人因工程綜合性實驗教學改革和實踐

◆陳成明 張麗珍 曹守啟 上官春霞 李俊

人因工程綜合性實驗教學改革和實踐

◆陳成明 張麗珍 曹守啟 上官春霞 李俊

針對國內高校人因工程實驗開設現狀，介紹上海海洋大學人因工程綜合性實驗教學的改革措施和實踐效果。實踐證明，綜合性實驗能全面提升學生的 實驗技能，提升學生參與科研的能力，培養學生的綜合素質，提高學生的創新能力。

人因工程；綜合實驗；教學改革；創新能力

10.3969/j.issn.1671-489X.2015.24.148

1 引言

人因工程是綜合運用生理學、心理學、人體測量學、系統工程、生物力學和有關的工程技術知識，研究系統中人、機和環境間相互作用，以達到安全、舒適、高效生產的目的［1］。人因工程是工業工程主要的專業方向之一，也是四大核心課之一，在我國起步較晚，由于其學科交叉性、實踐性較強，僅憑課堂上的理論課程的學習，無法滿足本科學生的培養要求，必須設立相應的實踐環節。

經過20多年的發展，人因工程實驗已經實現了從驗證性、設計性到綜合性這樣一個遞進的變化，但和國外相比仍然落后較多。該課程的實驗還是以驗證性為主，在綜合性實驗的設計和開發上研究較少，學生不能很好地掌握理論知識，也不利于學生創新能力的培養，阻礙了該學科的發展。本文以上海海洋大學工業工程專業建設的人因工程實驗室為例，對該課程綜合性實驗教學的改革和實踐效果進行總結和分析。

2 現狀

我國的人因工程系統的教學和科研開始于20世紀80年代以后，目前呈現快速發展勢頭。許多高校已經開設相關的專業和課程，并著手建立人因工程實驗室［2］。人因工程學科交叉明顯，我國的高校目前有30多個專業開設了人因工程相關課程。針對工業工程專業的人因工程課程，經過實地調研和網上調查48所高校（其中，985和211高校25所，地方院校23所），該課程一般2～4個學分，學時一般在32～48學時之間，具體見圖1。科研方面比較領先的高校，該課程理論和實踐學時都比較多，如：清華大學人因工程課程6個學分，開設了人因工程基礎和現代人因工程兩門課程；西安交通大學該課程64學時，理論和實踐各32學時。

圖1 課程學時數

調研的這些高校由于各校的基礎及研究的側重點不同，人因工程的實驗學時數相差較大，最少的6學時，最多的32學時；開設的實驗大多為驗證性實驗，開設綜合性實驗的比例很小，驗證性實驗占實驗總學時分100%、80%～100%、50%～80%和＜50%四個等級，具體比例見圖2。

3 驗證性實驗到綜合性實驗的轉變

實驗是創新之源，沒有實驗能力就不可能提高大學生的綜合素質［3］。大學生實驗能力的提升主要來源于以下方面。

1）課程實驗學時的增加。在目前學時量普遍減少的情況下，如何調整理論課時和實驗課時的關系，一直都是討論比較熱烈的課題。對于實踐性較強的課程，適當增加實驗學時，可以在做實驗的同時進行理論的講解，以加強理論知識的掌握。

表1 人因工程課程的綜合性實驗項目

圖2 驗驗?證性實驗占總實驗學時的比例

2）減少驗證性實驗數目。驗證性實驗不適應21世紀教育體系辦學方針。長期以來，高校的實驗課附屬于理論課，實驗大多是驗證性、演示觀摩性的實驗，學生走馬觀花地看完或者按照實驗步驟一步一步地做完實驗即可完成實驗內容，不能發揮出學生應有的積極性和創造性，造成對實驗課不重視，養成被動、敷衍的學習態度。

3）增設設計性、創新性強的綜合性實驗項目。綜合性實驗是指定實驗目的、要求和提供實驗條件，由學生自行設計實驗方案并加以實現的實驗；是在掌握基礎性實驗和具備綜合實驗知識及能力后，對今后開展科學實驗全過程進行初步訓練的一種教學實驗。綜合性實驗能使學生在實驗過程中由被動變主動，在實驗能力、查閱文獻、分析問題、解決問題等方面的能力得到系統提升，同時培養他們的團隊、創新精神。

