基于因子分析法的人機課程實踐教學應用研究

陳文穎

（寧波大紅鷹學院，浙江 寧波 315175）

基于因子分析法的人機課程實踐教學應用研究

陳文穎

（寧波大紅鷹學院，浙江 寧波 315175）

本論文主要研究因子分析法在《人機工程學》課程中驗證性實踐教學項目的應用，尤其是針對產品人機設計因素的驗證分析項目進行應用實踐的研究。通過兩輪以上的課程實踐應用，總結出因子分析法在實踐項目中的適用范圍、應用方法、實踐步驟等操作性較強的實踐指導準則，并在實際教學中取得良好效果，是《人機工程學》課程實踐教學的有益探索。

因子分析；人機工程；驗證性實驗；量化；項目化

一、概述

人機工程學是一門研究人、物及其使用環境之間相互作用的科學，它的目標是使物、環境更加易用、適用[1]。在人機工程學發展的過程中，主要致力于解決人在勞作過程中的安全性和舒適性問題，許多人機工程的改進都是建立在慘痛的事故教訓上，因此，人機工程學的研究和應用需要更為客觀、嚴謹的分析和評價，數據量化成為人機評價和設計中的重要依據和標準。因子分析法正是提供了這樣一種客觀的、量化的設計分析方法，是將主觀的設計評價、設計建議量化的重要工具。因子分析的主要目標是用少數因子來描述許多因素或指標之間的聯系[2]，通過量化比對和排序，能夠較為客觀地描述因子的權重及其相互關聯作用。此前，因子分析法被廣泛應用于消費者心理學、產品市場分析和產品設計研究領域等，為設計人員和決策者提供了由客觀數據描述的評判依據。將因子分析法應用于《人機工程學》的研究和實踐教學中，能夠提高學生對于產品人機設計因素的理解和認識，掌握客觀、量化的人機分析方法，培養科學、嚴謹的人機研究和設計素養。

二、因子分析法在《人機工程學》課程實踐教學中應用的現實意義

在目前國內工業設計專業的《人機工程學》教學中，基本以理論實踐相結合的方式展開，其中的實踐教學尤以驗證性實驗和設計性實踐為主。驗證性實驗大多需要借助專業的實驗儀器，通過特定的指標和數據測量，來驗證基礎理論。而設計性實踐往往需要學生理性分析產品、環境的人機設計因素，評價其優缺點，根據所學知識和經驗給出人機改良的建議。這兩類實踐各有特點，又互為補充（如表1），是人機工程學課程實踐教學的常用項目。

表1 《人機工程學》各類實踐教學的特點

從以上的對比中不難發現，驗證性實踐重在數據量化，可進行量化對比，但只涉及基礎理論，而重在應用理論的設計性實踐則更多依靠學生對知識的綜合分析評判能力，很難做到量化對比。因此，在實際教學過程中，學生往往會感到理論與實踐脫節，發現很難將嚴謹量化的基礎理論的結論應用于實際項目的設計實踐中去。在此，引入因子分析法這一量化分析的工具，使得學生能更好地銜接理論知識和應用實踐，為產品的人機學分析和改良設計找到更加可靠、量化的評價依據。

三、因子分析法在實踐項目中的應用實例

因子分析法在實踐項目中的應用，主要目的是評測產品的人機設計因子并根據對比數據提出人機改良的設計方案。經過兩輪的教學實踐，積累了一些因子分析法在實踐教學中應用的較為成熟的案例，在此就“筷子”的人機工程學分析項目為例對應用方法、步驟、注意事項以及可供參考的項目等進行探討。

1.應用方法與步驟。應用因子分析法進行人機分析實踐教學項目的步驟大致可分為以下幾步：

a.分小組，確定人員。其中的人員包括組織實驗的人員和參與實驗的人員。其中組織實驗的人員需要在前期準備實驗材料，布置實驗環境，篩選參與實驗的人員，在實驗中對參與人員進行引導培訓，記錄實驗數據，以及之后對實驗數據進行分析處理和探討結論等工作。參與實驗的人員依據不同的項目而定，其性別、年齡等屬性要兼顧該產品使用人群的普遍特征。參與人員越多，實驗結論越準確，實驗規模越大。以筷子的人機工程學分析項目為例，組織實驗人員為3～4人，參與實驗的人員為2名男生、2名女生。

