人工智能背景下工業(yè)工程專業(yè)《人機(jī)工程學(xué)》課程教學(xué)改革探索

□張 勇 袁光杰 嚴(yán)良文

一、引言

近年來(lái)，在大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、深度學(xué)習(xí)、虛擬現(xiàn)實(shí)等人工智能技術(shù)的推動(dòng)下，讓人類的活動(dòng)突破了傳統(tǒng)的時(shí)空界限，人工智能對(duì)教學(xué)領(lǐng)域產(chǎn)生了很大影響[1]。人工智能的快速發(fā)展給學(xué)生帶了巨大的挑戰(zhàn)，一方面，學(xué)生在人工智能時(shí)代獲取信息更加便利；另一方面，人工智能對(duì)學(xué)生的信息處理能力、自我調(diào)節(jié)和管理能力也有了更高的要求。人工智能給教師也帶來(lái)了重大挑戰(zhàn)，學(xué)生可以不通過(guò)教師就能獲得大量信息資源，傳統(tǒng)的以教師為中心的教學(xué)模式已不能適應(yīng)人工智能時(shí)代的發(fā)展要求，教師要從傳統(tǒng)的知識(shí)傳授者轉(zhuǎn)變?yōu)榻虒W(xué)活動(dòng)的組織者、學(xué)生知識(shí)體系構(gòu)建的協(xié)助者。

《人機(jī)工程學(xué)》是工業(yè)工程專業(yè)一門應(yīng)用型和實(shí)踐性較強(qiáng)的課程。作為一門新興的多學(xué)科交叉的、綜合性邊緣學(xué)科，是以人的生理和心理為依據(jù)，應(yīng)用系統(tǒng)工程的觀點(diǎn)，通過(guò)揭示人、機(jī)、環(huán)境之間的相互作用，從而確保人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)總體性能最優(yōu)化。通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)，要讓學(xué)生達(dá)到學(xué)習(xí)基礎(chǔ)理論、專業(yè)技能、項(xiàng)目管理、職業(yè)態(tài)度和藝術(shù)賞析多重目的，該課程在工業(yè)工程專業(yè)課程體系中占有重要地位。基于人機(jī)工程學(xué)的重要作用，及在人工智能背景下對(duì)人才培養(yǎng)的高級(jí)應(yīng)用型、自主能力強(qiáng)、創(chuàng)新能力強(qiáng)和職業(yè)素養(yǎng)良好等要求，筆者結(jié)合近年來(lái)在人機(jī)工程學(xué)的教學(xué)實(shí)踐和探索，談?wù)劰I(yè)工程專業(yè)《人機(jī)工程學(xué)》課程教學(xué)改革。

二、《人機(jī)工程學(xué)》課程教學(xué)現(xiàn)狀

(一)重理論輕實(shí)踐。目前，國(guó)內(nèi)外很多專業(yè)都開(kāi)展了《人機(jī)工程學(xué)》這門課，如工業(yè)工程、工業(yè)設(shè)計(jì)、安全工程、管理科學(xué)、汽車工程等。由于各個(gè)專業(yè)要求不一樣，導(dǎo)致了不同專業(yè)的課程內(nèi)容和側(cè)重點(diǎn)也不一樣，如工業(yè)設(shè)計(jì)側(cè)重于人機(jī)協(xié)調(diào)，安全工程側(cè)重于設(shè)計(jì)安全性。目前的教材也大部分偏重于理論，包含的面比較廣，但有些內(nèi)容不夠深入，缺乏知識(shí)的應(yīng)用實(shí)踐和實(shí)例。

(二)缺乏實(shí)驗(yàn)設(shè)備。《人機(jī)工程學(xué)》是一門實(shí)踐性較強(qiáng)的課程，必須通過(guò)一定的實(shí)踐和實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)來(lái)加深學(xué)生的理解和掌握。目前，很多學(xué)校缺乏足夠的實(shí)驗(yàn)設(shè)備來(lái)開(kāi)展人機(jī)工程實(shí)驗(yàn)，如專業(yè)的動(dòng)作研究攝錄設(shè)備、測(cè)量脊椎彎曲的設(shè)備、操作反應(yīng)測(cè)試設(shè)備等。導(dǎo)致對(duì)某些實(shí)驗(yàn)無(wú)法客觀、準(zhǔn)確、全面地評(píng)價(jià)。

(三)課程學(xué)時(shí)少。很多學(xué)校實(shí)行了全學(xué)分制、短學(xué)期制，并壓縮課程學(xué)時(shí)，人機(jī)工程學(xué)也不可避免地被壓縮了學(xué)時(shí)。這種情況下，亟待通過(guò)教學(xué)改革，在有限的時(shí)間內(nèi)，高效完成教學(xué)任務(wù)和教學(xué)目標(biāo)。

