基于卓越工程师培养的“安全人机工程学”课程改革

□郭红光,李治刚,赵 东,周 动,蔡婷婷

(太原理工大学,山西 太原 030024)

安全事关经济社会发展大局,涉及人民生产、生活各个领域,是国家发展和社会进步的重要支撑和保障。安全工程主要根据安全原理,利用技术与设备防范和应对生产生活中的各种突发事件,为人民安全提供直接和间接的保障,使生命安全免受侵害,财产免遭损失。安全工程专业的应用领域多样,人才培养方向也是多元化的,涵盖了多个领域,旨在培养具有扎实理论基础和实践能力,具备国际视野、解决复杂安全问题能力,能够胜任各类安全管理和工程技术工作的专业人才[1]。

卓越工程师教育培养计划是教育部贯彻落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010—2020年)》和《国家中长期人才发展规划纲要(2010—2020年)》的重大改革项目。这一计划旨在培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量多类型工程技术人才[2]。太原理工大学安全工程专业是首批卓越工程师试点专业,在人才培养计划、课程建设等方面开展了大量改革,取得了显著成效。

卓越工程师计划实施以来,多个院校开展了教学改革研究。梧州学院的 “机械制造与基础”课程通过任务驱动设计教学场景,将前沿理论、最新案例融入教案之中,采用校企合作、课外拓展的方法建立立体动态教学模式,通过将过程性考核和结果性考核相结合改革考核方式,提升学生各方面素质[3]。内蒙古工业大学的“化工原理”课程以典型工程案例来培养学生的工程意识,并针对不同的学习要点采取小组讨论、参观实验等不同的教学方法[4]。天津商业大学的“材料力学”课程运用了“翻转课堂”的模式锻炼学生自学和主动学习的能力[5]。这些教学改革在教学成效、卓越工程师培养目标实现等方面取得了显著效果。

“安全人机工程学”是安全工程专业的必修专业基础课之一,也是工程认证要求开设的课程,在安全工程专业的人才培养计划中占有举足轻重的地位,是复合型安全工程专业人才培养计划中的重要组成部分[6]。该课程具有典型的学科交叉性和综合性特征,教学难度大,需要从课程体系、教学内容、教学方法、考核方式等多方面进行教学改革,使传统教学与教学发展相适应,促进卓越工程师培养计划的有效实施,实现提高学生创新能力、实践能力、解决问题能力的培养目标。

1 课程建设

1.1 整合完善课程内容

“安全人机工程学”是一门多学科交叉融合的课程,涉及人的生理、心理、生物力学、人体测量,机械设计、机械安全,作业环境,系统分析、系统评价等,主要阐述人机匹配和人机功能分配,力求最大限度保障人员在工作中的安全、健康、舒适。同时,“安全人机工程学”的应用范围广泛,在采矿、石油、交通、建筑、航天、医疗等多个领域发挥重要作用。随着科学技术水平的提高和安全学科的发展,“安全人机工程学”发展迅速,在基础理论、应用技术等多个层面取得了突出成果,出版了教材,发表了大量相关著作和论文。不同著作、论文之间多有重复,且由于侧重点不同,各种教材在内容上有所取舍。此外,“安全人机工程学”部分教学内容与其他课程也存在重叠,如机械安全、安全心理学、安全系统工程等。“安全人机工程学”内容范围广、可参考内容多导致教师在有限的学时下难以全面教授相关内容,学生对各知识点及其相关关系的掌握难度大,而不同课程之间内容重复讲授又会降低学生学习效果。

为了让学生能够快速掌握教学内容、整体把握其学科内涵,在教学过程中采用学科内涵和外延论述作为引子,以人机关系为主线,结合相关领域国家标准和行业规范,重点讲授人机学参数、人的生理和心理特性、人机功能分配、作业环境布局、人机系统安全评价等内容,使学生掌握“安全人机工程学”基本理论与原则,培养学生进行人机系统安全设计及分析评价的基本能力。

高校课程教育还需要关注的一个重要方面是与时俱进地加快知识更新。如何将最新研究进展、学科发展动态与教学内容有机融合是在每次授课时要考虑的。“安全人机工程学”的多学科交叉特性对代课老师提出了更高要求,需要对人体测量学、生理学、心理学、医学、工程技术等多个学科有所涉猎,捕捉最新动态。近年来人工智能发展迅速,对“安全人机工程学”也带来了很大的冲击,在产品设计、人机关系分析过程中,人工智能、计算模拟能够发挥重要作用。在教授基础理论知识、成熟技术的同时,还需要传授部分研究生课程内容。一方面为学生展示学科发展方向,另一方面为部分有能力的学生提供进一步提升机会。