b.分析產品的人機設計因子，確定測試因子。一般產品的人機設計因子包括產品形態、材質、重量、表面材質、特定結構、作業范圍等，需要根據不同的產品進行具體分析。以筷子產品為例，影響用戶使用筷子的因素主要是筷子的截面形狀、整體長度、材質和重量等。作為實踐教學的項目，宜確定2～3個因子作為測試因子，在此確定為筷子的材質和整體長度作為分析因子展開實驗。

c.收集制作被測模型，制定測試流程。根據確定的測試因子，可參照常用的產品類型，收集制作被測產品的模型。根據控制變量的思想，除了測試因子外，其他設計因子應盡量保持相同。以筷子為例，為模擬用戶在實際使用筷子時的場景，確定了兩個長度、兩種材質共四種筷子（如圖1）進行測試，筷子的種類和截面形狀基本保持一致。

圖1 不同長度和材質的筷子

制定測試流程時，重點在于選擇合適的測試內容。測試內容的設定要接近產品實際的使用場景。以筷子為例，在使用過程中，用戶一般會夾取片狀、條狀以及球形的物品。

d.開展測試，記錄數據。測試數據一般以時間、數量等可以量化的指標為主，但在過程中需要注意記錄錯誤或者失誤的次數。以筷子的人機分析項目為例，實驗主要記錄固定時間內夾取的物品數量，若參與實驗人員將物品掉落就記為一次失誤。

表2 不同長度的筷子在規定時間內夾取物品的數量

表3 不同長度的筷子在規定時間內夾取物品的失誤率

e.分析實驗數據，得出結論。分析實驗數據主要采用對比分析的方法，可以繪制線形圖、柱狀圖等進行實驗數據的對比。下圖即為不同筷子長度對使用的影響。

圖2 不同長度的筷子在使用中的不同效果

通過數據的對比，不難發現較長的筷子夾取食物的效率更高，但失誤率也更高；兩種筷子在夾取片狀物品時的準確率較高。究其原因在于較長的筷子控制距離也較長，導致失誤率增高，而移動角度相對較小，因子總體的效率更高。

相同的實驗過程應用于不同材質的筷子測試，可以發現較為光滑的材質在夾取物品時失誤率較高，但效率更高。分析原因在于與手部接觸的光滑材質可以在使用過程中較為靈活，但容易使物品在夾取時打滑。

綜上所述，在設計筷子時，材質對手部的使用靈活性和夾取靈活性的影響不同，可以考慮增大筷子手部接觸部分的摩擦力，而使筷子前段較為光滑；筷子的長度適宜取中間值，這樣可以兼顧使用效率和準確率。

2.可參考的實驗項目。在設計實驗項目時，選擇適當的實驗對象尤為重要。實驗對象可選擇人們使用較多的工具、家具、界面等產品，這些產品適宜分析人機因素。經過兩輪的實踐教學，積累了以下的實驗項目：

表4 可參考的實驗項目

四、結論

人機工程學作為一門交叉學課，在產品設計、環境設計、機械裝備設計、交通工具設計中得到廣泛應用，也逐漸發展成工業設計專業必學的重要學科內容。人機工程學的優點在于能夠以量化的數據作為依據，準確嚴謹地改善產品的易用性和適用性。在教學中，要將科學嚴謹的設計思想傳達給學生，需要讓學生在理論學習和實踐教學中充分理解和實踐應用。因子分析法在實踐項目中的應用，可以縮小理論學習和實際應用的差距。在實際的教學項目中，因為要在有限的課時內控制實驗條件和找到適當的實驗對象，實驗的規模不宜過大，而重在傳達科學的實驗過程及嚴謹的設計理念。

[1]丁玉蘭，人機工程學[M].北京理工大學出版社，2011.

[2][美]金在溫，米勒.因子分析：統計方法與應用問題[M].上海：格致出版社，2012.

[3]何偉.《人機工程學》實踐式教學模式初探[M].科技資訊，2010，（4）.

[4]羅劍英.方差分析在人機工程學課程實驗中的應用[M].科技資訊，2010，（15）.

[5]蘇勝.人機工程學課程實踐教學改革研究[M].科教縱橫，2010，（10）

[6]Fong-Gong Wu.Performance study on touch-pens size in three screen tasks[Z].Applied Ergonomics，2006.

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1674-9324（2014）42-0094-02