基于學習通和BOPPPS模式的人機工程學教學改革探索

關鍵詞：超星學習通；BOPPPS教學；人機工程學；座椅功能尺寸；教學改革

引言

2019 年教育部印發《關于深化本科教育教學改革，全面提高人才培養質量的意見》，指出要提高課程建設高階性、創新性和挑戰度[1]；2023 年頒布《基礎教育課程教學改革深化行動方案》，提出深入推進教育數字化，促進信息技術與教育教學深度融合。近年來，借助信息技術學習平臺的教學改革逐漸成為熱點，如慕課、智慧樹、雨課堂、超星等[2]，打造出了一批可移動式學習的課程。《人機工程學》作為機械類設計專業一門必修課，主要通過生理學、心理學、生物力學等學科的交叉理論、方法、原理和數據分析系統交互過程中的人體結構機能、感官機能和生理負荷情況，以達到人機系統工效優化的學科[3]。立足于應用型地方高校，著重培養學生運用人機學理論知識獨立分析并解決設計安全與可用性問題，自發性以系統觀考慮人－環境－機器因素，具備舉一反三的思辨能力至關重要。雖然傳統教學方式在邏輯推導、情景模擬等方面具有不可替代的優勢。但在當前的教學背景下，教師更應充分利用課程特點，發揮優質資源的協同效應，革新課堂教學方法驅動學生參與式學習。BOPPPS 教學模式將學生學習過程視為教學中心，教學目標通過互動與反饋最大限度地引導學生獲取知識[4]。因此，本文將“學習通和BOPPPS”教學模式引入人機學課程中，嘗試新模式的教學探索，為更好培育新時代機械類工業設計人才提供參考。

一、基于學習通和BOPPPS的教學模式概述

（一）目前課程教學存在的問題

人機工程學是一門理論與實踐緊密結合的綜合性專業課程，涉及的研究方法甚是廣泛[5]。通過調研與實踐發現，傳統的課堂教學過程存在以下問題：

（1）課件教學內容淺薄，缺乏自身的理解與擴充。目前主流教材內容廣泛，但深度不夠是其顯著特征。由于部分高校課程教師多為藝術背景，對人機工程學方法論和前沿技術研究甚少，只能按照出版社配套的課件加以修飾后進行授課，不敢進行案例式擴充與知識的延伸，嚴重降低了課程的教學挑戰性。

（2）教學方法單調，啟發性不強。據調查顯示，人機工程學授課教師多數仍然以常規的單向傳遞理論教學為主，過程缺乏互動與討論[6]。陳舊的教學方法，致使學生被動接受寬泛而抽象的知識，無法啟發學生創新設計思維的發散。

（3）理論知識與設計實踐過程相脫節。為了方便，授課教師通常以概念性設計為結課大作業。此種做法雖在一定程度上有利于激發學生思維，但操作過程缺少基于人－機－環境因素的尺寸數據的分析與計算，并沒有真正實現人機工程學思想在產品應用中系統化思考的方式。

（二）超星學習通和BOPPPS 的教學模式

超星學習通是一款面向智能手機、平板等移動終端的知識傳播、分享與管理的教學平臺[7]。教師提前設置好授課信息，將教學ppt、視頻、文檔等按照章節順序上傳后臺構建課程資源。教學活動可進行簽到、選人、主題討論、搶答、問卷、投票等。此外，學習通還提供了學習過程監督功能，將學生學習狀態進行大數據分析。

BOPPPS 教學模式最初由加拿大教師技能培訓工作坊（Instructional Skills Workshop，ISW）創建[8]，它以建構主義和交際法為理論依據，以完成預設教學目標為導向。該模式核心內容分為兩個方面：①課堂教學環節注重引導性，強調學生參與度和互動性；②教學反饋環節注重學生真實獲得感，以此作為持續改進教學質量的依據。BOPPPS 教學活動解構分為6 個環節：導入（Bridge-in，B）、學習目標（Objective，O）、前測（Pre-assessment，P）、參與式學習（Participatory Learning，P）、后測（Post-assessment，P）和總結（Summary，S）[9]。環節間互相遞進、內容明確，有效構成了完整的教學過程。

