基于MOOC的生產(chǎn)管理實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)研究

白朝陽， 宋林杰， 李曉琳

(大連理工大學(xué) 管理與經(jīng)濟(jì)學(xué)部，遼寧 大連 116024)

0 引 言

隨著MOOC教學(xué)深入應(yīng)用，由于缺乏課程對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，導(dǎo)致了工程實(shí)踐類MOOC的理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的脫節(jié)，學(xué)生課程完成率低，參與度不高等問題[1]“互聯(lián)網(wǎng)+”、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、智能制造等新興信息技術(shù)通過與傳統(tǒng)教學(xué)融合，促進(jìn)了生產(chǎn)管理實(shí)驗(yàn)教學(xué)教與學(xué)模式的變革[2]。研究MOOC開放課程與實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的互動(dòng)，是“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代信息技術(shù)與教育教學(xué)的深度融合研究熱點(diǎn)，對(duì)于MOOC課程更好地應(yīng)用和發(fā)展具有一定的理論和實(shí)踐意義。

本文以生產(chǎn)管理MOOC實(shí)驗(yàn)教學(xué)為研究對(duì)象，在分析和梳理MOOC教學(xué)內(nèi)涵和其對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)需求基礎(chǔ)上，結(jié)合已有行業(yè)典型企業(yè)資源，按照“情境+業(yè)務(wù)+數(shù)據(jù)”設(shè)計(jì)邏輯，將科研項(xiàng)目成果轉(zhuǎn)換為教學(xué)項(xiàng)目[3]，研發(fā)基于MOOC的生產(chǎn)管理實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)原型。該系統(tǒng)以“教學(xué)與信息技術(shù)深度融合”為指導(dǎo)，采用云計(jì)算、移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等先進(jìn)信息技術(shù)，對(duì)交互式知識(shí)單元實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行規(guī)范化設(shè)計(jì)，模擬企業(yè)實(shí)際的生產(chǎn)流程，讓學(xué)生在虛擬的環(huán)境中實(shí)現(xiàn)和實(shí)踐環(huán)節(jié)的對(duì)接，支持MOOC實(shí)驗(yàn)教學(xué)的互動(dòng)，通過個(gè)體與個(gè)體、個(gè)體與系統(tǒng)之間的交互式實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)，深入理解生產(chǎn)管理知識(shí)，形成以案例企業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐為主線的綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，有效解決MOOC課程缺乏實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)支撐的問題，改進(jìn)了生產(chǎn)管理MOOC教學(xué)效果，更好地培養(yǎng)了學(xué)生分析和解決實(shí)際問題的能力，更全面地支持創(chuàng)新型應(yīng)用人才培養(yǎng)模式。

1 生產(chǎn)管理MOOC實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)需求分析

MOOC(Massive Open Online Course)指的是大規(guī)模在線開放課程。由具有分享精神的組織和個(gè)人發(fā)布在互聯(lián)網(wǎng)上的公共課程，有利于知識(shí)的傳播。MOOC從2012年開始進(jìn)入全球各大高校的課堂，其產(chǎn)生的教育不可估量。目前MOOC主要分為基于內(nèi)容的MOOC、基于網(wǎng)絡(luò)的MOOC和基于任務(wù)的MOOC?；趦?nèi)容的MOOC屬于知識(shí)復(fù)制型，課程的學(xué)習(xí)主要依靠學(xué)習(xí)者自主觀看教學(xué)視頻。基于網(wǎng)絡(luò)的MOOC強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)者圍繞專題開展協(xié)商討論，目的在于通過社會(huì)性網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)和創(chuàng)新課程知識(shí)?；谌蝿?wù)的MOOC屬于任務(wù)導(dǎo)向型，重點(diǎn)在于把知識(shí)和技能融合在一起，強(qiáng)調(diào)任務(wù)驅(qū)動(dòng)的理論和實(shí)踐結(jié)合，增強(qiáng)學(xué)習(xí)者對(duì)知識(shí)的能動(dòng)加工[5]。Han 和 Darabi 等學(xué)者已證實(shí)，MOOC教學(xué)過程中，實(shí)驗(yàn)交互能夠促進(jìn)學(xué)習(xí)者的自主參與能力，虛擬的課程交互幫助學(xué)生將概念融入到實(shí)踐中，比單純的物理實(shí)踐更加高效，有效提高學(xué)生的批判性思維。