三、《人機(jī)工程學(xué)》課程改革與思考

(一)課程內(nèi)容的調(diào)整。一是要調(diào)整教學(xué)理念，針對(duì)人工智能背景下人才培養(yǎng)要求，以“強(qiáng)化能力，重在應(yīng)用”為指導(dǎo)思想。二是該課程共40個(gè)學(xué)時(shí)，既要做到內(nèi)容全面，還要做到重點(diǎn)突出，因此要對(duì)課程內(nèi)容精心設(shè)計(jì)。要以人機(jī)學(xué)的基本理論為核心，以項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)為主線，圍繞人機(jī)學(xué)的設(shè)計(jì)原理和設(shè)計(jì)方法，將教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行貫穿，激發(fā)學(xué)生的主動(dòng)性和積極性。三是要突出專業(yè)特色。工業(yè)工程專業(yè)致力于培養(yǎng)具有全球視野、系統(tǒng)思維和創(chuàng)新精神，具備復(fù)雜系統(tǒng)分析、規(guī)劃、設(shè)計(jì)、管理和運(yùn)行能力的綜合性人才。因此，在項(xiàng)目設(shè)計(jì)和實(shí)施的過(guò)程中，要突出自我管理、頭腦風(fēng)暴訓(xùn)練，強(qiáng)調(diào)以人為本發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維和創(chuàng)新能力，以及綜合考慮各種因素、解決問(wèn)題的能力。

(二)教學(xué)模式和方式的改革。

1.強(qiáng)化啟發(fā)式教學(xué)。人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)的面比較廣，有些理論和概念比較抽象，單靠講解學(xué)生很難理解，在教學(xué)的過(guò)程中聯(lián)系現(xiàn)實(shí)生活，能加深相關(guān)知識(shí)的理解和應(yīng)用。如講授完人與作業(yè)環(huán)境界面設(shè)計(jì)后，讓學(xué)生觀察交通燈、汽車倒車等現(xiàn)象，并用相關(guān)知識(shí)分析設(shè)計(jì)者的意圖。學(xué)生對(duì)這些現(xiàn)象并不陌生，但很難將所學(xué)知識(shí)結(jié)合起來(lái)分析，或不能正確、全面地分析，這時(shí)候教師的引導(dǎo)作用就顯現(xiàn)出來(lái)了，如啟發(fā)學(xué)生從顏色、聽(tīng)覺(jué)信號(hào)的方向性、距離知覺(jué)、頻率辨別特性等方面進(jìn)行考慮，學(xué)生在經(jīng)過(guò)教師提示后，就能較好地結(jié)合所學(xué)知識(shí)進(jìn)行分析。

2.強(qiáng)化互動(dòng)式教學(xué)。人機(jī)工程學(xué)是多學(xué)科交叉、綜合性的學(xué)科，這有利于組織探討，并和學(xué)生互動(dòng)。如要求學(xué)生找出生活中人機(jī)工程學(xué)案例并分析時(shí)，學(xué)生列舉了很多生動(dòng)實(shí)例，詳細(xì)分析了不足和需要改進(jìn)的地方。這樣的互動(dòng)也讓教師開(kāi)闊了眼界，起到教學(xué)相長(zhǎng)的效果?；?dòng)式的教學(xué)活躍了課堂氣氛，鼓勵(lì)學(xué)生深入探索，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的參與度和積極性。

3.重視慕課的作用。信息化是當(dāng)今社會(huì)人們生活的基本生存背景，用戶即使足不出戶，也能享受全球的信息資源。目前，國(guó)內(nèi)外很多大學(xué)面臨著培養(yǎng)模式和教學(xué)改革的挑戰(zhàn)，相對(duì)于傳統(tǒng)課堂的固定時(shí)間和地點(diǎn)，慕課可以擺脫時(shí)間和地點(diǎn)的限制。同時(shí)，學(xué)生可以反復(fù)觀看相關(guān)素材，大大提高學(xué)習(xí)質(zhì)量。當(dāng)然，慕課也存在無(wú)法監(jiān)督學(xué)生學(xué)習(xí)效率、缺乏互動(dòng)等弊端。因此，慕課可作為傳統(tǒng)課堂教學(xué)的補(bǔ)充，發(fā)揮二者各自的優(yōu)勢(shì)。

4.重視學(xué)生自我教育。在人工智能背景下，學(xué)生可以通過(guò)多種途徑獲得解決問(wèn)題的方法，教學(xué)活動(dòng)中讓學(xué)生處于主導(dǎo)地位。在項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性，如在生物力學(xué)建模時(shí)，要求學(xué)生建立自己的腰部生物力學(xué)模型，并計(jì)算不同姿勢(shì)下的受力情況，很多同學(xué)在計(jì)算腰部受力后，對(duì)自己的坐姿有了新的認(rèn)識(shí)。學(xué)校工業(yè)工程的生源主要是理工科的，邏輯思維能力強(qiáng)，但藝術(shù)表現(xiàn)力較弱，在教學(xué)過(guò)程中，要考慮他們的背景，有意識(shí)地培養(yǎng)他們藝術(shù)方面的欣賞能力，舉例時(shí)多考慮對(duì)象的藝術(shù)感、科技感、時(shí)尚感，也鼓勵(lì)學(xué)生提高藝術(shù)欣賞能力。自我教育法有利于學(xué)生樹(shù)立信心，調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)熱情。

