“安全人機(jī)工程學(xué)”教學(xué)方法優(yōu)化與實(shí)踐

吳建松 楊小彬 秦躍平

中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）資源與安全工程學(xué)院

高等學(xué)校教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)專欄

“安全人機(jī)工程學(xué)”教學(xué)方法優(yōu)化與實(shí)踐

吳建松 楊小彬 秦躍平

中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）資源與安全工程學(xué)院

針對(duì)安全工程專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)新需求和“安全人機(jī)工程學(xué)”課程特點(diǎn)及教學(xué)過程中存在的問題和不足，分析了“安全人機(jī)工程學(xué)”教學(xué)方法改革的必要性，提出了如何改進(jìn)該課程傳統(tǒng)教學(xué)方法的具體實(shí)施方案，即建立課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)探究和應(yīng)用設(shè)計(jì)課上課下相結(jié)合的多元教學(xué)方法和實(shí)踐應(yīng)用能力培養(yǎng)模式。

安全人機(jī)工程學(xué)；教學(xué)方法；人機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)

安全工程專業(yè)是一個(gè)涉及理、工、文、法、管等學(xué)科的綜合交叉工科專業(yè)，安全工程專業(yè)強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)復(fù)合型人才，這種大安全思維涉及石油、化工、冶金、礦業(yè)、交通、建筑、環(huán)境等多個(gè)領(lǐng)域?！鞍踩藱C(jī)工程學(xué)”從安全的角度和著眼點(diǎn)，運(yùn)用人機(jī)工程學(xué)的原理和方法去解決人機(jī)結(jié)合面安全問題的一門新興學(xué)科，是安全工程專業(yè)四門大類專業(yè)基礎(chǔ)必修課之一，在安全工程專業(yè)的培養(yǎng)計(jì)劃中有非常重要的地位，對(duì)培養(yǎng)復(fù)合型的具有大安全思維的專業(yè)人才具有重要的指導(dǎo)意義。由此可見，該課程對(duì)安全工程專業(yè)本科生培養(yǎng)的重要性，對(duì)于該課程擬定一個(gè)科學(xué)的教學(xué)模式直接影響安全工程專業(yè)本科生的培養(yǎng)質(zhì)量。作為我校“安全人機(jī)工程學(xué)”課程的主講團(tuán)隊(duì)，結(jié)合近年來對(duì)“安全人機(jī)工程學(xué)”課程的教學(xué)實(shí)踐，對(duì)該課程教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式進(jìn)行了一些探索與實(shí)踐，并得到了一些粗淺的體會(huì)和經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)如下。

1 “安全人機(jī)工程學(xué)”課程教學(xué)方法改革的必要性

1.1 課程教學(xué)中存在的問題和難點(diǎn)

（1）課程概念多理論性強(qiáng)，單純性課堂講授難以調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性?！鞍踩藱C(jī)工程學(xué)”是新興綜合性交叉學(xué)科，課程內(nèi)容涉及多個(gè)行業(yè)方面的知識(shí)，因此課程教學(xué)內(nèi)容含有大量學(xué)科概念，理論性很強(qiáng)。此外，該課程中一些概念比較抽象且字面比較相近，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中容易混淆。同時(shí)，“安全人機(jī)工程學(xué)”中繁多的圖表，令學(xué)生一時(shí)難以理清知識(shí)脈絡(luò)。上述抽象的概念、知識(shí)點(diǎn)、圖表之間的復(fù)雜關(guān)系，大大地降低了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，只通過單純性課堂講授難以調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性。

（2）課程內(nèi)容多學(xué)時(shí)少，缺乏充足的課堂討論交流，造成教學(xué)效果差。目前安全工程專業(yè)培養(yǎng)的是復(fù)合型人才，這種大安全思維牽涉的領(lǐng)域較寬，本課程涵蓋的內(nèi)容較多，涉及面廣、信息量大，涉及石油、化工、冶金、煤礦、交通、建筑等多行業(yè)的知識(shí)點(diǎn)和多方面內(nèi)容，在課時(shí)量較少的情況下，授課教師無法單純以一本教材讓學(xué)生認(rèn)知清楚。為滿足教學(xué)安排，往往不得不加快教學(xué)進(jìn)程，留設(shè)課堂討論交流的時(shí)間較少，使得學(xué)生不能深入透徹理解課程內(nèi)容，造成教學(xué)效果較差。