按照上述MOOC教學(xué)分類，生產(chǎn)管理MOOC實(shí)驗(yàn)內(nèi)容應(yīng)分為: 知識(shí)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、知識(shí)協(xié)作性實(shí)驗(yàn)和知識(shí)綜合應(yīng)用性實(shí)驗(yàn)[7]。因此，針對(duì)上述實(shí)驗(yàn)內(nèi)容需求，在構(gòu)建MOOC實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)時(shí)，需要滿足如下需求：

(1) 構(gòu)建生產(chǎn)管理知識(shí)點(diǎn)映射模型，搭建起理論知識(shí)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)的工具。MOOC課程以知識(shí)點(diǎn)為基礎(chǔ)組織，課程時(shí)間較短，特別是對(duì)于工科課程，學(xué)生在自主學(xué)習(xí)過程中知識(shí)點(diǎn)聯(lián)系把握難度較大。因此，必須輔以實(shí)驗(yàn)教學(xué)，構(gòu)建知識(shí)點(diǎn)-業(yè)務(wù)點(diǎn)互動(dòng)模型，業(yè)務(wù)流-知識(shí)流互動(dòng)模型，通過業(yè)務(wù)流協(xié)作實(shí)驗(yàn)，搭建起面向?qū)嵺`的知識(shí)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)。學(xué)生在掌握理論知識(shí)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，通過MOOC實(shí)驗(yàn)教學(xué)形成知識(shí)流與知識(shí)網(wǎng)，并且將知識(shí)與實(shí)踐活動(dòng)一一對(duì)應(yīng)，實(shí)現(xiàn)“教、學(xué)、用”的緊密銜接，提高M(jìn)OOC的教學(xué)效果。

(2) 建立生產(chǎn)管理業(yè)務(wù)協(xié)作，形成多角色交互協(xié)作化的生產(chǎn)管理體驗(yàn)學(xué)習(xí)。生產(chǎn)管理過程是面向目標(biāo)的多個(gè)生產(chǎn)業(yè)務(wù)主體間的協(xié)作過程。文章認(rèn)為生產(chǎn)管理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)質(zhì)是多角色的交互協(xié)作化。整個(gè)過程主要包括梳理生產(chǎn)實(shí)踐環(huán)節(jié)的參與者，弄清各個(gè)參與者在生產(chǎn)活動(dòng)中的目標(biāo)、權(quán)限以及具體活動(dòng)等，再由學(xué)生扮演這些角色，達(dá)到理論與實(shí)踐的結(jié)合，從而加深對(duì)知識(shí)的理解以及解決問題的能力。

(3) 集成多工具資源的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，提升系統(tǒng)可用性。生產(chǎn)管理教學(xué)內(nèi)容具有較強(qiáng)的實(shí)踐性，需依托網(wǎng)絡(luò)和各類系統(tǒng)工具進(jìn)行，為提高系統(tǒng)可用性，系統(tǒng)建設(shè)時(shí)需要將各類工具，如算法優(yōu)化工具、系統(tǒng)仿真工具、知識(shí)管理工具等與網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)集成，形成基于SOA架構(gòu)的應(yīng)用平臺(tái)。

2 生產(chǎn)管理MOOC實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

生產(chǎn)管理MOOC實(shí)驗(yàn)教學(xué)依托網(wǎng)絡(luò)開展，設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)需要考慮上述需求與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的集成?；谇拔男枨蠓治觯疚慕梃b了文獻(xiàn)[8]中的研究思路，從MOOC學(xué)習(xí)環(huán)境、MOOC課程知識(shí)、業(yè)務(wù)邏輯、業(yè)務(wù)協(xié)作4個(gè)維度進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)(見圖1)。

圖1 生產(chǎn)管理MOOC實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)建設(shè)思路

(1) 課程知識(shí)網(wǎng)絡(luò)。該維度本質(zhì)是構(gòu)建課程知識(shí)內(nèi)在關(guān)聯(lián)過程，在生產(chǎn)管理MOOC實(shí)驗(yàn)教學(xué)中重點(diǎn)是描述面向課程知識(shí)體系構(gòu)建的“數(shù)據(jù)流程”，研究其內(nèi)在聯(lián)系和相互作用機(jī)制，支持生產(chǎn)管理MOOC實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

