逆向設計流程在人機工程學課程中的應用研究

王芳

摘要：為改變產(chǎn)品設計專業(yè)人機工程學課程現(xiàn)狀，強調(diào)理論在實際生活中的應用，同時重點培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)分析一解決問題的能力。總結分析了本課程中存在的諸多問題，并綜合產(chǎn)品設計的專業(yè)性質(zhì)將“逆向設計流程”引用到其實踐教學中，并論述了基于逆向設計流程的人機工程學教改內(nèi)容和改革成效，并以學生作業(yè)補充說明。學生掌握了逆向設計流程操作方法和發(fā)現(xiàn)一分析解決現(xiàn)實生活中的人機問題的能力。該方法能有效增強學生獨立思考能力，提高其創(chuàng)新能力和設計水平，對后期的專業(yè)專題設計課程具有積極作用。

關鍵詞：逆向設計流程人機工程學產(chǎn)品設計

中圖分類號：G642

文獻標識碼：A

文章編號：1003-0069（2019）05-0107-03

Abstract： In order to change the current situation of the course of ergonomics?for product design specialty， the application of theory in real life is emphasized，?and the ability of students to discover， analyze and solve problems is emphasized.This paper summarizes and analyses many problems existing in this course， and?applies "reverse design process" to its practical teaching based on the professional?nature of product design. It also discusses the content and effect of the teaching?reform of Ergonomics Based on reverse design process， and supplements it with?students homework. Students have mastered the operation method of reverse design?process and the ability of discovery-analysis-solving human-machine problems in?real life.This method can effectively enhance students independent thinking ability?，improve their innovative ability and design level， and play a positive role in the later?specialized subject design course.

Keywords： Reverse Design Process Ergonomics Product design

引言

隨著人們對產(chǎn)品的要求逐步提高，其關注點逐漸轉(zhuǎn)變到是否符合人的生理及心理舒適性上，這就要求設計師們在未來的產(chǎn)品設計中傾注更多的精力處理好人機關系，即創(chuàng)造出更加人性化的產(chǎn)品。設計是創(chuàng)造為人類生活服務的事物，其本質(zhì)是“以人為本”，只要是“人”所使用的產(chǎn)品，都應在人機上加以考慮。因此對于以應用型人才為培養(yǎng)目標的產(chǎn)品設計專業(yè)來說，人機工程學的設計方法和設計程序的傳授顯得越發(fā)重要。而當前該課程的教學模式為理論講授為主，作業(yè)為輔，學生處于被動學習狀態(tài)，導致在設計實踐時不能應用曾學過的人機理論和設計方法。針對人機工程學課堂教學中現(xiàn)存問題，筆者提出基于逆向設計流程的人機工程學教學改革研究，合理整合、編排理論內(nèi)容，并將理論與設計實踐密切聯(lián)系，以貼合新時代下的產(chǎn)品設計專業(yè)的應用型人才培養(yǎng)目標。

一、逆向設計流程闡述

產(chǎn)品設計大多是“從無到有”的過程，創(chuàng)意者先在大腦里構思出產(chǎn)品的外形、結構、功能基本要素，進而通過手繪、三維建模等方式將頭腦中的創(chuàng)意方案可視化，最后將模型方案制作出來，這是一個完整的產(chǎn)品開發(fā)制作周期，這一過程便是現(xiàn)有產(chǎn)品領域最常用的正向設計流程。而與之相反的“從有到無”的逆向設計流程，則是根據(jù)某一現(xiàn)存物體形態(tài)反向推導出其參數(shù)，看似沒必要如此操作，其實有些產(chǎn)品類型則必須采用逆向設計流程才能達到其對人機工程學的高要求。這里以羅技Logitech?MX?MASTER藍牙鼠標為案例詳細闡述逆向設計流程的具體內(nèi)容。