（3）課程啟發(fā)性應(yīng)用案例較少，學(xué)生專業(yè)背景認(rèn)知不足，實(shí)踐應(yīng)用能力培養(yǎng)不足。近年來，現(xiàn)代化生產(chǎn)中的“機(jī)”（廣義的機(jī)包括勞動(dòng)工具、機(jī)械設(shè)備、勞動(dòng)手段和環(huán)境條件、工藝流程、原材料等）向著高速化、精密化、復(fù)雜化方向發(fā)展，然而對(duì)于操縱這些“機(jī)”的人類的生理、生物力學(xué)等特性卻無多大變化，這就使得人與“機(jī)”之間的不匹配、不協(xié)調(diào)、不平衡加大了，從而造成人機(jī)結(jié)合面對(duì)安全問題更加復(fù)雜化[1]。然而，目前“安全人機(jī)工程學(xué)”教科書和課程教學(xué)中缺乏新的啟發(fā)性的人機(jī)應(yīng)用案例，另外由于這門課程一般在大三期間開設(shè)，安全工程專業(yè)學(xué)生在學(xué)習(xí)該課程之前往往只開展過認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)，專業(yè)背景明顯不足，另外該課程學(xué)習(xí)要求較強(qiáng)的工程背景知識(shí)，該要求對(duì)初學(xué)專業(yè)課的學(xué)生也明顯存在一定的難度[2]，從而不能使學(xué)生深入了解人機(jī)工程學(xué)理論在安全專業(yè)的應(yīng)用，從而造成專業(yè)實(shí)踐應(yīng)用能力培養(yǎng)不足。

1.2 課程教學(xué)方法改革和優(yōu)化的重要性

隨著國(guó)家對(duì)安全生產(chǎn)的重視程度不斷提升，安全工程專業(yè)也愈發(fā)受到人們的關(guān)注。由于安全工程專業(yè)是一個(gè)綜合交叉工科專業(yè)，它既涉及安全技術(shù)、安全管理,又涉及政策、法律、法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn),傳統(tǒng)的工科專業(yè)課程教學(xué)模式不能較好地實(shí)現(xiàn)安全工程專業(yè)課教學(xué)目標(biāo)和需求[3]?！鞍踩藱C(jī)工程學(xué)”作為安全工程專業(yè)重要大類專業(yè)基礎(chǔ)必修課，其教學(xué)情況，在一定程度上不僅影響者本科生教育，同時(shí)還影響著復(fù)合型、創(chuàng)新型安全專業(yè)人才的培養(yǎng)。“安全人機(jī)工程學(xué)”教學(xué)內(nèi)容多而雜、知識(shí)面廣，知識(shí)點(diǎn)密集而不深，在有限學(xué)時(shí)授課內(nèi)容多的情況下，對(duì)該課程教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化是非常必要的，探討和設(shè)計(jì)靈活多樣的教學(xué)模式是非常重要的。

2 “安全人機(jī)工程”課程教學(xué)方法優(yōu)化和實(shí)施方案

在“安全人機(jī)工程”課程教學(xué)過程中，除采用常規(guī)的課堂講授模式外，將圖片影像視頻展示、課堂討論、人機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)分析等多種教學(xué)方式有機(jī)結(jié)合，建立了課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)探究和應(yīng)用設(shè)計(jì)課上課下相結(jié)合的多元教學(xué)方法和實(shí)踐應(yīng)用能力培養(yǎng)模式，大大激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新思維，取得了較好的教學(xué)效果。

