工业工程专业贯通式核心课程探索

摘 要：工业工程专业为典型的多学科交叉专业，涉及较多的课程。针对新工科建设背景下工业工程专业本科人才培养需求，该文提出贯通式核心课程新框架。该框架结合目前国内工业工程专业课程设置现状，基于课程之间的强关联性拟定设计与制造和生产与管理两门大学分课程，构建基于知识贯通式的核心课程拓扑图，为工业工程的新工科建设提供一种新思路。

关键词：新工科建设；工业工程；贯通式课程；核心课程；拓扑图

中图分类号：G640 文献标志码：A 文章编号：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

基金项目：2022年湖南省普通高等学校教学改革研究项目“面向先进制造的工业工程专业拔尖人才培养模式探索与实践”（HNJG-2022-0507）

第一作者简介：夏百战（1985-），男，汉族，湖南益阳人，博士，教授，系主任，博士研究生导师。研究方向为机械动力学、工业工程。

为主动应对新一轮科技革命与产业变革，服务创新驱动发展和“中国制造2025”等一系列国家战略，2017年2月以来，教育部积极推进新工科建设，旨在培养造就满足未来新兴产业和新经济需要，实践和创新能力强，具备国际竞争力的高素质复合型新工科人才[1-2]。2023年5月29日，习近平总书记在中共中央政治局第五次集体学习时发表重要讲话，强调加快建设教育强国，为中华民族伟大复兴提供有力支撑。习近平总书记的重要讲话阐明了加快建设教育强国的重大意义，指出了加快建设教育强国的前进方向。

随着现代科学技术尤其是信息技术的快速发展，工业工程已从传统的时间与动作研究、物流规划、生产调度与管理等，发展到以运筹学和系统工程为理论基础，以信息技术为先进手段，兼容并蕴涵了制造学、管理学、经济学和信息学等诸多新学科和理论技术的交叉工程学科。为了适应新时代中国特色社会主义经济的发展需求，国内学者对工业工程的课程体系进行了大量的探索与实践。郑州大学薛朝改等[3]提出了学科交叉、融合创新、面向未来和以提高实践应用能力为目标的工业工程人才培养的新模式。东北林业大学冯国红等[4]研究了智能制造背景下工业工程人才培养的改革方案。吉林大学孔繁森[5]构建了面向国民经济发展需要的工业工程本科专业类课程体系，为工业工程本科专业课程体系建设提供了理论基础。江南大学曹文彬等[6]以服务智能制造为目标，通过对现阶段工业工程人才培养模式的调研，提出了工业工程专业的改善方案和路径。四川大学郭钊侠等[7]通过问卷调研，统计分析了工业工程毕业生情况，梳理了工业工程专业课程设置现状。山东科技大学颜伟等[8]面向新工科建设，重构了工业工程专业的项目型课程体系。马一鸣等[9]发展了一种严肃游戏的设计语言，从而为严肃游戏在工业工程专业教育中的应用提供了技术手段。张建桃等[10]基于市场需求设置模块化专业课程，提出了工业工程专业的课程新体系，提高课程设置适切性和增强课程设置前沿性。邱立新等[11]基于新工科建设理念，从工业工程专业人才培养的供需矛盾出发，构建了基于“S-T-C”模型的工业工程专业产教融合协同育人模式。综上所述，经过学者的大量探索与实践，工业工程的新工科建设已经逐步从理念倡导阶段走向落实和质量提升阶段。

“十四五”期间我国持续加强国家战略科技力量投入，瞄准人工智能、空天科技等前沿领域，促进互联网、大数据、先进制造等产业的深度融合，形成全新的技术、产品、业态。进入新时代、面对新形势，工业工程专业的发展面临着难得的机遇和全新的挑战。创新工业工程专业人才培养体系，改革工业工程专业课程设置，培养出基础扎实、视野开阔、德才兼备的工程与管理复合型人才，服务国家和社会是时代赋予工业工程专业人才培养的历史使命。本文将以新工科建设为牵引，面向先进制造行业的人才需求，构建基于强关联性知识架构的工业工程贯通式核心课程拓扑图，为工业工程专业的新工科建设提供了新思路。

