面向卓越工程师培养的人因工程课程教学改革研究

刘志 唐娟 费志敏

摘 要：针对《人因工程》课程在工业工程专业中的重要性及其教学中存在的问题，在工业工程卓越工程师培养方案的指导下，对该课程的教学内容和教学方法进行改革。首先，构建了包含基础型、应用型和扩展型知识的多层次教学内容，设计了包含实验、课程设计、生产实习及毕业设计等内容的全方位实践教学体系；其次，探讨了基于IRI-CDIO和反转课堂教学的多元化教学方法；最后，通过案例对教学方法的效果进行验证。

关键词：卓越工程师；人因工程；教学改革；IRI-CDIO；反转课堂

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2018）01-0134-03

Abstract： In view of the importance and the teaching problems of Human Factors Engineering teaching of industrial engineering， the teaching content and methods are reformed under the guidance of the excellent engineers training program. First of all， a multi-level teaching content including basic， applied and extended knowledge is constructed， designing a comprehensive practice teaching system comprising experiment， course design， production practice and graduation design. What's more， multi-teaching methods which is based on IRI-CDIO and flipped classroom are discussed. Finally， the effectiveness of teaching methods is verified through cases.

Keywords： excellent engineer； Human Factors Engineering； teaching reform； IRI-CDIO； flipped classroom

引言

人因工程學是 20 世纪 40 年代后期跨越不同学科领域，应用多门学科原理、方法和数据发展起来的一门新兴边缘学科，具有多学科交叉性和较强的工程应用性。它以人的生理、心理特性为依据，运用系统工程的观点，分析研究人与机、人与环境以及机与环境之间的相互作用，为设计操作简便、省力安全舒适、人-机-环境配合达到最佳状态的工程系统提供理论和方法的学科。人因工程学是工业工程专业至关重要的核心课程。

然而，人因工程学因涉及知识面广、实践性强等特点，使得现有教学过程中存在着大量的问题，如综合性与学生已有知识局限性的矛盾，教学内容相对分散、系统性不强，及理论与实验互补性不强等问题[1]。针对以上问题，已有不少学者对该课程的教学内容、教学方法和教学手段进行了研究，如廖斌[2]设计了层次化教学内容、动态化教学模块和多样化教学方法相结合的教学体系，并尝试采取实验教学、案例教学、互动式教学等方法和手段进行教学改革；万鹏等[3]提出按照递进式的能力培养过程，从理论课堂-课内实验-课程设计-工业工程综合实训-生产、毕业实习的企业实践-毕业设计等环节加以锻炼，以提高学生的人因工程实践能力；贾雨等[4]针对当前人因工程实验教学中存在的问题，从实验项目体系和实验教学方法等方面进行改革；潘骁[5]对高强度工作环境下的疲劳恢复实验进行设计，并从实验工具、实验过程和实验意义3个方面进行了阐述；赵林等[6]在对人因工程课程实验教学现状分析的基础上，从实验教学内容、实验教学方法和手段及实验师资队伍建设3个方面，提出了改革建议。

综上可知，已有不少学者针人因工程课程的教学内容、教学方法和手段进行了改革，同时，部分学者对其实验教学进行了探讨。但是，现有研究多以概括性分析为主。本文以卓越人才培养计划在工业工程专业推进为契机，依托于工业工程专业卓越工程师教育培养建设项目，以培养工业工程专业卓越人才为最终目标，在人因工程课程原有知识体系和教学资源的基础上，优化和重组理论及实践内容；以各级项目和企业案例（或实际问题）为载体，运用反转课堂教学模式，积极更新教学和实验手段，并改革课程考核方法，以提高教学效果。

一、优化和重组课程理论及实践内容

依据安徽工程大学工业工程卓越人才培养目标及“2+0.5+1+0.5”的培养模式，人因工程课程设置在大四上学期，课时为40课时，其培养目标如下：通过教学，使学生从工程的角度掌握人的生理、心理的特点，发现并利用人的行为、工作能力、作业限制等特点，通过对工具、机器、系统、任务和环境进行合理设计，以提高生产率、安全性、舒适性和有效性。为了能够在有限课时内实现教学目标，需结合专业人才培养模式，优化和重组课程理论教学和实践教学内容。

在现有教学内容、师资条件和实践资源的基础上，依据文献[2]，设计包含基础型、应用型和扩展型教学内容；其中，基础型内容是课程最基本内容，以保证学生能够掌握人因工程的基本概念、原理和方法，相对性和原理性强，包括人体测量、劳动生理心理特征、人体感知及特征等，分配课时为16；应用型教学内容则应注重知识的前沿性、现实性和研讨性，以提高学生解决实际问题的能力为目标，其特点相对灵活，需利用校企合作平台，深入行业企业，大量吸收行业、企业的新知识，以保持教学内容的动态更新，包括作业岗位设计、工作桌椅设计、工具设计、信息界面设计等，分配课时为16。扩展型教学内容旨在提高学生的创新能力、团队合作能力和系统规划能力，要求学生能够针对某个系统，从人机安全和人-机-环境总体设计，包括总体设计、事故与安全分析等，分配课时为8。