上海海洋大學2008年初建設的人因工程實驗室共設立了16個實驗項目，八個實驗學時，全部為驗證性實驗，每次學生都是一哄而來一哄而去。特別是在進行測量人體尺寸、心跳、血壓、噪聲等一些常規的基礎性實驗項目時，他們覺得很好玩，數據測完后即完成實驗，起不到任何的實驗效果。2010年起，人因工程課程進行實驗教學改革，根據學校的基礎和特色，適當減少兩個學時的驗證性實驗，增設10個學時的綜合性實驗，經過10、11級工業工程專業兩年的實施，實踐證明，這種綜合性的實驗項目深受學生的重視和喜歡，起到很好的實踐效果。這些綜合性實驗項目見表1。

4 綜合性實驗的改革實踐

強化實驗項目的可選性 本課程由三個指定性綜合實驗、三個可選擇的實驗項目及多個課題組成，可選擇性實驗項目及課程設置的目的是因為人因工程學科本身具有交叉性的特征，涵蓋的知識面較廣，將實驗項目的選擇權交給了學生，學生可根據自己的興趣選擇實驗項目。

對于指定的三個綜合實驗，主要側重書上規定的章節內容，學生可發揮的余地較小，但學生可以對實驗項目考慮得更詳細。如作業環境的測量與分析改善實驗，主要讓學生掌握作業環境的微氣候的測量方法、影響因素及其改善方案的制訂等，學生就可運用以往所學的相關知識進行詳細的分析，做出較好的改善方案。

三個可選擇的實驗項目，要求學生根據自己的興趣和已掌握的知識面對其中一個或兩個進行研究。如用Delmia人因仿真軟件進行優化仿真，需要學生掌握三維建模軟件，并對產品設計、流程設計、生物力學等有一定的了解，最后要求有一個完整的項目研究報告。

實驗項目以課題形式出現的模式，打破了傳統的“學生為做實驗而做實驗”的格局，而是要求學生自由分組，以小組合作的形式自由選擇自己感興趣的1～2個實驗項目，學生可以根據自己的時間安排在業余的時間來進行實驗，實驗結果以小組的形式提交一份科技論文。這種模式有利于培養學生的合作意識及團隊精神，真正實現“學生想做實驗而做實驗”的格局。

強化實驗的設計性和學生的主體能動性 在已經開設的綜合性實驗項目中，三個實驗具有很強的設計性，需要學生到圖書館查閱相關文獻，甚至要到生產現場采集數據，自己設計實驗內容、方案，并自己驗證實驗結果的可靠性。在整個實驗過程中，學生的主體能動性得到最大的發揮，這時候學生做實驗完全憑自己的興趣，很多實驗內容需要在課外完成，教師需要在實驗過程中給予一定的指導。如可選的實驗項目“基于人因學的產品優化設計”，學生需要自己選擇設計對象，可以是控制臺、手動工具甚至生活用具等，然后利用人體測量、空間設計、人機交互設計、三維建模等知識對設計的對象進行改進優化。這些綜合性實驗的設計性體現了理論知識的具體實踐應用，如圖3所示坐式扭腰器設計。

圖3 坐式扭腰器設計

再如以課題形式出現的實驗項目“視覺疲勞測試”，需要學生查閱大量的資料，了解引起視覺疲勞的影響因素及目前常用的測試視覺疲勞的客觀和主觀測量方法，選取實驗對象，比如手機、手提電腦、平板電腦、臺式電腦等學習、工作中易引起視覺疲勞的各種類型的顯示裝置，根據實驗室現有的儀器設備（閃光融合測試儀、多通道生理記錄儀、紅外熱像儀等），設計實驗方案，設計主觀測量的量表，選取一定數量的被試，等等。這些實驗內容很多要靠小組成員的協同努力及大量的業余時間來完成。通過這樣的一個綜合性實驗項目，學生對視覺疲勞的影響因素及測量方法有了更深一層次的理解，加深了對視覺疲勞的理解，起到很好的實驗效果。

