CDIO模式下工業設計專業“人機工程學”課程思政的教學設計

姚 軒,王運恒，劉 瑩，顏克春

(梧州學院 機械與資源工程學院，廣西 梧州 543002)

“人機工程學”是研究系統中的人跟其他組成部分的交互關系的一門學科，旨在讓人、機器、環境得到合理配合，使高效、安全、健康、舒適等參數達到最優化的結果[1]。我國正處于轉型發展的關鍵時期，需要大批德才兼備的行業領軍人才，所以CDIO模式下工業設計專業的“人機工程學”課程教學要求任課教師既要善于引入先進的教學理念和教學模式，又要不斷加強自身修養，做好學生思想政治教育工作。

1 CDIO模式在“人機工程學”教學中的應用優勢

1.1 CDIO模式介紹

CDIO(Conceiving-Designing-Implementing-Operation)是2000年起由麻省理工學院和瑞典皇家工學院等4所大學花費4年時間共同探索創立，它是一種新興的工程教育模式，構思、設計、實現、運行是CDIO的4個組成部分，其理念核心要求教學實踐必須以產品、過程或系統的生產周期作為工程教育的框架，強調基礎理論與技術技能并重[2]。近年來，CDIO工程教育模式以其顯著的改革創新成果備受世界關注，在邁向國際化的背景下我國教育部也在2016年成立了CDIO工程教育聯盟，有利于提高人才教育質量。

1.2 “人機工程學”的課程特征

“人機工程學”是工業設計專業的基礎課程之一，根據工業設計人才培養方案計劃通常在大二下學期開設，方便為后續的各類設計課程做好人機工程學的學科知識儲備。人機工程學研究的是系統中人、機、環境三者之間的關系，研究內容包括人的感知系統、人體尺寸測量及數據應用、人的心理與創造性行為、人體生物力學與施力特征、工作臺椅與工具設計、作業崗位與空間設計、室內生活空間設計與家具設計、界面設計與視覺傳達設計、人的可靠性與安全設計、人機系統與交互設計等。

人機工程學注重理論概念的通識性和嚴謹性，也注重設計實踐環節的科學性和可行性，反對學生進行設計實踐環節時天馬行空般信手拈來、空泛而談、“想當然”，如果沒有把“人機工程學”的基本理論知識靈活有效地運用到產品設計活動中，就無法設計出合理的有參考價值的作品。比如在手握式工具設計中，如果不了解人手的解剖學機能，不分析人手的抓握動作，不考慮男女使用工具的能力差異，可能就會出現產品尺寸設定錯誤、產品結構不科學、產品表達不切實際等問題。

人機工程學在學科體系上與其他專業課程是互相交織融合的，比如，公共設施設計、室內空間設計、環境設計、廣告設計、展示設計、家具設計等，統統需要人機工程學的理論依據作為設計輔助，要靠創新性教學模式把細密多樣的知識點滲透到各類設計課程中去，真正做到學以致用、舉一反三。

1.3 CDIO模式與“人機工程學”相互結合

引入CDIO 教育模式可以改善目前工業設計專業人才培養模式面臨的理論普遍脫離實際的教學困境。CDIO是遞進式的實踐教學模式，為“人機工程學”課程教學的步驟和流程提供規范指導，為學生的設計過程提供標準參考，并讓學生有機會在理論學習的基礎上進行動手實踐驗證。在CDIO模式下，通過構思—設計—實施—運行4個教學環節來實現對學生不同方面能力的培養，方便教師檢測學生掌握專業技能的程度，從而實現一個完整的理論聯系實際的教學模式，提高課程教學的質量，發揮出人機工程學的價值。

首先，要想將 CDIO 理念靈活地運用于教學活動中，教師就要主動轉變自己原有的授課習慣和思想觀念，首先從課程教學大綱的課程目標出發研究教學內容，通過教材分析與學情分析，構思多條思路進行因材施教，比如通過發現生活中存在的人機學問題，引領學生學會分析問題的起因，探討解決方案。

