“安全人机工程学”教学方法优化与实践

吴建松 杨小彬 秦跃平

中国矿业大学（北京）资源与安全工程学院

高等学校教学指导委员会专栏

“安全人机工程学”教学方法优化与实践

吴建松 杨小彬 秦跃平

中国矿业大学（北京）资源与安全工程学院

针对安全工程专业人才培养目标新需求和“安全人机工程学”课程特点及教学过程中存在的问题和不足，分析了“安全人机工程学”教学方法改革的必要性，提出了如何改进该课程传统教学方法的具体实施方案，即建立课堂教学、实验探究和应用设计课上课下相结合的多元教学方法和实践应用能力培养模式。

安全人机工程学；教学方法；人机应用设计

安全工程专业是一个涉及理、工、文、法、管等学科的综合交叉工科专业，安全工程专业强调培养复合型人才，这种大安全思维涉及石油、化工、冶金、矿业、交通、建筑、环境等多个领域。“安全人机工程学”从安全的角度和着眼点，运用人机工程学的原理和方法去解决人机结合面安全问题的一门新兴学科，是安全工程专业四门大类专业基础必修课之一，在安全工程专业的培养计划中有非常重要的地位，对培养复合型的具有大安全思维的专业人才具有重要的指导意义。由此可见，该课程对安全工程专业本科生培养的重要性，对于该课程拟定一个科学的教学模式直接影响安全工程专业本科生的培养质量。作为我校“安全人机工程学”课程的主讲团队，结合近年来对“安全人机工程学”课程的教学实践，对该课程教学内容和教学模式进行了一些探索与实践，并得到了一些粗浅的体会和经验，总结如下。

1 “安全人机工程学”课程教学方法改革的必要性

1.1 课程教学中存在的问题和难点

（1）课程概念多理论性强，单纯性课堂讲授难以调动学生学习积极性。“安全人机工程学”是新兴综合性交叉学科，课程内容涉及多个行业方面的知识，因此课程教学内容含有大量学科概念，理论性很强。此外，该课程中一些概念比较抽象且字面比较相近，学生在学习过程中容易混淆。同时，“安全人机工程学”中繁多的图表，令学生一时难以理清知识脉络。上述抽象的概念、知识点、图表之间的复杂关系，大大地降低了学生的学习兴趣，只通过单纯性课堂讲授难以调动学生学习主动性。

（2）课程内容多学时少，缺乏充足的课堂讨论交流，造成教学效果差。目前安全工程专业培养的是复合型人才，这种大安全思维牵涉的领域较宽，本课程涵盖的内容较多，涉及面广、信息量大，涉及石油、化工、冶金、煤矿、交通、建筑等多行业的知识点和多方面内容，在课时量较少的情况下，授课教师无法单纯以一本教材让学生认知清楚。为满足教学安排，往往不得不加快教学进程，留设课堂讨论交流的时间较少，使得学生不能深入透彻理解课程内容，造成教学效果较差。

（3）课程启发性应用案例较少，学生专业背景认知不足，实践应用能力培养不足。近年来，现代化生产中的“机”（广义的机包括劳动工具、机械设备、劳动手段和环境条件、工艺流程、原材料等）向着高速化、精密化、复杂化方向发展，然而对于操纵这些“机”的人类的生理、生物力学等特性却无多大变化，这就使得人与“机”之间的不匹配、不协调、不平衡加大了，从而造成人机结合面对安全问题更加复杂化[1]。然而，目前“安全人机工程学”教科书和课程教学中缺乏新的启发性的人机应用案例，另外由于这门课程一般在大三期间开设，安全工程专业学生在学习该课程之前往往只开展过认识实习，专业背景明显不足，另外该课程学习要求较强的工程背景知识，该要求对初学专业课的学生也明显存在一定的难度[2]，从而不能使学生深入了解人机工程学理论在安全专业的应用，从而造成专业实践应用能力培养不足。

1.2 课程教学方法改革和优化的重要性

随着国家对安全生产的重视程度不断提升，安全工程专业也愈发受到人们的关注。由于安全工程专业是一个综合交叉工科专业，它既涉及安全技术、安全管理,又涉及政策、法律、法规和标准,传统的工科专业课程教学模式不能较好地实现安全工程专业课教学目标和需求[3]。“安全人机工程学”作为安全工程专业重要大类专业基础必修课，其教学情况，在一定程度上不仅影响者本科生教育，同时还影响着复合型、创新型安全专业人才的培养。“安全人机工程学”教学内容多而杂、知识面广，知识点密集而不深，在有限学时授课内容多的情况下，对该课程教学内容和教学方法进行改进和优化是非常必要的，探讨和设计灵活多样的教学模式是非常重要的。

