新工科背景下基于OBE―CDIO理念的人因工程學教學改革探索

魏子凱 張夢蕓 吳曉 譚旭 伍敏

摘要 文章通過分析新工科背景下人因工程學課程教學過程中存在的問題，運用OBE―CDIO理念從社會需求出發優化課程教學目標和教學方法，通過實驗教學、案例教學提高學生的實踐能力，利用翻轉課堂讓學生成為課堂的主體，從被動接受轉為主動學習，優化考核機制，培養學生成為復合型人才。實踐證明教學實施效果良好，為其他相關課程的教學改革提供了參考。

關鍵詞 人因工程學；OBE；CDIO；教學改革

中圖分類號：G642文獻標識碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2023.8.015

工業工程起源于20世紀的美國，是在制造工程學、管理科學和系統工程學等學科基礎上發展起來的一門具有交叉性的應用性工程專業技術，其以現代化生產為背景，以大規模工業生產及社會經濟系統為研究對象，對生產或服務系統進行設計改善，從而提高工業生產率和社會經濟效益的一門兼具工程技術和管理科學特點的交叉性學科。人因工程學是工業工程專業的一門核心課程，其課程內容主要是對人―機―環境系統的優化設計和改進，在使系統獲得較高收益和效率的同時，保證人的安全。通過理論學習和實驗教學，使學生掌握人因工程學的基本理論、設計的原理和方法，對工程設計、工作安排、環境布置等提出科學的建議和要求，為人―機―環境系統建立一個合理可行的方案，使作業者獲得舒適、健康、安全、可靠的作業環境，力求提高作業者的作業能力、系統生產率、安全性。

隨著我國經濟的快速發展，人因工程學的地位也越來越高，社會對人才的要求也越來越高，但由于人因工程學課程教學與社會需求之間的差別，學生在工作崗位面臨巨大的挑戰。因此，結合社會要求，從課程目標的確立、課程內容的選取、教學方法的改進、課程考核機制的完善等角度開展新工科背景下人因工程學課程教學改革的探索具有重要意義。

1人因工程學教學過程中存在的問題

人因工程學在諸多領域都得到了廣泛應用，被許多專業列為專業課或選修課。雖然各高校一直在對人因工程學課程教學模式進行探索和改進，但由于該課程設計知識內容較為廣泛，教學時長較短，在實際教學過程中仍存在一定不足。

1.1教學方式單一

人因工程學教學主要以教師課堂講授為主，雖然有多種多媒體工具輔助教學，但多數老師仍采用傳統的填鴨式教學。教學手段從“板書”變為“投影”，這樣也只是從以往的“口述式灌輸”轉化為技術式的“多媒體式灌輸”[1]。這種滿堂灌的教學雖然教授了許多知識，但實際效果并不理想，學生沒有機會去思考、去理解，也缺乏對學生實踐能力的培養，無法適應工作中的實際需要。

1.2對案例教學和實驗教學不夠重視

受到教學時長和當下高校教育模式的影響，教師在課堂上的實驗教學內容主要以演示性、實驗性內容為主，創新性和實踐性不足。對具體案例和實驗內容涉及較少，各實驗教學環節間缺乏有效銜接，無法形成閉環實驗教學體系。此外，學生在實踐過程中只是一味地照搬指導書，雖然得到了正確的實驗結果，但對實驗原理、實驗目的不夠了解，這樣的實踐無法使學生得到真正意義上的鍛煉。

1.3考核機制不健全

目前人因工程學的考核仍采用“平時成績+期末考試”模式。這種傳統考核模式評價指標和評價角度均過于單一，使得學生不重視日常學習過程，更多的是依靠考前突擊來通過該課程，嚴重影響了學校的學風建設。

2基于OBE―CDIO理念的人因工程學教學模式探索

2.1 OBE―CDIO理念介紹

20世紀80年代，美國的spandyW.D.首次提出了OBE理念，該理念很快便受到教育界人士的廣泛關注。OBE理念基于反向設計，先了解社會需求，再決定培養過程[2]。OBE理念打破了以往“老師為中心”的傳統教學模式，強調教學設計和理念均應圍繞社會對人才的需求展開，以學生為本，注重對學生潛力的挖掘和理論知識向實踐應用的轉化。此外，OBE理念還強調教學目標、課程內容、課堂活動以及課后考核四者之間形成閉環結構，通過對教學效果的實時監測來持續改進教學質量，提高教學效果。

CDIO工程教育模式是在國際工程教育改革中提出的一種新型教育理念。CDIO分別代表構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）和運作（Operate），它以產品研發到產品運行的生命周期為載體，讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式學習工程[3]。CDIO工程教育模式注重實踐教學，強調利用“項目驅動”和“在做中學”等教學方式來培養學生的實踐應用能力和創新能力。