实践教学在人因工程教学中具有极其重要的地位。目前，仅通过4-6个课内实验根本无法达到课程的教学效果。为了达到各个层次教学内容的教学效果，需设计全方位的实践教学体系。全方位实践教学内容如下：

1. 实验项目的设计

人因工程课程实验项目较多，需结合单位现有实践教学资源进行合理设置。根据多层次化教学内容，可将实验课程分为基础型实验和提高型实验，其中，基础型实验以验证相关理论为主，包括：人体测量实验；提高型实验以探索型实验为主，包括视觉反应时实验、反应时运动时实验和视觉深度知觉测试。

2. 课程设计的规划和实施

作为实践教学的重要环节，课程设计可以为学生模拟一个比较接近现实的环境，通过自主设计和主动探索，可帮助学生更加深入地领会所学课程的内涵，提高运用专业知识解决实际问题的能力。为实现面向卓越工程师的课程培养目标，需在一体化实践教学体系中开设人因工程课程设计。而课程设计的选题与组织管理是否合理至关重要。因此，对各类校企合作项目和教师的科研项目及科研成果进行研究，以凝练合适的人因工程课程设计题目。

3. 融入其他工程实践环节的人因工程实践教学

人因工程学作为工业工程专业的主要核心课程之一，与其他核心课程相互关联、知识互补，共同培养学生的专业素质和专业技能。而目前，在社会调查、生产系统实训和生产实习等实践教学环节中，较为注重基础工业工程等核心课程知识的运用，对于人因工程学考虑较少，使得学生难以理解人因工程学在专业体系中的重要性。因此，需对各类实习大纲进行修编，明确人因工程课程的实习内容和要求，并在指导书中增加人因工程现场诊断清单。

二、基于IRI-CDIO/反转课堂的多元化教学方法研究

（一）IRI-CDIO教学方法的应用

CDIO教育模式是以产品研发到产品运行的整个生命周期为载体，让学生在工程知识的学习过程中更加主动、更加关注实践性及各个课程模块之间的有机联系[7]。本文在CDIO理念的指导下，结合工业工程专业卓越工程师学生的具体情况，提出了IAI-CDIO的教学方法，其中，IAI表示兴趣（Interest）、能力（Ability）和创新（Innovation）。IRI-CDIO教學方法通过2-3个不同基本的课程项目，激发学生主动学习的兴趣，将学生的学习兴趣、解决问题的能力和创新能力融入到课程教学中。

针对人因工程课程的层次化内容体系，可依据与汽车制造企业的合作项目，设计初级和高级课程项目。其中，初级课程项目以训练学生3～5个课程知识点的应用为主；如：对汽车装配线各个工位的现场进行观察、拍摄录像及现场测量，整理作业流程，然后运用Jack人机功效分析软件对各个岗位进行作业仿真，以优化设计各个工作岗位的作业环境，其中，3～5个学生为一组，负责一个岗位的优化工作。高级课程项目则以训练学生综合运用人因工程和其他相关专业课程知识，解决一个复杂的实际问题为主，如解决汽车装配线员工的轮岗问题，该问题不仅涉及员工疲劳强度与工作时间、工作环境的关系，还需考虑作业人员的技能、产线的平衡线及产能约束等。

（二）反转课堂教学模式的应用

反转课堂，是一种将线上课堂和面授课堂有机结合的新型教学模式。教师根据课程的教学目标和知识结构，制作短小精悍、教学信息清晰明确的视频，学生在课外通过视频和教师的在线辅导，完成知识的学习，实现学习过程中的信息传递；课堂上，教师可以针对学生学习过程中遇到的问题和难点进行有效的讲解，让学生展开充分的互动交流，进行自主思考，进而实现知识的吸收内化[8]。将反转课堂教学模式运用至人因工程课程中，需明确教授的内容，设计和制作教学视频，设计实施方法。

1. 反转课堂教学内容的选择

选择较为简单、枯燥或与其他专业课程重复度较高的内容，或方法较为稳定的部分作为反转课堂的教学内容，如常用的人体测量数据、声音的度量方式等。

2. 教学视频的制作和设计

视频的制作和获取是实施反转课堂教学的主要素材。《人因工程》部分课程的视频主要来源于专业教师的共同制作。针对各个教学内容的要求，设计教学目的及要点，结合专业教师的研究特长，进行相关内容讲课的视频录制。利用iDo视频编辑软件，对采集的视频资料进行后期处理，依据授课内容中涉及的知识点进行提问，引导学生巩固已学的知识。