2 “安全人机工程”课程教学方法优化和实施方案

在“安全人机工程”课程教学过程中，除采用常规的课堂讲授模式外，将图片影像视频展示、课堂讨论、人机应用设计、实验分析等多种教学方式有机结合，建立了课堂教学、实验探究和应用设计课上课下相结合的多元教学方法和实践应用能力培养模式，大大激发了学生的学习兴趣和创新思维，取得了较好的教学效果。

2.1 课堂教学方法和课下讨论答疑方式改进和优化

（1）借助现代多媒体教育技术扩充人机学图片影像视频展示，增强学生对安全人机理论知识应用方面的理解，激发学生对课程学习的兴趣。近年来，随着科技的的不断发展，多媒体技术成为教育教学过程中一个非常重要的手段。“安全人机工程学”是一门实践性很强的课程，课堂教学如果仅有演示文档，课堂以教师讲课为主，再加上授课内容较抽象，学生只能被动地参与这个过程，教学效果不理想。而充分应用多媒体计算机这样的交互式学习环境，在教学过程中增加动画、图形、声音和视频短片等内容，展现生产实际情景或事故场景，让学生增强感性认识，更有身临其境的感觉，使枯燥的知识变成动态清晰表达的知识和画面[4]。教学中使用的多媒体案例都是任课教师针对授课内容精心整理的，具有时效性与价值性。此外，在教学过程中还向学生提供更多的课外资料，如列举一些与教学内容相关的国内外安全网站。上述措施可以大大提高学生参与的积极性，加深学生教学内容的理解。目前我们已经制作和收集了一些图片和视屏（宝马S1000RR操控研发与测试全过程、德国四次工业革命介绍、采煤工作面采煤机工作动画、解析公共安全危机等涉及多个领域的视频录像），在课堂教学实践中取得了较好的效果，大大提高学生参与的积极性，加深学生教学内容的理解[5]。

（2）建立安全人机工程学应用案例库，使各个教学章节配备相关人机应用案例。“安全人机工程学”是从安全的角度出发，解决人机结合面的安全问题，与工程联系性很强，解决各种安全问题，考虑到本科生对课程内容背景认知不足的条件下，单凭教材上的知识是不够的。因此，为了使学生能较系统的了解课程专业背景，深入了解相关理论知识在实践中的运用，将实际工程案例引入教学内容，引导学生对特定的教学案例问题进行分析，与课本教材相结合，帮助学生更好的理解书本知识。针对安全工程专业说，工作需要解决各种安全问题，引入专业案例教学非常重要，例如office办公空间人机设计、安全防护装置设计案例、人机工程学在切尔诺贝利核事故演变分析中的应用案例。通过案例教学不仅可以使学生加深对理论知识的理解，也有利于拓展学生的思维模式，激发学生学习的兴趣与动力[6]，更重要的是培养学生的专业应用和实践能力。因此，教学团队近几年来特别重视对安全专业应用案例库的建设，对各个案例根据教学内容进行分类，细化到各个章节的教学中。

（3）安排课程助教，设置网络讨论课堂，促进课程讨论和交流。为了帮助学生更好的学习“安全人机工程学”课程，在课程教学过程中我们安排了助教，助教一般由青年教师或高年级研究生担任，主要负责课程作业批改和答疑，并与学生交流讨论学习中和人机应用设计中遇到的问题，同时将问题及时反馈给任课教师。另外，在课外，我们还充分利用网络资源，建立了网络讨论课堂（电子邮箱、QQ群、微信群）。学生可将遇到的问题与相关意见以邮件的形式发给老师或发布在QQ群、微信群中，助教或任课教师基本每天都会及时反馈。通过设立助教和建立网络讨论渠道，较大程度上促进了课外老师和学生的互动，增进了该课程的教学效果。

2.2 实验教学设计与优化

“安全人机工程学”课程概念抽象、图表数据繁多、涉及面广，通过实验帮助学生加深对人机工程理论知识的理解和掌握是十分必要的[7]。由于课时有限，我校“安全人机工程”课程安排了4学时实验，结合我校煤炭行业特色，我们对实验教学环节进行了精心设计，主要设计了三个实验：人体的人机学参数测量；多项职业能力测试；巷道环境条件下人体机能影响性实验。

通过人体的人机学参数测量实验掌握人体测量的基本方法，能运用数理统计方法对测量数据进行处理与分析，从而获得人体静态测量参数及群体统计参数特征值，以分析评价人在生活、生产中所处空间环境的舒适范围和安全限度。多项职业能力测试实验通过对人的多项生理反应特性和心理功能进行综合测试，从而了解人的综合心理素质和反应特性，可为职业选择、职业培训提供科学依据。巷道环境条件下人体机能影响性实验通过矿井人工气候模拟和监测系统进行，该实验系统可人工控制光照、温度、湿度和气体成分等因素的密闭隔离设备，可以模拟矿井条件下的环境条件，用以研究环境条件变化对人体生理活动的影响，可以加深学生理解人机环三者关系，掌握测试心率、体温等参数的方法和原理。