人因工程學課程采用CDIO教學理念可以使學生深刻理解課程基本理論、設計的原理和方法，讓學生在學習過程中提高自身專業知識、個人實踐能力、創新能力以及團隊協作能力。而通過OBE理念可以根據社會需求制訂培養目標，為課程教學指明了方向。

2.2基于OBE理念的課程目標設計

通過對用人單位需求的分析，并結合人因工程學的課程內容，將該課程的培養目標分為以下幾個部分。①專業知識方面，學生要熟練掌握人因工程學的基本理論、設計原理和方法，能從工程的角度掌握人的生理、心理特點，發現并利用人的行為方式、工作能力、作業限制等特點，對工程設計、工作安排、環境布置等提出科學的建議和要求，為人―機―環境系統建立一個合理可行的方案，提高作業者的安全性、舒適性和系統生產效率[4]；②問題分析方面，學生能夠發現問題，并運用各種工具對問題進行分析，提出解決思路、方法和方案；③個人與團隊協作能力，學生應具備團隊溝通交流和解決問題的能力。

人因工程學的課程目標主要涵蓋實踐能力、知識運用能力以及團隊協作能力的培養。在教學過程中，要改變以往“滿堂灌”的教學模式，將學生從知識的被動灌輸轉變為課堂的主體，提高學生的課堂參與度。合理利用線上教學資源開展線上線下混合式教學，完善評價考核機制，加強對學生實踐能力的培養和考核，增強學生的問題分析能力，對所學內容的實際運用能力和小組合作中的團隊協作能力。

2.3基于CDIO理念的教學方式探索

2.3.1實驗教學

通過實驗使學生對每一章節內容建立思維導圖式聯系。人因工程學是為數不多的可在章節間建立聯系的課程，教師為提高教學效率需要綜合考慮多方面因素，為了讓學生切身體會人因工程學中的專業知識，提高其課程學習興趣，應加強實驗教學在人因工程學課程教學中的比重[5]。實驗對于理解人因工程學中的人―機―環境關系具有重要影響，在實驗教學過程中，將人體測量、照明環境、色彩環境、作業空間設計、人機系統、人機界面設計等章節知識靈活應用至生活當中，增強學生對知識的解讀，增大學生對課程的關注度，以便學生深刻掌握和熟練應用人因工程學的知識。此外還可以將科研項目融入課程教學中，教師從中提取出與教學內容相匹配的知識點，幫助學生積累相關知識的儲備。同時，學生以小組的形式查閱文獻、設計實驗參與項目實施，參加相應的競賽或者發表科技小論文，既讓學生得到了鍛煉，也提高了教學質量。人因工程學教學主要以課堂形式灌輸知識，學生積極性不高，而通過豐富實驗教學內容，在培養學生動手能力、觀察能力的同時，讓學生主動學習專業知識，且對每一章節的知識與課程目標建立思維導圖式連接。

實驗內容（以人體尺寸章節為例）：人體尺寸的測定。

目的：①掌握人體各肢體間尺寸的測量方法；②掌握運用所得尺寸進行作業姿勢、作業高度等的安排；③掌握不同尺寸座椅對疲勞程度的影響。

實驗操作用具：可調節高度的座椅，人體尺寸測量尺，計時器。

評價：該實驗的操作難度相對較低，易于學生操作，但通過其所得尺寸分析工作方式及設計合理動作時，又需緊密結合專業知識，通過對專業知識的把控完成實驗分析設計。

2.3.2案例教學

強調案例教學在課堂教學中的比重。灌輸式教學的弊端在于學生的知識吸收效率有限，當章節內容駁雜時，易產生重點混淆，因此通過加強案例講解，來突出章節重點學習內容，根據CDIO教學理念，教師主要采取引導式教學，即通過學生自主閱讀課本、提出疑問、思考的途徑去提出―解決―總結問題[6]，從而達到對人因工程學每一章節知識的掌握。在此過程中，案例教學起到重要的引導作用，對于每部分內容都要盡可能提供合適的案例進行輔助學習，考慮到該課程課時較短，對于案例的選取要具有典型性，契合課程內容和教學目標，能給予學生足夠的啟迪，引發他們的思考。例如，在講授色彩環境章節中，首先構思引入人因演示與圖片，采取適當的教學方法比如通過學生自行描繪不同色彩帶來的感觀刺激，再讓學生擬定場合設計主要搭配色彩，從而實現CDIO教學中的構思設計環節。