鼠標是與手長時間、高度貼合的產(chǎn)品類型，因此對于人機工程學的要求十分高，如果采用傳統(tǒng)的正向設計流程直接構建模型難以達到人機的高要求，因此必須通過逆向設計流程完成設計制作周期。羅技Logitech?MX?MASTER藍牙鼠標的逆向設計流程大致包括四個階段，分別為：第一階段繪制大量手繪概念方案，經(jīng)過評比選定初步設計方向;第二階段制作一系列實體模型驗證人機工程學，并選出最佳人機模型方案;第三階段確認符合人機工程學模型后，進行模型的細節(jié)推敲;第四階段將細節(jié)完善的模型掃描成點云，并構建三維模型。由此方法建出的鼠標模型將能達到人機的高要求，使人手在操作時更加舒適、高效、安全、不易疲勞，如圖1。

二、人機工程學教學現(xiàn)狀

人機工程學涉及人體測量學、人體力學、心理學等多門學科內(nèi)容，其研究與應用的目的是構筑出一個個兼具安全、高效、舒適、實用、省力、易操作等特性的人機系統(tǒng)。人機工程學課程的設計思維貫穿于產(chǎn)品設計的整個開發(fā)階段，學生對于人機工程學的設計方法和設計程序掌握的牢固與否將會影響到其設計水平，并會影響到學生后續(xù)的專業(yè)專題課程能否順利完成。

人機工程學一直以來便是各大院校產(chǎn)品設計專業(yè)的主干課程，但大多數(shù)教師一直延用傳統(tǒng)的教學模式和教學資料，難以真正實現(xiàn)人機工程學課程和產(chǎn)品設計專業(yè)的培養(yǎng)目標，難以滿足時代對于應用型人才的需求?，F(xiàn)將現(xiàn)階段國內(nèi)各大院校人機工程學課程的主要問題進行分類論述：

（一）教學內(nèi)容不合理

產(chǎn)品設計專業(yè)的人機工程學課程是從工程技術類學科延伸過來的，其課程內(nèi)容基本上延續(xù)了工程技術類所教授的人機內(nèi)容，涉及到許多十分繁雜與枯燥的概念、計算公式和數(shù)據(jù)，但又與產(chǎn)品設計專業(yè)關聯(lián)性不大，對于后期的設計專題課程以及設計實踐的指導意義也有限，且易限定學生的創(chuàng)新思維，因此需要根據(jù)產(chǎn)品設計的教學體系和培養(yǎng)目的，對其教學內(nèi)容進行重新整合與編排。

（二）教材資料過時

丁玉蘭的《人機工程學》一書是近年來眾多院校的指定教材，該書中包含較多理論、數(shù)據(jù)數(shù)表和推算公式，對于藝術生出身的產(chǎn)品設計學生來說較難理解。另外，包括劉峰、朱寧嘉主編的《人體工程學》（2006年），王繼成編寫的《產(chǎn)品設計中的人機工程學》（2013年）等相關教材，雖然盡量在與產(chǎn)品設計專業(yè)進行關聯(lián)，卻逃脫不了理論知識較為繁雜，數(shù)據(jù)和范例過時、與專業(yè)相關性不大。而現(xiàn)在很多高校老師過分依賴教材內(nèi)容，不能與時俱進，照本宣科的教授課本上繁雜而陳舊的理論知識或案例，忽略了將人機知識與產(chǎn)品設計研究內(nèi)容進行結合，導致學生不能真正應用人機知識解決產(chǎn)品設計中的相關問題。

（三）教學模式相對陳舊

人機工程學課程設置的目的是讓學生能夠系統(tǒng)掌握相關理論知識、設計思維和設計程序，并有效指導設計實踐51。而當前國內(nèi)院校人機工程學課程的教學模式大多是前期為人機理論知識的填鴨式灌輸，后期進行基于人機理論的產(chǎn)品設計實踐，看似相較之前的“理論知識講授+期末閉卷考試”的教學模式具有一定的先進性，實則學生仍保持被動地接受知識，在設計實踐階段仍然未避免“照數(shù)據(jù)宣科”的現(xiàn)象，并不能系統(tǒng)有效地應用人機理論、設計方法進行創(chuàng)意實踐，可見此教學模式并沒有真正解決人機工程教學中的問題。

