基于工程教育專業認證OBE理念的安全人機工程實驗室建設研究與實施

岳麗宏 王玉華 馬池香 張楠 韓蕓英

摘? 要 在工程教育專業認證背景下，高校實驗室是開展科學研究、進行學生培養的重要場所。以青島理工大學安全人機工程實驗室建設為例，以學生為主體，對標面向專業認證的安全人機工程課程的知識目標、能力目標、素質目標進行實驗體系建設，分享運行管理實踐經驗，讓專業實驗室在培養學生綜合能力和保障學生身心健康方面發揮應有的作用。

關鍵詞 安全工程；安全人機工程實驗室；實驗教學；OBE；工程教育

中圖分類號：G647.6? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2021）14-0001-06

Abstract The laboratory of university is an important place where?we carry on scientific research and cultivate students in the back-ground of Professional Certification for Engineering Education. In?this paper we take Man-Machine Engineering Laboratory construc-tion of Qingdao University of Technology as an example. We take student-oriented ideology as the concept and aim at the targets of knowledge， ability and quality of Man-Machine Engineering as the course of Education of Professional Certification for Engineering Education. We share the practices of operation and administration?about the Man-Machine Engineering Laboratory. What we have done?can make the professional laboratory playing a due role in ensuring overall quality and physical and psychological health of the students.

Key words safety engineering; man-machine engineering laboratory;?experimental teaching; OBE; engineering education

0? 引言

我國的安全工程經歷了從初期的基本安全政策和勞動保護工作發展到一系列安全標準、法規的出臺，再到現在安全工程技術、安全科學逐漸完善的過程[1]。安全工程學科是隸屬于一級學科安全科學與工程（學科代碼：0837）的一個二級學科。中國教育在線高考志愿填報平臺的統計資料顯示：截至2019年5月，全國共有150所高校開設該本科專業，其中普通本科院校及附屬學院有138所；截至2020年1月，全國共計有包括中國礦業大學（北京）、中國地質大學（北京）、東北大學、遼寧工程技術大學等在內的47所高校的安全工程專業通過工程教育專業認證[2-3]。工程教育專業認證的核心內涵是建構“以學生為中心、產出為導向”的人才培養體系，并突出持續改進的特點[4]。OBE是產出導向教育的簡稱，其核心理念是以學生為中心，聚焦于學生受教育后能產出什么[5]。

根據上述OBE教育核心理念可知，安全人機工程課程實驗教學的關鍵在于定義學生的學習產出，即學生通過實驗課程的學習后能做什么。這就需要基于OBE工程教育認證的畢業能力要求及畢業生就業后反饋的技能需求來分析，結合實際對安全人機工程實驗室進行合適定位。

1? 基于OBE理念的安全人機工程實驗室體系架構

高等學校安全工程學科教學指導委員會制定的《安全工程專業本科教育認證標準》及《全國工程教育認證安全工程專業補充標準》中涉及的培養目標、畢業要求有七大項、若干子項，包括知識目標、能力目標和素質目標。

安全人機工程的主要作用是通過人—機—環境相互關系的研究，為作業人員創造最佳的作業條件和環境，保障作業人員安全，減少失誤、減少疲勞，從而提高作業效率，保證系統安全，同時為事故的系統分析、事故的預防以及安全決策提供理論依據[6]。安全人機工程的研究對象是人、機、人機界面。實驗室為研究者提供研究平臺，為學生提供實驗實訓場所，實驗教學環節對幫助學生理解和掌握課程的理論和方法以及對學生工程實踐能力的培養起著至關重要的作用[7]。實驗室是學生學習應用理論知識并進行實踐的主要場地，是連通理論與實踐的橋梁，對學生綜合素質的養成具有積極意義[8]，主要對標畢業要求中的能力目標和素質目標。因此，安全人機工程實驗教學的學習產出分為能力目標和素質目標，即通過實驗準備鍛煉學生的自主學習能力，通過實驗操作鍛煉學生的動手操作能力，通過數據分析鍛煉學生的研究創新能力，通過合作鍛煉學生的團隊協作能力。通過實驗課程的學習，學生在學會學習、學會相處、學會做事等方面都有所收獲。安全人機工程實驗主要針對人和人機匹配兩個方面。為對標上述能力和素質要求，安全人機工程實驗室可以設置基礎實驗平臺、科學研究平臺和對外服務平臺三個模塊，各平臺的構成情況如表1所示。