(2) 業(yè)務(wù)邏輯網(wǎng)絡(luò)。該維度本質(zhì)是構(gòu)建典型的標(biāo)準(zhǔn)化業(yè)務(wù)流程，以及流程相關(guān)的各類數(shù)據(jù)集、業(yè)務(wù)角色、業(yè)務(wù)流程約束與內(nèi)在邏輯信息，研究構(gòu)建支持業(yè)務(wù)-知識(shí)點(diǎn)映射的業(yè)務(wù)知識(shí)流框架，支撐生產(chǎn)管理MOOC實(shí)驗(yàn)的業(yè)務(wù)協(xié)作的實(shí)現(xiàn)。

(3) 業(yè)務(wù)協(xié)作網(wǎng)絡(luò)。該維度本質(zhì)是多角色的業(yè)務(wù)實(shí)踐過程，重點(diǎn)是模擬企業(yè)實(shí)際管理流程，構(gòu)建基于知識(shí)網(wǎng)的具有邏輯層次的業(yè)務(wù)協(xié)作關(guān)系，通過業(yè)務(wù)協(xié)作解決生產(chǎn)過程中的管理問題。

(4) 實(shí)驗(yàn)環(huán)境建設(shè)維度。在MOOC實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)習(xí)資源的生成和傳播都要依賴互聯(lián)網(wǎng)，教與學(xué)活動(dòng)的實(shí)施也要有各種網(wǎng)站學(xué)習(xí)工具的支持，因此需要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)工具與實(shí)驗(yàn)環(huán)境的集成化建設(shè)。

3 生產(chǎn)管理MOOC實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

生產(chǎn)管理過程復(fù)雜，本文以生產(chǎn)管理教學(xué)難點(diǎn)和重點(diǎn)內(nèi)容“生產(chǎn)計(jì)劃與控制”為例，按照系統(tǒng)建設(shè)思路，分析和闡述生產(chǎn)管理MOOC實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。

3.1 生產(chǎn)管理MOOC實(shí)驗(yàn)課程知識(shí)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建

生產(chǎn)計(jì)劃是生產(chǎn)管理的核心內(nèi)容，相關(guān)課程知識(shí)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建本質(zhì)上研究課程知識(shí)內(nèi)在聯(lián)系和相互作用機(jī)制關(guān)系。在加工制造業(yè)，生產(chǎn)計(jì)劃按照作用層級(jí)劃分，從上往下依次是：綜合生產(chǎn)計(jì)劃、主生產(chǎn)計(jì)劃、物料需求計(jì)劃以及車間作業(yè)計(jì)劃。相應(yīng)的，也會(huì)產(chǎn)生不同層級(jí)的企業(yè)管理者進(jìn)行對(duì)其統(tǒng)籌安排，將計(jì)劃逐步分解并下達(dá)，形成如圖2所示的生產(chǎn)計(jì)劃管理知識(shí)網(wǎng)絡(luò)。

生產(chǎn)計(jì)劃管理知識(shí)網(wǎng)絡(luò)核心流程是：由于廠級(jí)計(jì)劃管理者不能時(shí)時(shí)考慮車間設(shè)備和工人的生產(chǎn)能力以及現(xiàn)時(shí)的生產(chǎn)負(fù)荷，以致車間調(diào)度組在接到計(jì)劃以后，還需要據(jù)此對(duì)綜合計(jì)劃平衡來協(xié)調(diào)車間的生產(chǎn)能力；再根據(jù)生產(chǎn)工藝路線、產(chǎn)品的零部件組成結(jié)構(gòu)、車間生產(chǎn)日歷將平衡后的生產(chǎn)計(jì)劃分解，進(jìn)行工序排產(chǎn)調(diào)度；

圖2 生產(chǎn)計(jì)劃管理知識(shí)網(wǎng)絡(luò)

與此同時(shí)，車間調(diào)度組還需要核查設(shè)備占用以及物料庫存情況，以便于將每日工作計(jì)劃下達(dá)給班組長，班組長再將工作計(jì)劃分配給一線操作者；操作工人依據(jù)作業(yè)派工和領(lǐng)料單，參照產(chǎn)品設(shè)計(jì)資料和工藝卡片，執(zhí)行裝配、加工等作業(yè)任務(wù)。

3.2 生產(chǎn)管理MOOC實(shí)驗(yàn)業(yè)務(wù)邏輯網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建

