人因工程學立體化課程體系建設(shè)

陳磊 姜喜迪

[摘 要]為提高人因工程學課程教學質(zhì)量，改善教學效果，中國礦業(yè)大學（北京）人因工程學課程在分析人因工程學課程教學現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，通過構(gòu)建多“點”教學資源，由案例教學串聯(lián)，建設(shè)了基于基礎(chǔ)層、進階層、應(yīng)用層的人因工程學立體化課程體系?；A(chǔ)層包括人體測量、作業(yè)負荷、人的生理特征、人的認知特征、人的可靠性以及人因工程的發(fā)展、研究內(nèi)容、方法等；進階層包括作業(yè)環(huán)境、作業(yè)空間、人機交互界面設(shè)計以及人機系統(tǒng)等；應(yīng)用層為綜合設(shè)計，將人因工程的基本理論、方法與生產(chǎn)生活實際結(jié)合在一起。

[關(guān)鍵詞]人因工程；課程體系；立體化；實驗教學；案例教學

[中圖分類號] G642.3 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2018）02-0071-03

人因工程學是工業(yè)工程專業(yè)核心課程之一，其研究對象為“人—機器—環(huán)境”組成的系統(tǒng)，研究內(nèi)容包括對作業(yè)環(huán)境的設(shè)計和改善、對人和機器相互適應(yīng)的設(shè)計，使人在系統(tǒng)中安全、健康、舒適，使整個系統(tǒng)高效運轉(zhuǎn)。[1]隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，機器設(shè)備向著自動化、智能化發(fā)展，但對機器設(shè)備的設(shè)計、操作、監(jiān)控等工作依然由人來完成，隨著自動化程度的提高，人的因素在工業(yè)系統(tǒng)中的作用更加重要，因為人的小小失誤，有可能會造成系統(tǒng)極大的誤差或帶來嚴重的后果?，F(xiàn)代人因工程的應(yīng)用領(lǐng)域逐漸由工業(yè)生產(chǎn)擴展至社會經(jīng)濟體系、體育產(chǎn)業(yè)以及家居設(shè)計等方面，這些方面都需要人因工程方向的專業(yè)人才。[2]人因工程學課程作為學生了解、學習人因工程知識的基礎(chǔ)課程，需要不斷改革創(chuàng)新，提高教育教學質(zhì)量。本文以中國礦業(yè)大學（北京）工業(yè)工程專業(yè)人因工程學課程為例，在分析人因工程學課程教學現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，探討構(gòu)建立體化課程新體系。

一、課程概述

（一）課程設(shè)置狀況

中國礦業(yè)大學（北京）于2001年開始招收工業(yè)工程專業(yè)，人因工程學一直是工業(yè)工程專業(yè)的核心課程，共40學時，其中理論教學32學時，實驗教學8學時。人因工程學是一門基于實驗科學發(fā)展起來的多學科綜合性課程，涉及測量學、生物力學、生理學、心理學、管理學、工業(yè)設(shè)計等多個學科領(lǐng)域。[3]其要求學生學習該課程前具備一定的數(shù)理統(tǒng)計、機械、生理、心理、管理以及基礎(chǔ)工業(yè)工程相關(guān)知識，因此，本課程安排在第六學期。課程內(nèi)容包括五部分：人因工程學概述、人的工作環(huán)境、人的工作效能、人體測量與作業(yè)空間、人機系統(tǒng)與人機界面設(shè)計。理論教學針對以上五部分展開，實驗教學主要為人體測量、人的認知特征以及心理測試等方面。

