“以学生为中心”的教学改革探索与实践

邓丽　　陈波　　李陵　　魏峰

[摘 要]人机工程学是工业设计的重要专业课程，其理论体系贯穿于产品设计的整个过程。文章以人机工程学课程为突破口，阐述了“以学生为中心”的教学改革思路，在教学内容体系、教学模式、教学活动组织方面进行了初步的探索。教学内容，强化“以人为本”的设计思维;教学模式，平衡教师的“主导”和学生的“主体”之间的关系;教学活动，激发学生自主学习的兴趣和积极性。这些举措在人机工程学课程中取得了良好的教学效果，对创造高效课堂具有一定的参考价值。

[关键词]以学生为中心;人机工程学;工业设计;教学改革

[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2022）05-0014-04

高等教育正在由“外延式”发展转向“内涵式”发展。随着信息技术、心理科学、教育科学的发展，高等教育开始重视“以学生为中心”的教育理念。“以学生为中心”是一种教学理念、教学范式，在课程教学改革中如何具体实施？本文以人机工程学课程为例进行了探索。国际人机工程学学会（IEA）将人机工程学定义为：研究人在某种工作环境中的解剖学、生理学和心理学等方面的因素;研究人和机器及环境的相互作用;研究在工作中、家庭生活与闲暇时怎样考虑人的健康、安全、舒适和工作效率的学科[1]。人机工程学是工业设计专业的重要专业课，贯穿于设计的全过程，利用其理论可对产品设计进行评估和判断，保证设计产物能够符合人的使用，提升产品使用舒适度。笔者所在院校的工业设计专业是四川省首批卓越工程教育实践建设专业及四川省首批地方普通本科高校应用型示范专业，重视实践教学、突出应用型人才培养。在省级教改项目“基于N-CDIO的创新型人才培养模式探索”的支持下[2]，本文积极探索如何将“以学生为中心”的教学理念融入人机工程学课程，培养学生的实践能力和创新能力。

一、“以学生为中心”的教学改革思路

《老子》云：“授人以鱼，不如授之以渔。”在西方，心理学家卡尔·罗杰斯在1952年首次提出“以学生为中心”的观点。越来越多的教育工作者达成了共识：教师的职责是教会学生研究学问的方法，培养学生的兴趣，在大学教学中应该实现从“以教师为中心”向“以学生为中心”的转变，即从“课堂、教师、教材”向“学生、学习、学习过程”的转变。学生是学习的主体，教师应主动退出传统教学的中心地位，让学生在教学中真正行动起来，实现从教师“传授模式”向学生“学习模式”的转变。为了促进学生自主学习，改变教师“满堂灌”和“独角戏”的讲课方式，应由“讲授”知识向“引导”学生学习知识转变。教师是导演，学生是主角，课堂就是学生的舞台。教师组织、引导、熏陶、启迪学生，起辅助作用，使学生思考、感悟、行动、探索，做学习的主人。

“以学生为中心”的教学理念是范式的改革，首先需要从思想方面发生变化。在教学改革上，由“重教法”转向“教法学法并重”[3];在教学主体上，由“教师”转向“学生”;在教学方法上，由“讲授”转向“引导”;在教学内容上，由“基础教材”转向“能力培养”;在教学手段上，由“传统教学”转向“信息化教学”;在教学考核上，由“单一考试”转向“综合评价”。要处理好教师的“主导”和学生的“主体”之间的师生关系，教师能够充分地尊重并接受、理解并平等对待、启迪并影响、激励并引导学生。要培养学生学习的主动性并使其主动构建知识结构，进而培养学生的创新能力。

人机工程学是一门理论与实践并重的课程，知识点多且细，易使人感到枯燥乏味;如果教师教学手段单一，就容易影响学生学习主动性。据某项调查，一些学生对人机工程学课程的印象是“理论课”，而部分工业设计专业的学生尤其是艺术类的学生对理论课不感兴趣[4]。部分学生在后续产品设计过程中对人机知识的灵活应用存在一定问题。针对这些问题，本文以“以学生为中心”的教学理念为核心[5]，在教学内容梳理、教学模式构建和教学活动实施方面进行了初步探索——合理运用信息化教学，结合超星学习通、多媒体技术和传统教学手段，充分发挥学习通的碎片化学习以及多媒体教学图、文、声、像、影并茂的特点，优化组合，以提高教学效率和增进教学成效。