1.2 理论与实践相联系

“安全人机工程学”是一门针对工程实际的实践性、应用性学科。因此,在课堂讲授基本理论的基础上,必须配套实验课和课程设计,以提升学生对理论的理解,加强理论与实际的联系,锻炼学生动手能力。“安全人机工程学”实验设计应紧密围绕教学难点和重点,在学生不易理解的知识点方面设置实验内容,如人机学参数、人的生理和心理特性、人机功能分配等。考虑到安全工程专业普遍会设置通风学、机械安全、安全心理学等课程及相关实验,在“安全人机工程学”的实验内容方面可不设置作业环境参数、安全心理测评等方面实验内容。实验课程一方面是加深对理论的理解,另一方面也要培养学生的动手和创新能力。在实验内容设置上应以综合型、设计型实验为主。如利用手指灵活性和反应时测定开展疲劳对人体生理特性、可靠性的影响实验,引导学生科学设计实验、处理数据,启发学生提出问题并用科学严谨的态度思考并找到解决方案。

2 教学方法改革

2.1 翻转课堂,角色互换

课堂上要注重调动学生主动参与的积极性。传统教学模式下,教师在讲台授课,学生在座位听讲,学生参与课堂教学主要体现在回答问题环节,而在翻转课堂教学模式下,学生成为教学的主体。一方面,学生在课前会完成知识学习,不仅掌握重点知识,而且会利用互联网找寻相关资料充实教学内容,锻炼了学生自主学习能力,同时充实了教学资源;另一方面,学生更加熟悉他们的信息接收方式,在课堂内容讲授、互动交流、案例分析等方面都能达到更好的教学效果。同时,通过翻转课堂、角色互换,老师更能贴近学生,了解学生对相关知识的理解程度,促进教师教学水平提升。

“安全人机工程学”与生产实际、日常生活都有很大联系,学生能够从多个角度、多个方面找到人机关系问题及解决方法。在翻转课堂中,不仅可以设置教学内容的讲解和回顾,还可以设置日常生活、工业生产、事故中人机关系可能遇到的问题,安全人机工程学产品设计和优化等内容,以培养学生利用安全人机工程学理论方法解决实际问题的能力。

2.2 案例分析,情景融入

各种事故中,人因事故占比达90%以上,由于人机关系不匹配所导致的事故时有发生,市场上安全人机工程学产品日益丰富,这为“安全人机工程学”课程带来了丰富的案例素材。通过搜集典型案例与材料,完善教学内容,将死板的书本知识与生动的实际案例相结合,能够让学生更容易掌握课程知识点。将视频、图片等多种展示方式相结合,以事件当事人的角度复原事故发生经过,能够让学生身临其境、感同身受地理解人机交互、人机功能分配。在翻转课堂中,设置人机关系的案例分析任务,以任务驱动学生充分利用各种途径找寻典型案例,扩充课程案例库;同时引导学生针对案例提出自己的见解和改进措施,在课堂进行交流讨论,将真实案例与书本知识有机结合,加深理解。

2.3 线上互动,增进理解

在互联网高度发展的当下,线上线下融合教学的优势愈加明显,不仅能够利用网络教学平台现有资源进行优势互补,而且线上交流互动极大拓展了课堂教学的广度。学生可以根据自己的情况自由安排学习时间,同学之间、教师与学生之间可以在线上平台就某一问题进行深入讨论,也方便教师了解学生对知识的掌握程度,及时调整教学进度和安排。当前多种线上教学平台已成功应用,取得了较好成效,教师根据课程教学安排,可选择成熟的教学平台,也可以选择常用微信、QQ等软件。聊天工具有一个很大优势,即学生使用率高、对软件熟悉,这方便实时、高效回复交流,大大提高学生参与教学的积极性,碰撞产生创新火花,同时也能增进教师与学生的感情。如线上开展资源共享、布置作业、答疑、讨论等,一些互动活动完全可以采用在微信、QQ等软件建立聊天群的方式进行。

3 考核方法革新

3.1 优化考核内容

教学考核是教学过程的重要环节,是教学质量的重要指标,也关系学生升学、评奖等多个方面。随着线上线下相结合教学方法的实施,学生在整个教学过程中参与度增大,教学考核应逐渐转变传统以期末考试成绩为主的方式,教学考核可以从全生命周期整体考虑,将教学各环节学生的表现纳入考核内容,包括课外教学资源学习情况、作业完成情况、答疑讨论参与程度、翻转课堂表现等。

3.2 综合考核办法

考核过程及方式需要公平、公正,以便将真正学习好、达到课程能力培养目标的学生选拔出来,同时公平公正也是真实体现教学质量的保障。在线上线下融合教学过程中,可考虑将部分考核内容和考核过程在线上开展,同时邀请学生参与考核,开展学生互评,培养学生的批判思维和科学严谨的态度。

4 结论

通过整合更新教学内容、增强实践教学优化课程建设,将翻转课堂、案例分析、线上互动等多种教学方法相结合,实施全生命周期、学生参与的考核方法,切实提高教学质量,发挥“安全人机工程学”在卓越工程师培养计划中的重要作用,培养更多具备实践动手能力、创新能力、解决复杂问题能力的安全工程专业复合人才。