其次，由于在人機工程學的研究中人的因素是主旋律，在進行設計活動時要使其符合人體形態、生理以及心理特點，教學的內容包括人體尺寸測量與數據采集應用，人的感覺、知覺、視覺、聽覺、嗅覺特點，人的認知心理與行為特征等內容。產品或設施或與人相關的各種裝置設計要確保在實現使用功能的前提下追求造型的美感，達到形態美與技術美的統一。目的是讓學生從解剖學、生理學和心理學的角度，考慮人體測量參數，充分分析并利用人的特性對產品或設施或與人相關的各種裝置進行合理的設計，掌握“人機工程學”的理論知識和基本設計方法。眾多的人體尺寸數據與使用條件很難識記，因此需要把人體尺寸測量數據中常用的部分內容同某個具體的產品設計結合起來，讓學生根據實際情況去查表得出所需要的相關數據，讓學生對數據形成理性的理解，提出合理的設計思路。這樣的練習做多了以后學生會對經常用到的產品尺寸了然于心，并規范應用到產品設計中，提高了學生的學習能力和學習效率。

接下來，挑選與人機學因素緊密相關的專題設計來進行具體的產品設計活動，如手持工具設計、座椅設計、鍵盤鼠標設計、操縱裝置設計、公共設施設計等，這一階段的成果可以是針對現有產品的改良設計，也可以是自主創新設計，目的就是實施設計方案。通常是要求學生動手制作實物模型，制作模型的過程可以讓學生更加直觀地認識不同材料的特性并觀察材質呈現效果，也能鍛煉學生的動手操作能力，還可以用模型來檢驗設計方案的可行性。

最后，學生通過制作模型驗證了設計方案可行后，利用二維平面軟件和三維數字軟件對設計方案進行優化和后期處理，將產品的尺寸圖、裝配圖、效果圖、展板圖制作出來，教師和學生一起篩選出部分優秀的設計作品，借助工程實驗設備或者校外生產資源制造出一個真正的產品，成品既可以用于作品展示，也可以拿去參加相關的設計比賽，也可以作為教學案例的一部分內容，關鍵是學生在“構思—設計—實施—運行”的整個過程中切身體驗了理論是如何聯系實際的，更加明白設計師學好“人機工程學”課程的重要性。

2 課程思政的科學內涵

課程思政的本質是“立德樹人”，就是在課程中融入思想政治教育元素，潛移默化地影響學生的思想意識和行為舉止，塑造正確的人生觀、世界觀和價值觀。我國教育的優良傳統一直強調“育人”先要“育德”，歷年來國家也高度重視高等學校的德育工作和思想政治工作，推出了一系列的教育方針、政策，最終都是為了實現“立德樹人”的目標[3]。“立德樹人”蘊含著知識技能與理想信念雙重內容，青少年正是價值觀形成和塑造的關鍵時期，課程思政作為落實“立德樹人”根本任務的重要途徑，目前全國高校都在全力推進各個學科專業的課程思政力度，包括公共基礎課、專業教育課、實驗實踐課等，廣大教師群體共同展開思政教學有利于提高高校“立德樹人”的教育成效，為國家培養德才兼備的社會主義建設者和接班人。

3 CDIO模式下“人機工程學”課程思政的教學設計

3.1 課程思政教學指導意義

每門課程都有自身的知識體系、學科屬性和邏輯關聯，每門課程所蘊含的德育元素也不盡相同，高校專業課程的思政教學要求專業課教師不斷提升自己的理論素養和專業水平，在教學設計之前要認真梳理本課程與其他專業課程之間的聯系，充分挖掘其中有特色的思想政治教育元素，將價值塑造、知識傳授和能力培養有機統一起來，確保在課程思政的教學過程中實現教學目標。