2.1 課堂教學(xué)方法和課下討論答疑方式改進(jìn)和優(yōu)化

（1）借助現(xiàn)代多媒體教育技術(shù)擴(kuò)充人機(jī)學(xué)圖片影像視頻展示，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)安全人機(jī)理論知識(shí)應(yīng)用方面的理解，激發(fā)學(xué)生對(duì)課程學(xué)習(xí)的興趣。近年來，隨著科技的的不斷發(fā)展，多媒體技術(shù)成為教育教學(xué)過程中一個(gè)非常重要的手段?！鞍踩藱C(jī)工程學(xué)”是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，課堂教學(xué)如果僅有演示文檔，課堂以教師講課為主，再加上授課內(nèi)容較抽象，學(xué)生只能被動(dòng)地參與這個(gè)過程，教學(xué)效果不理想。而充分應(yīng)用多媒體計(jì)算機(jī)這樣的交互式學(xué)習(xí)環(huán)境，在教學(xué)過程中增加動(dòng)畫、圖形、聲音和視頻短片等內(nèi)容，展現(xiàn)生產(chǎn)實(shí)際情景或事故場(chǎng)景，讓學(xué)生增強(qiáng)感性認(rèn)識(shí)，更有身臨其境的感覺，使枯燥的知識(shí)變成動(dòng)態(tài)清晰表達(dá)的知識(shí)和畫面[4]。教學(xué)中使用的多媒體案例都是任課教師針對(duì)授課內(nèi)容精心整理的，具有時(shí)效性與價(jià)值性。此外，在教學(xué)過程中還向?qū)W生提供更多的課外資料，如列舉一些與教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的國(guó)內(nèi)外安全網(wǎng)站。上述措施可以大大提高學(xué)生參與的積極性，加深學(xué)生教學(xué)內(nèi)容的理解。目前我們已經(jīng)制作和收集了一些圖片和視屏（寶馬S1000RR操控研發(fā)與測(cè)試全過程、德國(guó)四次工業(yè)革命介紹、采煤工作面采煤機(jī)工作動(dòng)畫、解析公共安全危機(jī)等涉及多個(gè)領(lǐng)域的視頻錄像），在課堂教學(xué)實(shí)踐中取得了較好的效果，大大提高學(xué)生參與的積極性，加深學(xué)生教學(xué)內(nèi)容的理解[5]。

（2）建立安全人機(jī)工程學(xué)應(yīng)用案例庫(kù)，使各個(gè)教學(xué)章節(jié)配備相關(guān)人機(jī)應(yīng)用案例。“安全人機(jī)工程學(xué)”是從安全的角度出發(fā)，解決人機(jī)結(jié)合面的安全問題，與工程聯(lián)系性很強(qiáng)，解決各種安全問題，考慮到本科生對(duì)課程內(nèi)容背景認(rèn)知不足的條件下，單憑教材上的知識(shí)是不夠的。因此，為了使學(xué)生能較系統(tǒng)的了解課程專業(yè)背景，深入了解相關(guān)理論知識(shí)在實(shí)踐中的運(yùn)用，將實(shí)際工程案例引入教學(xué)內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)特定的教學(xué)案例問題進(jìn)行分析，與課本教材相結(jié)合，幫助學(xué)生更好的理解書本知識(shí)。針對(duì)安全工程專業(yè)說，工作需要解決各種安全問題，引入專業(yè)案例教學(xué)非常重要，例如office辦公空間人機(jī)設(shè)計(jì)、安全防護(hù)裝置設(shè)計(jì)案例、人機(jī)工程學(xué)在切爾諾貝利核事故演變分析中的應(yīng)用案例。通過案例教學(xué)不僅可以使學(xué)生加深對(duì)理論知識(shí)的理解，也有利于拓展學(xué)生的思維模式，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣與動(dòng)力[6]，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)應(yīng)用和實(shí)踐能力。因此，教學(xué)團(tuán)隊(duì)近幾年來特別重視對(duì)安全專業(yè)應(yīng)用案例庫(kù)的建設(shè)，對(duì)各個(gè)案例根據(jù)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行分類，細(xì)化到各個(gè)章節(jié)的教學(xué)中。

（3）安排課程助教，設(shè)置網(wǎng)絡(luò)討論課堂，促進(jìn)課程討論和交流。為了幫助學(xué)生更好的學(xué)習(xí)“安全人機(jī)工程學(xué)”課程，在課程教學(xué)過程中我們安排了助教，助教一般由青年教師或高年級(jí)研究生擔(dān)任，主要負(fù)責(zé)課程作業(yè)批改和答疑，并與學(xué)生交流討論學(xué)習(xí)中和人機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)中遇到的問題，同時(shí)將問題及時(shí)反饋給任課教師。另外，在課外，我們還充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，建立了網(wǎng)絡(luò)討論課堂（電子郵箱、QQ群、微信群）。學(xué)生可將遇到的問題與相關(guān)意見以郵件的形式發(fā)給老師或發(fā)布在QQ群、微信群中，助教或任課教師基本每天都會(huì)及時(shí)反饋。通過設(shè)立助教和建立網(wǎng)絡(luò)討論渠道，較大程度上促進(jìn)了課外老師和學(xué)生的互動(dòng)，增進(jìn)了該課程的教學(xué)效果。