強化實驗的開放性 綜合性實驗室還具有開放性、探索性和創新性的優勢，學生可以在這里自由開動腦筋，發揮創造力，形成自主學習的氛圍。在沒有進行綜合實驗教學改革之前，只有在上實驗課時實驗室才是開放的，學生不了解實驗設備到底可以做什么實驗，怎么和科學研究相結合，造成實驗設備資源的嚴重浪費。特別是人因工程的有些實驗設備（如多通道生理記錄儀、Delmia人因仿真軟件、行為觀察分析軟件等）價格比較昂貴，如果僅僅供實驗課做驗證性實驗，實驗設備將起不到應有的作用。在增設了綜合性實驗之后，每周有固定的實驗室開放時間，學生可自由使用實驗設備，使實驗設備的利用率達到最大化。

強化實驗和科學研究的結合性 實驗教學和科學研究相結合，有利于創新型人才的培養，實現教研相長。大學生需要運用實驗儀器和設備，一方面可以了解這些儀器設備，另一方面使學生將所學到的理論知識以實驗的方法來進行驗證，鍛煉了學生的動手能力，為學生實踐能力的提升創造了機會和平臺。大學生在實驗過程中可以與教授、科研人員、研究生近距離地溝通交流，便于大學生掌握最新的科研動態和學科發展方向，為自身的科研創新活動奠定基礎。本課程的綜合性實驗和教師的研究方向、科研項目及學生的創新項目緊密結合，形成良好的科研氛圍。

盡管現階段我國的實驗教學改革已取得不菲的成績，但同社會的需求相比仍有一定的差距，還不能完全適應創新型人才培養的需要。在總結經驗的基礎上，需要繼續進行實驗教學改革，使實驗和教師的科學研究有更好的融合，充分發揮實驗室的硬件、軟件資源，使之成為大學生提升自身科學修養的最好場所，將大學生培養成為具有探索求真的理性精神、實驗求證的求實精神、開拓創新的進取精神等新時期社會所需要的優秀科研人才，為我國科研進步提供人力支持。

5 效果

經過近兩年的綜合性實驗教學改革和實施，從學生對實驗的興趣、儀器設備的利用率、畢業設計選題、學生參加競賽、學生自主申請創新項目、發表文章等方面都取得良好效果。上海海洋大學工業工程專業2013屆和2014屆共有20多個人因工程相關的畢業設計課題，深受學生歡迎；2011—2015年舉辦了三屆校“工程優化大賽”，吸引了全校600多名學生參加，其中的“城市公交站臺優化方案”獲得2011年上海市第三屆“知行杯”暑期社會實踐項目一等獎；2014年舉辦首屆“纖科杯上海市高校工業工程優化改善設計大賽”，和人因工程相關的學校的兩項作品分獲二等獎和三等獎。近三年來，和人因工程相關的10項學生科創項目獲得上海大學生創新活動計劃項目。在參加各類競賽、申報或參與科研項目的基礎上，學生發表論文四篇。

這些科研成果的取得和人因工程綜合實驗室的開設有一定的關系，人因工程綜合實驗室的建立使得學生將所學到的知識運用到實驗中進行驗證，使學生對于這門課程有了進一步的了解，知識掌握得更加牢固。在實驗過程中又可以激發學生的熱情，使學生提出一些有研究意義的課題，這些課題的提出又豐富了綜合實驗的項目內容。

6 總結

綜合性實驗適應當前教學改革的要求，適應學生的求知欲望，有利于學生創新能力和綜合素質的培養。在我國一直在強調發展創新型社會的今天，高等教育培養出的學生如何成為國家的有用之才？綜合性實驗將在培養學生綜合素質能力過程中起到很大的作用。但是綜合性實驗的開設需要大量的人力、物力、財力的投入，在財力投入的基礎上，對教師、實驗員的要求更高，要求教師、實驗員掌握足夠的技能，利用這些儀器設備進行教學和科研，同時對實驗室的管理更繁瑣。這些問題將會影響綜合性實驗開設的數量和質量，需要高校采取一些有利的措施以保證綜合性實驗開設的效果，而不是流于形式。■

［1］郭伏.人因工程學［M］.北京:機械工業出版社，2010.

［2］崔凱，孫林巖，樓旭明.淺談人因工程實驗室建設［J］.實驗室研究與探索，2011，30（8）:186-188.

［3］張劍榮.劉超，孫爾康，等.實驗室教學與創新人才培養［J］.實驗技術與管理，2008（8）:20-21.

G642.423

B

1671-489X（2015）24-0148-03

作者：陳成明，上海海洋大學工程學院講師，主要研究方向為人因工程；張麗珍、曹守啟、上官春霞、李俊，上海海洋大學工程學院（201306）。