面向卓越工程師培養的人因工程課程教學改革研究

劉志 唐娟 費志敏

摘 要：針對《人因工程》課程在工業工程專業中的重要性及其教學中存在的問題，在工業工程卓越工程師培養方案的指導下，對該課程的教學內容和教學方法進行改革。首先，構建了包含基礎型、應用型和擴展型知識的多層次教學內容，設計了包含實驗、課程設計、生產實習及畢業設計等內容的全方位實踐教學體系；其次，探討了基于IRI-CDIO和反轉課堂教學的多元化教學方法；最后，通過案例對教學方法的效果進行驗證。

關鍵詞：卓越工程師；人因工程；教學改革；IRI-CDIO；反轉課堂

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2018）01-0134-03

Abstract： In view of the importance and the teaching problems of Human Factors Engineering teaching of industrial engineering， the teaching content and methods are reformed under the guidance of the excellent engineers training program. First of all， a multi-level teaching content including basic， applied and extended knowledge is constructed， designing a comprehensive practice teaching system comprising experiment， course design， production practice and graduation design. What's more， multi-teaching methods which is based on IRI-CDIO and flipped classroom are discussed. Finally， the effectiveness of teaching methods is verified through cases.

Keywords： excellent engineer； Human Factors Engineering； teaching reform； IRI-CDIO； flipped classroom

引言

人因工程學是 20 世紀 40 年代后期跨越不同學科領域，應用多門學科原理、方法和數據發展起來的一門新興邊緣學科，具有多學科交叉性和較強的工程應用性。它以人的生理、心理特性為依據，運用系統工程的觀點，分析研究人與機、人與環境以及機與環境之間的相互作用，為設計操作簡便、省力安全舒適、人-機-環境配合達到最佳狀態的工程系統提供理論和方法的學科。人因工程學是工業工程專業至關重要的核心課程。

然而，人因工程學因涉及知識面廣、實踐性強等特點，使得現有教學過程中存在著大量的問題，如綜合性與學生已有知識局限性的矛盾，教學內容相對分散、系統性不強，及理論與實驗互補性不強等問題[1]。針對以上問題，已有不少學者對該課程的教學內容、教學方法和教學手段進行了研究，如廖斌[2]設計了層次化教學內容、動態化教學模塊和多樣化教學方法相結合的教學體系，并嘗試采取實驗教學、案例教學、互動式教學等方法和手段進行教學改革；萬鵬等[3]提出按照遞進式的能力培養過程，從理論課堂-課內實驗-課程設計-工業工程綜合實訓-生產、畢業實習的企業實踐-畢業設計等環節加以鍛煉，以提高學生的人因工程實踐能力；賈雨等[4]針對當前人因工程實驗教學中存在的問題，從實驗項目體系和實驗教學方法等方面進行改革；潘驍[5]對高強度工作環境下的疲勞恢復實驗進行設計，并從實驗工具、實驗過程和實驗意義3個方面進行了闡述；趙林等[6]在對人因工程課程實驗教學現狀分析的基礎上，從實驗教學內容、實驗教學方法和手段及實驗師資隊伍建設3個方面，提出了改革建議。

綜上可知，已有不少學者針人因工程課程的教學內容、教學方法和手段進行了改革，同時，部分學者對其實驗教學進行了探討。但是，現有研究多以概括性分析為主。本文以卓越人才培養計劃在工業工程專業推進為契機，依托于工業工程專業卓越工程師教育培養建設項目，以培養工業工程專業卓越人才為最終目標，在人因工程課程原有知識體系和教學資源的基礎上，優化和重組理論及實踐內容；以各級項目和企業案例（或實際問題）為載體，運用反轉課堂教學模式，積極更新教學和實驗手段，并改革課程考核方法，以提高教學效果。

一、優化和重組課程理論及實踐內容

依據安徽工程大學工業工程卓越人才培養目標及“2+0.5+1+0.5”的培養模式，人因工程課程設置在大四上學期，課時為40課時，其培養目標如下：通過教學，使學生從工程的角度掌握人的生理、心理的特點，發現并利用人的行為、工作能力、作業限制等特點，通過對工具、機器、系統、任務和環境進行合理設計，以提高生產率、安全性、舒適性和有效性。為了能夠在有限課時內實現教學目標，需結合專業人才培養模式，優化和重組課程理論教學和實踐教學內容。