（二）課程特點

人因工程學起源于英國。20世紀40年代末期，英國海軍成立了一個交叉學科研究組，研究如何提高人的效率問題，標志著人因工程學的誕生。人因工程學的發(fā)展以試驗為基礎(chǔ)，通過對人機關(guān)系的研究，逐步由“人適機”、“機宜人”發(fā)展至人機相互適應(yīng)。現(xiàn)階段，人因工程學的研究方向包括人的特性研究、工作負荷研究、工作環(huán)境研究、人機交互研究、安全管理及人的可靠性研究，以及人工智能模擬研究等，研究方法包括觀察法、實測法、實驗法、模擬和模型實驗法、計算機數(shù)值仿真法等。由研究內(nèi)容和研究方法可知，對人因工程學的研究，離不開實驗分析，注重試驗教學、強調(diào)理論與實踐的結(jié)合，是人因工程學課程最大的特點。通常情況下，人因工程學試驗教學課時占到總課時數(shù)的1/5以上。[4]因此，在人因工程學教學過程中，要注意理論教學與試驗教學的協(xié)調(diào)，通過一定量的實驗來輔助教學。

二、教學現(xiàn)狀分析

（一）教學內(nèi)容分塊，缺少綜合應(yīng)用

現(xiàn)有的人因工程學課程體系由兩部分構(gòu)成，理論教學和實驗教學。理論教學偏向于人的生理特征、認知特征和作業(yè)環(huán)境分析，實驗教學偏向于人體測量、人的認知特征，各單元相互獨立，缺乏必要的相互聯(lián)系和綜合應(yīng)用。學生雖然對某一單元進行了較為深入的學習和理解，但由于缺乏綜合應(yīng)用，無法將各單元內(nèi)容進行有效串聯(lián)、融會貫通，同時也無法將學到的各單元知識與工業(yè)生產(chǎn)過程關(guān)聯(lián)起來。因此，需要增加一個將各單元串聯(lián)到一起的綜合運用實踐教學環(huán)節(jié)，構(gòu)建更加完善的人因工程課程新體系，培養(yǎng)學生對知識的綜合運用能力以及工程實踐能力。

（二）課程教學內(nèi)容與學時數(shù)不匹配

人因工程學課程涵蓋內(nèi)容較多，包括人體科學、工程科學、環(huán)境科學等多學科領(lǐng)域[5]，許多教材的教學內(nèi)容都不少于12章，而一般的理論課教學學時為32學時，課程內(nèi)容多而學時少的矛盾比較突出。在理論教學內(nèi)容中，基礎(chǔ)性教學模塊約占課程總量的60%左右，該部分內(nèi)容以課堂講授為主，偏重理論，略顯枯燥，學生學習的積極性不高。有的人因工程教材列出了工作研究（含動作分析和時間研究）以及人因安全等方面的內(nèi)容，該部分內(nèi)容與工業(yè)工程原理、安全管理學課程內(nèi)容有重疊和交叉；另外，人因工程學的人體測量和作業(yè)空間布置的內(nèi)容和設(shè)施規(guī)劃與物流分析課程中的設(shè)施布置內(nèi)容有一定的重復(fù)。因此，要對人因工程學教學內(nèi)容進行重新梳理，進一步壓縮其與其他課程重復(fù)的內(nèi)容，在有限的學時內(nèi)高效完成授課內(nèi)容。

（三）案例教學不足，課堂互動偏少

國內(nèi)對人因工程的研究起步較晚，針對人因工程的教學案例比較匱乏，有些案例不能有針對性地進行相關(guān)理論和方法的分析，只是比較牽強地歸結(jié)到“人因”角度；有些案例與生產(chǎn)實際的結(jié)合不緊密，缺乏相應(yīng)的工業(yè)生產(chǎn)背景描述。課堂教學過程中，學生更多為被動聽課狀態(tài)，即使進行案例分析時學生的積極性依然不高，教師和學生之間的互動很少，致使“教”與“學”成為兩個過程相互獨立，嚴重影響課程教學效果。因此，有必要改善案例教學內(nèi)容，使學生參與到案例教學中來，增加教師與學生之間的課堂互動。