2.2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)與優(yōu)化

“安全人機(jī)工程學(xué)”課程概念抽象、圖表數(shù)據(jù)繁多、涉及面廣，通過實(shí)驗(yàn)幫助學(xué)生加深對(duì)人機(jī)工程理論知識(shí)的理解和掌握是十分必要的[7]。由于課時(shí)有限，我校“安全人機(jī)工程”課程安排了4學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)，結(jié)合我校煤炭行業(yè)特色，我們對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行了精心設(shè)計(jì)，主要設(shè)計(jì)了三個(gè)實(shí)驗(yàn)：人體的人機(jī)學(xué)參數(shù)測(cè)量；多項(xiàng)職業(yè)能力測(cè)試；巷道環(huán)境條件下人體機(jī)能影響性實(shí)驗(yàn)。

通過人體的人機(jī)學(xué)參數(shù)測(cè)量實(shí)驗(yàn)掌握人體測(cè)量的基本方法，能運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與分析，從而獲得人體靜態(tài)測(cè)量參數(shù)及群體統(tǒng)計(jì)參數(shù)特征值，以分析評(píng)價(jià)人在生活、生產(chǎn)中所處空間環(huán)境的舒適范圍和安全限度。多項(xiàng)職業(yè)能力測(cè)試實(shí)驗(yàn)通過對(duì)人的多項(xiàng)生理反應(yīng)特性和心理功能進(jìn)行綜合測(cè)試，從而了解人的綜合心理素質(zhì)和反應(yīng)特性，可為職業(yè)選擇、職業(yè)培訓(xùn)提供科學(xué)依據(jù)。巷道環(huán)境條件下人體機(jī)能影響性實(shí)驗(yàn)通過礦井人工氣候模擬和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行，該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可人工控制光照、溫度、濕度和氣體成分等因素的密閉隔離設(shè)備，可以模擬礦井條件下的環(huán)境條件，用以研究環(huán)境條件變化對(duì)人體生理活動(dòng)的影響，可以加深學(xué)生理解人機(jī)環(huán)三者關(guān)系，掌握測(cè)試心率、體溫等參數(shù)的方法和原理。

從這幾年來的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果和學(xué)生評(píng)價(jià)來看，我校設(shè)計(jì)的這三項(xiàng)“安全人機(jī)工程學(xué)”實(shí)驗(yàn)內(nèi)容對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)和理解安全人機(jī)工程學(xué)基本理論及其應(yīng)用起到了很好的輔助作用。

2.3 開展安全人機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐應(yīng)用能力

（1）設(shè)置安全人機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)專題，并進(jìn)行匯報(bào)討論。人機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)專題有兩個(gè)方向：第一，命題式設(shè)計(jì)，依據(jù)多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，我們精心選取多個(gè)關(guān)于安全人機(jī)工程學(xué)的經(jīng)典問題，將這些問題分別布置給各個(gè)學(xué)習(xí)小組，然后各學(xué)習(xí)小組針對(duì)各自的題目進(jìn)行調(diào)研，產(chǎn)品設(shè)計(jì)；第二，自主選題式設(shè)計(jì)，由學(xué)生根據(jù)安全人機(jī)工程學(xué)理論解決生活中的人機(jī)問題。最后，利用討論課時(shí)間，組織各組以PPT形式向大家匯報(bào)成果，通過與大家的交流與討論，進(jìn)一步優(yōu)化作品，同時(shí)將專題設(shè)計(jì)的匯報(bào)作為期末考試總成績(jī)?cè)u(píng)定的衡量標(biāo)準(zhǔn)之一。在課堂內(nèi)外教學(xué)過程中充分發(fā)揮了學(xué)生的主觀能動(dòng)性，使學(xué)生充分融入了課程學(xué)習(xí)中去。

