研究式課程設計模式探索
——以人因工程為例

韋 波, 鄭 輝, 張付英, 陳 剛, 金 秋, 宗憲亮

(天津科技大學機械工程學院，天津市輕工與食品工程機械裝備集成設計與在線監控重點實驗室，天津 300222)

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研究式課程設計模式探索
——以人因工程為例

韋 波, 鄭 輝, 張付英, 陳 剛, 金 秋, 宗憲亮

(天津科技大學機械工程學院，天津市輕工與食品工程機械裝備集成設計與在線監控重點實驗室，天津 300222)

對人因工程等新興邊緣學科課程設計進行研究式改革探索，以培養大學本科學生“知曉—判斷—改進—設計”的工程知識應用邏輯。文章主要從注重開放式設計題目類型，課程設計任務布置時間前移，重視學生發現問題并嘗試改善研究習慣養成，課程設計說明書強調邏輯性、多樣性和可視化，成績評定更加重視探索研究精神的價值判斷等方面進行研究。實踐證明,該課程設計模式可以顯著提高學生應用理論知識解決實際問題的興趣、能力和自覺性，較好地實現了課程設計目的。

教學改革； 實踐教學； 研究式課程設計； 人因工程

0 引 言

2015年,高等教育國際論壇暨中國高等教育學會學術年會提出，高等教育由大向強轉變的根本標志是人才培養質量的整體提升。目前我國高校教學中存在著教與學的諸多問題，出路在于實實在在的教育教學改革。教學改革不能僅關注課程內容更新，而是應該更加重視確立適應時代要求和體系定位的課程目標；建立積極互動并向以學生為主轉變的主體關系；重視打牢基礎與發展學習能力[1-3]。

大學本科教育是高等教育的基礎，本科教育教學改革具有基礎性的作用。具體到大學本科課程實踐環節改革，首先要明確課程應該為培養人才服務，實踐環節應該為鞏固提高理論課程基本原理、基本方法服務[4]。以工科為代表的大學本科課程設計改革，要著眼于使學生實現由大學之前教育主要學習“是什么”向研究“為什么、怎么做”轉變，即逐步由學習已知知識向探索未知知識轉變。指導方式上要樹立“以學生為中心”的新觀念，引導學生“主動學習”[5]。科學規范的探索研究式課程設計是培養本科生，特別是工科本科生科學研究意識、興趣、習慣和能力的重要途徑[6,7]。

本文以工業工程專業人因工程學課程設計為例，對探索研究式課程設計模式進行探討。

1 人因工程學課程設計的目的和作用

人因工程學是教育部高等學校教學指導委員會規定的工業工程專業核心課程之一。作為一門專業基礎課，人因工程與基礎工業工程、設施規劃與物流、安全系統工程等專業基礎課和專業課程有著緊密的聯系，對其他相關課程有學科基礎理論、基本原理方面的支撐作用。

人因工程是一門由人體科學、環境科學、工程技術和管理工程相互交叉融合的新興邊緣學科，它以人-機-環境系統為對象，從適合人的生理和心理的要求出發，研究如何使人、機器、環境協調統一，形成有機聯系，從而使操作者達到安全、健康、高效、舒適的目的[8]。不管是從研究內容看，還是從實現目的看，人因工程都具有很強的實踐性和應用性特征。工業工程專業學生在完成課堂理論知識學習以及相關實驗后，很有必要結合實際場景進行相應的設計和改善實踐，以加深其對相關基礎知識和理論的理解，培養應用理論知識解決實際問題的科學研究習慣[9]。

人因工程學課程設計應遵循“結合理論知識，觀察生產(生活)細節，嘗試改善現狀，觀念融入血液”的研究邏輯。學生首先要知曉我們周圍生產、工作和生活中的哪些事物與人因工程有關，并且判斷其是否符合相關的原理、準則和要求，進一步地要知道如何利用人因工程相關知識去改進和改善我們的工作和生活條件。

如圖1所示，“知曉”屬于知識再認層面，體現的是學科(職業)敏感度；“判斷”屬于原理應用層面，反映對理論知識的熟悉程度；“改進”屬于理論指導實踐層面，體現解決實際問題的能力。隨著上述學習層次的提升，學生“主動學習”的能力不斷增強。

圖1 人因工程知識應用階段與知識層面對應關系

2 現狀及問題

大多數開設人因工程學的高校其課程設計主要有兩種形式。一種是單獨進行課程設計，但部分設計題目相對簡單，設計的對象主要集中在教室、宿舍、公共交通工具等作業場所，以及人行天橋、座椅、垃圾桶等公共設施，定性研究偏多。另外一種是部分院校嘗試將人因工程與基礎工業工程結合起來進行復合課程設計。比如天津科技大學曾經通過達寶易等軟件對柴油機S195噴油泵裝配過程進行方法研究和作業測定，并制定標準作業書(SOP)。