2.3.3翻轉課堂

讓學生以PPT課堂匯報形式學習人因工程學知識。學生自由組隊，在章節學習中發掘案例，如表1所示，讓學生自主完成資料收集、方案設計等，并讓他們根據自己的內容進行課堂匯報。針對學生的匯報情況，先由學生進行提問和點評，最后由教師進行總結和補充。開展以教師為主導，學生為主體的翻轉課堂教學，有效調動學生的學習積極性[7]，相較于自主學習，小組間的學習更加有利于學生的學習，可以幫助學生查漏補缺，增強學生的自主探索能力和團隊協作能力，教與學的效果都有了一定程度的提高。

2.3.4優化考核方式

考核作為教學過程中的重要環節，是衡量學生學習效果的重要依據。目前人因工程學的課程考核仍依賴于期末考試，主要針對的是專業知識的考核，這種以考試成績為主的終結性考核忽視了學生的學習過程，缺乏對學生日常學習情況和實踐能力的考核[8]。因此，人因工程學期末考核應增加對過程、實踐部分的測評。

過程性考核可以引導學生更加注重日常學習，結合課程性質和教學方式，以知識講解和能力培養為基礎，增加章節測試、隨堂檢驗，同時將問題討論、課堂展示作為平時成績的一部分，對學生的階段性學習成果做出測評，使得教學效果能夠及時反饋。例如利用雨課堂、學習通等教學平臺發布隨堂檢驗和章節測試；教師在網絡教學平臺論壇發布思考題，學生進行回復討論。這樣不僅可以幫助教師及時了解學生的實際學習情況，對學習中的疑難點進行講解，還可以幫助學生鞏固其學習成果。

作為一門理論與實踐聯系密切的課程，實踐考核也是衡量學生掌握課程情況的重要部分。實踐考核包括實驗考核及課程設計。實驗考核成績占總成績25%，包括實驗報告、實驗操作、實驗應用，比重分別為40%、30%、30%。實驗操作在所有實驗教學結束后，每位學生隨機抽取一個已學實驗，自行獨立完成；實驗應用即學生以小組為單位，根據提供的實驗目的及實驗條件，自行設計實驗方案并加以實現。最后教師根據完成情況給予評分，利于培養學生的動手能力、創新能力和綜合素質。人因工程學課程考核成績構成如表2所示：

3教學改革的成效

從社會需求出發對課程目標和教學模式進行調整和優化，開展以學生為中心的教學，使得學生由被動地接受知識轉變為主動探索學習，學生的實踐能力、知識運用能力以及團隊協作能力均得到了提升。通過對比工業工程專業2019級和2020級學生成績，如圖2所示，2020級學生高分人數占比明顯提高，新工科背景下基于OBE―CDIO理念的人因工程學課程教學改革探索取得了良好的教學效果。

4結語

本文針對人因工程學課程教學過程中存在的問題，將 OBE―CDIO理念引入課程教學中。通過對社會需求的分析，對課程目標、教學模式進行了改進和優化，提高了學生的實踐能力、問題分析能力和團隊協作能力，使人才培養更加契合社會需求。對于人因工程學課程教學的探索是一項長期工作，為使人因工程學課程教育目標契合社會需求，不僅要對該課程的課程目標和教學方式做出改進，還要從培養方案和課后評價等方面進行探討和改善，只有這樣才能真正培養出符合社會要求的高質量人才。

基金項目：2022年石河子大學教育教學改革項目（JGY-2022-130）。

參考文獻

[1]敖謙，劉華，賈善德.混合學習下“案例—任務”驅動教學模式研究[J].現代教育技術，2013，23（3）：122-126.

[2]魏莉莉，王立娟.基于OBE理念的智慧實驗教學改革實踐[J].創新教育研究，2021，9（6）：1831-1834.

[3]徐娟玲.基于CDIO的國內高職院校教學改革研究綜述[J].高等財經教育研究，2019，22（3）：11-20.

[4]郭伏，金海哲，馮國奇.人因工程學實驗教學課程改革研究與實踐[J].創新創業理論研究與實踐，2018，1（11）：32-33.

[5]蘭爽，李丹婷，于貴文，等.CDIO驅動的人因工程實驗設計[J].價值工程，2019，38（5）：164-166.

[6]滿吉芳.基于CDIO工程教育理念的CAD課程考核改革研究[J].科技風，2019（11）：57.

[7]劉安中，張速.基于CDIO工程教育理念的材料力學課程教學實踐[J].淮北師范大學學報（自然科學版），2016，37（4）：86-88.

[8]孫曉燕.信息化教學條件下信息檢索與利用課程考核改革研究[J].大學，2021（47）：122-124.