CDIO模式下工業(yè)設(shè)計專業(yè)人機工程學(xué)教學(xué)改革的實踐性探索

陳亦仁，郭星，馬強

（1.河北工程大學(xué) 建筑學(xué)院，河北 邯鄲 056038；2.河北工程大學(xué) 機電學(xué)院，河北 邯鄲 056038）

一、引言

二、人機工程學(xué)課程的重要性

CDIO（Conceiving-Designing-Implementing-Operation）工程教育模式是一種新型的國際工程教育模型，是由麻省理工學(xué)院、瑞典查爾姆斯技術(shù)學(xué)院、瑞典皇家工學(xué)院和瑞典林克平大學(xué)等國際知名高校，經(jīng)過四年的探索研究而創(chuàng)立形成。[1]CDIO即構(gòu)思—設(shè)計—實現(xiàn)—運行，其教育理念主要強調(diào)以工程項目（包括產(chǎn)品、生產(chǎn)流程和系統(tǒng)）的生命周期（從研發(fā)到運行）為載體，讓學(xué)生在集成化課程群理論知識掌握的基礎(chǔ)上，以主動學(xué)習(xí)、解決問題和動手實踐的方式來學(xué)習(xí)工程技術(shù)，最終達(dá)到培養(yǎng)具有綜合創(chuàng)新能力的創(chuàng)新型工程人才之目標(biāo)。[2]

工業(yè)設(shè)計專業(yè)是一門實用性很強的綜合性設(shè)計類學(xué)科，理論與實踐相結(jié)合，以實踐為主導(dǎo)是本學(xué)科辦學(xué)的指導(dǎo)方針。工業(yè)設(shè)計專業(yè)非常強調(diào)設(shè)計實踐在教學(xué)中的地位與作用，強調(diào)在實踐過程中培養(yǎng)學(xué)生的綜合創(chuàng)新能力，無論是教學(xué)模式還是培養(yǎng)理念均與CDIO的培養(yǎng)理念如出一轍。

C D I O教學(xué)模式的核心思想是將產(chǎn)品、過程或系統(tǒng)的構(gòu)思、設(shè)計、實施和運行作為工程教育的背景環(huán)境，通過集成化的課程群，來培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力和創(chuàng)新能力。在這種基本教育思想指導(dǎo)下，結(jié)合目前學(xué)校的教學(xué)條件和要求，我們將工業(yè)設(shè)計專業(yè)所開設(shè)的課程分成：項目類課程，集成化課程群，以及實踐教學(xué)環(huán)節(jié)（課程設(shè)計、實習(xí)和畢業(yè)設(shè)計），構(gòu)成了C D I O工業(yè)設(shè)計培養(yǎng)計劃的三個基本單元。《人機工程學(xué)》屬于集成化課程群中的一項重要內(nèi)容，如何將傳統(tǒng)的被動填鴨式的教學(xué)變?yōu)橹鲃討?yīng)用型的方式，是本文所探討和研究的重點。

《人機工程學(xué)》是工業(yè)設(shè)計專業(yè)的一門重要的理論基礎(chǔ)課程，其理論體系貫穿于產(chǎn)品設(shè)計的整個環(huán)節(jié)。 “以人為中心”是現(xiàn)代設(shè)計一個最基本也是最重要的出發(fā)點，而《人機工程學(xué)》的基本原理，正是基于對產(chǎn)品設(shè)計中人的因素分析的基礎(chǔ)上，如何合理的將人的因素融入到產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計全過程中。工業(yè)設(shè)計是為“人”而服務(wù)，作為實現(xiàn)以人為中心的設(shè)計思想的重要理論基礎(chǔ)，乃至衡量當(dāng)代產(chǎn)品設(shè)計水平的最重要指標(biāo)，人機工程學(xué)相關(guān)理論的研究和教學(xué)一直是設(shè)計學(xué)科領(lǐng)域中的主要方向，同樣也是工業(yè)設(shè)計的主要理論基礎(chǔ)。因此，在高校工業(yè)設(shè)計專業(yè)的教學(xué)過程中，不論是傳統(tǒng)教學(xué)方式，還是采用新的教育模式，《人機工程學(xué)》依然是這個教學(xué)體系中的一個重要組成部分，我們也很有必要去探索和研究在新型教育模式下如何對于《人機工程學(xué)》課程的改革。

