智能制造背景下人因工程實驗教學改革探索

丁一 操雅琴 費志敏

摘 要 智能制造的新趨勢給工業工程專業課程建設和實驗安排提出新挑戰。以工業工程專業人因工程實驗教學為例，總結當前實驗教學存在的問題和解決對策，探索企業向智能制造方向發展背景下的實驗教學改革。根據智能制造背景下人才需求的變化，闡述如何結合安徽工程大學現有儀器設備進行實驗安排、實驗內容設計、實驗目標制定以及實驗結果分析總結等，對學生建立系統分析的概念，培養動手能力和創新思維，訓練解決現實企業管理問題，具有積極意義。

關鍵詞 人因工程；智能制造；實驗教學；教學改革；教學設備；大數據

中圖分類號：G642.423 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2018）04-0123-03

Abstract With the advent of intelligent manufacturing epoch， it brings new challenges to the construction and experimental arrange-ment of industrial engineering. Taking the engineering experiment teaching of industrial engineering as an example， this paper summa-rizes the existing problems and solutions to the current experimental teaching of human factors engineering， and explores the experimen-tal teaching reform under the background of the development of intelligent manufacturing. This paper expounds how to combine the existing equipment and equipment of Anhui Polytechnic University to carry out the experimental arrangement， the experimental content design， the experiment goal formulation and the analysis and con-clusion of the experimental results. It is of positive significance to establish the concept of system analysis， cultivate practical ability and innovative capacity， and improve students ability to solve the problem of real enterprises.

Key words human factors engineering； intelligent manufacturing； experiment teaching； teaching reform； teaching equipment； big data

1 引言

人因工程是研究系統中人與其他要素在一定環境中的關系的學科，通過采集分析人與其他要素交互過程中的行為、生理和心理等數據，最優化系統中人與其他要素的關系，從而讓人可以舒適、健康、安全、高效地工作、學習或生活[1]。人因工程是工業工程專業本科教學的核心課程之一，也是工業工程主要的研究方向之一。經過近30年的發展，人因工程的實驗教學逐步完善。但是，以往人因工程實驗主要是探索性實驗和驗證性實驗，對于自主設計的綜合性實驗涉及較少，難以滿足企業對人才素質的需求，而且和國外實驗教學存在不小的差距。

當前，傳統制造行業正在向智能制造升級，系統中將面臨更加復雜新型的人機關系。人因工程課程在“智能制造”“工業4.0”“中國制造2025”等背景下面臨前所未有的機遇，同時面臨如何應對新形勢下教學改革和人才培養的挑戰。

2 智能制造背景下人因工程實驗教學面臨的問題

智能制造是“中國制造2025”戰略規劃的核心技術和主攻方向，在產品、生產、模式、基礎四個維度上，和以往的制造業有著本質的不同[2]。在智能制造背景下，人因工程實驗教學需要重新思考和設計。當前多數高校的人因工程實驗教學主要以“人因工程實驗”[3]為參考和指導，實驗內容上主要按照教材內容進行安排，實驗編排主要涉及人體尺寸、信息處理系統、工作環境等方面的內容。

以往制造業較為關注的人因問題是疲勞和工作損傷等（表1）[4-5]，而在人因工程實驗教學安排中對于工作疲勞的相關實驗安排不夠合理，往往通過主觀調查的形式讓學生了解自身學習疲勞的狀況，與實際企業需求有很大的差距。下面結合智能制造自身特點和對工業工程人才需求的變化，指出當前人因工程實驗教學存在的問題。

實驗內容設計與企業實際需求偏差較大 智能制造背景下，當前企業處于升級轉型期，企業以往的主要活動都在發生改變：用戶數據采集分析由傳統的調查訪談轉變為涵蓋行為、心理以及生理等多模式的大數據形式；產品設計轉變為大數據驅動的智能設計；生產制造環節轉變為數字化車間的形式；等等[6]。新的制造系統中涉及大量的人因問題，如數字化界面的普及使得人機交互更加廣泛，人們面臨更多的信息界面，作業形式由以往的生產現場操作轉為屏幕前控制，等等。智能制造背景下，不僅對人因工程方向的人才需求發生變化，而且對人才需求更加迫切。在這一形勢下，作業者腦力負荷需求更高，體力負荷要求逐漸降低，而且更加倚重各種智能交互設備。

