APP技術在人機工程學教學中的應用研究

匡紹龍

摘? 要 提出設計一款基于人機工程學評估方法的APP軟件并將其應用于課堂教學，以提高學生應用所學知識解決實際問題的能力。實踐表明，基于APP的教學不僅能提高學生的學習積極性與創造力，而且可以加深他們對于知識的理解與掌握，同時解答因教學學時不足導致的學生對應用的困惑。

關鍵詞 人機工程學;APP;快速全身評估

Abstract The study proposes to design an APP software based on ergonomic evaluation methods， which can be applied to classroom teaching to develop students ability to solve practical problems based on learning knowledge. Practice shows that APP-based tea-ching can not only improve students' enthusiasm and creativity， but also deepen their understanding and mastery of knowledge. Besides， their confusion about application of knowledge caused by limited teaching time is removed.

Key words ergonomics; APP; rapid entire body assessment

1 引言

人機工程學是一門多學科交叉的綜合性學科[1]，涉及解剖學、生理學、心理學、工程學等多個學科，主要研究人—機—環境之間的相互作用，為提高設計產品的使用功效、適度以及安全性提供理論和方法的指導[2]，表1所示為其基礎課程體系。該課程教學的目的是使設計類專業的學生在產品設計中合理地考慮人的因素，從而實現人機協調[3]。作為一門專業基礎課程，人機工程學在課程體系中具有較為重要的地位。

傳統的授課形式基于長期以來的經驗沉淀[4]，以教師的課堂講授為主，缺乏鮮活的案例支撐以及新穎的呈現方法[5]。人機工程學如此繁雜的教學內容和體系，對于大多數學生而言，單憑課本知識和教學授課，無法理解如何應用這些知識進行人機工程的設計和評估。此外，在整個教學過程中，學生處于被動接受知識的位置，很難激發學習興趣[6]，學習的積極性以及主觀能動性都無法被調動，無法做到將所學知識與自身專業進行結合，發揮創新能力。最終，在實際產品設計中往往無法有效利用相關設計理論與原則。人機工程學學習的最終目標是應用于設計實踐，而傳統的教育方式已經違背了此目的[1]。當前，為提升教學質量，促進學生對于知識的內化吸收及應用，對于教學方式的改革刻不容緩 [7]。

實際上，移動智能終端和互聯網的高覆蓋普及極大地影響著教學方式與手段的變更，如在地質教學和教育技術學課程教學中便較早地應用了APP軟件，取得良好的教學效果。手機APP引入教學，一方面，學生能夠接收和采納新的媒體技術以及新的學習方式，對數字化學習形式認可并積極采用;另一方面，以APP為代表的高等教育移動教育資源日趨豐富，能夠在各個方面滿足當代大學生的多元化需求[8-9]。

本文以現有教學改革經驗為指導，提出一種借助APP授課的教學模式，結合人機工程學相關理論與原則設計一款手機APP軟件，并將其用于課堂教學。在課堂上利用APP將人機工程理論以更加生動鮮活的方式展示出來，避免了傳統教學方式的枯燥，有利于調動學生學習的積極性以及主觀能動性。同時，基于APP界面本身設計的講解有助于加強學生對人機交互設計中界面顯示布局等專業標準的理解。

2 人機工程學常用評估方法及基本原理

人機工程學常用評估方法? 體力工作負荷評估是人機工程學關于體能工效學教學的一個重要內容，主要用于評估工人體力作業負荷，量化肌肉骨骼風險敏感度，最終計算得到作業強度等級，并用于工作改善。在人機工程學中，有多項指標用于評估整個作業過程的合理性，主要從人體能量消耗、能量代謝率、勞動強度指數、生理疲勞度、作業時間以及作業姿勢等角度進行評估。鑒于客觀評價需要昂貴的設備，并且無法真正用于實際生產過程中的評估，因而半量化的主觀評估方法是直接的并且容易實現的手段，比如常見的人體作業評估方法有WMSDs、OWS、RULA、REB等[10]。而這些評估方法主要基于現場作業姿勢以及作業的負荷進行量化評分，手工操作過程復雜且計算煩瑣。如果開發成APP，即可經過一系列簡單的操作完成評估，還能在各種場合進行應用，極大提高學生興趣，加深對人機工程學的理解。