2? 基于OBE理念的青島理工大學安全人機工程實驗室建設

青島理工大學的安全工程專業主要培養適應國家經濟和社會發展需要，掌握安全科學與工程的基本理論、基本知識及基本技能，具有土木建筑安全專長，具備到土木建筑、機械、化工等相關行業領域從事安全工程的設計、研究、評估與咨詢、安全監察、技術管理、應急救援、安全教育與培訓等方面工作的能力，具有一定的國際視野和創新意識，具備良好的溝通、團隊協作和終身學習能力，德智體美全面發展的應用型專業人才。青島理工大學在2019年完成中國工程教育專業認證協會組織開展的學校自評、專業類認證委員會審核、專家組現場考察、結論審議等程序，通過工程教育認證。安全人機工程是青島理工大學安全工程專業的專業核心課程，以建筑施工行業人機界面為主要研究對象，分析、研究由于作業導致勞動者健康損害或傷亡等因素的作用機理、預防措施等，從而評價作業及作業環境是否滿足安全、高效、舒適和健康要求，支撐“設計/開發解決方案”“研究”“個人和團隊”三個畢業要求，其中對“設計/開發解決方案”的支撐是強支撐，對“研究”的支撐是中等支撐，對“個人和團隊”的支撐是弱支撐。

青島理工大學安全人機工程實驗室歸屬于安全科學與工程實驗中心，承擔安全工程專業安全人機工程課程實驗教學、畢業設計、創新活動等任務，旨在提升學生的實驗動手能力、工程實踐能力和創新思維能力。實驗室由人機交互實驗平臺系統、人的心理及反應測定平臺和人的生理學參數測定平臺組成，能同時滿足教學和科研的要求，其體系架構如圖1所示。此外，實驗室對全校師生開放，進行相關體質和心理健康監測，關注師生身心健康。

2.1? 人機交互實驗平臺系統及其建設

人機交互實驗平臺主要為科研和全校師生的心理健康監測服務，還可以用于大學生創新活動、本科生的課程設計和畢業設計。人機交互實驗平臺系統包括人—機—環境同步平臺和人因綜合實驗操作臺兩個實驗平臺。

人—機—環境同步平臺如圖2所示，由PC實驗主機、無線傳感裝置、生理及行為記錄軟件系統組成，通過不同的刺激場景，記錄PPG（光電容積脈搏）、ECG（心電）、SKT（體溫）、EDA（皮電）、EMG（肌電）、RESP（呼吸頻率）等生理參數，研究人類在不同物理環境中或進行各種活動時的人體生理狀況及行為反應，并通過無線傳感技術、行為編碼分析技術同步記錄用戶的心理、生理和行為變化情況，同步分析操作人的行為表現、認知負荷、疲勞狀態等，實現在同一時間或同一時間段內人—機—環境數據的實時同步記錄、跟蹤和分析。人—機—環境同步平臺主要用于科研、研究生培養、大學生創新活動以及本科生的畢業設計和課程設計等，在培養學生獨立研究能力方面有著重要作用。

人因綜合實驗操作臺如圖3所示，由PC實驗主機、實驗操作臺、心理實驗、測試及訓練軟件系統組成，可以研究各種心理學現象，也可以進行心理學測試或應用于心理行為功能訓練。人因綜合實驗操作臺主要為科研、研究生培養、大學生創新活動以及本科生的畢業設計和課程設計等服務，心理測試系統還為全校師生提供心理健康監測服務，在關注師生心理健康方面發揮重要作用。

1）心理學現象研究實驗，涵蓋實驗心理學、認知心理學、普通心理學、發展心理學、教育心理學、工程心理學等多個領域，超過100個心理學實驗，可開展以下十個實驗項目。

①心理學現象演示實驗。

②反應時實驗：簡單反應時、選擇反應時、辨別反應時、STOOP效應等。

③心理物理學實驗：最小變化法、恒定刺激法、平均差誤法、對偶比較法、等級排列法、信號檢測論（有無法、迫選法、評價法）等。

④注意實驗：注意廣度、注意分配、注意轉移、雙耳分聽、注意穩定性、劃消測驗、注意集中、注意抗干擾性等。

⑤感知覺實驗：速度知覺、螺旋后效、時間知覺、似動現象、表象的心理旋轉、系列掃描與平行掃描、整體加工與局部加工等。

⑥記憶和學習的實驗：瞬時記憶、系列位置效應、短時記憶廣度、記憶中信息提取的再度激活、工作記憶廣度、有憑借再現與無憑借再現、空間位置記憶廣度、詞的具體性對FOK現象的影響、圖形信息的有意遺忘、錯誤再認等。