3. 教学的实施方法

鉴于大部分高校没有完善的教学管理系统、无法开展网络化教学的现状，教师可通过QQ群等方式与学生共享教学视频、教学大纲和教学课件。依据《人因工程》授课内容的特点，以4人为一组，对学生进行分组。要求每组学生依据教师的授课计划，在课外通过视频详细了解授课的目的、要求和内容；课内，完成关键知识点的强化和知识的训练。教师根据教学任务，给每个小组分配知识点讲解任务，各小组的带教学生代表负责讲解一个知识点，各小组的其他学生课前对负责的知识点学习探讨，发现问题；教师指导带教学生的授课内容和授课技巧，实行预讲制度。学生讲解过程中要及时回答同学提出的问题，教师组织同学对内容进行分析讨论总结，并对教学内容的教学质量和教学效果进行教师测评和学生互评。

三、教学案例分析

课程体系的合理与否需经过多年教学实践才能得以验证，但教学方法的教学效果可通过实验加以评价，因此，设计两组对比实验，验证反转课堂教学模式在人因工程课程教学中的实施效果。

（一）对比实验安排

为体现反转课堂教学模式在《人因工程》实验教学中实施的可行性和效果，特针对本校2014级工业工程学生。将全专业学生分为两组，每组40名学生。一组为实验组，按照反转课堂教学模式下设计的方式和方法进行教学。每一小组同学将依照课程总体授课计划和进度，事先获得各个计划内容的视频材料，以学习各个部分知识点的要领；老师不再占用课内时间讲解内容，由学生以小组为单位，自行组织，在课外学习、讨论，老师则负责解答和指导。另一组为对照组，按照传统的方式进行，即在课内，由老师讲解相关内容的知识。

（二）两组学生成绩对比

以团队知识讲解、课堂问题解答和课后初级项目汇报、知识点测试及问卷调查等形式，对两组学生的学习效果进行统计分析。实验组和对照组的学习效果分析结果如表1所示。

取显著性水平α=0.05，对实验组和对照组学生的内容讲解及问题回答、初级项目成果汇报、知识点测时成绩的均值和方差进行显著性检验。检验结果显示：实验组和对照组学生的三项成绩均值及方差均有显著性差异。其中，实验组学生的各个项目平均成绩均高于对照组，方差均小于对照组。该结果表明反转课堂教学模式能够显著提高学生学习简单、稳定的基础型知识的主动性，减少学生在学习中的惰性，显著提高了教学的效果。另外，针对教学目的、教学要求和教学安排等各个方面，对实验组和对照组的学生进行问卷调查。在实验组中，90%的学生对教学的安排较为满意，并认同反转课堂教学模式；6%的学生认为教学效果不显著；4%的学生认为教学效果差。在对照组中，60%的学生认为需要对教学目的、教学要求和知识应用进行更为具体的讲解；40%的学生认为教学内容枯燥，可减少部分教学内容。

四、结束语

针对《人因工程》课程在工业工程专业中的重要性，在工业工程卓越工程师培养方案的指导下，对该课程的教学内容和教学方法进行了改革。多层次教学内容和全方位实践教学体系的设计，多元化教学方法的应用，能够解决当前该课程教学中存在的综合性与学生已有知识局限性的矛盾，教学内容相对分散、系统性不强，及理论与实验互补性不强等问题，提高课程的教学效果，实现教学目标。

参考文献：

[1]马如宏.人因工程课程教学研究[J].盐城工学院学报（自然科学版），2006，19（2）：76-78.

[2]廖斌.工业工程专业人因工程教学模式改革探索与实践[J].中国安全生产科学技术，2013，9（8）：95-98.

[3]万鹏，马莲欣，原丕业.基于实践能力培养的工业工程专业人因工程课程教学改革[J].大学教育，2015（6）：100-101.

[4]贾雨，肖忠海，王飛.浅谈如何提高人因工程实验教学质量[J]. 教育教学论坛，2014（1）：243-244.

[5]潘骁.人因工程实验设计与探索——高强度工作环境下的疲劳恢复实验[J].实验技术与管理，2017，34（6）：195-200.

[6]赵林，耿雷，季旭.人因工程学实验教学改革与实践[J].中国电力教育，2014（8）：81-82.

[7]陶勇芳，商存慧.CDIO大纲对高等工科教育创新的启示[J].中国高教研究，2006（11）：81-83.

[8]李钊，王笑音，徐纪伟.反转课堂教学模式在组织胚胎学实验教学中的应用与评价[J].中国中医药现代远程教育，2016，14（5）：18-19.