人因工程實驗教學安排不夠合理 據研究者統計，目前共有48所高校開辦相關課程和實驗室建設。課程總學分一般設置為2～4個，課時一般為32～48個[6]。人因工程涉及心理學、工程學、人體測量學、生理學等學科內容，是一個交叉性很強的新興學科[7]，學生需要在有限的學時內掌握人—機—環境有關的知識非常困難。如安徽省開辦人因工程相關課程和實驗的高校一般學時為10個左右，高校一般選擇表1中的內容進行教學。學生很難在八個學時內完成課題性質的實驗，動手能力和自主解決問題的能力很難得到鍛煉和提升。實驗內容對于復雜情景下人的認知、注意、信息加工、工作疲勞、數字化界面的人機交互等沒有涉及，因此，人因工程實驗教學安排必須進行優化和創新，來適應智能制造背景下的人才需求。

人因工程實驗教學環節對學生的考核不到位 目前開設相關課程的高校一般采取對實驗過程的綜合考核，如學生實驗預習效果、實驗過程中的操作規范、實驗課堂的紀律性、實驗報告的撰寫等[8]。任課教師根據學生在實驗環節的綜合表現給出實驗成績，再進行比例換算，計入期末成績中，實驗環節的表現在期末成績中并未詳細標明。此外，由于工業工程專業學生較多，實驗室設備難以在有限的學時內讓學生獨立完成某些實驗，高校普遍采用小組3～4人的形式進行。任課教師很難對每個學生進行準確評分，并且占總成績比重過低，造成學生對相關實驗環節不夠重視，而且普遍反映實驗過于簡單，并且和實際過程存在脫節現象。

學生缺乏實驗設計的主體能動性 人因工程實驗教學的目的是提升學生的創新能力和實踐能力，從而提高學生在就業中的成功率[9]。當前人因工程實驗教學改革缺乏以學生為中心的理念，高校人因工程實驗一般分為基本實驗、應用實驗和綜合實驗三種[10]。在實驗教學過程中，教師教學形式單一，內容過于簡單和脫離智能制造背景下的實踐需求，學生僅僅按照實驗指導書進行儀器的操作。整個實驗教學環節過于死板，缺乏創新性、設計性、綜合性且貼合實踐的實驗內容，不利于學生動手能力和獨立思維的培養，培養學生實踐能力和創新能力的初衷難以實現。

實驗教學設備與師資匱乏 由于國內開展人因工程相關研究的工作相比國外起步較晚，造成很多高校相關實驗教學設備過于陳舊，缺乏完備的實驗儀器[11-12]。在智能制造背景下，員工工作性質轉向腦力負荷較高、體力負荷需求低的特點，信息復雜多樣，更多的操作以交互界面的形式呈現，高校現有實驗室很少有相關設備儀器能進行相關實驗教學安排。

此外，高校人因工程實驗教師資源匱乏。高校實驗室教學往往由實驗教師負責，其待遇低于正式代課教師，實驗教師積極性不高，學歷程度不夠，即使有相關高級設備也難以運作和操作；實驗教師對于實驗內容的把握難以與任課教師保持一致。

因此，高校人因工程實驗教學過程中設備不足、師資匱乏都是阻礙人才培養的因素。

3 智能制造背景下人因工程實驗教學改革對策

在智能制造大背景下，提升學生在新形勢下的競爭力，提高實驗教學的質量，提高學生的創新能力和獨立自主能力，必須加強對現有實踐教學環節進行改革。以下就從五個方面闡述改進高校人因工程實驗教學的建議。

優化人因工程實驗教學內容設計，完善實驗教學體系 完善的實驗教學體系要自足于提升學生綜合素質、創新能力和實踐能力，其中實驗教學內容設計占據主要地位。在實驗教學內容設計上要結合企業實際需求，可以請企業專業人員參與實驗教學內容的設計過程。人因工程學科本身涉及知識量龐大，存在學科交叉性強的特點，因此必須改變傳統的單一問題為導向的驗證性實驗教學，實驗內容設計需要轉向以任務為導向。

安徽工程大學工業工程專業在專業課教授過程中聘請高級工業工程師進行專題講座，圍繞畢業生在企業的主要工作開展專題講座，幫助學生深入學習專業知識，實現理論和實踐的完美結合。針對安徽工程大學工業工程專業CDIO教學模式，未來將在人因工程實驗內容的構思和設計階段，聘請來自奇瑞汽車股份有限公司、蕪湖埃夫特智能裝備有限公司以及蕪湖造船廠等合作單位的相關工業工程負責人共同參與，從而使得實驗內容更加貼近企業需求，同時也能激發學生參與實驗的積極性。