⑦思維實驗：問題解決的定勢效應、河內塔、句子理解速度、推理的氣氛效應等。

⑧情緒實驗：面部表情的辨認、顏色的情緒色彩、面孔識別等。

⑨認知實驗：短時記憶的信息提取、鑲嵌圖形、內隱記憶、字詞的優勢效應、短時記憶的視覺編碼等。

⑩兒童心理學實驗：兒童思維策略、兒童推理能力、兒童認知方式、兒童道德判斷、兒童天平實驗、兒童警覺水平等。

2）心理學測試實驗。心理測試系統含有105個國內常用心理測試量表，且量表內容可自定義添加，可應用于個體或大規模的心理測試或普查。

3）心理行為功能訓練實驗，可開展九個實驗項目：視聽簡單反應時的測驗；視聽選擇反應時的測驗；視、聽注意分配的測驗；動作頻率的測驗；記憶測驗與訓練；數字符號的測驗（或譯碼測驗）；連線測驗（或視覺品質注意分配）；穩定性的測驗與訓練（或手臂穩定度測驗目）；鑒別反應實驗。

2.2? 人的心理及反應測定平臺及其建設

在作業過程中，人的感知、反應都會影響操作的準確性、人機匹配的合理性，人的心理及反應測定平臺通過測定人的心理及反應特性，了解作業疲勞的判定指標和緩解措施。人的心理及反應測定平臺主要用于實驗教學、課程設計，通過測定人的感知特性、反應特性、作業疲勞指標以及人機系統功能等相關參數，反映人的基礎心理特性、視聽反應快慢、作業疲勞程度、人機匹配效果等人的心理規律和行為規律。人的心理及反應測定平臺在培養學生動手操作能力、實驗結果分析能力、理論結合實踐能力等方面會發揮重要作用。人的心理及反應測定平臺部分實驗儀器如圖4所示。

2.3? 人的生理學參數測定平臺及其建設

借助人—機—環境操作測量裝置可以測定人的生理學參數，進行人體體質監測，了解學生的身體發育情況。人的生理學參數測定平臺借助人—機—環境操作測量裝置用于人的體質健康監測，可開展人體結構尺寸測定、皮阻皮溫測定、痛閾測定、血壓測定、肺活量測定、腰背部肌肉力量測定、靜態軀干及腰髖關節的活動幅度測定等七個實驗項目。人的生理學參數測定平臺主要服務于實驗教學和課程設計，同時為全校師生提供人體體質監測服務，在培養學生動手操作、數據分析等實驗能力方面發揮重要作用，在保障學生身體健康方面具有不可替代的地位。人的生理學參數測定平臺部分實驗儀器如圖5所示。

2.3.1? 人體結構尺寸測定? 使用身高坐高計測量人體的坐高和身高，用于成年人體質測定和少年兒童體態測量、健康檢查。

2.3.2? 皮阻皮溫測定? 使用數字式皮阻皮溫計測量人體皮膚溫度和皮膚電阻，用于研究人體心理的放松和緊張程度、情緒波動、性格特征等。

2.3.3? 痛閾測定? 使用痛閾測試儀測定人的痛閾和耐痛閾，用于人體疼痛研究，有助于職業性疾病的早期發現、早期診斷和早期治療。

2.3.4? 血壓測定? 使用全自動腕式血壓計測量人體血壓，用于研究身體健康狀況，有助于職業性疾病的早期發現、早期診斷和早期治療。

2.3.5? 肺活量測定? 使用電動肺活量計測定呼吸時的最大通氣量，用于測定肺部的呼吸功能，評價人體機能。

2.3.6? 腰背部肌肉力量測定? 使用電子背力計測量人體腰背部力量，用于測試人體運動能力。

2.3.7? 靜態軀干及腰髖關節的活動幅度測定? 使用坐位體前屈測試儀測量人體靜止形態下軀干及腰髖等關節可能達到的活動幅度，用于評價軀干及腰髖等部位關節、韌帶和肌肉的伸展性和彈性。

