研究式课程设计模式探索——以人因工程为例

韦 波, 郑 辉, 张付英, 陈 刚, 金 秋, 宗宪亮

(天津科技大学机械工程学院，天津市轻工与食品工程机械装备集成设计与在线监控重点实验室，天津 300222)

·名人名言·

研究式课程设计模式探索
——以人因工程为例

韦 波, 郑 辉, 张付英, 陈 刚, 金 秋, 宗宪亮

(天津科技大学机械工程学院，天津市轻工与食品工程机械装备集成设计与在线监控重点实验室，天津 300222)

对人因工程等新兴边缘学科课程设计进行研究式改革探索，以培养大学本科学生“知晓—判断—改进—设计”的工程知识应用逻辑。文章主要从注重开放式设计题目类型，课程设计任务布置时间前移，重视学生发现问题并尝试改善研究习惯养成，课程设计说明书强调逻辑性、多样性和可视化，成绩评定更加重视探索研究精神的价值判断等方面进行研究。实践证明,该课程设计模式可以显著提高学生应用理论知识解决实际问题的兴趣、能力和自觉性，较好地实现了课程设计目的。

教学改革； 实践教学； 研究式课程设计； 人因工程

0 引 言

2015年,高等教育国际论坛暨中国高等教育学会学术年会提出，高等教育由大向强转变的根本标志是人才培养质量的整体提升。目前我国高校教学中存在着教与学的诸多问题，出路在于实实在在的教育教学改革。教学改革不能仅关注课程内容更新，而是应该更加重视确立适应时代要求和体系定位的课程目标；建立积极互动并向以学生为主转变的主体关系；重视打牢基础与发展学习能力[1-3]。

大学本科教育是高等教育的基础，本科教育教学改革具有基础性的作用。具体到大学本科课程实践环节改革，首先要明确课程应该为培养人才服务，实践环节应该为巩固提高理论课程基本原理、基本方法服务[4]。以工科为代表的大学本科课程设计改革，要着眼于使学生实现由大学之前教育主要学习“是什么”向研究“为什么、怎么做”转变，即逐步由学习已知知识向探索未知知识转变。指导方式上要树立“以学生为中心”的新观念，引导学生“主动学习”[5]。科学规范的探索研究式课程设计是培养本科生，特别是工科本科生科学研究意识、兴趣、习惯和能力的重要途径[6,7]。

本文以工业工程专业人因工程学课程设计为例，对探索研究式课程设计模式进行探讨。

1 人因工程学课程设计的目的和作用

人因工程学是教育部高等学校教学指导委员会规定的工业工程专业核心课程之一。作为一门专业基础课，人因工程与基础工业工程、设施规划与物流、安全系统工程等专业基础课和专业课程有着紧密的联系，对其他相关课程有学科基础理论、基本原理方面的支撑作用。

人因工程是一门由人体科学、环境科学、工程技术和管理工程相互交叉融合的新兴边缘学科，它以人-机-环境系统为对象，从适合人的生理和心理的要求出发，研究如何使人、机器、环境协调统一，形成有机联系，从而使操作者达到安全、健康、高效、舒适的目的[8]。不管是从研究内容看，还是从实现目的看，人因工程都具有很强的实践性和应用性特征。工业工程专业学生在完成课堂理论知识学习以及相关实验后，很有必要结合实际场景进行相应的设计和改善实践，以加深其对相关基础知识和理论的理解，培养应用理论知识解决实际问题的科学研究习惯[9]。

人因工程学课程设计应遵循“结合理论知识，观察生产(生活)细节，尝试改善现状，观念融入血液”的研究逻辑。学生首先要知晓我们周围生产、工作和生活中的哪些事物与人因工程有关，并且判断其是否符合相关的原理、准则和要求，进一步地要知道如何利用人因工程相关知识去改进和改善我们的工作和生活条件。

如图1所示，“知晓”属于知识再认层面，体现的是学科(职业)敏感度；“判断”属于原理应用层面，反映对理论知识的熟悉程度；“改进”属于理论指导实践层面，体现解决实际问题的能力。随着上述学习层次的提升，学生“主动学习”的能力不断增强。

图1 人因工程知识应用阶段与知识层面对应关系

2 现状及问题

大多数开设人因工程学的高校其课程设计主要有两种形式。一种是单独进行课程设计，但部分设计题目相对简单，设计的对象主要集中在教室、宿舍、公共交通工具等作业场所，以及人行天桥、座椅、垃圾桶等公共设施，定性研究偏多。另外一种是部分院校尝试将人因工程与基础工业工程结合起来进行复合课程设计。比如天津科技大学曾经通过达宝易等软件对柴油机S195喷油泵装配过程进行方法研究和作业测定，并制定标准作业书(SOP)。