人機工程學(xué)作為工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計中所必須考慮的因素，促進(jìn)了“人性化產(chǎn)品”中“人”的因素發(fā)展，同時成為了提升產(chǎn)品價值的一個重要途徑。正如管理大師麥克·波特的所說的那樣，“企業(yè)具備競爭優(yōu)勢的兩個方式，一是擴大生產(chǎn)規(guī)模，走向規(guī)模經(jīng)濟，才能占有成本上的優(yōu)勢；另一個便是創(chuàng)造企業(yè)或產(chǎn)品的附加值，制造消費者趨之若鶩的心理”。[3]人機工程學(xué)是給企業(yè)和產(chǎn)品增加有效附加值的重要“法寶”，通過對其系統(tǒng)的學(xué)習(xí)和多次的實踐運用，可以促使學(xué)生在未來的產(chǎn)品市場競爭中，能夠在產(chǎn)品同質(zhì)化和消費者對商品品質(zhì)需求越來越高的情況下，合理有效的處理產(chǎn)品與人之間的關(guān)系，出奇制勝，擊中消費者內(nèi)心敏感的神經(jīng)，這也許是《人機工程學(xué)》課程最重要的意義。

三、傳統(tǒng)教學(xué)模式中人機工程學(xué)存在的問題

在傳統(tǒng)的教學(xué)過程中，《人機工程學(xué)》在二年級上學(xué)期開設(shè)，是在學(xué)生已具備產(chǎn)品設(shè)計概念和基本知識的基礎(chǔ)上，通過系統(tǒng)的講授理論知識，并結(jié)合部分設(shè)計實踐，使學(xué)生初步掌握和運用人機工程學(xué)的相關(guān)原理進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計。主要講述內(nèi)容包括：人機工程學(xué)綜述、人體測量與數(shù)據(jù)應(yīng)用、人體感知與運動特征、人的心理與行為特征、信息界面、工作臺椅與工具設(shè)計、作業(yè)姿勢與作業(yè)空間、人機系統(tǒng)總體設(shè)計?！度藱C工程學(xué)》設(shè)置為40課時，其中理論授課34課時，而學(xué)生進(jìn)行設(shè)計實踐僅有6課時，這是由于本課程的內(nèi)容豐富，理論系統(tǒng)全面，如果占用較多的課時進(jìn)行設(shè)計實踐，勢必會造成教學(xué)內(nèi)容不能完成、理論學(xué)習(xí)不完善的后果，因此，除了較重要的設(shè)計理論占用課上時間進(jìn)行設(shè)計訓(xùn)練外，很多實踐環(huán)節(jié)都放在課下或者其他專業(yè)課程教學(xué)環(huán)節(jié)中進(jìn)行。

通過多年的教學(xué)實踐，綜合分析認(rèn)為，在傳統(tǒng)教學(xué)模式下《人機工程學(xué)》課程所存在的問題主要表現(xiàn)在以下幾方面：