以超星學習通為平臺框架，將BOPPPS 模型貫穿課前、課中、課后鏈式階段，形成新的教學模式，如圖1 所示。

二、人機工程學新型教學模式課程實施

（一）基于學習通和BOPPPS 人機工程學教學設計

1. 學情分析。該課程是面向工業設計大三上學期的專業核心課，學生多來自農村，男女生比例保持2：1 左右。由調查顯示，專業學習主要有以下方面存在顯著性差異：（1）學習習慣：主動性和能動性方面相對欠缺；（2）綜合設計思維：具有基本的表達能力和審美能力，但對于通用性設計方法的移植運用比較呆板、碎片化，需要專業教師進一步強化指導；（3）前置課程產出：大多以教師自擬的概念作業為主，缺少理論與設計實踐真正結合的嘗試。因此，發揮教師引導作用，在提高學生學習積極性和主動性的同時，培養課程知識點遷移創新的思維能力至關重要。

2. 人機工程學教學設計。本課程選用阮寶湘教授撰寫的《工業設計人機工程》（第3 版）為教材。由于課程包含不同產品類型的人機學設計內容，且理論較多，這就要求教師采取有針對性的教學方法精簡知識點，在方法論體系下植入創新設計案例。以“工作椅人機工程設計”單元為例，以20 級46 名學生作為研究對象。鑒于人機工程理論和實踐一體化特點，將BOPPPS 教學環節有機嵌入課程中，整體設計流程如表1 所示。

（二）導入教學內容（B）

導入環節分為線上和線下兩種方式。線上通過學習通導入精心設計的課件、大綱、案例、視頻等，提前發布預習任務，突出教學的重點和難點，使學生具備初步的座椅設計認知。學生完成預習任務后進行簡單的知識點測試。線上導入有助于提高課堂的學習效率和參與度，如圖2 所示。線下導入即課堂導言，通過選取“明式家具座椅的功能尺寸”“現代家具設計大師維納的案例”和“獲獎家具概念設計案例”引入新課內容。帶領學生思考明式家具坐姿是否真的符合日常工作姿態嗎？然后再問學生維納設計的座椅為何受歡迎？再問學生這些優秀概念座椅在滿足人體功能尺寸基礎上，是如何進行創新構思的？通過環環相扣的設問方式鼓勵學生獨立思考，積極發言，吸引學生的注意力。由此過渡到“座椅功能尺寸設計”的內容，激發學生求知欲。

（三）明確教學目標（O）

以導入為立足點，引導學生如果具備座椅設計創新的能力，則需要掌握國標GB/T 14774—1993《工作座椅一般人類工效學要求》推薦的座椅主要功能尺寸數值范圍及基于人－機－情境分析的座椅創新設計常用思路。該環節借助多媒體PPT 進行講解，明確教學目標，具體如下：

（1）知識目標：①理解坐姿生理解剖基礎；②掌握座椅及桌面人機工程功能尺寸與參數范圍；

（2）能力目標：針對不同的環境、適用人群，能構建出基于國標的新式座椅創新設計方法與思路；

（3）素養目標：基于前置課程學習，在掌握新式座椅的創新設計方法基礎上，考慮人－機－情境因素，能夠發現設計問題，提出解決問題的策略并將其可視化。

（四）課前測試（P）

前測一般在正式授課之前進行，其目的既是為幫助教師了解學生知識點預習情況，也是為了找出學生預習中存在的疑難點。前測可在學習通發布測試題，也可在課堂導言結束后利用學習通投屏至多媒體。例如在導言結束后，聚焦本節內容的教學目標進行測試。通過隨機點名邀請學生回答問題：“座椅的類型大致可以分為哪幾類”；以選擇題的方式進行作答：“人體脊柱的腰椎關節有幾段？A：4 段；B：5 段；C：6 段”。通過搶答的方式設置問題：“對座椅創新設計來說，在滿足基本功能尺寸后，還應考慮哪些因素?！眴栴}的設置與章節內容的深度緊密聯系，以激勵學生回答的方式，掌握學生預習效果，激發學習興趣，活躍課堂氛圍。