科學合理地編制實驗教學計劃，增強實驗教學過程的靈活性 實驗教學安排不僅僅是在人因工程基礎知識教學完成之后開始，可以開展課堂過程中的基本實驗與基礎知識學習相結合的形式，針對學習時間段設定相應的實驗內容。針對人因工程實驗課時有限，基本實驗內容難以有效提升學生創新能力和實踐能力的不足，在實驗教學過程中采取課堂內容穿插基本實驗講解的方式，把基本實驗搬到課堂進行講解；針對授課教師研究課題，布置設計性實驗、課題型實驗，讓學生參與學術研究過程；課余構建交流平

臺，針對學生問題實時進行交流，并帶領學生進行相關實驗設計和操作；對人因工程研究方向感興趣的學生，課程結束后繼續帶領他們開展課題研究，也可鼓勵他們將人因工程知識用于創新創業項目競賽中，或者引導學生完成畢業設計。

改進實驗教學環節的學生考核，完善學生實驗成績考核機制 分析指出，當前人因工程實驗教學對于學生的考核較為單一，限于設備資源等約束，學生很難單獨一人完成相關實驗，有些組內成員會偷懶，不完成相關實驗操作，直接抄寫同組人員的實驗過程和數據。這也給教師的考核帶來一定的難題。針對考核方式單一，難以準確評價學生的實踐效果等問題，可以采取移動端教學平臺的方式，在移動平臺上開展實驗設計、實驗基本知識問答、實驗方案預設計等。在實驗操作過程中，完善簽到制度，同組小組實驗任務設定上要做到有所差別。在實驗結束后的總結和分析上，可以鼓勵學生以小論文的形式提交，鼓勵學生將自主設計性實驗、創新性實驗、應用性實驗參與各種競賽，對于獲獎的學生可以在考核環節給予加分待遇。

強化實驗的開放性和學生的自主性 目前，翻轉課堂教學模式不斷得到推廣，目的就是促進學生的積極性和自主性。實驗教學同樣需要考慮學生角色的轉變，充分發揮學生實驗的主體性，讓其自主選擇問題、制訂實驗方案、進行實驗分析等。基本實驗可以在基本知識講授過程中隨堂進行，盡可能給學生留一定的時間進行實踐鍛煉，鼓勵他們將身邊的問題提煉出來，用人因實驗的方式去給出實驗方案和解決辦法，并分析結果。

目前，安徽工程大學人因工程任課教師采取帶領學生通過課題型實驗的方式開展相關研究，鼓勵他們將相關研究成果參與其他形式的競賽。如在APP設計開發過程中，教師帶領學生采用眼動技術研究信息系統界面設計、色彩、布局等，網站交互過程中的生理變化以及主觀評價，產品造型設計對消費者眼動的影響，等等。這些實驗項目的開展極大地調動了學生的積極性，同時給他們帶來一定的名譽，最主要的是提升了他們獨立分析解決問題的能力。

提升實驗教師教學水平和實驗設備利用率 實驗教師的教學水平直接影響實驗教學的效果，必須完善實驗教師的評審、考核和培養機制。針對實驗教師水平參差不齊的問題，可以采取讓實驗教師參與任課教師的教學計劃制訂、學術課題研究的方式，與任課教師、企業人員共同進行實驗內容的構思和設計。

另外，一些實驗室價格高昂的設備存在利用率較低的問題，如對多導生理儀、眼動和腦電設備，學院會使用的教師有限，能夠帶領學生進行相關實驗的教師更少。這些設備只是個別教師在開展課題研究時使用，學生很難有機會進行操作。因此，可以請有關教師進行與設備相關的培訓和課題講座，提升設備的利用率。在基本知識授課過程中，可以有意引導學生使用這些高端設備，鼓勵他們從視覺注意、腦認知的角度探索進行相關課題研究。

4 結語

當前處于“互聯網+”、工業4.0以及大數據時代，智能制造是企業升級轉型的核心技術。企業的變革勢必引起人才需求的變化，而作為培養學生實踐能力的實驗教學環節，對于提升學生的創新能力和實踐能力起著關鍵作用。人因工程實驗教學必須從企業實際需求出發，對實驗教學內容、實驗教學安排與考核、學生實驗自主性以及實驗資源等方面進行改革，以不斷提高人才培養質量，滿足企業需求。

參考文獻

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