（四）實踐教學平臺單一，缺少綜合性試驗

人因工程是一門由實驗科學發(fā)展起來的學科，很多內(nèi)容都是基于對試驗結(jié)果的分析和應(yīng)用。[6][7][8]但在實際的教學過程中，由于多方面的原因，人因工程的試驗設(shè)備相對比較少，而且現(xiàn)有的試驗設(shè)備基本上都是單個的試驗設(shè)備，只能進行相對簡單的演示性試驗或驗證性試驗。中國礦業(yè)大學（北京）人因工程試驗設(shè)備主要集中在兩個方面——人體測量和人的認知特征。人的認知特征試驗包括反應(yīng)時、雙手平衡、注意分配與集中、深度知覺等，這些試驗項目之間相互獨立，缺乏聯(lián)系，學生進行試驗，只是針對某一知識點的驗證或測量，無法起到串聯(lián)學科內(nèi)容的作用。另一方面，這些試驗的過程和步驟都是固定的，學生只需機械地按步驟來操作即可獲得相應(yīng)的試驗數(shù)據(jù)。在整個試驗過程中，學生缺少獨立思考的過程。因此，需要改進現(xiàn)有試驗內(nèi)容，調(diào)動學生的主觀能動性，增加綜合性、設(shè)計性試驗。

三、人因工程立體化課程體系建設(shè)

自2003年起，教育部提出了“立體化教學”的理念，并就立體化教學給出了概念和范疇。課程教學體系是一個立體的多維集合體，各部分教學內(nèi)容在串聯(lián)或并聯(lián)的基礎(chǔ)上相互交叉關(guān)聯(lián)，教學方法上突破傳統(tǒng)紙質(zhì)教材，充分利用網(wǎng)絡(luò)資源載體，以電子教案、微課和資料庫等形式豐富課堂教學手段。將課程內(nèi)容各部分的知識點串聯(lián)起來，形成一條條的主線，各條主線間通過案例教學等方式形成一個個的面，再由綜合試驗設(shè)計等將多個面組合起來，形成立體化的教學體系。

（一）多“點”教學資源構(gòu)建

人因工程學是一門交叉學科，知識面寬、知識點多，包括人體測量、作業(yè)負荷、人的生理特征、人的認知特征、人的可靠性、工作環(huán)境、作業(yè)空間、人機界面、人機交互以及人工智能仿真等。中國礦業(yè)大學（北京）選用普通高等院校工業(yè)工程系列規(guī)劃教材《人因工程》（蔣祖華主編）作為主教材，該教材內(nèi)容涵蓋了人因工程基礎(chǔ)理論、基本方法以及典型應(yīng)用，內(nèi)容較為全面，根據(jù)教材內(nèi)容完善電子課件，增加該教材外“霍桑試驗”部分的內(nèi)容，該部分內(nèi)容為人因工程學科發(fā)展的背景和重要階段，對學生理解人因工程的概念以及與科學管理的區(qū)別方面有重要意義。

（二）增加案例教學

案例教學是課堂理論教學的有益補充，可以通過視頻、模擬或仿真等方式再現(xiàn)生產(chǎn)過程中的一些場景，讓學生通過觀摩、討論的方式進行學習。在教學過程中，通過讓學生分析一些成功或失敗的人因工程應(yīng)用案例，引導(dǎo)學生進行思考、研討，從案例中抽象出人因工程的一些結(jié)論或原理，提高學生獨立思考、自主學習的能力。案例教學過程中，學生思考、看待同一案例的角度不同，可引發(fā)學生之間的相互討論；加上教師的實時引導(dǎo)，使學生在分析、討論的過程中掌握人因工程的理論和原理。中國礦業(yè)大學（北京）人因工程課程現(xiàn)有的視頻案例教學有人因工程介紹、作業(yè)姿勢分析、作業(yè)空間設(shè)計、人機交互界面設(shè)計等，還需適當增加如人因工程在現(xiàn)代先進制造系統(tǒng)中的應(yīng)用、人的認知與心理特征等內(nèi)容。

（三）立體化課程體系建設(shè)