（一）教學(xué)內(nèi)容寬泛，專業(yè)銜接薄弱

人機工程學(xué)是一門綜合性非常強的學(xué)科，其研究內(nèi)容和應(yīng)用范圍極其廣泛，可以說，只要是為人而進(jìn)行的設(shè)計都會應(yīng)用到人機的相關(guān)理論來指導(dǎo)設(shè)計。傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容過于寬泛、抽象，且與工業(yè)設(shè)計銜接較為薄弱。在傳統(tǒng)教學(xué)中，人機工程學(xué)作為一門獨立的課程，其內(nèi)容會面面俱到，兼顧很多設(shè)計類專業(yè)。盡管其中有些環(huán)節(jié)與工業(yè)設(shè)計最為緊密，但一般只能通過一個課題來進(jìn)行設(shè)計實踐，設(shè)計完成后，如果不再反復(fù)，學(xué)生會很快忘記。因此，教學(xué)完成后會造成重點內(nèi)容不突出，與工業(yè)設(shè)計實踐聯(lián)系不緊密，學(xué)生學(xué)完就扔，真正需要應(yīng)用時卻無從下手，一臉茫然的狀態(tài)。另外，盡管各種教材為產(chǎn)品設(shè)計歸納了富有邏輯性的設(shè)計原則，并對深層的設(shè)計原理解析透徹，但缺乏鮮活的設(shè)計案例來進(jìn)行佐證，因此，學(xué)生在最后的設(shè)計實踐中也就鮮有用學(xué)科理論來指導(dǎo)工業(yè)設(shè)計實踐的主動性。

（二）授課方式單一，教學(xué)效果較差

在以往的教學(xué)中，理論授課占到了 85%，而實踐環(huán)節(jié)僅有 15%。學(xué)生在整個教學(xué)中基本上處于被動學(xué)習(xí)狀態(tài)，積極性不高。盡管在課程初始會一再強調(diào)其重要性，但由于開設(shè)時間是在學(xué)生接觸專業(yè)之初，很多學(xué)生還對工業(yè)設(shè)計認(rèn)識不足，認(rèn)為工業(yè)設(shè)計僅等同于產(chǎn)品外觀設(shè)計，而把產(chǎn)品的尺寸選擇、界面設(shè)計、使用方式等重要的人機設(shè)計要素忽略掉，所以對于人機中的諸多枯燥理論沒有興趣，以至于本課程最終教學(xué)目標(biāo)不能實現(xiàn)。因此，單調(diào)的授課方式、片面的專業(yè)認(rèn)識，最終導(dǎo)致課程學(xué)習(xí)效果非常不理想。

（三）教學(xué)手段單一，未能學(xué)以致用

課堂教學(xué)是傳統(tǒng)教學(xué)中最主要的手段，為了調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，會在課堂上采用討論、回答問題、案例分析及簡單的設(shè)計實踐來提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，但總體來說，學(xué)生的大部分學(xué)習(xí)活動僅限于教室之中，學(xué)習(xí)內(nèi)容也是按照教材上的課題按部就班進(jìn)行，所以學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性調(diào)動的不夠充分， 很難達(dá)到最佳學(xué)習(xí)效果。

四、CDIO模式下工業(yè)設(shè)計專業(yè)人機工程學(xué)教學(xué)改革及實踐

人機工程學(xué)教學(xué)方法的恰當(dāng)選擇和教學(xué)內(nèi)容的合理安排，往往會直接影響到教學(xué)效果的成敗。因此，在實際的課堂教學(xué)中，采用科學(xué)的教學(xué)方法、先進(jìn)的教學(xué)手段與合理的教學(xué)安排，能夠很好的激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生積極思考和解決問題的能力，最終可以牢固地掌握并在設(shè)計實踐中靈活的運用知識。

（一）教學(xué)內(nèi)容的改革

《人機工程學(xué)》課程是一門應(yīng)用性很強的課程。在CDIO模式下，應(yīng)該重新組織該課程的學(xué)習(xí)內(nèi)容。教學(xué)內(nèi)容綱要中可以按照設(shè)計實踐環(huán)節(jié)來進(jìn)行模塊化教學(xué)設(shè)計，每一模塊有針對性地制定一些基本和具體的要求，教師在組織教學(xué)內(nèi)容時應(yīng)兼顧學(xué)生自 學(xué)的可行性及自學(xué)的效果。以《產(chǎn)品設(shè)計二》集成化課程群為例，在此課程群中共進(jìn)行了 5次設(shè)計課題實踐活動。如在“潘天壽”文具設(shè)計大賽實踐中，主要將人機中的人體尺寸設(shè)計及應(yīng)用、手握式工具設(shè)計等理論作為一個模塊進(jìn)行講解；在“慈溪杯”創(chuàng)意產(chǎn)品設(shè)計實踐中，主要講解人體感知與運動特征、人的心理與行為特征、信息界面等相關(guān)的人機內(nèi)容。如此以來，可以將人機工程學(xué)中與工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計最緊密的理論體系嵌入到每一次設(shè)計實踐中，并有針對性的解決每一個設(shè)計障礙，最終達(dá)到學(xué)以致用的目的。設(shè)計實踐需要知道和了解什么，人機就為你進(jìn)行解惑和指導(dǎo)，這樣一步一步、循序漸進(jìn)的將人機設(shè)計的指導(dǎo)理念深刻烙印在學(xué)生的設(shè)計思想之中，從而達(dá)到人機工程學(xué)之根本學(xué)習(xí)目的。這樣的改革措施，使得“人機工程學(xué)”實現(xiàn)了活學(xué)活用，目的明確，針對性強，更為靈活的目標(biāo)。

