内在逻辑；③确定了生产计划业务的输入、输出以及约束条件；④界定了生产计划管理实验系统的边界。

3.3 生产管理MOOC实验系统多角色协作过程

按照情景-业务-知识的映射关系，围绕“人、机、料、法、环”生产要素，构建了如图4所示的以知识单元转化为基础的多角色业务协同过程模型。该模型以生产计划与控制为核心，描述了生产准备、过程及现场的核心业务，覆盖了主生产、物料需求、零件及车间作业计划、能力平衡、BOM、工艺路线、物料管控等知识单元，通过实验课程知识网络、互动网络、协同过程的规范化设计，模拟企业实际的生产流程，让学生在虚拟的环境中实现和实践环节的对接，实现交互式知识单元的实验课程，支持MOOC实验教学的互动，通过个体与个体、个体与系统之间的交互式实验学习，深入理解生产管理知识[12-13]。

3.4 生产管理MOOC实验教学系统环境建设

(1) 生产管理MOOC实验教学系统功能架构。以生产管理业务流程模型为基础，同时考虑到MOOC实验教学实际需求，尽量做到实验流程完整、系统精炼、冗余度低，易学易用[14]。如图5所示，建立了生产管理MOOC实验教学系统，模拟企业实际的生产流程，让学生在虚拟的环境中实现和实践环节的对接，该系统包括面向生产资源的基础数据管理模块、车间计划管理模块、车间作业管理模块，角色对象包括车间技术部门、车间调度、车间班组以及车间综合管理人员。清晰描述和模拟了生产管理活动中所涉及的知识内容，并解释了不同管理角色间的业务协作流程和各自的管理任务[15-16]。

(2) 生产管理MOOC实验教学系统软件架构。生产管理MOOC实验教学系统软件架构力争设计一个MOOC通用型架构。这个通用型的网络平台要充分体现出开放性、可扩展性、故障处理、异构性、透明性以及并发性等特点，在思想上，设计者应当秉承“平台支撑、模型驱动”的理念，构造可重构、可配置、可集成的系统架构和技术服务体系；针对生产管理内容课程在实践环节的多层次需求，实验教学平台应该建立在行业知识的基础上，具体实验教学系统软件架构如图6所示。该平台基于SaaS(Software as a Service)理念，采用WCF技术，实现SOA模式，并支持多种数据库, 覆盖了生产管理全过程。在组件功能定义上采取轻量级的API接口定义，组件之间基于API进行调用和交互。

服务层所有方法采用标准Web Service形式进行逻辑实现和封装，对外以API程序集的方式面向本系统应用及第三方提供接口。

3.5 生产管理MOOC实验教学系统应用实例

在生产管理实验教学中，生产计划-调度-执行过程向来是难点，针对此问题，具体展示了生产管理MOOC教学系统的操作流程。围绕实际生产过程中的生产计划、任务调度、参与角色以及各工作之间的相互关系进行详细阐述。生产计划包括主生产、零件、工序及物料计划。参与角色有厂级与车间计划管理员、车间生产调度员、班组长、物料员、操作工人以及质检员。

生产作业流程主要包括两个阶段：生产计划调度协同和现场作业协同。生产计划一旦制定，牵一发而动全身，所以在生产计划调度协同阶段，应充分考虑人工、机器设备以及物料的生产能力，平衡好并能够及时反馈以减少后续计划的变动。车间计划员把厂级生产计划拆解过后，将工序计划下达到车间，车间生产调度员进行作业调度下达到班组长，并及时向上反馈。班组长要根据工序计划派工，物料员进行齐套检查。到了现场作业协同阶段，依靠操作工人、物料员和质检员协同完成工序作业。相关应用界面如图7所示。

图7 生产管理MOOC实验系统应用界面

4 结 语

本文构建了基于MOOC的生产管理实验教学系统，以实验课程知识网络、业务逻辑网络、协同过程网络的规范化设计为基础，模拟企业实际的生产流程，让学生在虚拟的环境中实现和实践活动的对接，实现交互式知识单元的实验课程，支持MOOC实验教学的双向互动。学生在系统中扮演某一角色模拟企业的实际生产活动，依靠标准化的制造过程体验方式，从而加深对理论知识的理解以及实际生产管理的流程，使MOOC教学效果更加显著，提高了教学效率。该系统现已应用在大连理工大学和大连民族大学的生产管理教学实践中，取得了较好的效果。

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