我們將人因工程學課程內(nèi)容按性質(zhì)分為三個層次，構(gòu)建人因工程立體化課程體系，如圖1所示。圖1的課程體系中，由下往上依次為第一層基礎(chǔ)模塊、第二次進階模塊、第三層應(yīng)用模塊。第一層為整個課程體系的基礎(chǔ)，由人因工程各基礎(chǔ)知識點構(gòu)成，包括人體測量、作業(yè)負荷、人的生理特征、人的認知特征、人的可靠性以及人因工程的發(fā)展、研究方法、研究內(nèi)容等；第二層為課程體系的支撐，研究基于人因的作業(yè)環(huán)境、作業(yè)空間、人機交互界面設(shè)計以及人機系統(tǒng)等；第三層為課程體系最高層，也是人因工程學課程的教學目標——人因工程綜合應(yīng)用，在課程內(nèi)容上體現(xiàn)為綜合設(shè)計。

為取得良好的教學效果，根據(jù)人因工程學立體化課程體系各模塊的內(nèi)容，要選擇適當?shù)慕虒W方法和手段，教學方法主要包括理論教學、實驗教學、案例分析、綜合設(shè)計等，具體內(nèi)容和方法如表1所示。教學過程中，要注重多種方法的綜合應(yīng)用，特別是理論教學過程中，為避免授課形式單一、課程內(nèi)容單調(diào)，應(yīng)結(jié)合案例分析、學生研討等方式豐富教學手段。在實驗教學環(huán)節(jié)，主要完成的基礎(chǔ)實驗包括微氣候測定與評價等3項、人體測量1項、人體運動時反應(yīng)時測量4項、人體知覺注意類實驗6項以及運動型肺功能測試實驗4項。在此基礎(chǔ)上，中國礦業(yè)大學（北京）購置了人因工程ErgoLAB實驗平臺一套，該實驗平臺在綜合國內(nèi)外人因工程、心理學實驗軟件的基礎(chǔ)上，形成了包括心理物理學、記憶與學習、思維、情緒等10個模塊的開放式實驗系統(tǒng)，可根據(jù)實際需要修改實驗參數(shù)，滿足不同群體實驗的需求，學生也可實際情況修改實驗參數(shù)，自主設(shè)計實驗，使實驗類型由驗證性和演示性實驗向設(shè)計類實驗過渡，極大地豐富了實驗類型。

人因工程學立體化課程體系立足于基礎(chǔ)層，發(fā)展于進階層，落實于應(yīng)用層。為此，在課程理論教學結(jié)束后，就要進入課程綜合設(shè)計環(huán)節(jié)。該環(huán)節(jié)要求學生運用人因工程的基本理論和方法，對工業(yè)生產(chǎn)的某個環(huán)節(jié)或生活中的某個方面進行分析，找出“不人因”的地方，之后運用人因工程的原理，從作業(yè)姿勢、作業(yè)空間、作業(yè)環(huán)境、人機界面交互等方面提出改進思路，最后給出設(shè)計方案。綜合設(shè)計能夠?qū)⒒A(chǔ)層和應(yīng)用層的知識點串聯(lián)起來，使學生在整體上對人因工程有一個全面的、整體的理解和掌握，并將人因工程理論知識和生產(chǎn)生活實際結(jié)合起來，鍛煉了學生分析、解決實際問題的能力。

四、實施效果及結(jié)論

自2014年開始，中國礦業(yè)大學（北京）人因工程學課程構(gòu)建了上述立體化課程體系，理論教學環(huán)節(jié)增加了案例教學的比重，實驗教學環(huán)節(jié)適當增加了設(shè)計類實驗的內(nèi)容，不斷強化綜合設(shè)計在課程體系中的作用，取得了較為理想的效果。學生期末考核成績合格率達到100%，良好率達到80%以上。

通過分析人因工程學現(xiàn)有教學體系和教學過程中存在的問題，我們將教學內(nèi)容分為基礎(chǔ)層、進階層和應(yīng)用層三個層次，各層次間通過案例教學、設(shè)計類試驗和綜合設(shè)計串聯(lián)起來，構(gòu)建了人因工程學立體化課程體系。在人因工程學教學過程中，教師還應(yīng)充分利用互聯(lián)網(wǎng)、微課等技術(shù)和形式，豐富課堂教學的方法和手段。

[ 參 考 文 獻 ]

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[責任編輯：劉鳳華]