在上述課程設計實踐中，普遍地存在如下主要問題：① 過窄的設計題目和范圍不利于調動學生的興趣，“以學生為中心”的思想體現不夠；② 模板化程式化設計過程不利于反映不同層次學生的設計水平，成績評定的區分度不好；③ 驗證性模仿式設計不利于提高學生解決實際問題的能力，減弱了其開展深入探索的動機。基于上述原因，近幾年，我們將人因工程課程設計與基礎工業工程課程設計分開，單獨進行1周的課程設計，并嘗試對研究式課程設計模式進行改革[10-11]。

3 課程設計改革主要內容

(1) 在課程設計題目上，更加注重開放式的設計類型。按大類設置課程設計題目類型，既充分反映學科研究領域特點，又滿足不同興趣和特長學生的選題需求，給學生充分發揮想象力和嘗試獨立進行研究探索提供可能[12]。課程設計指導書主要給出如表1所示6大類型題目。

基于Matlab的作業場所照度(改善)設計類題目，要求針對廣義作業場所的照度測量方法、評價及改善進行研究。比如作業區域等照度曲線繪制；車間(道路、教 室……)最優照明設計方案等。基于JACK等人體物理模型軟件的作業場所和作業過程建模類題目，要求利用NASA的JACK軟件或者CATIA的Ergonomics Design & Analysis等軟件對某個作業過程中的人體進行建模，更進一步地可以進行視域、可及度、靜態施力、下背部受力、作業姿態、能量代謝、疲勞恢復、舒適度、NOISH提升、RULA姿態和OWAS工作姿態等分析。比如快遞分揀作業建模；投擲籃球動作建模；基于JACK軟件的公交座椅改進設計等。互聯網環境下用戶交互活動績效研究類題目，主要針對日益普及和發達的互聯網，特別是移動互聯網環境，研究如何提高人機交互效率。比如手機APP界面優化設計；網站用戶使用行為的統計分析和研究等。作業場所(空間)的人因工程分析與改善設計類題目，要求針對廣義作業場所的人因問題(如微氣候、照度、色彩、噪聲和振動、人機界面等)進行分析、評價及改善設計。比如車間(公交車站、多媒體教室……)的人因工程分析、評價與改進設計。產品人因工程分析與改善設計類題目，要求針對某款產品進行人因問題分析、評價和改進設計。比如基于人因工程學的健身器材(老年人產品、電子產品、廚房……)的改善設計。作業過程的人因工程分析與改善設計類題目，要求主要針對某項連續作業活動過程中的人因問題進行作業研究。比如某產品包裝過程中的人因分析、評價和改善設計。

表1 各類課程設計題目基本情況

(2) 在課程設計時間上，將布置任務時間前移至理論課程教學初期。我校人因工程的課堂教學時間為大三第一學期的第1～15周，而課程設計的時間是第21周。如圖2所示為人因工程課程設計時間安排甘特圖。在理論教學初期，最遲在理論課程結束時就將課程設計任務布置給學生，這樣做主要有兩個好處：① 學生可以帶著設計任務聽課，學習的積極性主動性明顯增強；② 上述部分題目需要借助Matlab、JACK和CATIA等比較復雜的軟件，因此必須留出足夠的時間供學生學習軟件。另外，充足的準備時間也有利于提高設計的質量和水平。

圖2 人因工程課程設計時間安排甘特圖

從課程設計題目布置到正式設計周期間，每周固定半天時間供學生和指導教師進行面對面的探討和交流。第21周學生主要進行設計說明書的撰寫、答辯PPT的制作和分組答辯。合理的設計時間安排、嚴格的設計過程質量控制和多媒體答辯形式，保證了較好的設計質量[13]。

(3) 在課程設計指引上，更加重視學生發現問題并嘗試改善的研究習慣養成訓練。人因工程課程設計的意義在于：培養工業工程專業學生注重觀察、勤于思考、嘗試改善的工程知識應用習慣，切實將理論知識用于解決實際生產生活問題。人因工程學課程設計定位為針對相應理論教學環節的實踐性(改善)設計課程，其主要目的在于加深和鞏固對相關基礎知識、理論和研究方法的理解和掌握。我們認為，學生如果能夠通過本次設計，將人因工程改善思想和方法融入血液并伴隨自己一生，將是課程設計的最大意義所在。

在課程設計指導書附件中提供了一些相關研究內容的文獻以及主要中英文文獻檢索渠道，供學生在選題、確定方向和具體研究過程中作為研究思路和研究方法方面的參考。同時強調，提倡學生在更寬廣范圍內尋找研究對象和方法，指導書提供的參考文獻只作為引導，絕不能代替學生自己查閱文獻。

課程設計的分組以最有利于設計效果為前提，提倡學生根據興趣愛好自由組合，但每組不超過3人。小組成員要共同研究設計方案，根據組內成員特長進行具體分工，但每人都必須知曉課題涉及到的所有知識和內容，不允許由個別成員包辦課程設計的情況發生。答辯時，指導教師針對課程設計內容隨機對每個學生提問[14-15]。