3? 基于OBE理念的青島理工大學安全人機工程實驗室的實施

3.1? 實驗教學的組織

為調動學生學習的主動性，激發學習興趣，可以賦予學生一定的選擇權。在充分考慮實際條件的情況下，安全人機工程實驗室采用半開放型實驗教學，即學生可以自主選擇一定數目的實驗項目，在提前預習并準備好實驗報告的情況下，以兩個學生為一個小組，進入實驗室進行實驗課。實驗進行前，學生需學習《青島理工大學機械與汽車工程學院安全工程專業實驗室安全教育手冊》和《青島理工大學機械與汽車工程學院安全工程實驗室安全注意事項告知書》兩個文件，或在虛擬實驗室進行實驗室突發情況應急處置學習，學習完成后在告知書上簽字；實驗過程中，以學生獨立操作為主，實驗指導教師只進行必要的操作輔導和儀器維護；實驗結束，每位學生需要將記錄有效數據的現場記錄紙交給指導教師審閱簽字后方可離開實驗室。課下自主完成實驗報告，無故不參加實驗課的學生不得參加課程的期末理論考核。

3.2? 實驗課考核

安全人機工程實驗不單獨設課，實驗成績采用百分制，占課程總成績的10%，實驗準備、實驗操作和實驗報告的分值占比及考核標準如表2所示，最終實驗成績取規定提交份數（一般為5份）的實驗報告的平均成績，額外提交實驗報告者成績核算如表2所示。

3.3? 實施效果與持續改進

根據《安全人機工程課程分析報告》中間接分析法進行課程目標達成度分析以及對學生進行訪談顯示，學生在安全人機工程實驗課中表現出較高的興趣和積極性，所有學生均動手操作。通過實驗，絕大多數學生認為自己在自主學習能力、動手操作能力、團隊協作能力方面有較大提高，具備基本的創新和科研意識，在學會學習、學會相處、學會做事方面有了初步的認識，也會在平時的學習生活中更加關注自己的身心健康。實驗教學課程目標達成度間接分析法統計結果如表3所示。

雖然實驗課程的達成度分析和學生訪談均顯示基于OBE理念的安全人機工程實驗教學取得較好的效果，達到了預期的能力目標和素質目標，但是仍然存在有待改進的地方，比如開放時間，會給學生更多的選擇權，也會與課程的項目教學、課程設計、大學生創新結合得更加密切，在培養學生創新研究能力方面發揮更大的作用。

4? 結論

青島理工大學的辦學定位是建設特色鮮明的高水平應用研究型大學，培養應用基礎型人才。基于OBE理念的安全人機工程實驗室將在安全工程專業學生的知識、能力、素質培養方面發揮應有的作用，成為安全人機工程方向教學、科研和技術服務的重要基地，在教學和學校服務中發揮重要作用。

參考文獻

[1]景國勛，李輝.安全人機工程實驗室建設的研究與實施[J].實驗技術與管理，2006（11）：18-20.

[2]教育部高等教育司關于轉發《教育部高等教育教學評估中心 中國工程教育專業認證協會關于發布已通過工程教育認證專業名單的通告》的通知[A/OL].（2020-07-15）[2020-10-12].http：//www.moe.gov.cn/s78/A08/tongzhi/202007/t20200721_474084.html.

[3]關于公布北京交通大學機械工程等402個專業認證結論的通知[EB/OL].（2020-06-19）[2020-10-12].https：//www.ceeaa.org.cn/gcjyzyrzxh/xwdt/tzgg56/620516/index.html.

[4]馬麗蘋，焦昆鵬，于慧春，等.工程教育專業認證背景下“食品工藝學”實驗教學改革探討[J].農產品加工，2019（7）：104-106.

[5]邱旋，黃晶，王偉，等.基于OBE理念的《電氣控制與PLC》項目式教學改革的探索與實踐[J].中外企業家，2020（19）：211-212.

[6]廖海江.安全人機功效實驗室規劃研究[J].中國安全生產科學技術，2010（6）：86-88.

[7]蘭爽，于貴文，李丹婷，等.“產學合作協同育人”背景下的實驗課程改革研究：以人因工程為例[J].黑龍江科技，2019（5）：18-20.

[8]王在俊，王吉豪，寧偉.以實驗室為平臺加強學生綜合素質培養[J].實驗技術與管理，2020（3）：25-27.