从这几年来的实验教学效果和学生评价来看，我校设计的这三项“安全人机工程学”实验内容对学生学习和理解安全人机工程学基本理论及其应用起到了很好的辅助作用。

2.3 开展安全人机应用设计，培养学生实践应用能力

（1）设置安全人机应用设计专题，并进行汇报讨论。人机应用设计专题有两个方向：第一，命题式设计，依据多年的教学经验，我们精心选取多个关于安全人机工程学的经典问题，将这些问题分别布置给各个学习小组，然后各学习小组针对各自的题目进行调研，产品设计；第二，自主选题式设计，由学生根据安全人机工程学理论解决生活中的人机问题。最后，利用讨论课时间，组织各组以PPT形式向大家汇报成果，通过与大家的交流与讨论，进一步优化作品，同时将专题设计的汇报作为期末考试总成绩评定的衡量标准之一。在课堂内外教学过程中充分发挥了学生的主观能动性，使学生充分融入了课程学习中去。

近几年来，这种安全人机应用设计教学环节充分激发了学生的创新思维，通过该课程的学习和应用设计学生也取得了大量创新性成果，申报并获授权了不倒翁笔、一种新型铅笔、用于公共交通工具上的可伸缩抓握装置、一种矿区用雨靴、一种饮用水供水装置、一种暖水瓶放置保护架、一种专门用于活鱼抓取、剖杀、去鳞的防滑手套等多项发明或实用新型专利。从上可以看出，该教学环节富有成效，不仅能有效帮助学生理解和掌握安全人机工程学知识，也能拓展学生的安全人机工程学实践应用能力。

（2）充分利用大学生创新计划平台，并以科研与实践促进教学。国家为鼓励复合型、创新型人才培养，教育部和北京市每年都组织多项大学生创新计划项目，面对这一良好平台和条件，我们鼓励学生积极参与该项活动，应用安全人机工程学基本理论进行选题，并在开展研究工作过程中给予方法和技术指导，帮助学生提升实践应用能力。

近几年来，结合该课程我们指导了六项大学生创新计划项目，取得了较多研究成果，分析解决了不少实际问题，例如应用人机工程学知识分析了学校食堂就餐时书包存放问题，提出了切实可行的解决方案；应用人机工程学基本理论对学校电热水器NFC感应水阀进行了更节能更节水的设计；研究申报了有关楼梯扶手处安全通道设计专利和一种洪水淹楼梯流侵地下空间专利；还指导学生开展了温湿度、风速对矿工工作服的透热和透湿性能的研究。上述人机实践应用和科研训练环节对“安全人机工程学”课程的教学进行了很好的补充，开拓了学生的创新思维，提高了学生的实践应用能力。

3 结束语

“安全人机工程学”课程安全工程专业本科生教育中占有重要地位，为满足国家对安全工程专业复合型人才的需求，“安全人机工程学”教学方法需不断改进和优化。本文针对“安全人机工程学”课程教学内容、教学特点和目前教学过程中存在的问题，提出了该课程教学方法改革和优化的思路，即建立课堂教学、实验探究和应用设计课上课下相结合的多元教学方法和实践应用能力培养模式，同时也提出了具体改进实施方案。实践结果表明，采取这种多元化教学方式使得“安全人机工程学”课程教学效果有了很大提升，不仅能促进学生对安全人机工程学理论知识的深入理解，也能提高学生的学习积极性，提升实践应用能力，有助于培养创新型、复合型人才。

[1] 张力,廖可兵.安全人机工程学[M].北京:中国劳动社会保障出版社,2007

[2] 刘辉,袁昌明,王信群,等.《安全人机工程》教学内容设置与教学方法研究[J].科技咨询,2011,(22):94-95

[3] 陈娜,毛熠,陈金刚,等.《安全人机工程学》教学和实践改进研究[J].安全,2014,35(9):62-64

[4] 王淑云,蒋复量,刘迎云,等.基于核特色的“安全人机工程学”教学内容和方法的优化与创新探索[J].中国地质教育,2014,(2):76-79

[5] Jiansong Wu,Yueping Qin,Xiaobin Yang,Wei Liu. Computer-based Techniques for Teaching and Study on Safety Engineering[C]. 2014 International Symposium on Modern Education and Human Sciences, Zhangjiajie,2014:536-541

[6] 朱方,刘宏,解清杰.“安全人机工程”课程建设与教学方法实践[J].中国电力教育,2013,(22):136-137

[7] 陈祖云,邬长福.安全人机工程实验室建设[J].菏泽学院学报,2013,35(S1):119-121