實驗教學中的人因工效學研究

張兵之

（江蘇海洋大學 江蘇連云港 222005)

引言

為加強課堂教學工作，提高學生素質，教育從業人員及高校管理者進行了無數次的創新，各種新穎的教學方式紛至沓來，如對分課堂，翻轉課堂等，這些教學方式的出現，給往日千篇一律的教師只管教，學生自在學的單一模式帶來顛覆性的革新，受到普遍好評，現也在全國各高校逐步推廣。但在實驗教學中，創新的理念還不多見，結合筆者多年的實驗教學經驗和有關文獻查閱，認為將人因工效學理念融入實驗教學中可能會取得更好結果。

人因功效學于20世紀50年代開始興起并飛速發展起來，在傳統上被分為兩大流派，功效學（Ergonomics）和人因學（Human factors）。功效學關注的是工作怎樣影響人，旨在降低人們在工作中的疲勞感。人因學傳統上對人機界面比較關注，旨在將人與環境及設備相互作用時的行為研究通透，以舒適工作系統和設計安全為重點。通過改善學生們學習時的感官感受，一方面使其身體上接受知識速度效率提高，另一方面使其心理狀態改善，轉變成積極的態度去學習。這兩方面都能提高教學的質量和效率。

實驗教學中引入工效學的目的主要有兩個：第一，使人工作更為舒適；第二，使人工作更加安全。如今我國對基于人因與工效學的實驗教學工作的研究還比較少，因此，將人因工效學理念推廣到實驗教學中來可能會帶來新的突破。傳統上工效學研究的重點是人機之間的相互作用關系，近年來這門系統思維導向的邊緣學科已經拓展到更為廣泛的人類活動層面，身體機能、認知、社會、組織乃至環境等相關因素都被納入研究考量的范圍，但其中人的因素往往是整個系統的核心。因而在具體的人因學設計實踐中，人本設計(Human Centered Design) 越來越被當作一種跨領域的指導原則。而談及以人為本，一個不可忽視的因素就是人類個體本身的復雜性和多樣性，單一個體就可能擁有不同層面的多種需求和不同方面的能力局限。

本文從教學設計的人因功效學與學生參與實驗的人因工效學兩方面進行實驗設計。

一、實驗教學的人因功效學設計

實驗的目的是圍繞專業教學服務，理科實驗教學多與具體課程相配套，如無機化學相應有無機化學實驗，海洋生物學對應海洋生物學實驗等。因而，設置實驗課的目的，既是理論教學的延伸，也是為了讓學生更好地理解理論知識。對某部屬高校和某省屬高校的部分實驗教師發放了10份調查問卷，問卷內容與數據如下所述，見表1。

表1 基于人因學的實驗課程設計調查問卷（教師卷）

從人因工效學的角度對教師問卷結果的分析：①您認為你所教授的實驗課程重要性如何？大部分教師都認為實驗課程很重要，這對于理科來講是可以理解的，理科的研究與發展離不開實驗；②您設計實驗課內容的依據是什么？這題的選擇出現了明顯的分歧，與實驗教學人員所屬學校有關，不同高校教學經費和實驗室條件差別較大，普通高校受限于經費和辦學時間，在實驗室配備上相對落后，很多實驗很難開展，也從側面反映出高校的教學水平有差異；③您在設計實驗項目時最關注的內容是什么？這題與上題一脈相承，反映出高層次院校在實驗教學設計中更關心的是實驗開出以后，能不能達到效果，而普通高校還在思考，如何能完成實驗教學；④您認為實驗教學環境影響重要嗎？（實驗藥品擺放整齊、衛生狀況等），大部分老師認為好的實驗教學環境很重要，一方面工作井井有條，另一方面可以擁有身心愉悅的心情，個別選擇不重要的，也有可能是實驗開出已不易，不能奢望更高要求或者從培養學生技能的角度，教會才是目標，過程可以忽略；⑤您如何設計實驗考核方式？這道題選擇比較分散，也反映出實驗教學的特點或與理論課不同。一方面，不同學科實驗教學內容、條件、組織方式差異巨大，如化學相關實驗，組織考核從藥品、準備、時間等各個方面消耗較大，而相應許多物理相關實驗可能消耗要少許多，自然實驗教學人員會根據各自實際選擇更適合的考核方式。另一方面，也反映出，實驗考核方式的改革正呈現百花齊放的現象，對應教學改革和考核，實驗教學也在進行改革，也導致了，實驗考核方式的多樣化；⑥您對所授課程實驗條件是否滿意？這題老師的答案普遍是負面的，反映出實驗教學人員對更好實驗條件的向往及教學投入的方向；⑦您認為在設計實驗項目時應與學生共同商討嗎？大部分教師認為不需要和學生商討，這應該是多年實驗教學經驗的總結，實驗課程是專業性和知識性及實踐性很強的學科，其內容設計要具有很強的專業知識、對實驗室條件有很好的了解、對實驗過程中時間、器材、藥品……都要做到心中有數，而這些顯然絕大多數學生不具備，因而商討的實際意義不大；⑧您認為實驗室是否需要根據實驗內容重新設計（如實驗臺的設計、擺放要符合人因工效學）嗎？過半的教師認為還是有必要的，符合人因功效學的實驗室在減少實驗過錯、優化實驗流程、增加實驗舒適度等方面是有貢獻的，但也要看到還有不少的老師認為不需要，體現了不同教學層次的差異性；⑨您認為如何開展實驗教學效果更好？這題全部選擇的是先板書講解，后在實驗過程中解惑的方式進行，符合學生學習認知的規律，可以有效規避部分學生無準備進入實驗室的情況（實際上這種情況普遍存在），同時也與準備充足的學生開展實驗不沖突；⑩您認為實驗室的急救設施配備是否合理及必要？雖然都意識到急救設施配備很有必要，但多數認為其配備的不合理，這與實驗室安全的認識過程有關，隨著安全意識的加強，高校管理者普遍加大對實驗室安全的投入，購買了許多急救設施，但是由于與實驗室建設不同時、對不同實驗室安全要求無法做到區別對待，因而在配備適用性與安裝位置等方面產生不合理現象。