人機工程學與人體解剖學、人體測量學、生物力學、勞動心理學、勞動生理學、環境衛生學、工業與工程設計、工作研究、基礎建筑與照明工程、安全工程等學科均有交叉融合的地方，課程思政元素的來源非常豐富[4]。在工業設計專業“人機工程學”課程教學過程中為了能夠更好地鍛煉學生的實踐能力與創新能力，提出在CDIO理念下把課程思政教育與課程知識教學進行有效的結合，培養學生在進行設計活動時能夠以人文本，先合理分析人的生理心理行為和環境因素再進行具體的產品設計，整個過程做到有理有據有情有意義，賦予設計產品實用功能與生命內涵，這也體現出課程思政在“人機工程學”課程中發揮的積極的教育價值。

3.2 課程思政教學目標設定

很多思想政治教育元素可以融合在“人機工程學”的教學內容中，豐富了“人機工程學”的人文內涵和學科意義，以培養具有專業技能和品德素養的設計人才為目的提出如下教學目標。

教學目標1：熟悉人機工程學的基本理論概念，整體認識人—機—環境系統三者之間相互作用相互依存的關系，進而學會用寬闊的視野看待一切問題，在生活、學習和工作中培養大局觀、全局觀。

教學目標2：掌握人的感官知覺、運動特點，作業姿勢、人的心理和創造性行為、人體生物力學和施力特征、人體測量與數據等方面的知識，因為人是最活躍、最重要，也是最難控制的系統，樹立“以人為本”教育理念，培養學生的人文情懷和社會責任感。

教學目標3：了解產品設計、工具家具設計、顯示器控制器設計、作業空間設計、人機界面設計、可靠性與安全性設計、人機智能系統設計等設計理論、設計原則與設計方法，尤其是涉及人體尺寸數據和安全性能方面要嚴格遵循設計的科學性和嚴謹性，做一個具有人機工程學理論知識和人機工程學科學智慧的設計師。

教學目標4：能發現生活中存在的人機工程問題，并創造性地提出人機工程學方面的解決思路，也能在具體設計實踐活動中提出有效的數據和要求，制作合理可行的實用方案并進行驗證。在新時代經濟與科技快速發展的背景下，更要注重引導學生把理論知識和實際應用有機結合起來，用先進的文化、科學的思想武裝自己。

教學目標5：能運用人機工程學的相關理論進行人機系統評價和優化，創造舒適、健康、安全、高效的作業體驗和工作環境，引導學生在學習的過程中對獲取知識有渴望，對民族文化有自信，對個人與國家的前途命運有擔當，塑造積極的正確的價值觀念，爭做一名有本領、有理想、有情懷、有使命感的社會主義新青年。

3.3 課程思政教學過程設計

人機工程學作為一門新興的交叉學科，其研究領域隨著科技經濟的發展而不斷拓寬，隨著專業學科的知識體系不斷深入，課程思政教育工作也應與時俱進，進行專業課程教學的同時要培養學生精益求精的大國工匠精神和社會使命擔當。針對“人機工程學”的課程特點和工業設計專業學生的知識基礎，提煉課程思政元素，結合案例融入教學中，下面就“人機工程學”課程中幾個重要知識內容設計思政教學。

3.3.1 結合人機工程學的起源與發展，學習經典思想。

我國傳統文化博大精深，歷史淵遠流長，講人機工程學的起源與發展時，我們知道人機學基本思想的萌芽可以追溯到人類開始使用工具的歷史時期，用魯智深的禪杖(過重)、張飛的蛇矛(過長)等古代的兵器存在的設計問題，引入《考工記》、《天工開物》等經典古籍。《考工記》是我國發現年代最早的手工業技術文獻，反映出古人的科技工藝水平和生活思想狀態，《天工開物》由明代科學家宋應星而著，記載有各種農作物和手工業原料的種類、產地、生產技術和工藝裝備，以及一些生產組織經驗，是中國科技史料中保留最為豐富的一部書。

書中的核心思想都強調人類要和自然相協調、人力要與自然力相配合，講授人—機—環境系統之間的聯系時，引入習近平總書記的話：“我們既要金山銀山，又要綠水青山。” 人與自然是有機的整體，我國社會經濟高速發展的同時也對環境造成很大的破壞，生態興則文明興，生態衰則文明衰。生態文明要以人與自然和諧發展為本，以生態學規律來指導人們的經濟活動，走可持續發展道路才能解決人類文明發展同自然環境惡化之間的矛盾，倡導學生從自身做起，在生活的點滴中培養環保意識，牢記“勿以善小而不為，勿以惡小而為之”的古訓，共同愛護我們的地球母親。