(三)建立項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的人機(jī)實(shí)驗(yàn)及作業(yè)設(shè)計(jì)。課程實(shí)驗(yàn)和作業(yè)是人機(jī)工程學(xué)的重要組成部分，其目的是培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維能力。對(duì)工業(yè)工程專業(yè)的學(xué)生而言，考慮到專業(yè)性質(zhì)，要特別培養(yǎng)他們的管理能力。通過(guò)策劃課題項(xiàng)目，由學(xué)生分組完成。各小組先對(duì)題目進(jìn)行分析和討論，再分工實(shí)施，最后討論并匯總。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，教師起到設(shè)計(jì)者和引導(dǎo)者的作用，促使學(xué)生主動(dòng)思考、主動(dòng)探究問(wèn)題、主動(dòng)解決問(wèn)題，并達(dá)到自我管理、相互學(xué)習(xí)的目的。通過(guò)項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的模式，改變以往的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和過(guò)程千篇一律，實(shí)現(xiàn)學(xué)生由被動(dòng)學(xué)習(xí)向主動(dòng)學(xué)習(xí)的跨越，讓學(xué)生的個(gè)性得以釋放。

(四)建立多渠道高效快速信息平臺(tái)。人工智能時(shí)代的信息應(yīng)是動(dòng)態(tài)化，可以充分利用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，如建立與課程相關(guān)的網(wǎng)頁(yè)、微信公眾號(hào)、微博等，并保持及時(shí)更新，讓學(xué)生能充分提前了解課程內(nèi)容和安排，下載課程相關(guān)的學(xué)習(xí)資源，開(kāi)展線上答疑，與學(xué)生充分互動(dòng)。作業(yè)全部電子化，及時(shí)反饋學(xué)生提交的作業(yè)。根據(jù)作業(yè)的情況，對(duì)學(xué)生進(jìn)行差異化指導(dǎo)。

(五)建立多維度管理機(jī)制。學(xué)生參加以班級(jí)為單位的教學(xué)活動(dòng)，同時(shí)參加以小組為單位的項(xiàng)目設(shè)計(jì)，組長(zhǎng)(班委)要協(xié)助教師進(jìn)行組織和管理，組員之間要進(jìn)行討論和合作，在教學(xué)活動(dòng)中，要建立教師、組長(zhǎng)(班委)和組員相結(jié)合的三維管理機(jī)制。對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行評(píng)價(jià)和考核時(shí)，要引入小組內(nèi)部互評(píng)機(jī)制，調(diào)動(dòng)組長(zhǎng)與組員、組員與組員的積極互動(dòng)。

(六)建立多維度考核體系。課程的目的是多維度的，與之對(duì)應(yīng)也要建立多維度的考核體系。如通過(guò)期末考試檢驗(yàn)基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識(shí)的掌握情況，通過(guò)實(shí)驗(yàn)和課外作業(yè)考察學(xué)生的專業(yè)技能、創(chuàng)新能力、項(xiàng)目管理、職業(yè)態(tài)度等，通過(guò)課堂考勤、提問(wèn)和討論考察學(xué)生的作息制度、學(xué)習(xí)態(tài)度等。將所有考核項(xiàng)目乘以不同的權(quán)重，力求評(píng)價(jià)和考核全面、客觀。

四、結(jié)語(yǔ)

人工智能時(shí)代對(duì)傳統(tǒng)的教學(xué)提出了更高的要求，也帶來(lái)了新的機(jī)遇。在課程教學(xué)中，教師應(yīng)該合理設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容，強(qiáng)調(diào)理論和實(shí)踐的聯(lián)系，根據(jù)情況采用多種教學(xué)方法；適當(dāng)增加實(shí)踐環(huán)節(jié)，通過(guò)實(shí)踐環(huán)節(jié)內(nèi)化相關(guān)知識(shí)并提升學(xué)生的自我管理能力；充分利用人工智能時(shí)代信息資源獲取便利的特點(diǎn)，重視慕課等網(wǎng)絡(luò)資源的利用；建立多渠道高效快速信息平臺(tái)和多維度考核體系。同時(shí)，要不斷探索人機(jī)工程學(xué)的教學(xué)模式，持續(xù)提升教學(xué)水平和質(zhì)量，從而培養(yǎng)出更加符合人工智能時(shí)代的復(fù)合型的工業(yè)工程專業(yè)人才。