一 工业工程专业课程设置现状

（一） 现状分析

工业工程是一门面向大规模工业生产与社会经济服务系统，集成了数理、工程和社会学等多学科知识的交叉学科。除了生产与服务管理、物流规划和人因工程等传统领域，工业互联网、大数据、人工智能和人机协同等高新科技领域正逐渐成为工业工程学科研究与应用的新领域，赋予了工业工程专业新的生命力和竞争力，并与机械工程、电气工程、土木工程、化学工程、计算机工程及航空工程并称七大工程学科。目前，国内工业工程本科专业设置主要有两条路径：一是依托管理科学学科，侧重于管理型人才培养；二是依托机械工程学科，以“管理+技术”复合型人才培养为主。依托机械工程学科的工业工程专业，强调管理学与机械工程的“管-工”融合，其课程设置主要包括通识课程、学门核心课程、学类核心课程和专业核心课程。其中，学类核心课程包括管理学、经济学、运筹学、工程图学、机械设计基础、工程力学、机械制造技术和电工电子学等。专业核心课程包括生产管理学、基础工业工程、系统工程、工程统计学、生产系统建模与仿真、设施规划与物流分析和质量管理与可靠性等。虽然各个高校在具体课程设置上存在一定的差异，但整体上都以上述课程为主线，建设工业工程专业本科人才培养体系。湖南大学工业工程专业的现行学类核心课程和专业核心课程设置见表1。

（二） 问题分析

工业工程专业经过30年的发展，无论是高校的本科人才培养，还是企业的工程应用都取得了巨大的进步。随着时代的发展，尤其是人工智能、大数据、工业互联网和机器人等高新技术的突飞猛进，工业工程专业课程体系和教学工作落后于时代发展的缺陷也逐渐呈现出来。由于工业工程专业的多学科交叉特性，大量低学分核心课程是目前大部分高校工业工程本科专业课程设置的现状。以湖南大学工业工程专业的课程设置为例，学类核心课程和专业核心课程一共17门，其中学分为2学分的低学分核心课程为11门，占比达到64.7%。大量的低学分课程导致学生在大二、大三学年进行专业课学习时，学习压力较大，需投入大量的时间和精力于课堂学习和课后作业，消耗了学生参与创新创业实训的积极性，不利于学生综合素质发展。大量的低学分课程给学生以学习知识面广、学习深度浅的感觉，不利于培养学生深入研究科技和产业领域关键性科学问题的主观能动性。此外，核心课程过多导致课程之间的关系梳理不够透彻，课程之间的关系疏散、贯通性较差。

专业类课程生产管理学、基础工业工程、设施规划与物流分析、质量管理与可靠性和生产系统建模与仿真等都是为了培养学生的生产管理能力，为学生从事生产管理及相关工作提供知识和能力储备。这些课程的授课内容之间往往强相关性。如基础工业工程的时间研究和动作研究与生产管理学中生产作业研究具有强相关性，生产管理学的车间调度与设施规划与物流分析的物流调度具有强相关性。然而，目前的专业核心课程分散式设置导致课程之间的贯通性较低。机械类课程机械设计基础和机械制造技术也存在类似的问题。此外，专业核心课程类型繁多，导致课程之间存在一定的交叉重复现象。工业工程专业作为一门交叉应用型学科，学生面向复杂工程问题的分析和解决能力是其核心能力。梳理工业工程学类核心课程和专业核心课程的知识点，打破并重组知识架构，打造贯通式、大学分课程，形成“课堂教学-课后拓展-课程实践”有机结合的立体化课程体系，将有助于工业工程专业人才培养，提高学生解决复杂科学问题的能力。

二 基于强关联性知识架构的贯通式核心课程

2021年12月31日，教育部组织在北京大学召开“101计划”启动会议，面向33所计算机科学拔尖基地建设高校实施计算机领域本科教育教学改革试点工作计划。核心课程建设是一个专业建设的基础，其重要性不言而喻。推进核心课程建设，落实专业知识点和梳理知识图谱是专业改革和发展的关键。计算机领域本科教育的核心课程建设思路为工业工程专业的核心课程建设提供了改革思路。受此启发，本文通过梳理工业工程本科人才培养的知识点，构建基于强关联性知识架构的贯通式核心课程，探索以11门核心课为核心的工业工程本科专业培养模式。

（一） 设计与制造贯通式课程设置

工业工程专业作为典型的多学科交叉专业，其学类核心课程和专业核心课程涉及机械工程、管理科学与工程两类。目前，大多数高校工业工程专业的学类核心课程中工程图学、机械设计基础、机械制造技术、工程力学和电工电子学等属于机械工程类课程。其中机械设计基础和机械制造技术两门机械类课程，具有极强的关联性。机械设计基础包括机械原理、机械零件设计，主要研究机械中常用机构和通用零件的工作原理、结构特征、设计方法等。机械制造技术主要研究机械中常用机构零件的制造加工方法，包括机械制造工艺、材料和热处理方法等。现有培养方案，两门课程分开设置，教学大纲彼此孤立，导致其教学内容的贯通性较低。本文尝试整合机械设计基础和机械制造技术两门课程为设计与制造，如图1所示。设计与制造课程需要深入梳理机械设计基础和机械制造技术的知识模块，明晰各知识模块之间的逻辑，形成贯通式教学大纲。设计与制造课程需要深入挖掘、精心设置课程设计案例，将其与金工实习和机械设计基础课程设计等实践实训融合，并贯穿于设计与制造教学过程，以课程设计案例为主线协同推进实践实训和模块化课堂教学，实现基于知识模块化的设计与制造贯通式课程建设。