3.3.2 結合視覺特征和色彩應用內容，弘揚愛國精神。

在可見光譜上，人類視力可以分辨紫色、藍色、綠色、黃色、橙色、紅色、青色等色彩，人眼辨色能力與顏色對比有關，當人從遠處辨認前方的多種顏色時，最容易辨認出紅色，其后是綠色、黃色、白色，所以在停車、危險處信號標志通常采用紅色。當2種顏色相配在一起，容易辨認的顏色組合有黃底黑字、白底黑字、藍底白字等，公路兩旁的交通標志常用黃底黑字搭配。

在講授色彩應用時擴展出每個國家和地區都有各自對色彩的審美觀，色彩是文化的一種表達形式或者是文化本身。例如，自古以來中國人就對紅色格外偏愛，從建筑到衣食住行，從婚娶到傳統佳節慶典，紅色從未缺席。我國古代著名的思想家、教育家孔子稱紅色是大雅之色，代表正統。古代海上絲綢之路遠銷世界各地的上等陶瓷多數是紅色的(礬紅燒出來的陶瓷比較好)，外國人稱之為“中國紅”。 紅色是全世界無產階級共同信仰的顏色，代表新力量、自由與工人運動，中華人民共和國成立后將紅色作為國旗的底色，象征著革命、勝利和進步，中國共產黨高舉革命旗幟，堅定不移地走中國特色社會主義道路。杰出的愛國企業家孟晚舟女士回到祖國的懷抱，身著紅裙深情表達滿滿的愛國情懷“如果信念有顏色，那一定是中國紅！”全國人民都為日益強大的祖國感到自豪，提醒學生要珍惜現在，樹立強志報國的理想，為中華民族的偉大復興努力奮斗！

3.3.3 結合安全設計內容，增強安全意識。

安全裝置是對某些危險進行預防的安全技術措施，講授聯鎖裝置設計的內容，舉例當作業者進入電源、動力源這類危險區時，必須先斷開電源開關然后才可以運用聯鎖裝置。比如，機器的開關與門通常做成互鎖的設計結構，設定作業者打開門時，機器的電源會自動切斷，確保作業者與機器近距離接觸時機器處于停運狀態，當作業者關上門后，電源才通電，保障作業者的安全。考慮到為了便于觀察機器加工生產時狀態，設計門時采用鋼化玻璃或透明的工程塑料來制作，這樣作業者就不需要經常打開門去檢查機器內部的工作情況，減輕了作業者的負擔。隨著科技的發展，設計師可以利用感應控制安全距離，若身體的任何部位經過感應區而進入到作業空間的危險區域時，光電傳感器就會發出指令讓機器停止運作。

教師可以結合國內外先進的技術、材料、工藝在工業領域或其他領域的應用，舉出新世紀的設計師與時俱進，利用高科技來降低安全事故率的案例，再組織學生討論生活中存在安全隱患的設計，用人機工程學的知識進行理論分析，提出有可行性的改良設計方案。另外，利用校內外“產—學—研”的平臺資源，帶領學生到優秀的企業參觀，開闊學生的視野，鼓勵學生努力學習專業技能，掌握科技本領。安全就是生命，安全就是發展，我們要發揮人的主觀能動性，因為再先進的機器也不能完全保障人的安全，事故的發生是人和物的不穩定因素共同導致的，而且主要是人的因素導致的，所以教師要引導學生樹立安全意識，對生命安全有敬畏感，在生活、學習、實習實踐中都自覺遵守相應的安全規范，如用電安全、交通安全、儀器設備使用安全、消防安全、施工安全等。