本部分主要是研究具有邏輯層次，基于知識(shí)網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)流程。本文以離散制造企業(yè)生產(chǎn)管理過程為例，通過對(duì)多個(gè)離散制造企業(yè)案例分析和梳理，構(gòu)建了如圖3所示的計(jì)劃知識(shí)流的標(biāo)準(zhǔn)化業(yè)務(wù)邏輯網(wǎng)絡(luò)。

生產(chǎn)計(jì)劃管理MOOC實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)業(yè)務(wù)邏輯網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建了知識(shí)-業(yè)務(wù)的映射模型[11]，①明晰了生產(chǎn)計(jì)劃管理知識(shí)單元間的關(guān)聯(lián)；②定義了生產(chǎn)計(jì)劃管理業(yè)務(wù)流程的內(nèi)在邏輯；③確定了生產(chǎn)計(jì)劃業(yè)務(wù)的輸入、輸出以及約束條件；④界定了生產(chǎn)計(jì)劃管理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的邊界。

3.3 生產(chǎn)管理MOOC實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)多角色協(xié)作過程

按照情景-業(yè)務(wù)-知識(shí)的映射關(guān)系，圍繞“人、機(jī)、料、法、環(huán)”生產(chǎn)要素，構(gòu)建了如圖4所示的以知識(shí)單元轉(zhuǎn)化為基礎(chǔ)的多角色業(yè)務(wù)協(xié)同過程模型。該模型以生產(chǎn)計(jì)劃與控制為核心，描述了生產(chǎn)準(zhǔn)備、過程及現(xiàn)場的核心業(yè)務(wù)，覆蓋了主生產(chǎn)、物料需求、零件及車間作業(yè)計(jì)劃、能力平衡、BOM、工藝路線、物料管控等知識(shí)單元，通過實(shí)驗(yàn)課程知識(shí)網(wǎng)絡(luò)、互動(dòng)網(wǎng)絡(luò)、協(xié)同過程的規(guī)范化設(shè)計(jì)，模擬企業(yè)實(shí)際的生產(chǎn)流程，讓學(xué)生在虛擬的環(huán)境中實(shí)現(xiàn)和實(shí)踐環(huán)節(jié)的對(duì)接，實(shí)現(xiàn)交互式知識(shí)單元的實(shí)驗(yàn)課程，支持MOOC實(shí)驗(yàn)教學(xué)的互動(dòng)，通過個(gè)體與個(gè)體、個(gè)體與系統(tǒng)之間的交互式實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)，深入理解生產(chǎn)管理知識(shí)[12-13]。

3.4 生產(chǎn)管理MOOC實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)環(huán)境建設(shè)

(1) 生產(chǎn)管理MOOC實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)功能架構(gòu)。以生產(chǎn)管理業(yè)務(wù)流程模型為基礎(chǔ)，同時(shí)考慮到MOOC實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)際需求，盡量做到實(shí)驗(yàn)流程完整、系統(tǒng)精煉、冗余度低，易學(xué)易用[14]。如圖5所示，建立了生產(chǎn)管理MOOC實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)，模擬企業(yè)實(shí)際的生產(chǎn)流程，讓學(xué)生在虛擬的環(huán)境中實(shí)現(xiàn)和實(shí)踐環(huán)節(jié)的對(duì)接，該系統(tǒng)包括面向生產(chǎn)資源的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理模塊、車間計(jì)劃管理模塊、車間作業(yè)管理模塊，角色對(duì)象包括車間技術(shù)部門、車間調(diào)度、車間班組以及車間綜合管理人員。清晰描述和模擬了生產(chǎn)管理活動(dòng)中所涉及的知識(shí)內(nèi)容，并解釋了不同管理角色間的業(yè)務(wù)協(xié)作流程和各自的管理任務(wù)[15-16]。