二、基于大学生认知模型，设计“以人为本”的教学内容体系

学习是认知模型的构建与表征、预测与决策、验证与修改的过程。以教师讲授为主的课堂教学，通常按照教学大纲内容依次展开。而以学生为中心的教學，要求教师充分理解大脑的发展、工作以及学习方式，认识大学生在18岁到25岁年龄段的体能、心智等方面的特点。根据认知科学原理，考虑学生的学习特点，可设计多样化、具有挑战性的学习任务，使学生能充分发挥大脑潜能，通过构建认知模型来认知和想象外部世界。通过激发学生积极学习的正面情绪，引导学生主动学习，在解决问题的过程中培养学生的能力。

人机工程学的基础知识繁杂，偏重理论、原理、公式和数据，且部分概念较为抽象，学习相对比较枯燥。课程开设在大二阶段，学生刚开始接触专业课，部分学生的学习目标还不够清晰。一些工业设计专业学生存在感性思维能力优于逻辑思维能力的思维特点，容易对枯燥的理论学习产生抵触情绪，影响学习效果。因此，课程组在分析学生学习特点和规律的基础上，从大学生学习的角度审视和梳理了人机工程学教学内容，注重培养学生的创新思维和创新能力。

从探讨身边的人机问题导入课程，到结合现代信息技术来讨论学科发展前沿和趋势。人机工程学主要研究人—机—环境的最佳匹配，为了实现这一目标，课程组设计了“以人为本”的教学内容体系，围绕“人”的特点、“机”的规律和“环境”的协调需求展开人机工程学基本原理和方法的学习。如图1所示，课程内容重点从“人”的角度展开，需要掌握人体尺寸及应用方法、人的感知系统和运动系统对人的行为的影响等生理特性，理解情感与情绪的概念，以及情绪是产生事故的最大因素，掌握人是如何观察、阅读、思考、决策、记忆的等心理特性。“机”主要是从人机交互的角度，了解工位与作业姿势的关系、工位与人体尺寸的关系，掌握由作业姿势确定工位尺寸的方法，能将作业姿势和人体尺寸相结合来设计工位尺寸。了解显示元件、操纵元件形态、尺寸设计方法，掌握界面布局设计的原则，并能很好地应用在具体问题中。“环境”主要是与人和机相关的环境，了解噪声、照明等环境因素对人的健康影响，掌握进行人机系统分析的方法。学生通过本课程的学习后，能够掌握人机工程学基本理论，熟悉人机分析的基本方法，了解人机在相关领域的应用情况，具有发现、解决具体设计中人机问题的基本能力。

我校人机工程学设置为 56 课时，为了使学生能够掌握全面系统的理论内容，其中理论课为 48 课时，实践课为 8 课时。实践课设计了4个实验，学生需要掌握雕刻机、快速成型机、MVTA行为分析系统、眼动仪、三维运动捕捉与分析系统、事件相关电位分析系统等软硬件的原理和操作方法，通过实验验证所学习的理论知识，提高自己的动手实践能力。实验课更高的目标是激发学生对人机研究的兴趣，后续可在开放性实验、大学生创新创业大赛等的课题中对这些人机设备的使用及实验方法进行更加系统和深入的学习。

三、基于建构主义学习理论和学习共同体理论，构建CNP教学模式

常规教学方式多是采用理论学习，以教师讲授为主，结合板书、多媒体等教学手段来呈现教学章节内容。这种教学形式保障了课程体系和教学内容的完整性，学生对基本知识点的掌握较好，教师的备课难度小。然而，运用单向的教师讲、学生听的知识传输方法，难以激发学生的学习兴趣。

建构主义认为学习是学生自己建构知识的过程，强调学生是认知过程的主体，是意义的主动建构者，具有培养富有创新和探索精神的人才的优势[6]。但是如果过分强调学生的“学”，而忽视教师的主导作用，当学生自主学习的自由度过大时，就容易偏离教学目标的要求。教师可以帮助学生从更高的高度、更全面的视角跳出来认识自己。学习共同体理论认为学习者及其助学者组成学习共同体，彼此之间在学习过程中进行沟通、交流，分享各种学习资源，有利于在学习中发挥群体动力作用，共同完成学习任务[7]。因此，应结合两者的观点平衡教师的“教”和学生的“学”之间的关系，在N-CDIO工程教育模式的基础上，促使学生主动学习，让学生爱上人机工程学这门课程，并最终爱上“学习”的过程。

