人因工程學立體化課程體系建設

陳磊 姜喜迪

[摘 要]為提高人因工程學課程教學質量，改善教學效果，中國礦業大學（北京）人因工程學課程在分析人因工程學課程教學現狀的基礎上，通過構建多“點”教學資源，由案例教學串聯，建設了基于基礎層、進階層、應用層的人因工程學立體化課程體系?；A層包括人體測量、作業負荷、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展、研究內容、方法等；進階層包括作業環境、作業空間、人機交互界面設計以及人機系統等；應用層為綜合設計，將人因工程的基本理論、方法與生產生活實際結合在一起。

[關鍵詞]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

人因工程學是工業工程專業核心課程之一，其研究對象為“人—機器—環境”組成的系統，研究內容包括對作業環境的設計和改善、對人和機器相互適應的設計，使人在系統中安全、健康、舒適，使整個系統高效運轉。[1]隨著現代工業技術的不斷發展，機器設備向著自動化、智能化發展，但對機器設備的設計、操作、監控等工作依然由人來完成，隨著自動化程度的提高，人的因素在工業系統中的作用更加重要，因為人的小小失誤，有可能會造成系統極大的誤差或帶來嚴重的后果?，F代人因工程的應用領域逐漸由工業生產擴展至社會經濟體系、體育產業以及家居設計等方面，這些方面都需要人因工程方向的專業人才。[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課程，需要不斷改革創新，提高教育教學質量。本文以中國礦業大學（北京）工業工程專業人因工程學課程為例，在分析人因工程學課程教學現狀的基礎上，探討構建立體化課程新體系。

一、課程概述

（一）課程設置狀況

中國礦業大學（北京）于2001年開始招收工業工程專業，人因工程學一直是工業工程專業的核心課程，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、工業設計等多個學科領域。[3]其要求學生學習該課程前具備一定的數理統計、機械、生理、心理、管理以及基礎工業工程相關知識，因此，本課程安排在第六學期。課程內容包括五部分：人因工程學概述、人的工作環境、人的工作效能、人體測量與作業空間、人機系統與人機界面設計。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。人因工程學的發展以試驗為基礎，通過對人機關系的研究，逐步由“人適機”、“機宜人”發展至人機相互適應?，F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、計算機數值仿真法等。由研究內容和研究方法可知，對人因工程學的研究，離不開實驗分析，注重試驗教學、強調理論與實踐的結合，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調，通過一定量的實驗來輔助教學。

二、教學現狀分析

（一）教學內容分塊，缺少綜合應用

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

（二）課程教學內容與學時數不匹配

人因工程學課程涵蓋內容較多，包括人體科學、工程科學、環境科學等多學科領域[5]，許多教材的教學內容都不少于12章，而一般的理論課教學學時為32學時，課程內容多而學時少的矛盾比較突出。在理論教學內容中，基礎性教學模塊約占課程總量的60%左右，該部分內容以課堂講授為主，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容，該部分內容與工業工程原理、安全管理學課程內容有重疊和交叉；另外，人因工程學的人體測量和作業空間布置的內容和設施規劃與物流分析課程中的設施布置內容有一定的重復。因此，要對人因工程學教學內容進行重新梳理，進一步壓縮其與其他課程重復的內容，在有限的學時內高效完成授課內容。

（三）案例教學不足，課堂互動偏少

國內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理論和方法的分析，只是比較牽強地歸結到“人因”角度；有些案例與生產實際的結合不緊密，缺乏相應的工業生產背景描述。課堂教學過程中，學生更多為被動聽課狀態，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展起來的學科，很多內容都是基于對試驗結果的分析和應用。[6][7][8]但在實際的教學過程中，由于多方面的原因，人因工程的試驗設備相對比較少，而且現有的試驗設備基本上都是單個的試驗設備，只能進行相對簡單的演示性試驗或驗證性試驗。中國礦業大學（北京）人因工程試驗設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，無法起到串聯學科內容的作用。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的試驗數據。在整個試驗過程中，學生缺少獨立思考的過程。因此，需要改進現有試驗內容，調動學生的主觀能動性，增加綜合性、設計性試驗。