這里以快速全身評估（Rapid Entire Body Assess-ment，REBA）技術開發和應用為例，進行介紹。本APP的開發，一方面可以對APP界面開發過程中具體涉及的人機工程知識進行理解;另一方面可以利用APP具體評估結果進行相關人體工程學理論講解，通過將課本中的理論知識與實際設計相結合，幫助學生進一步鞏固所學知識。整個教學實踐流程如圖1所示。

REBA評估法原理? REBA是通過主觀觀察人身體所有部位（手腕、上臂、下臂、頸部、軀干和腿部）的姿勢，而確定工作對人體損害程度的一種評估方法，其評估流程如圖2所示。

REBA方法將人體分成兩組。其中，軀干、頸、腿分成一組，根據三個部位的角度以及負荷情況分別打分，并將打分結果進行統計;上臂、下臂和腕部為另外一組，根據手臂和腕部的擺動角度結合與手部耦合結果分別打分統計。兩部分的評分標準如圖3所示，最后根據A、B兩部分分值得出總分。

隨后，根據體能工效學原理，考慮肌肉骨骼系統結構與功能和生物力學模型，得出不同的工作狀態下活動得分情況，進而將總得分與活動得分綜合得出最終的REBA評分結果，根據結果分值情況判定出操作者所處的風險等級，如圖4所示。

3 REBA評估方法的APP設計

APP設計與實現? 本文設計的REBA評估軟件，基于Android Studio軟件，采用Java 1.8.0_162進行開發。在APP圖標及交互界面設計中，根據人因工程設計原理，仍然需要考慮視覺顯示器設計、控制器及數據輸入等因素。另外，為了設計出更和諧美觀的界面，需要考慮的主要因素包括：靜態顯示器、動態顯示器設計的基本原理;顯示與運動兼容性的要求;顯示器與控制器綜合布局下的基本原則等。最終，軟件以簡潔形象的手繪工人的卡通圖像為圖標，針對六個不同部位分別設計多種姿勢角度圖標，用戶只需根據自身的姿勢情況按照步驟手動選擇對應的圖標，即可準確地測出動作分值和測評結果并直接獲得反饋。

APP采用Bottom Navigation Activity底部導航，主要包含使用方法、開始測試、歷史記錄三個模塊。測試功能是核心的內容，點擊“開始測試”按鈕進入REBA測試模塊;然后只需根據測試者實際姿態完成對A、B兩部分選擇勾畫即可，點擊確認按鈕，軟件開始進行自動評分;REBA的最終得分可以通過點擊下方的“歷史記錄”選項進行查看，方便用戶進行動作改善與評估。測試過程及結果如圖5所示。

人機工程學APP課堂實驗? 人機工程學評估APP設計完成后，將其拿到教學課堂上用于教學。首先結合此軟件設計流程與工作原理對相關理論知識進行講解，使學生通過實際案例學習人機工程學設計理論;之后讓學生在課堂上模擬一種車間工作時重復較多的姿勢，通過相機拍取并進行實際測評，利用深度學習圖像標注工具VIA（VGG ImageAnnotator）軟件標注人體關鍵關節點位置，便于角度信息的準確獲取;然后利用REBA軟件進行測評，結果如圖6所示，與人工計算具有一致性，由此可以證明此APP的有效性;最后，根據APP評估結果回顧軟件分析過程中所用人機工程學的理論知識，以此加深學生對于人機工程學評估理論的認知。

4 總結與展望

針對傳統人機工程學教學過程中內容多且無法照顧到實際應用能力培養的問題，本文提出將龐雜的人機工程學理論以軟件APP的形式展現，從而進行教學的方式。通過這種將實例引入課堂的方式，使原本抽象乏味的書本知識變得形象具體，提高了學生的學習興趣，調動了其學習的積極性。同時，利用開發的人機工程學APP通過實驗講解的方式，加深學生對人機工程學原理以及人機界面設計的理解。

利用APP方式對人機工程學課程教改只進行了初步嘗試，從教學結果看，學生反應積極，能很快學會使用軟件，并掌握如何開展相應作業場所的評估。未來，結合講解過程中發現以及學生提出的意見，用人機界面設計的諸多方法對APP加以改進，同時提升學生對人機界面設計的理解和知識的應用能力。還可以讓學生一起參與軟件開發，這樣可以充分發揮學生的創造力，鍛煉他們的動手能力，并且可以通過參與提升學習主動性。

參考文獻

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