在現有教學內容、師資條件和實踐資源的基礎上，依據文獻[2]，設計包含基礎型、應用型和擴展型教學內容；其中，基礎型內容是課程最基本內容，以保證學生能夠掌握人因工程的基本概念、原理和方法，相對性和原理性強，包括人體測量、勞動生理心理特征、人體感知及特征等，分配課時為16；應用型教學內容則應注重知識的前沿性、現實性和研討性，以提高學生解決實際問題的能力為目標，其特點相對靈活，需利用校企合作平臺，深入行業企業，大量吸收行業、企業的新知識，以保持教學內容的動態更新，包括作業崗位設計、工作桌椅設計、工具設計、信息界面設計等，分配課時為16。擴展型教學內容旨在提高學生的創新能力、團隊合作能力和系統規劃能力，要求學生能夠針對某個系統，從人機安全和人-機-環境總體設計，包括總體設計、事故與安全分析等，分配課時為8。

實踐教學在人因工程教學中具有極其重要的地位。目前，僅通過4-6個課內實驗根本無法達到課程的教學效果。為了達到各個層次教學內容的教學效果，需設計全方位的實踐教學體系。全方位實踐教學內容如下：

1. 實驗項目的設計

人因工程課程實驗項目較多，需結合單位現有實踐教學資源進行合理設置。根據多層次化教學內容，可將實驗課程分為基礎型實驗和提高型實驗，其中，基礎型實驗以驗證相關理論為主，包括：人體測量實驗；提高型實驗以探索型實驗為主，包括視覺反應時實驗、反應時運動時實驗和視覺深度知覺測試。

2. 課程設計的規劃和實施

作為實踐教學的重要環節，課程設計可以為學生模擬一個比較接近現實的環境，通過自主設計和主動探索，可幫助學生更加深入地領會所學課程的內涵，提高運用專業知識解決實際問題的能力。為實現面向卓越工程師的課程培養目標，需在一體化實踐教學體系中開設人因工程課程設計。而課程設計的選題與組織管理是否合理至關重要。因此，對各類校企合作項目和教師的科研項目及科研成果進行研究，以凝練合適的人因工程課程設計題目。

3. 融入其他工程實踐環節的人因工程實踐教學

人因工程學作為工業工程專業的主要核心課程之一，與其他核心課程相互關聯、知識互補，共同培養學生的專業素質和專業技能。而目前，在社會調查、生產系統實訓和生產實習等實踐教學環節中，較為注重基礎工業工程等核心課程知識的運用，對于人因工程學考慮較少，使得學生難以理解人因工程學在專業體系中的重要性。因此，需對各類實習大綱進行修編，明確人因工程課程的實習內容和要求，并在指導書中增加人因工程現場診斷清單。

二、基于IRI-CDIO/反轉課堂的多元化教學方法研究

（一）IRI-CDIO教學方法的應用

CDIO教育模式是以產品研發到產品運行的整個生命周期為載體，讓學生在工程知識的學習過程中更加主動、更加關注實踐性及各個課程模塊之間的有機聯系[7]。本文在CDIO理念的指導下，結合工業工程專業卓越工程師學生的具體情況，提出了IAI-CDIO的教學方法，其中，IAI表示興趣（Interest）、能力（Ability）和創新（Innovation）。IRI-CDIO教學方法通過2-3個不同基本的課程項目，激發學生主動學習的興趣，將學生的學習興趣、解決問題的能力和創新能力融入到課程教學中。

針對人因工程課程的層次化內容體系，可依據與汽車制造企業的合作項目，設計初級和高級課程項目。其中，初級課程項目以訓練學生3～5個課程知識點的應用為主；如：對汽車裝配線各個工位的現場進行觀察、拍攝錄像及現場測量，整理作業流程，然后運用Jack人機功效分析軟件對各個崗位進行作業仿真，以優化設計各個工作崗位的作業環境，其中，3～5個學生為一組，負責一個崗位的優化工作。高級課程項目則以訓練學生綜合運用人因工程和其他相關專業課程知識，解決一個復雜的實際問題為主，如解決汽車裝配線員工的輪崗問題，該問題不僅涉及員工疲勞強度與工作時間、工作環境的關系，還需考慮作業人員的技能、產線的平衡線及產能約束等。

（二）反轉課堂教學模式的應用

反轉課堂，是一種將線上課堂和面授課堂有機結合的新型教學模式。教師根據課程的教學目標和知識結構，制作短小精悍、教學信息清晰明確的視頻，學生在課外通過視頻和教師的在線輔導，完成知識的學習，實現學習過程中的信息傳遞；課堂上，教師可以針對學生學習過程中遇到的問題和難點進行有效的講解，讓學生展開充分的互動交流，進行自主思考，進而實現知識的吸收內化[8]。將反轉課堂教學模式運用至人因工程課程中，需明確教授的內容，設計和制作教學視頻，設計實施方法。