(2) 生產(chǎn)管理MOOC實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)軟件架構(gòu)。生產(chǎn)管理MOOC實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)軟件架構(gòu)力爭設(shè)計(jì)一個(gè)MOOC通用型架構(gòu)。這個(gè)通用型的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)要充分體現(xiàn)出開放性、可擴(kuò)展性、故障處理、異構(gòu)性、透明性以及并發(fā)性等特點(diǎn)，在思想上，設(shè)計(jì)者應(yīng)當(dāng)秉承“平臺(tái)支撐、模型驅(qū)動(dòng)”的理念，構(gòu)造可重構(gòu)、可配置、可集成的系統(tǒng)架構(gòu)和技術(shù)服務(wù)體系；針對(duì)生產(chǎn)管理內(nèi)容課程在實(shí)踐環(huán)節(jié)的多層次需求，實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)應(yīng)該建立在行業(yè)知識(shí)的基礎(chǔ)上，具體實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)軟件架構(gòu)如圖6所示。該平臺(tái)基于SaaS(Software as a Service)理念，采用WCF技術(shù)，實(shí)現(xiàn)SOA模式，并支持多種數(shù)據(jù)庫, 覆蓋了生產(chǎn)管理全過程。在組件功能定義上采取輕量級(jí)的API接口定義，組件之間基于API進(jìn)行調(diào)用和交互。

服務(wù)層所有方法采用標(biāo)準(zhǔn)Web Service形式進(jìn)行邏輯實(shí)現(xiàn)和封裝，對(duì)外以API程序集的方式面向本系統(tǒng)應(yīng)用及第三方提供接口。

3.5 生產(chǎn)管理MOOC實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例

在生產(chǎn)管理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，生產(chǎn)計(jì)劃-調(diào)度-執(zhí)行過程向來是難點(diǎn)，針對(duì)此問題，具體展示了生產(chǎn)管理MOOC教學(xué)系統(tǒng)的操作流程。圍繞實(shí)際生產(chǎn)過程中的生產(chǎn)計(jì)劃、任務(wù)調(diào)度、參與角色以及各工作之間的相互關(guān)系進(jìn)行詳細(xì)闡述。生產(chǎn)計(jì)劃包括主生產(chǎn)、零件、工序及物料計(jì)劃。參與角色有廠級(jí)與車間計(jì)劃管理員、車間生產(chǎn)調(diào)度員、班組長、物料員、操作工人以及質(zhì)檢員。

生產(chǎn)作業(yè)流程主要包括兩個(gè)階段：生產(chǎn)計(jì)劃調(diào)度協(xié)同和現(xiàn)場作業(yè)協(xié)同。生產(chǎn)計(jì)劃一旦制定，牽一發(fā)而動(dòng)全身，所以在生產(chǎn)計(jì)劃調(diào)度協(xié)同階段，應(yīng)充分考慮人工、機(jī)器設(shè)備以及物料的生產(chǎn)能力，平衡好并能夠及時(shí)反饋以減少后續(xù)計(jì)劃的變動(dòng)。車間計(jì)劃員把廠級(jí)生產(chǎn)計(jì)劃拆解過后，將工序計(jì)劃下達(dá)到車間，車間生產(chǎn)調(diào)度員進(jìn)行作業(yè)調(diào)度下達(dá)到班組長，并及時(shí)向上反饋。班組長要根據(jù)工序計(jì)劃派工，物料員進(jìn)行齊套檢查。到了現(xiàn)場作業(yè)協(xié)同階段，依靠操作工人、物料員和質(zhì)檢員協(xié)同完成工序作業(yè)。相關(guān)應(yīng)用界面如圖7所示。

圖7 生產(chǎn)管理MOOC實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)應(yīng)用界面

4 結(jié) 語

本文構(gòu)建了基于MOOC的生產(chǎn)管理實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)，以實(shí)驗(yàn)課程知識(shí)網(wǎng)絡(luò)、業(yè)務(wù)邏輯網(wǎng)絡(luò)、協(xié)同過程網(wǎng)絡(luò)的規(guī)范化設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，模擬企業(yè)實(shí)際的生產(chǎn)流程，讓學(xué)生在虛擬的環(huán)境中實(shí)現(xiàn)和實(shí)踐活動(dòng)的對(duì)接，實(shí)現(xiàn)交互式知識(shí)單元的實(shí)驗(yàn)課程，支持MOOC實(shí)驗(yàn)教學(xué)的雙向互動(dòng)。學(xué)生在系統(tǒng)中扮演某一角色模擬企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)活動(dòng)，依靠標(biāo)準(zhǔn)化的制造過程體驗(yàn)方式，從而加深對(duì)理論知識(shí)的理解以及實(shí)際生產(chǎn)管理的流程，使MOOC教學(xué)效果更加顯著，提高了教學(xué)效率。該系統(tǒng)現(xiàn)已應(yīng)用在大連理工大學(xué)和大連民族大學(xué)的生產(chǎn)管理教學(xué)實(shí)踐中，取得了較好的效果。

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