（二）教學(xué)模式的改革

在CDIO模式下，工業(yè)設(shè)計專業(yè)教學(xué)計劃做了大量調(diào)整，主要是采用以設(shè)計實踐進(jìn)行專業(yè)學(xué)習(xí)的主動學(xué)習(xí)方式，教師在教學(xué)過程中成為組織、引導(dǎo)和輔導(dǎo)的角色，學(xué)生則成為主動、探索和創(chuàng)新的設(shè)計者。同樣，對于人機工程學(xué)的學(xué)習(xí)也應(yīng)該在工程設(shè)計實踐中獲得，對其進(jìn)行的教學(xué)模式改革包括：

1.將人機工程學(xué)貫穿于學(xué)校課堂實踐中。

在每個設(shè)計課題中，均會按照課題的設(shè)計內(nèi)容來設(shè)置人機設(shè)計單元，包括講解、設(shè)計、指導(dǎo)、實驗、模型、比較、討論等過程。例如在電風(fēng)扇開關(guān)設(shè)計這個課題中，按照產(chǎn)品設(shè)計的需求，需要講授人機的信息界面設(shè)計、操縱裝置設(shè)計及操縱與顯示相合性等內(nèi)容。學(xué)生在設(shè)計過程中，還需分別指導(dǎo)、區(qū)別對待，如有的同學(xué)采用旋鈕方式，這就需要運用人機中旋鈕設(shè)計的相關(guān)內(nèi)容；而有的同學(xué)是采用觸屏的方式，則需要用到人機中關(guān)于屏幕設(shè)計的各項設(shè)計原則。設(shè)計方案確定后，為了檢驗設(shè)計效果，需要按照實物大小制作產(chǎn)品模型，學(xué)生利用模型可以真實的觸摸、感受自己所設(shè)計的人機界面設(shè)計，判斷旋鈕的尺寸大小是否合適，擺放位置是否合理等，之后進(jìn)行設(shè)計方案的調(diào)整，直到最佳效果。將人機工程學(xué)和學(xué)生正在進(jìn)行的設(shè)計課題相結(jié)合，會讓學(xué)生感覺到像是在尋找打開設(shè)計之鎖的“鑰匙”一樣，能主動積極的去捕捉，去學(xué)習(xí)。

2.將人機工程學(xué)貫穿于校企聯(lián)合培養(yǎng)中。

校企聯(lián)合培養(yǎng)是我們專業(yè)在CDIO模式下，率先在全校開展進(jìn)行的一種工程實踐方式，目前已經(jīng)運行了 1年的時間，效果非常成功，得到了學(xué)校、企業(yè)、學(xué)生及家長的一致首肯。在該模式下，學(xué)校與企業(yè)簽訂聯(lián)合培養(yǎng)協(xié)議，將高年級的學(xué)生推薦到用人企業(yè)去參與真正的設(shè)計實踐。這種課題實踐的過程是：(1)與企業(yè)建立聯(lián)系，確定具體項目；(2)由教師或工程師制定任務(wù)書；(3)學(xué)生消化任務(wù)內(nèi)容，查找相關(guān)資料；(4)進(jìn)行有關(guān)設(shè)計，教師或工程師把關(guān)；(5)學(xué)生親自動手操作，充分發(fā)揮其技能水平，進(jìn)行實際加工制作；(6)學(xué)校與企業(yè)綜合評價考核。[1]