（五）參與式學習（P）

參與式學習環節是BOPPPS 實施的核心。教師營造沉浸式學習氛圍，讓學生在課堂中獲得新的設計知識積累和經驗，在與他人分享、交流和討論的過程中，建構自身新的設計知識體系和認知水平。該階段教學手段可充分利用主題探討、個人報告分析、設計案例研究等，讓學生參與到課堂；在教學策略方面可采用問題驅動法、案例對比法、情境模擬法等引導學生在掌握知識點的基礎上強化設計問題分析的思維范式。座椅功能尺寸章節主要包括4 個部分，具體設計如下：

1. 桌椅發展概述

通過圖示和動畫，重點講述了桌椅從遠古時代一直到現代智能座椅案例，人類經歷了由獸皮樹葉席地而坐到科技賦能的過程。同時分享了我國一批家具的技術標準文件，介紹了國內家具設計知名度較高的院校，如南京林業大學、東北林業大學等，激發學生的學習動力，樹立專業自信心。

2. 坐姿生理解剖基礎

講授過程引入人體脊柱在不同靠背板坐姿下的變化動圖、不同坐高下坐骨壓力變化表、椅面不同傾角下坐姿壓力表以及不同高度的扶手高度姿態圖。而后引入普象網中優秀的座椅視頻案例和往屆學生較差的設計作品進行對比分析，提出相關問題，如“這些案例是否符合人機學要求，哪方面設計的不到位？”借此進行互動，引導學生總結歸納座椅設計注意點。

3. 座椅的主要功能尺寸

以圖文結合的形式，先由教師講述影響坐姿舒適性的工作椅主要參數，而學生帶著這些參數具體數值范圍多少的問題進行下一步學習。在學習過程中，由教師引導出某些參數范圍是如何計算得出的，這就運用到前一章“人體測量學”“百分位數的選擇”“產品功能尺寸”相關知識。按照這一邏輯，學生計算出其他座椅參數的范圍，如“座深”“扶手高”等。將計算出的參數與國標GB/T14774—1993《工作座椅一般人類工效學要求》推薦值進行對比，分析數值差別的原因，進一步強化知識點記憶。

4. 座椅家具創新設計思路

為培養學生知識遷移、學以致用的創新思維，增加了以高階設計能力為培養目標的內容。通過大量座椅獲獎設計案例，結合座椅功能尺寸知識，根據設計經驗，事先提供兩種座椅創新設計思路：①基于案例挖掘；②基于人－機－環境（場景）分析。再通過個案研究，以提問的方式循循善誘，隨機分享討論，啟發學生創新思維，最后引出過程性考核作業。如問題1：從“安吉椅業杯金獎—《坐立易安辦公椅》”作品中，提煉其創新點，并反推作者的設計思路，見圖3（a）；問題2：賞析“TopS+2022 天平設計銅獎—《YUKI落雪椅》”作品，以浪漫、印象語義為基礎，將其意象替換進行發散，如圖3（b）所示。交流互動結束后，以3 人為一組，布置過程性考核作業及要求：針對戶外座椅的功能趣味性進行方案的構思與具體設計。課后將作業要求上傳至學習通，并設置好提交作業時間。

（六）課后測試（P）

該環節主要針對座椅功能尺寸重難點內容以學習通發布測試題和課堂過程性考核方案匯報為主，檢測學生對知識點的掌握情況及設計方法論的舉一反三移植運用能力與方案匯報能力。前者測試借助學習通平臺發布了5 道測試題，如圖4 所示。教師線上檢閱、統計學生作答情況，并針對學生作答情況進行講解。后者過程性考核作業以小組為主，每個小組推薦一名代表進行交流匯報，分享學習體驗，課后根據教師意見進行深化表達。

（七）課程單元總結（S）

總結的目的不僅是對學生所學知識的檢閱，更重要的是厘清單元知識點脈絡，理解所學知識在具體設計中的意義與價值 [10]?？偨Y階段分為課堂和課后兩部分。課堂總結由兩個方面構成，一是由教師引導學生回顧課程內容，通過點名多位學生提問，其他同學補充，教師則以板書、課件演示配合的方式進行知識點的歸納與總結，重點闡述對后續家具設計師能力的培養有何作用；二是對上一階段的過程性考核作業以小組形式匯報最終的設計產出，堅持以成果為導向。課后總結在學習通上推送座椅創新設計所運用的相關設計方法移植運用案例資料，幫助學生延展思維、開拓視野。如結合課堂上所講“座椅傾角（前傾）設計的方式是否類似于采用切割角度巧妙解決痛點？”這一問題，在學習通上傳大量相關設計案例啟發學生“切割角度解決問題方式”的發散，設置好討論題“還能聯想到哪些問題可以通過切割角度來解決？”以此告誡學生設計天下大同，和而不同，都是采用“某個原理使其具備實用性，解決了相關問題，只是運用于不同設計對象而已”。