二、學生參與實驗的人因功效學設計

在過去一年中我們發放了1000份調研問卷，收回有效答卷1000份，有效答卷回收率100%。問卷內容與數據見下表所列，見表2。

表2 基于人因學的實驗課程設計調查問卷（學生卷）

從人因工效學的角度對學生問卷結果的分析：1、2、12、13四題的選擇，說明學生們認可實驗課程在學習中的重要性，并希望能在實驗過程中更好地鍛煉自己；3、6、7題學生們的選擇，說明學生們對實驗課的態度，認真對待實驗一般也認可實驗的重要性，虛心接受老師的教導，相反也容易得出實驗課無用、老師教導無方的結論；4、5題學生們的選擇，反映了，一定要在實驗前，做好實驗的示范及講解工作，這是防范實驗失誤、確保實驗安全的最重要環節；第8題的選擇，反映了同學們更希望實驗課程能安排在2小時以內，這也符合保持充沛體力和旺盛精力的規律，要防止在實驗課上搞疲勞戰術；第9題的選擇說明人因功效學對同學們來講還屬于新鮮事物，還不了解；第10題的選擇說明實驗試劑、器材的合理清晰的擺放，有助于提高學生實驗準確度和效率；第11題的選擇說明對實驗課程中出現的大型儀器操作，同學們兩極分化的認知，由于大型儀器價格昂貴、操作專業性要求高，基本上采取教師示范，同學們觀摩的教學方式，認真的同學收獲較大，而自我要求差的學生則多出現散漫的情況；14、15題的選擇，反映了部分實驗課的內容相對于學生來講還是偏難的，表現在原理復雜、實驗步驟的依據及實驗結果預測等都有可能超綱，也提醒教師要注意實驗前的講解要講深、講透。

三、展望

隨著人因工效 學理念的發展，可以預見在實驗教學領域其必將逐步融入。作為實驗教學人員，應盡早適應潮流并積極做出改革。預測有可能在以下幾個方面率先做出變化。

1.創新實驗教學形式：盡管很多實驗是對應相應理論課程設定，但理論與實踐之間還是存在很大差別，實驗原理等部分內容可能超綱等原因，不能完全放手讓學生自學，但也要注意與理論教學的區別，可以利用實驗場地更靈活、開闊等便利條件，轉換授課方式，更多的肢體語言、靈活的講解、精彩的案例教學等方式激發學生討論的興趣，使得課堂氛圍更輕松，減少學生在接受知識上存在的抗拒心理。即在實驗教學形式上要有創新。

2.創造學生在實驗過程中發揮主動性的條件：傳統實驗教學中，大多數高校實驗教師往往會結合大綱要求對學生進行“喂養式教學"，教學單一，課堂更是無聊，融入人因工效學理念后，要求學生能自主對學習進行探討，通過實驗與理論的雙向結合，使學生在完成實驗的過程中實現對知識的深入理解。人因工效學教育要求學生要發揮主觀能動性，即在實驗教學設計中，提高學生參與實驗的主觀能動性。

3.加強理論研究，主動將人因工效學研究引入實驗教學改革：現階段，對實驗教師來說，熟悉人因功效學的合格教師出現人才短缺的現象既是一個挑戰，更是一個機遇。如何培養滿足時代要求的高素質實驗教學人才是現如今面臨的一大難題？因此，為適應時代發展要求，高校在師資培養上需要加強對人因功效學理論的深入研究，引進人因工程人才，加強高校實驗教學人才隊伍的建立，推動理論的重大進步，實現人才培養的技術突破。在對人因功效學研究和改革的過程中，各科實驗教學人員應該攜手共進，深入探討有關改進教育形式以便更好地適應新理念、融入新理念。同時加強與國外學者的交流與合作，引入國外先進理念并實現本地化，并摸索出符合中國國情的獨有特色的實驗教學模式，實現自我與學生的共同提升與進步。

4.實現智能化教學：智能化的教學環境是教學改革的一大重要舉措。在高校中，實行智能化教學可以有效幫助學生實現知識的盲區，從聽覺、視覺、觸覺等多種感官深刻體會知識的奧妙，學生能夠真正地將自身與知識融在一起，不單純只是為了應付考試，而是把所學到的東西變成自己的，做到隨用隨取。同時在新疫情時代，智能化教學也是應對疫情的一大利器。

上述發展趨勢可用下圖概括：

圖1

結語

縱觀老師和學生問卷情況，可以看出，人因功效學理念在高校理科實驗教學中還沒有得到應有的重視，學生對人因工效基本上處于一無所知的境況，但在希望實驗教學改革中如何降低實驗疲勞感（實驗課時間），引入更好的人機交互（實驗器材擺放等）方面在考慮相關因素，即在貫徹執行環節如實驗試劑、器材擺放、實驗時長、實驗過程中已不知不覺中引進人因工效學做法。相對應的人因工效學理念在教師中廣泛被接受，但受限于學校資金、資源等方面條件限制，無法系統地將人因工效理念完全引入實驗教學。本次問卷調查說明，可以將人因功效學理念融入理科實驗教學中。