3.3.4 結合無障礙化設計內容，培養人文素養。

隨著老年人和殘疾人為主體的弱勢群體人數的增長，無障礙設計越來越受到重視，它是方便老年人、殘疾人，甚至婦女兒童生活的重要措施，在現代城市道路、房屋建筑、指示地圖、公共環境設施中都得以體現。人機工程學是無障礙設計的理論基礎，例如人的尺度和活動空間是確定道路和建筑設計的主要依據，設計師應綜合考慮人體尺度、活動空間與行為特點，滿足無障礙設計的特殊要求，真正做到關注關愛關懷弱勢群體。講授這部分內容時，強調健全人的平均眼高為160 cm，乘坐輪椅者的眼高為110 cm，拄拐杖者因姿態向前傾斜，眼位稍低一點，約為150 cm，在設計取款機、洗手池、飲水器、吊柜、扶手、工作臺等產品時，要充分考慮尺寸差異，使產品更親切、更人性化。另外，乘輪椅者在樓層間或者階梯間移動只能依靠電梯或者坡道上下轉移，目前許多公共場所在臺階一側都修有平緩的供輪椅通行的坡道。

針對盲人設計產品時，要根據人的觸覺特征，在人與產品的接觸面上設計凸起和凹陷的結構，可以方便盲人使用，比如人行道上為盲人鋪設的走道，觸覺指示地圖，用凸凹的結構來幫助人區分產品不同的模塊，這些細節設計不僅消除了盲人使用的障礙，也從情感上給予他們溫暖與關愛。溫家寶總理曾指出建設無障礙設施是為殘疾人、老年人和其他社會成員提供方便的重要措施，是社會進步的重要標志。通過課堂的設計實例分析，幫助學生把人機工程學的設計理論和以人為本的理念滲透到產品設計中，進一步加深學生對和諧社會核心價值觀的理解，培養學生自覺關心弱勢群體的品德素養。

3.3.5 結合人機交互設計的內容，樹立遠大理想。

人機交互設計是指在人與產品、服務、系統之間創建一系列對話，使之互相配合達到某種目的。交互設計是信息社會的主流設計方向，不論是公司企業還是學術機構都在研究人機交互。以著名國產手機品牌“華為”為例，2015年華為旗下的Mate S手機注入了人類用觸摸感知外界事物的靈感，打破了以往二維的觸屏操控傳統，開啟了人機交互全新紀元。首次創造性地將Force Touch技術應用于手機交互。2021年，HUAWEI P50將功能性的雙攝像單元和美學的雙環形式巧妙融合，帶來跨越時空、捕捉色彩、感知明暗、定格瞬間和動靜皆宜的手機攝像能力，業界首創的計算機光學技術突破物理邊界，開啟移動攝像的全新時代。

華為依靠鍥而不舍、艱苦奮斗的精神取得了國內手機品牌第一的地位，其愿景和使命是構建萬物互聯的智能世界，并將可持續發展全面融入企業的整體發展戰略當中。講授人機交互的內容之前，布置學生上網查閱華為手機的發展歷史和最新研究成果，分析其他手機品牌在人機交互設計部分的優點和缺點，在課堂中集中討論，調動學生的積極性。通過分析華為手機品牌的創新點引入該品牌背后的理念和文化，從而潛移默化地將思政元素融入課程教學中。鼓勵學生學習華為不斷突破技術創新的精神，學習電子信息時代華為的使命擔當，從而樹立遠大抱負，爭取為國家乃至世界的和諧發展貢獻自己的一份力量。

4 結語

引入CDIO 教育模式有利于改善目前人機工程學教學過程中理論知識與實踐應用結合困難的問題，綜合培養學生的理論能力、實踐能力和創新能力，為實現教學模式從傳統的“填鴨式”教育向“啟發式”教育轉變提供經驗參考。CDIO 教育模式同時也對教師的專業能力提出了更高要求，以此督促教師不斷充電學習，積極主動地提升自己。同時為了更好的“以德育人、以德治教”，教師首先要以身作則，堅定馬克思主義信仰，用習近平新時代中國特色社會主義思想武裝頭腦，通過認真做好“人機工程學”課程思政教育工作來引領學生樹立正確的理想信念，肩負起民族復興的時代重任。