三、人因工程立體化課程體系建設

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，各部分教學內容在串聯或并聯的基礎上相互交叉關聯，教學方法上突破傳統紙質教材，充分利用網絡資源載體，以電子教案、微課和資料庫等形式豐富課堂教學手段。將課程內容各部分的知識點串聯起來，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、作業負荷、人的生理特征、人的認知特征、人的可靠性、工作環境、作業空間、人機界面、人機交互以及人工智能仿真等。中國礦業大學（北京）選用普通高等院校工業工程系列規劃教材《人因工程》（蔣祖華主編）作為主教材，該教材內容涵蓋了人因工程基礎理論、基本方法以及典型應用，內容較為全面，根據教材內容完善電子課件，增加該教材外“霍桑試驗”部分的內容，該部分內容為人因工程學科發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生產過程中的一些場景，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用案例，引導學生進行思考、研討，從案例中抽象出人因工程的一些結論或原理，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，可引發學生之間的相互討論；加上教師的實時引導，使學生在分析、討論的過程中掌握人因工程的理論和原理。中國礦業大學（北京）人因工程課程現有的視頻案例教學有人因工程介紹、作業姿勢分析、作業空間設計、人機交互界面設計等，還需適當增加如人因工程在現代先進制造系統中的應用、人的認知與心理特征等內容。

（三）立體化課程體系建設

我們將人因工程學課程內容按性質分為三個層次，構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模塊、第二次進階模塊、第三層應用模塊。第一層為整個課程體系的基礎，由人因工程各基礎知識點構成，包括人體測量、作業負荷、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展、研究方法、研究內容等；第二層為課程體系的支撐，研究基于人因的作業環境、作業空間、人機交互界面設計以及人機系統等；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——人因工程綜合應用，在課程內容上體現為綜合設計。

為取得良好的教學效果，根據人因工程學立體化課程體系各模塊的內容，要選擇適當的教學方法和手段，教學方法主要包括理論教學、實驗教學、案例分析、綜合設計等，具體內容和方法如表1所示。教學過程中，要注重多種方法的綜合應用，特別是理論教學過程中，為避免授課形式單一、課程內容單調，應結合案例分析、學生研討等方式豐富教學手段。在實驗教學環節，主要完成的基礎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。在此基礎上，中國礦業大學（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外人因工程、心理學實驗軟件的基礎上，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，可根據實際需要修改實驗參數，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，自主設計實驗，使實驗類型由驗證性和演示性實驗向設計類實驗過渡，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層，發展于進階層，落實于應用層。為此，在課程理論教學結束后，就要進入課程綜合設計環節。該環節要求學生運用人因工程的基本理論和方法，對工業生產的某個環節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，從作業姿勢、作業空間、作業環境、人機界面交互等方面提出改進思路，最后給出設計方案。綜合設計能夠將基礎層和應用層的知識點串聯起來，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生活實際結合起來，鍛煉了學生分析、解決實際問題的能力。

四、實施效果及結論

自2014年開始，中國礦業大學（北京）人因工程學課程構建了上述立體化課程體系，理論教學環節增加了案例教學的比重，實驗教學環節適當增加了設計類實驗的內容，不斷強化綜合設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有教學體系和教學過程中存在的問題，我們將教學內容分為基礎層、進階層和應用層三個層次，各層次間通過案例教學、設計類試驗和綜合設計串聯起來，構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，教師還應充分利用互聯網、微課等技術和形式，豐富課堂教學的方法和手段。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 廖斌.工業工程專業人因工程教學模式改革探索與實踐[J].中國安全生產科學技術，2013（8）：95-98.

[2] 蔣祖華.人因工程[M].北京：科學出版社，2011.

[3] 陳彬，徐斌，張洪亮.構建“三位一體”的人因工程實驗課程體系研究——以安徽工業大學為例[J].內蒙古師范大學學報（教育科學版），2016（7）：135-137.

[4] 吳慧蘭.人因工程實驗[M].上海：華東理工大學出版社，2014.

[5] 萬鵬，馬蓮欣，原丕業.基于實踐能力培養的工業工程專業人因工程課程教學改革[J].大學教育，2015（6）：100-101.

[6] 陳磊，萬斯來.人因工程課程實驗教學改革探索[J].教育現代化，2017（10）：27-28.

[7] 賈雨，肖忠海，王飛.淺談如何提高人因工程實驗教學質量[J].教育教學論壇，2014（1）：243-244.

[8] 陸剛，孫宇博，盧明銀，等.工業工程實驗教學課程體系研究[J].價值工程，2016（2）：184-187.

[責任編輯：劉鳳華]