近幾年來，這種安全人機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)充分激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新思維，通過該課程的學(xué)習(xí)和應(yīng)用設(shè)計(jì)學(xué)生也取得了大量創(chuàng)新性成果，申報(bào)并獲授權(quán)了不倒翁筆、一種新型鉛筆、用于公共交通工具上的可伸縮抓握裝置、一種礦區(qū)用雨靴、一種飲用水供水裝置、一種暖水瓶放置保護(hù)架、一種專門用于活魚抓取、剖殺、去鱗的防滑手套等多項(xiàng)發(fā)明或?qū)嵱眯滦蛯＠纳峡梢钥闯?，該教學(xué)環(huán)節(jié)富有成效，不僅能有效幫助學(xué)生理解和掌握安全人機(jī)工程學(xué)知識(shí)，也能拓展學(xué)生的安全人機(jī)工程學(xué)實(shí)踐應(yīng)用能力。

（2）充分利用大學(xué)生創(chuàng)新計(jì)劃平臺(tái)，并以科研與實(shí)踐促進(jìn)教學(xué)。國(guó)家為鼓勵(lì)復(fù)合型、創(chuàng)新型人才培養(yǎng)，教育部和北京市每年都組織多項(xiàng)大學(xué)生創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目，面對(duì)這一良好平臺(tái)和條件，我們鼓勵(lì)學(xué)生積極參與該項(xiàng)活動(dòng)，應(yīng)用安全人機(jī)工程學(xué)基本理論進(jìn)行選題，并在開展研究工作過程中給予方法和技術(shù)指導(dǎo)，幫助學(xué)生提升實(shí)踐應(yīng)用能力。

近幾年來，結(jié)合該課程我們指導(dǎo)了六項(xiàng)大學(xué)生創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目，取得了較多研究成果，分析解決了不少實(shí)際問題，例如應(yīng)用人機(jī)工程學(xué)知識(shí)分析了學(xué)校食堂就餐時(shí)書包存放問題，提出了切實(shí)可行的解決方案；應(yīng)用人機(jī)工程學(xué)基本理論對(duì)學(xué)校電熱水器NFC感應(yīng)水閥進(jìn)行了更節(jié)能更節(jié)水的設(shè)計(jì)；研究申報(bào)了有關(guān)樓梯扶手處安全通道設(shè)計(jì)專利和一種洪水淹樓梯流侵地下空間專利；還指導(dǎo)學(xué)生開展了溫濕度、風(fēng)速對(duì)礦工工作服的透熱和透濕性能的研究。上述人機(jī)實(shí)踐應(yīng)用和科研訓(xùn)練環(huán)節(jié)對(duì)“安全人機(jī)工程學(xué)”課程的教學(xué)進(jìn)行了很好的補(bǔ)充，開拓了學(xué)生的創(chuàng)新思維，提高了學(xué)生的實(shí)踐應(yīng)用能力。

3 結(jié)束語

“安全人機(jī)工程學(xué)”課程安全工程專業(yè)本科生教育中占有重要地位，為滿足國(guó)家對(duì)安全工程專業(yè)復(fù)合型人才的需求，“安全人機(jī)工程學(xué)”教學(xué)方法需不斷改進(jìn)和優(yōu)化。本文針對(duì)“安全人機(jī)工程學(xué)”課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)特點(diǎn)和目前教學(xué)過程中存在的問題，提出了該課程教學(xué)方法改革和優(yōu)化的思路，即建立課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)探究和應(yīng)用設(shè)計(jì)課上課下相結(jié)合的多元教學(xué)方法和實(shí)踐應(yīng)用能力培養(yǎng)模式，同時(shí)也提出了具體改進(jìn)實(shí)施方案。實(shí)踐結(jié)果表明，采取這種多元化教學(xué)方式使得“安全人機(jī)工程學(xué)”課程教學(xué)效果有了很大提升，不僅能促進(jìn)學(xué)生對(duì)安全人機(jī)工程學(xué)理論知識(shí)的深入理解，也能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提升實(shí)踐應(yīng)用能力，有助于培養(yǎng)創(chuàng)新型、復(fù)合型人才。

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