1. 反轉課堂教學內容的選擇

選擇較為簡單、枯燥或與其他專業課程重復度較高的內容，或方法較為穩定的部分作為反轉課堂的教學內容，如常用的人體測量數據、聲音的度量方式等。

2. 教學視頻的制作和設計

視頻的制作和獲取是實施反轉課堂教學的主要素材?！度艘蚬こ獭凡糠终n程的視頻主要來源于專業教師的共同制作。針對各個教學內容的要求，設計教學目的及要點，結合專業教師的研究特長，進行相關內容講課的視頻錄制。利用iDo視頻編輯軟件，對采集的視頻資料進行后期處理，依據授課內容中涉及的知識點進行提問，引導學生鞏固已學的知識。

3. 教學的實施方法

鑒于大部分高校沒有完善的教學管理系統、無法開展網絡化教學的現狀，教師可通過QQ群等方式與學生共享教學視頻、教學大綱和教學課件。依據《人因工程》授課內容的特點，以4人為一組，對學生進行分組。要求每組學生依據教師的授課計劃，在課外通過視頻詳細了解授課的目的、要求和內容；課內，完成關鍵知識點的強化和知識的訓練。教師根據教學任務，給每個小組分配知識點講解任務，各小組的帶教學生代表負責講解一個知識點，各小組的其他學生課前對負責的知識點學習探討，發現問題；教師指導帶教學生的授課內容和授課技巧，實行預講制度。學生講解過程中要及時回答同學提出的問題，教師組織同學對內容進行分析討論總結，并對教學內容的教學質量和教學效果進行教師測評和學生互評。

三、教學案例分析

課程體系的合理與否需經過多年教學實踐才能得以驗證，但教學方法的教學效果可通過實驗加以評價，因此，設計兩組對比實驗，驗證反轉課堂教學模式在人因工程課程教學中的實施效果。

（一）對比實驗安排

為體現反轉課堂教學模式在《人因工程》實驗教學中實施的可行性和效果，特針對本校2014級工業工程學生。將全專業學生分為兩組，每組40名學生。一組為實驗組，按照反轉課堂教學模式下設計的方式和方法進行教學。每一小組同學將依照課程總體授課計劃和進度，事先獲得各個計劃內容的視頻材料，以學習各個部分知識點的要領；老師不再占用課內時間講解內容，由學生以小組為單位，自行組織，在課外學習、討論，老師則負責解答和指導。另一組為對照組，按照傳統的方式進行，即在課內，由老師講解相關內容的知識。

（二）兩組學生成績對比

以團隊知識講解、課堂問題解答和課后初級項目匯報、知識點測試及問卷調查等形式，對兩組學生的學習效果進行統計分析。實驗組和對照組的學習效果分析結果如表1所示。

取顯著性水平α=0.05，對實驗組和對照組學生的內容講解及問題回答、初級項目成果匯報、知識點測時成績的均值和方差進行顯著性檢驗。檢驗結果顯示：實驗組和對照組學生的三項成績均值及方差均有顯著性差異。其中，實驗組學生的各個項目平均成績均高于對照組，方差均小于對照組。該結果表明反轉課堂教學模式能夠顯著提高學生學習簡單、穩定的基礎型知識的主動性，減少學生在學習中的惰性，顯著提高了教學的效果。另外，針對教學目的、教學要求和教學安排等各個方面，對實驗組和對照組的學生進行問卷調查。在實驗組中，90%的學生對教學的安排較為滿意，并認同反轉課堂教學模式；6%的學生認為教學效果不顯著；4%的學生認為教學效果差。在對照組中，60%的學生認為需要對教學目的、教學要求和知識應用進行更為具體的講解；40%的學生認為教學內容枯燥，可減少部分教學內容。

四、結束語

針對《人因工程》課程在工業工程專業中的重要性，在工業工程卓越工程師培養方案的指導下，對該課程的教學內容和教學方法進行了改革。多層次教學內容和全方位實踐教學體系的設計，多元化教學方法的應用，能夠解決當前該課程教學中存在的綜合性與學生已有知識局限性的矛盾，教學內容相對分散、系統性不強，及理論與實驗互補性不強等問題，提高課程的教學效果，實現教學目標。

參考文獻：

[1]馬如宏.人因工程課程教學研究[J].鹽城工學院學報（自然科學版），2006，19（2）：76-78.

[2]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，2013，9（8）：95-98.

[3]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.

[4]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.

[5]潘驍.人因工程實驗設計與探索——高強度工作環境下的疲勞恢復實驗[J].實驗技術與管理，2017，34（6）：195-200.

[6]趙林，耿雷，季旭.人因工程學實驗教學改革與實踐[J].中國電力教育，2014（8）：81-82.

[7]陶勇芳，商存慧.CDIO大綱對高等工科教育創新的啟示[J].中國高教研究，2006（11）：81-83.

[8]李釗，王笑音，徐紀偉.反轉課堂教學模式在組織胚胎學實驗教學中的應用與評價[J].中國中醫藥現代遠程教育，2016，14（5）：18-19.