在上述课程设计实践中，普遍地存在如下主要问题：① 过窄的设计题目和范围不利于调动学生的兴趣，“以学生为中心”的思想体现不够；② 模板化程式化设计过程不利于反映不同层次学生的设计水平，成绩评定的区分度不好；③ 验证性模仿式设计不利于提高学生解决实际问题的能力，减弱了其开展深入探索的动机。基于上述原因，近几年，我们将人因工程课程设计与基础工业工程课程设计分开，单独进行1周的课程设计，并尝试对研究式课程设计模式进行改革[10-11]。

3 课程设计改革主要内容

(1) 在课程设计题目上，更加注重开放式的设计类型。按大类设置课程设计题目类型，既充分反映学科研究领域特点，又满足不同兴趣和特长学生的选题需求，给学生充分发挥想象力和尝试独立进行研究探索提供可能[12]。课程设计指导书主要给出如表1所示6大类型题目。

基于Matlab的作业场所照度(改善)设计类题目，要求针对广义作业场所的照度测量方法、评价及改善进行研究。比如作业区域等照度曲线绘制；车间(道路、教 室……)最优照明设计方案等。基于JACK等人体物理模型软件的作业场所和作业过程建模类题目，要求利用NASA的JACK软件或者CATIA的Ergonomics Design & Analysis等软件对某个作业过程中的人体进行建模，更进一步地可以进行视域、可及度、静态施力、下背部受力、作业姿态、能量代谢、疲劳恢复、舒适度、NOISH提升、RULA姿态和OWAS工作姿态等分析。比如快递分拣作业建模；投掷篮球动作建模；基于JACK软件的公交座椅改进设计等。互联网环境下用户交互活动绩效研究类题目，主要针对日益普及和发达的互联网，特别是移动互联网环境，研究如何提高人机交互效率。比如手机APP界面优化设计；网站用户使用行为的统计分析和研究等。作业场所(空间)的人因工程分析与改善设计类题目，要求针对广义作业场所的人因问题(如微气候、照度、色彩、噪声和振动、人机界面等)进行分析、评价及改善设计。比如车间(公交车站、多媒体教室……)的人因工程分析、评价与改进设计。产品人因工程分析与改善设计类题目，要求针对某款产品进行人因问题分析、评价和改进设计。比如基于人因工程学的健身器材(老年人产品、电子产品、厨房……)的改善设计。作业过程的人因工程分析与改善设计类题目，要求主要针对某项连续作业活动过程中的人因问题进行作业研究。比如某产品包装过程中的人因分析、评价和改善设计。

表1 各类课程设计题目基本情况

(2) 在课程设计时间上，将布置任务时间前移至理论课程教学初期。我校人因工程的课堂教学时间为大三第一学期的第1～15周，而课程设计的时间是第21周。如图2所示为人因工程课程设计时间安排甘特图。在理论教学初期，最迟在理论课程结束时就将课程设计任务布置给学生，这样做主要有两个好处：① 学生可以带着设计任务听课，学习的积极性主动性明显增强；② 上述部分题目需要借助Matlab、JACK和CATIA等比较复杂的软件，因此必须留出足够的时间供学生学习软件。另外，充足的准备时间也有利于提高设计的质量和水平。

图2 人因工程课程设计时间安排甘特图

从课程设计题目布置到正式设计周期间，每周固定半天时间供学生和指导教师进行面对面的探讨和交流。第21周学生主要进行设计说明书的撰写、答辩PPT的制作和分组答辩。合理的设计时间安排、严格的设计过程质量控制和多媒体答辩形式，保证了较好的设计质量[13]。

(3) 在课程设计指引上，更加重视学生发现问题并尝试改善的研究习惯养成训练。人因工程课程设计的意义在于：培养工业工程专业学生注重观察、勤于思考、尝试改善的工程知识应用习惯，切实将理论知识用于解决实际生产生活问题。人因工程学课程设计定位为针对相应理论教学环节的实践性(改善)设计课程，其主要目的在于加深和巩固对相关基础知识、理论和研究方法的理解和掌握。我们认为，学生如果能够通过本次设计，将人因工程改善思想和方法融入血液并伴随自己一生，将是课程设计的最大意义所在。

在课程设计指导书附件中提供了一些相关研究内容的文献以及主要中英文文献检索渠道，供学生在选题、确定方向和具体研究过程中作为研究思路和研究方法方面的参考。同时强调，提倡学生在更宽广范围内寻找研究对象和方法，指导书提供的参考文献只作为引导，绝不能代替学生自己查阅文献。

课程设计的分组以最有利于设计效果为前提，提倡学生根据兴趣爱好自由组合，但每组不超过3人。小组成员要共同研究设计方案，根据组内成员特长进行具体分工，但每人都必须知晓课题涉及到的所有知识和内容，不允许由个别成员包办课程设计的情况发生。答辩时，指导教师针对课程设计内容随机对每个学生提问[14-15]。