在高年級學(xué)生的校企聯(lián)合培養(yǎng)中，人機工程學(xué)仍然會繼續(xù)貫徹其中，甚至效果更突出。例如，在上學(xué)期的校企聯(lián)合培養(yǎng)中，有部分學(xué)生到展示設(shè)計公司實踐。在進(jìn)行每一次的設(shè)計實踐過程中，一方面需要和校內(nèi)及校外指導(dǎo)教師進(jìn)行溝通，主動學(xué)習(xí)掌握相關(guān)的人機理論，包括如何在展示設(shè)計中考慮人體尺寸、人體動態(tài)姿勢分析、視力及其特征、人的心理活動特征等各部分與展示設(shè)計息息相關(guān)的人機內(nèi)容；另外，最為明顯的優(yōu)勢是可以深入到公司的制作車間，親自參與工程的施工制作過程，身臨其境的感受自己在設(shè)計中的不足，如接待臺的高度是否適合工作人員的各種活動姿勢，數(shù)字化顯示屏的安裝高度是否適合參觀者進(jìn)行觀展，活動體驗區(qū)的布置是否有利于人員進(jìn)行各種操控活動等等，這些切身體會讓學(xué)生真切感受到人機的設(shè)計原則對于設(shè)計過程指導(dǎo)的重要性，從而也會真正掌握展示設(shè)計行業(yè)中必備的人機工程理論。

（三）教學(xué)手段的改革

教學(xué)手段是為了教學(xué)目標(biāo)而服務(wù)的。在工程實踐為主的教學(xué)過程中，人機工程學(xué)的內(nèi)容與設(shè)計環(huán)節(jié)緊密聯(lián)系，所采用的教學(xué)手段，主要包括：

1.建立人機實驗室

俗話說，百學(xué)不如一試。人機工程學(xué)課程中有很多諸如設(shè)計尺寸、參考數(shù)據(jù)、生理及心理特性等非?？菰锏睦碚撝R內(nèi)容，單純的講解會讓學(xué)生難以接受；但如果把它們搬到實驗室，通過學(xué)生自己的親身實踐、親自測量等手段獲得這些知識的話，學(xué)生會深刻理解尺寸數(shù)據(jù)的來源，各種原理及特性的應(yīng)用，達(dá)到事半功倍的效果。例如對于人體尺寸測量與應(yīng)用這個內(nèi)容模塊，是人機中人體尺寸獲得的基礎(chǔ)，更是產(chǎn)品尺寸確定的重要參考。傳統(tǒng)教學(xué)中，對于該部分內(nèi)容，教師會對照人體尺寸表格和圖示一一講解，以幫助學(xué)生理解。這種教學(xué)模式出現(xiàn)的問題是：一旦離開書本，學(xué)生很快就會忘記測量項目的名稱和具體測量的人體部位，更難以在產(chǎn)品尺寸的設(shè)計中，快速、有效地選擇人體尺寸的參考值。所以在CDIO模式下，我們將此內(nèi)容搬到了實驗室，設(shè)定了有針對性的實踐環(huán)節(jié)：首先由同學(xué)們相互配合，測量個人的人體主要尺寸，立姿和坐姿尺寸等，畫出尺寸圖，并進(jìn)行1:2 的人體模板制作；并依據(jù)此模板，設(shè)計一套適合自己使用的電腦桌椅，要求詳盡的分析考慮產(chǎn)品各部分的尺寸。通過該實踐環(huán)節(jié)，同學(xué)們在完成過程中表現(xiàn)的非常興奮，既搞懂了人體尺寸測量的相關(guān)知識，又對于產(chǎn)品尺寸的選擇與應(yīng)用有了一個深入的認(rèn)識過程。此過程既有獨立完成部分，又有相互協(xié)作的環(huán)節(jié)，不僅鍛煉了個人掌握和運用知識的能力，又增強了團(tuán)隊協(xié)作精神，可謂是一舉多得。