课程组要从学生的视角思考：学习任务是否适当？在学习过程中会遇到什么困难？然后再思考如何为学生提供“脚手架”，以学生如何学来决定教师如何教。如图2所示，以“学”为中心，以“教”为主体，学生和教师组成学习共同体C（Community），在N-CDIO工程教育模式N的基础上实现教学目的P（Purpose），使学生喜欢这门课程。苏格拉底曾说：“最有效的教育方法，不是告诉他们答案，而是向他们提问。”因此，课程倡导的主线是向学生提出问题，从问题出发，最终实现能力的提升。在获取和应用知识的过程中，学生是学习者，教师作为助学者提供线上和线下的帮助。应融合翻转课堂和“线上+线下”混合式教学，合理调整课堂内外的学习时间，将学习的主动权由教师转移给学生。在线上，学生可通过团队开发的N-CDIO工程实践平台实现与企业的交流，应用学习通获取学习资料，与教师线上互动。学生应在课前完成项目实践内容，发现实践过程中的问题和自身的不足。线下课堂应实行“双向”交流，教师与学生之间适当转换角色。宝贵的课堂时间主要用于师生交流和生生互动，提高学生的应用能力。从小组作业中选择完成情况较好且分析对象不同的作业出来，由小组长或者组员共同上讲台汇报。没有上讲台的学生可以通过学习通发表不同意见，教师不干预、不批评，但要从大方向进行把控和引导，指出本次作业存在的共性问题，并鼓励其余小组参考答辩组的设计再去完善作业。这样的互动形式大大激发了学生学习讨论的兴趣以及增强了学生之间的竞争意识。

四、基于积极学习策略，实施5P和5M的课堂教学活动

教师应激发学生积极的学习动机和情绪，促使学生积极主动地学习。课程组合理运用先进的教学方法，在实施过程中总结出如图3所示的教学策略：以项目（Project）作为载体，以问题（Problem）为导向，激发学生参与（Participation）的兴趣，在过程（Process）中学习，达到提升能力的目的（Purpose）。人机工程学的知识是为产品设计服务的，人机实验数据及其设计原则都要应用到产品设计过程中去。人机工程学的教学重点是将前人的研究成果加以灵活应用，然而为了应对闭卷考试，学生往往通过死记硬背的方法去记忆大量的知识点，考试过后很快就遗忘了。在后续的课程设计以及毕业设计中，我们发现学生在产品设计过程中能考虑到人机因素，但是考虑得不全面、不深入，缺乏系统的设计思维。我们在教学实践中发现，产品设计项目有利于学生去分析人机工程学与产品的关联，发现产品中的人机问题，明确产品设计中需要考虑的人机因素，学生收获的是发现问题、分析问题、解决问题的思路，而不仅仅是一个设计方案。项目的推进促使学生积极探究问题，主动去查找资料、观看教学视频，变被动学习为主动学习。学习人机工程学是要灵活运用理论知识去解决实际应用过程中的问题，而综合性的设计项目能够真实地反映学生的知识掌握程度和灵活运用知识的能力。

秉承陶行知“生活即教育”的理念，以生活中的人机问题为导向，教师通过合理的配置项目任务环节将以往零散的知识点串联成系统的实践项目（M1项目式）。教师在教学过程中成为组织、引导和辅导的角色，为学生提供资料和学习方法。设置具体的设计任务，在问题的驱动下启发学生主动思考（M2启发式）。学生自创学习情境，分析人机工程设计要素，列出可能存在的问题和优化设计的方案（M3情境式）。引导学生围绕学习任务，动手进行实践活动。例如，在手持式工具设计章节教学中，让学生自主设计产品的手柄，通过PVC板和油泥等材料做出模型。在“做中学”的过程中，教师应引导学生进行探究、讨论，得出隐含在问题背后的科学知识，并且在知识点的讲授过程中（“做中教”）采用启发设问、引导思索、原因解释、总结提升的教学形式（M4讨论式）。学生在问题的驅动下进行自主探索和互动协作的学习，充分调动了学生的自主学习能力。教师应以“问题诱发—学生动手实践—教师归纳总结”为主线，培养学生解决实际问题的能力（M5探究式）。

五、改革实践

下面以人机工程学第六章案例剖析中第一节“手持式工具设计”来说明课程改革实施过程。

（一）学情分析

授课对象是工业设计专业大学本科二年级学生，他们已经具备初步的设计及表达能力，可以开展自主合作探究式学习。在前面的学习中，他们已经掌握了人体尺寸及应用方法、人的生理及心理特性、作业姿势、工位与作业效率的关系等知识，因而本次课主要是激发学生思考人机工程学理论如何为产品设计服务，人体特性等相关知识点如何在手持式工具设计中灵活运用。

（二）教学重难点

手持式工具设计要点及其设计思路既是教学的重点又是教学的难点，学生在运用手持式工具设计要点解决设计问题时，常常不能从人—机—环境系统角度考虑，忽略了与以前所学知识的融合。因此，为了培养学生具有系统的设计思维，课程组选取了三款产品进行改良设计，引导学生在设计实践过程中发现问题、解决问题，将知识贯穿于设计的全过程。