（二） 生产与管理贯通式课程设置

工业工程专业类课程生产管理学、基础工业工程、设施规划与物流分析、质量管理与可靠性和生产系统建模与仿真的核心任务是培养学生的生产组织、规划和管理等能力。生产管理学主要研究企业的生产系统规划、生产计划、生产方式、库存管理、质量管理和精益生产等。基础工业工程主要研究企业的作业分析、动作分析、时间研究、现场管理、生产线平衡和精益生产等。设施规划与物流分析主要研究工厂设施规划与设计、物料搬运、仓库规划与库存管理等。质量管理与可靠性主要研究生产系统的质量理论、设计与控制等。生产系统建模与仿真主要研究建模理论与方法、生产系统设计与仿真等。这些工业工程专业类课程具有一定的交叉重复性，也具有极强的逻辑关联性。整合生产管理学、基础工业工程、设施规划与物流分析、质量管理与可靠性和生产系统建模与仿真的教学内容，形成逻辑性强的专业核心课是提高工业工程专业本科教学的重要途径。基于此，本文尝试整合生产管理学、基础工业工程、设施规划与物流分析、质量管理与可靠性和生产系统建模与仿真等课程为生产与管理，如图2所示。生产与管理课程需要深入梳理生产管理学、基础工业工程、设施规划与物流分析、质量管理与可靠性和生产系统建模与仿真的知识模块，明晰各知识模块之间的逻辑，形成贯通式教学大纲。生产与管理课程需要深入挖掘、精心设置课程设计案例，将其与制造业信息化工程实验、设施规划与物流课程设计和工业工程专业综合课程设计等实践实训融合，并贯穿于生产与管理教学过程，以课程设计案例为主线协同推进实践实训和模块化课堂教学，实现基于知识模块化的生产与管理贯通式课程建设。

（三） 工业工程专业核心课程拓扑图

完成工业工程专业设计与制造和生产与管理两门贯通式课程的建设，将形成以管理学、运筹学、工程经济学、工程图学、设计与制造1、设计与制造2、工程力学、电工电子学、生产与管理1、生产与管理2和系统工程共11门课程为核心的培养方案。上述11门核心课与学门核心课程共同组成工业工程专业本科教学的主体框架，其中，学门核心课程包括高等数学、线性代数、概率论与数理统计、普通物理和计算机与人工智能。概率论与数理统计是管理学和工程经济学的前置课程，工程图学、普通物理和工程力学是设计与制造的前置课程，管理学、工程经济学、设计与制造和电工电子技术是生产与管理的前置课程。根据课程之间的逻辑关系，可以拟定各门课程之间的拓扑关系以及各学期的主要课程，如图3所示。注意，思想政治类课程将贯穿于工业工程专业大学四年的教学过程。

三 结束语

本文基于国内工业工程专业课程设置现状，面向新时代工业工程专业课程设置的发展趋势，提出了贯通式核心课程设置新框架。该框架基于强关联性知识架构，形成了设计与制造和生产与管理两门大学分核心课程，并以此为基础探索以11门核心课为核心的工业工程本科专业课程拓扑图。本文的研究成果有望为国内高校工业工程专业的课程设置提供新方案，也可以为其他工科专业的课程设置提供新思路。

参考文献：

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[3] 薛朝改，李淑敏，曹武军.新工科背景下工业工程专业培养模式探索[J].教育教学论坛，2020（35）：293-295.

[4] 冯国红，朱玉杰，董春芳.智能制造背景下工业工程的人才培养改革探究[J].科技创新与生产力，2021（8）：143-146.

[5] 孔繁森.高等学校工业工程本科专业类课程体系模型框架[J].工业工程，2016，19（6）：131-137.

[6] 曹文彬，谢雨杰，顾颍，等.智能制造背景下工业工程专业课程体系分析及改善对策——以江南大学工业工程专业为例[J].中国设备工程，2020（18）：230-231.

[7] 郭钊侠，张怡，罗利，等.关于新时期工业工程专业本科课程设置的思考——基于四川大学工业工程专业校友的问卷调查[J].高教学刊，2023，9（12）：74-78.

[8] 颜伟，孙佳旭，李美燕.新工科背景下项目型课程体系重构——以工业工程专业为例[J].高教学刊，2023，9（6）：89-92.

[9] 马一鸣，YANNOU B，CLUZEL F，等.工业工程教育中的严肃游戏设计[J].高等工程教育研究，2022（6）：80-85.

[10] 张建桃，曾莉，韦婷婷.基于市场需求的工业工程专业课程设置[J].高等工程教育研究，2022（3）：67-73.

[11] 邱立新，周田君.基于“S-T-C”模型的工业工程专业产教融合协同育人模式探究[J].教育教学论坛，2020（41）：58-60.