2.以設(shè)計競賽為契機，有針對性地組織教學(xué)內(nèi)容

如何調(diào)動學(xué)生主動參與設(shè)計實踐的積極性，各類設(shè)計競賽無疑是一種非常有效的方式。工業(yè)設(shè)計專業(yè)是一門設(shè)計范疇很廣泛的專業(yè)，各種國際性設(shè)計比賽，如 IF、紅點等，以及國內(nèi)各種設(shè)計協(xié)會舉辦的比賽，如潘天壽文具設(shè)計大賽，“大圣杯”玩具設(shè)計大賽等，這些設(shè)計比賽均可作為實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)計課題。首先，設(shè)計比賽有明確的設(shè)計主題，對于學(xué)生的綜合能力培養(yǎng)有很強的鍛煉和提高作用；另外，學(xué)生在參賽后獲獎的成就感，可以極大地促進(jìn)對于本專業(yè)的深度學(xué)習(xí)，這種學(xué)習(xí)動力的形成，是主動學(xué)習(xí)的關(guān)鍵。例如，在2012年的潘天壽文具設(shè)計大賽中，設(shè)計對象是以文具為主，與人手的尺寸、使用姿勢等人機內(nèi)容密切相關(guān)，因此在設(shè)計實踐中，詳細(xì)給同學(xué)們分析講解了人手的生理特性，各項尺寸在手握式工具的具體運用等相關(guān)知識，現(xiàn)學(xué)現(xiàn)用，鮮活生動，讓學(xué)生完全理解了手握式工具與人體姿勢等人機內(nèi)容，并實際運用到了自己的設(shè)計課題中。

3.實際案例分析討論，加深印象，改良設(shè)計，樹立正確觀念。

現(xiàn)有的人機教材應(yīng)用范圍廣，專門針對工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計的案例分析較少，為了彌補這些不足，在教學(xué)過程中按照相關(guān)內(nèi)容組織安排了多次案例分析及討論。例如在人機工程學(xué)內(nèi)容講授之初，為了引起學(xué)生對課程的重視，采用課堂討論的方式，組織學(xué)生一起來探討課程的重要性。討論的課題為：“尋找身邊的不足”，讓學(xué)生積極發(fā)言，去挖掘生活、學(xué)習(xí)和活動中所使用的各類產(chǎn)品的設(shè)計不足，并深入分析這些不足是如何形成的。各位同學(xué)在討論中都運用發(fā)散性思維努力思考，最終歸納時發(fā)現(xiàn)，很多產(chǎn)品的設(shè)計不當(dāng)居然都是由于沒有充分考慮到“人”的因素所造成的，從而樹立了對于人機工程學(xué)內(nèi)容學(xué)習(xí)的正確觀念。

五、結(jié)束語

CDIO教育模式作為培養(yǎng)工業(yè)設(shè)計學(xué)生創(chuàng)新精神和實踐能力的有效途徑，它強調(diào)的是學(xué)生的綜合能力與社會大環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展，同時更注重工程實踐，加強培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計實踐能力。在CDIO教育理念指導(dǎo)下，對“人機工程學(xué)”課程進(jìn)行教學(xué)改革是為了順應(yīng)新的教學(xué)模式，以獲得最佳的教學(xué)效果。在此次教學(xué)改革過程中，得到了學(xué)生的熱情響應(yīng)與支持，教學(xué)效果明顯。通過對參加教學(xué)改革的學(xué)生調(diào)查發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對該課程教學(xué)內(nèi)容的學(xué)習(xí)興趣明顯提高，大家都表示在這種方式下不再是枯燥的學(xué)，而是積極主動的學(xué)。很多學(xué)生在設(shè)計比賽中獲獎，自己的設(shè)計成果得到了肯定，這無疑是對學(xué)生學(xué)習(xí)的極大肯定和鼓舞，同時也更加激發(fā)了老師的工作熱情，實在是一件很有意義的事情。

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