（三）教学实施

1.课前自学，翻转课堂

学生通过学习通预习，利用碎片化时间学习教师在网络平台上发布的指导书、教学视频等学习资料。教师利用网络教学平台统计学生测试的结果，获取学生学习情况，及时调整教学内容。

2.案例分析，导入新课

通过播放纪录片《舌尖上的中国》和《大国工匠》中的片段，实现多感官学习，使学生快速进入学习状态。引导学生思考如何进行手持式工具设计，并展示课前测试的结果，用学生做错较多的题来激发学生的好胜心。

3.提出问题，引导探究

通过项目式和启发式等教学方法，以项目为主线，培养学生解决人机问题的能力。这节课的重点是手持式工具与手密切接触的手柄设计。教师先给出手柄設计项目，三款产品的手柄分别在作业姿势、施力、手部尺寸方面存在较为明显的缺陷，再将学生分成三组，分别设计额温枪的手柄、核桃夹的手柄以及雨伞的伞柄。

4.互动辩论，获取知识

培养学生系统的设计思维，引导学生在设计实践过程中发现问题、解决问题是本次课的重点。学生在便利贴上罗列出使用产品的人物、时间、地点、事件，并粘贴在KT板上进行思维发散。根据人、时、地、事进一步列出情境图，列表的每一种连线代表了不同人物的使用需求。学生创设使用情境，分析作业姿势，通过人—机匹配得到手柄的形态和尺寸，在课堂上快速做出手柄的草模型。在解决问题的过程中，学生为学习主体，各小组展示汇报实践过程和成果，师生互动，教师鼓励学生大胆质疑，提出实践中遇到的问题与其他小组及教师进行探讨。教师引导学生系统地解决问题，提供解决问题的思路，并引出问题背后的知识点，共同完成教学任务。

5.知识延伸，深入探索

以学生拍摄的手柄使用的微视频引出主观评价法。以主观评价法的不足引导学生思考客观评价法。引导学生课后进一步深入学习，对比测试手柄的舒适度，拓展知识的广度和深度。

6.课堂总结，问题引申。布置为环卫工人设计一把扫把的课后作业，要求学生利用手机制作手柄使用的微视频并以作品发布的形式发表，增强学生的自信心。

（四）学习评价

课后学生设计的扫把手柄大小、形状与人手的尺寸和解剖条件相适应，使用扫把时人体姿势自然、舒适，符合手和手臂的施力特性。整体而言，此次教学取得了较好的教学效果。

以考查学生运用知识解决问题的能力为导向，课程采用过程与结果相结合的方式来检验学生的学习效果。最终成绩由课堂成绩（占比80%）和实验成绩（占比20%）构成，课堂成绩由平时成绩（占比60%）和期末成绩（占比40%）构成。其中，平时成绩根据学生完成5个人机设计分析课题时表现出来的合作能力、沟通能力、思维能力和水平，以及学生通过学习通完成的小测试和线上互动情况来评分。

六、结论

“以学生为中心”的教学理念是一种范式的转变，需要在课程改革中真正落实。本文以人机工程学课程为突破口，从教学内容、教学模式和教学活动组织方面入手，实施课程改革。实践表明，课程教学以学生发展、学生学习、学习效果为中心，教师从“知识传授者”转变为“学习组织者”，调动了学生学习的积极性，学生变被动学习为主动学习，提高了课堂学习效率。学生在掌握专业知识的同时，提升了实践能力;通过解决课题实施过程中的问题，激发了对人机工程学的学习兴趣。这在一定程度上转变了学生的设计思维，使其在生活和工作中随时能从人机的角度探究问题，学会了用系统的方法来解决设计问题。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 陈波，邓丽，李陵.实用人机工程学[M].第二版.北京：中国水利水电出版社，2017.

[2] 陈波，王玲，张旭伟，等.基于“N-CDIO”理念，构建培养学生工程能力新模式[J].高等工程教育研究，2017（5）：145-149，168.

[3] 王晓萍，刘玉玲，梁宜勇，等.“以学生为中心”的教法、学法、考法改革与实践[J].中国大学教学，2017（06）：73-76.

[4] 陈亦仁，郭星，马强.CDIO模式下工业设计专业人机工程学教学改革的实践性探索[J].河北工程大学学报（社会科学版），2013（3）：113-116.

[5] 李江霞.以学生为中心、以项目为驱动力、以结果为导向：美国伍斯特理工学院本科工程教育模式创新及启示[J].高等工程教育研究，2013（3）：115-119.

[6] 张灵.建构主义理论在教学实践中的困境探究[J].上饶师范学院学报，2019（2）：98-101.

[7] 薛焕玉.对学习共同体理论与实践的初探[J].中国地质大学学报（社会科学版），2007（1）：1-10.

[责任编辑：刘凤华]