(4) 在課程設計說明書的要求上，更加重視邏輯性、多樣性和可視化。為了避免學生在具體對象研究過程中“只見樹木，不見森林”的局限性，我們要求學生應在對人因工程學教材給出的知識框架體系有了整體認識和把握，對相關重要知識點有了較為準確掌握的基礎上，針對實際生產生活實踐中某個人-機-環境系統存在的問題，依據人因工程相關標準、準則、原則進行改善設計。

課程設計說明書的內容基本按照“問題提出—現狀分析—改善過程—方案評價與選擇—總結建議”的思路進行。“現狀分析”要有改善對象現狀的詳細描述。“改善過程”要重視定量化研究、成本—效益思想的應用，以及應用多種表達方式(文字、圖片、表格、公式，甚至視頻等)，科學、充分、合理地展示改善過程和結果。“方案評價與選擇”中有實物呈現為最佳，如因條件所限，其改善方案在答辯時尚無法物理實現，則需要通過繪圖、建模等方式代替，避免單純的語言文字描述。提倡以實物模型、計算機建模等“可視化”成果作為設計說明書的補充。

為了避免設計說明書出現“隨意模式”[16]，同時盡量不限制學生的研究視野，課程設計指導書附件給出了設計說明書的總體框架以及格式要求，設計說明書總字數一般不少于8 000字。

(5) 在成績評定標準上，更加重視對探索研究精神的價值判斷。與機械設計等純工程類課程設計的結果比較統一不同，人因工程實際應用背景往往涉及多種影響因素，大多數情況屬于多目標決策問題，因此很難找到一般情況下的“最優解”，更多的是滿足某些約束條件下的“近優解”。從這個意義上講，人因工程課程設計不僅具有“工程”屬性，還具有“藝術”特征。正是基于這樣的特點，我們摒棄一般的以標準答案作為成績評定主要依據的做法，而是更加重視實際背景下探索性、創新性設計標準，將“是否利用人因工程基本原理、標準、準則進行深入探索式研究”作為成績評定的重要依據。這樣既體現了“學以致用”的思想，又將學生的努力方向引向持續的研究探索過程而非一味地“尋找標準答案”，契合了人因工程學課程設計的目的和意義。

課程設計的考核分為過程考核(30%)和成果考核(70%)兩部分。過程考核以獨立發現問題和解決問題的能力、出勤、工作態度等為主要依據；成果考核以設計說明書、實物(模型)、答辯表現等為主要依據。

4 結 語

通過對幾屆工業工程專業學生開展探索研究式人因工程課程設計模式的改革實踐，我們發現學生主動發現問題并應用相關人因工程知識解決問題的能力有了明顯提高。很多學生反映，做完課程設計后，突然感覺身邊有太多的人-機-環境系統存在問題。這實際上就是一種人因工程學科素養和習慣的養成。學生在探索研究式課程設計過程中初步體驗到的科學研究方法也為一年后的畢業設計打下了很好的基礎。

具體成果方面，學生呈現出“四增三減”現象。“四增”是指對課程設計的興趣普遍增加了，主動進行探索研究的能力增強了，實際課程設計的任務量增大了，課程設計說明書撰寫質量和口頭表達能力提高了。“三減”是抄襲的現象減少了，臨近答辯時間臨時趕進度的情況減少了，課程設計不通過率明顯降低了。在指導教師方面則明顯感到指導的難度加大了，課程設計指導的工作量也增加了。

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Exploration on Course Design Model：A Case Study of Human Factors Engineering

WEI Bo, ZHENG Hui, ZHANG Fuying, CHEN Gang, JIN Qiu, ZONG Xianliang

(School of Mechanical Engineering, Tianjin University of Science and Technology, Tianjin Key Laboratory of Integrated Design and On-line Monitoring for Light Industry & Food Machinery and Equipment, Tianjin 300222, China)

An exploration on course design model is proposed for new and interdisciplinary subjects such as human factors engineering, in order to cultivate students’ knowledge of “Knowing-Judgment-Improvement-Design”. The paper mainly focuses on the open design subject type, to bring forward the time of course design assignments, to pay attention to students’ research habit forming of finding problem, to emphasis course design specification’s logic, diverse and visualization, and to attach much weight on value judgment of students’ spirit of exploration and research during course design period. The practice proved that the new course design model can significantly improve students’ interest, ability and consciousness on applying theoretical knowledge to solve practical problems.

teaching reform; practice teaching; research course design; human factors engineering

——柯南特

2016-09-12

教育部哲學社會科學研究重大課題攻關項目(No.16JZD014)；天津市哲學社會科學規劃項目(TJGLWT15-006)；天津市教育科學“十三五”規劃課題項目(HE4033)；天津科技大學青年教師創新基金(No.2014CXLG17)；天津市輕工與食品工程機械裝備集成設計與在線監控重點實驗室資助項目

韋 波(1975-)，男，四川巴中人,碩士，講師，主要從事人因工程教學、實驗指導和科研工作。

Tel.:18920203303; E-mail:weibotj@163.com

G 649.21

A

1006-7167(2017)08-0191-04

大學的榮譽,不在它的校舍與人數;而在于它一代一代人的質量。