(4) 在课程设计说明书的要求上，更加重视逻辑性、多样性和可视化。为了避免学生在具体对象研究过程中“只见树木，不见森林”的局限性，我们要求学生应在对人因工程学教材给出的知识框架体系有了整体认识和把握，对相关重要知识点有了较为准确掌握的基础上，针对实际生产生活实践中某个人-机-环境系统存在的问题，依据人因工程相关标准、准则、原则进行改善设计。

课程设计说明书的内容基本按照“问题提出—现状分析—改善过程—方案评价与选择—总结建议”的思路进行。“现状分析”要有改善对象现状的详细描述。“改善过程”要重视定量化研究、成本—效益思想的应用，以及应用多种表达方式(文字、图片、表格、公式，甚至视频等)，科学、充分、合理地展示改善过程和结果。“方案评价与选择”中有实物呈现为最佳，如因条件所限，其改善方案在答辩时尚无法物理实现，则需要通过绘图、建模等方式代替，避免单纯的语言文字描述。提倡以实物模型、计算机建模等“可视化”成果作为设计说明书的补充。

为了避免设计说明书出现“随意模式”[16]，同时尽量不限制学生的研究视野，课程设计指导书附件给出了设计说明书的总体框架以及格式要求，设计说明书总字数一般不少于8 000字。

(5) 在成绩评定标准上，更加重视对探索研究精神的价值判断。与机械设计等纯工程类课程设计的结果比较统一不同，人因工程实际应用背景往往涉及多种影响因素，大多数情况属于多目标决策问题，因此很难找到一般情况下的“最优解”，更多的是满足某些约束条件下的“近优解”。从这个意义上讲，人因工程课程设计不仅具有“工程”属性，还具有“艺术”特征。正是基于这样的特点，我们摒弃一般的以标准答案作为成绩评定主要依据的做法，而是更加重视实际背景下探索性、创新性设计标准，将“是否利用人因工程基本原理、标准、准则进行深入探索式研究”作为成绩评定的重要依据。这样既体现了“学以致用”的思想，又将学生的努力方向引向持续的研究探索过程而非一味地“寻找标准答案”，契合了人因工程学课程设计的目的和意义。

课程设计的考核分为过程考核(30%)和成果考核(70%)两部分。过程考核以独立发现问题和解决问题的能力、出勤、工作态度等为主要依据；成果考核以设计说明书、实物(模型)、答辩表现等为主要依据。

4 结 语

通过对几届工业工程专业学生开展探索研究式人因工程课程设计模式的改革实践，我们发现学生主动发现问题并应用相关人因工程知识解决问题的能力有了明显提高。很多学生反映，做完课程设计后，突然感觉身边有太多的人-机-环境系统存在问题。这实际上就是一种人因工程学科素养和习惯的养成。学生在探索研究式课程设计过程中初步体验到的科学研究方法也为一年后的毕业设计打下了很好的基础。

具体成果方面，学生呈现出“四增三减”现象。“四增”是指对课程设计的兴趣普遍增加了，主动进行探索研究的能力增强了，实际课程设计的任务量增大了，课程设计说明书撰写质量和口头表达能力提高了。“三减”是抄袭的现象减少了，临近答辩时间临时赶进度的情况减少了，课程设计不通过率明显降低了。在指导教师方面则明显感到指导的难度加大了，课程设计指导的工作量也增加了。

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Exploration on Course Design Model：A Case Study of Human Factors Engineering

WEI Bo, ZHENG Hui, ZHANG Fuying, CHEN Gang, JIN Qiu, ZONG Xianliang

(School of Mechanical Engineering, Tianjin University of Science and Technology, Tianjin Key Laboratory of Integrated Design and On-line Monitoring for Light Industry & Food Machinery and Equipment, Tianjin 300222, China)

An exploration on course design model is proposed for new and interdisciplinary subjects such as human factors engineering, in order to cultivate students’ knowledge of “Knowing-Judgment-Improvement-Design”. The paper mainly focuses on the open design subject type, to bring forward the time of course design assignments, to pay attention to students’ research habit forming of finding problem, to emphasis course design specification’s logic, diverse and visualization, and to attach much weight on value judgment of students’ spirit of exploration and research during course design period. The practice proved that the new course design model can significantly improve students’ interest, ability and consciousness on applying theoretical knowledge to solve practical problems.

teaching reform; practice teaching; research course design; human factors engineering

——柯南特

2016-09-12

教育部哲学社会科学研究重大课题攻关项目(No.16JZD014)；天津市哲学社会科学规划项目(TJGLWT15-006)；天津市教育科学“十三五”规划课题项目(HE4033)；天津科技大学青年教师创新基金(No.2014CXLG17)；天津市轻工与食品工程机械装备集成设计与在线监控重点实验室资助项目

韦 波(1975-)，男，四川巴中人,硕士，讲师，主要从事人因工程教学、实验指导和科研工作。

Tel.:18920203303; E-mail:weibotj@163.com

G 649.21

A

1006-7167(2017)08-0191-04

大学的荣誉,不在它的校舍与人数;而在于它一代一代人的质量。