三、逆向設計流程在人機工程學中的應用研究

課程教學的成效與教學內(nèi)容、教學方法，以及期末考核形式的合理設置有很大關系，在面向產(chǎn)品設計專業(yè)的人機工程學的實踐教學工作中，任課教師需緊追時代需求，轉(zhuǎn)變教學觀念，及時更新教學內(nèi)容，并根據(jù)學生個性設計出更合理的教學模式、教學方法，以提高學生的學習積極性和對課程內(nèi)容的掌握程度，進而提升學生們的設計水平。

本文針對人機工程學現(xiàn)階段存在的教學問題有的放矢地進行教學方式方法的研究和改革，主要有以下研究內(nèi)容：

（一）教學改革目標

通過本課程教學改革，以期達到以下目標：旨在使學生正確認識人機工程學課程的重要性，提高學習興趣，借助于課程教學方式的多樣化，掌握課程系統(tǒng)知識，通過大量案例分析，能融會貫通、觸類旁通地發(fā)現(xiàn)問題、分析問題，并解決問題，增強學生獨立思考能力，提高其創(chuàng)新能力和實踐動手能力。

（二）教學內(nèi)容的整合

課程理論研究目的是為以人為本的設計提供人體尺寸數(shù)據(jù)、科學依據(jù)和設計準則，而現(xiàn)有教材資料理論知識涉及面廣、數(shù)據(jù)過時，設計準則也與時代脫節(jié)，教師應根據(jù)時代需求和產(chǎn)品設計專業(yè)性質(zhì)整合、簡化理論內(nèi)容6。本文根據(jù)筆者多年的教學經(jīng)驗和設計實踐，將人機工程學的課程教學分為概論、基礎理論、設計程序和專題設計四大部分。

概述部分以闡述人機工程學的基本定義、思想為主，并通過講解日常問題和人機解決方案讓學生意識到人機問題的普遍性和人機于產(chǎn)品的重要性;基礎理論部分主要介紹人機工程學的分析要素、人體數(shù)據(jù)的測量與應用、人機關系分析與把握，并結合經(jīng)典案例進行應用講解;設計程序重點講授人機問題的發(fā)現(xiàn)、分析以及解決的程序和方法，是為了培養(yǎng)學生用相關知識解決實際問題的意識和能力，這樣才能學以致用、學有所用;專題設計部分則是讓學生根據(jù)前期理論、案例選定選題，并綜合應用理論、人機分析、設計程序和人體數(shù)據(jù)等完成產(chǎn)品設計過程，并在設計階段應用逆向設計流程，讓學生有章可循地得到真正符合人機工程學的創(chuàng)意方案。另外，課堂實踐時會將學術界、行業(yè)的最新人機理論和設計案例穿插其中，以開拓學生的思維和眼界，培養(yǎng)提出人性化方案的思維模式。

（三）教學模式的改革

人機工程學是一門理論與實踐并重的課程，可將教學內(nèi)容概論、基礎理論、設計程序和專題設計四部分歸納為“理論”和“實踐”，對于教學模式的改革即是從這兩點入手，有針對性地進行改革實踐。

1.?理論部分。課堂理論講授時需注重師生互動，由教師講解完相關知識后進行案例解讀，并引導性的提出問題，學生舉一反三地去學會發(fā)現(xiàn)、分析、解決問題。教師在期間解答疑惑，并給予建設性意見，學生在教師意見的基礎上對自己的方案進行改進和完善。如此反復，整個教學下來，學生將在活躍的課堂氣氛中系統(tǒng)地掌握人機理論和相關數(shù)據(jù)，同時培養(yǎng)了處理人機問題的能力和思維。