三、人機工程學新型教學模式效果評價

（一）課程改革實踐成效

兼顧課程實踐性特點，通過完善“戶外座椅”這一命題過程性作業來強化學生的設計實踐能力。既可以結合前置課程學習的建模知識、工業設計創意思維等，又融合了座椅功能尺寸與人機學因素分析的知識點。在總結后，小組按照指導意見利用課后時間進一步深化戶外座椅設計方案，提高產出質量。以“學科競賽”為契機，課程實踐取得了一些顯著效果。如在安徽省第11 屆工業設計大賽“金杯源”戶外家居設計獎中，取得了一等獎1 項、三等獎5 項的優異成績，部分作品如圖5 所示；在第4 屆中國柳編之都·阜南柳編家居設計獎中榮獲銅獎1 項，見圖6；結課大作業則以安徽信達家居有限公司委托項目為主，結合課程座椅家具知識，設計出的部分作品受到一致好評，其中《貓條家具系列》作品以人寵互動視角為切入點，獲得中國好創意安徽賽區二等獎，如圖7 所示；以課程產出申報并立項了2 項省級大學生創新創業項目。對照傳統“人機工程學”課程，對授課內容進行大幅調整，采用豐富的教學方法和手段，授課方式線上和線下相結合，循序漸進，以設計能力為培養目標，切實提高了學生產出質量。

（二）教學效果評價

為評估教學方法改革成效性，教師組采用同階段對照試驗和問卷調研兩種方式。試驗組46 名學生采用學習通和BOPPPS 教學法進行座椅創新設計作業，對照組參照18 級38 名學生同階段作業質量。經比對后發現，對照組學生作業只是根據教師提供的座椅圖示按照既定尺寸徒手抄畫，產出質量不高，并沒有體現學生利用所學知識解決問題的創新能力，授課內容缺乏教學深度。而20 級作業產出則表現了更好的知識理解力和設計表達能力，能夠較好基于座椅功能尺寸和人機學分析方法進行創新延展設計。

為了解學生對新型教學模式的滿意度，在課程單元結束后基于問卷星平臺采用問卷形式對課堂能力培養、整體學習效果、課堂參與度3 個方面進行調研。發放42 份問卷，有效回收41 份。經統計，85.7% 的學生認為該模式對人機座椅設計能力與思維的培養大有裨益，同時也認識到這樣的教學模式下對他們的能力提出了更高的要求；90.2% 的學生認可整體學習效果比以往傳統教學更具有啟發性；82.9%的學生認為由于精心的教學設計提高了課堂參與度?？傮w來說，BOPPPS 模式與現階段教學內容匹配性較好，以學生為中心，以高階設計能力為導向，科學設計完整的教學環節，結合多樣化的教學手段有助于學生設計實踐能力的培養。

結論

學習通和BOPPPS 為人機工程學課程改革提供了一種行之有效的教學策略。借助學習通學生可以及時、不受時空限制進行學習、鞏固與強化知識；BOPPPS 模型通過課前、課中、課后的緊密融合，培養了學生自主學習、分析與總結設計問題、提升創新思維的實踐能力，符合應用型人才的培養目標。但隨著課堂模式的展開，也發現了一些問題：（1）部分學生自律性較差，導致進度跟不上課堂內容；（2）個別學生不能及時按照要求完成測試題。目前，該模式只應用于人機學單元章節中，并沒有深入貫徹整個課程。針對此問題，后續課程組將加大學習通協同作用，提升學生的自主性，為課程的數字化建設提供契機；利用BOPPPS 模型進一步探索提升學生課堂參與感，為學生未來勝任設計崗位能力培養提供保障。