2.?專題實踐部分。按照傳統(tǒng)的教學模式，照搬人機數(shù)據(jù)進行設計往往無法真正達到人機的合理性，因此在課程專題設計中引入逆向設計流程。本次設計實踐選題為“以手為中心的設計”，產(chǎn)品類型可選擇剃須刀、游戲手柄、鼠標、手持工具、吹風機等生活中常見且與手有密切關系的產(chǎn)品，實踐內(nèi)容依次為前期調(diào)研（包括市場/用戶調(diào)研、行為分析）→概念草圖→石膏模型→人機實驗→確定最佳改良方案→最佳方案細節(jié)模型推敲→三維掃描→三維模型構建，其中“石膏模型”得到“三維模型”體現(xiàn)出逆向設計思維，人機實驗讓學生切身體會自己方案的舒適度、操作方式、形態(tài)、尺度等，更便于調(diào)整方案和設計思路。這樣的設計程序讓學生可以從人機工程學的角度重新審視生活中的物，并系統(tǒng)地掌握基于人機問題的產(chǎn)品設計程序與方法。

這里以課程專題設計階段的成果詳細說明設計流程。專題設計以2人小組形式進行，該小組徐淼銓和楊茜羽同學選題為紅酒開瓶器的改良設計，首先對現(xiàn)有開瓶器進行分類研究、市場調(diào)研、用戶調(diào)研、使用分析等，如圖2。小組成員通過調(diào)研分析得出現(xiàn)有開瓶器主要存在的問題包括：（1）開酒瓶是沒有支點受力，很難拔出;（2）若紅酒瓶瓶口沒有固定點，旋鈕易傾斜，橡木塞易斷裂;（3）開瓶器便攜性大多很差;（4）開瓶器操作較麻煩，不適合大眾化使用。

基于調(diào)研結果小組成員繪制草圖方案，并選定初步方向制作四款石膏模型，通過試驗檢驗各方案是否符合人機，并選定最佳人機解決方案，并對其模型進行細節(jié)推敲，包括分模線、防滑槽等。接著進入實體模型掃描和三維模型構建階段，但因我校沒有掃描儀，學生只能通過拍照將模型轉(zhuǎn)化為圖片，然后再構建模型，圖3為該小組的改良設計階段內(nèi)容。

（四）教學改革的成效。具體有以下幾個方面：①通過教學內(nèi)容的整合和案例教學，使枯燥的理論直觀化、簡易化，幫助學生易于理解、掌握和消化，學生的學習能動性也明顯提高。②人機工程學的難點在于對生活中的人機問題提出解決方案，需具備扎實的理論基礎和實踐功底，通過教學模式的改革，學生系統(tǒng)掌握了人機理論和設計程序方法，并能舉一反三地獨立完成基于人機問題的產(chǎn)品設計研究與分析，在后續(xù)的專題課程中能合理應用人機工程學相關知識。③本次課程改革改變過去教師填鴨式灌輸和“唱獨角戲”的教學模式，對教師自身也提出了更高的要求，首先需要時刻關注最新設計案例和人機領域研究成果，才能真正做到理論聯(lián)系實際的教學效果;其次需要不斷提高專業(yè)能力和設計水平，這樣才能在課堂中對于學生的分門別類的問題——給予建設性意見。

結語

本文對產(chǎn)品設計專業(yè)的人機工程學課程教學改革進行論述介紹，并提出將逆向設計流程導入該課程中，旨在使學生正確認識課程重要性，提高學習主動性和積極性;借助于課程教學方式的多樣化，掌握課程系統(tǒng)知識，通過大量案例分析、基于逆向設計流程的專題設計實踐，使學生能融會貫通地發(fā)現(xiàn)分析一解決生活中的人機問題，該課程的改革將能增強學生獨立思考能力，提高其創(chuàng)新能力和實踐動手能力”，對后期的專業(yè)專題設計課程具有積極作用。

本文系浙江財經(jīng)大學東方學院課堂教學改革項目課題《基于逆向設計流程的<人機工程學>課堂教改研究》（項目編號：2018JK12）。

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