劉志 唐娟 費(fèi)志敏

摘 要：針對《人因工程》課程在工業(yè)工程專業(yè)中的重要性及其教學(xué)中存在的問題，在工業(yè)工程卓越工程師培養(yǎng)方案的指導(dǎo)下，對該課程的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法進(jìn)行改革。首先，構(gòu)建了包含基礎(chǔ)型、應(yīng)用型和擴(kuò)展型知識的多層次教學(xué)內(nèi)容，設(shè)計(jì)了包含實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)及畢業(yè)設(shè)計(jì)等內(nèi)容的全方位實(shí)踐教學(xué)體系；其次，探討了基于IRI-CDIO和反轉(zhuǎn)課堂教學(xué)的多元化教學(xué)方法；最后，通過案例對教學(xué)方法的效果進(jìn)行驗(yàn)證。

關(guān)鍵詞：卓越工程師；人因工程；教學(xué)改革；IRI-CDIO；反轉(zhuǎn)課堂

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：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(xué)是 20 世紀(jì) 40 年代后期跨越不同學(xué)科領(lǐng)域，應(yīng)用多門學(xué)科原理、方法和數(shù)據(jù)發(fā)展起來的一門新興邊緣學(xué)科，具有多學(xué)科交叉性和較強(qiáng)的工程應(yīng)用性。它以人的生理、心理特性為依據(jù)，運(yùn)用系統(tǒng)工程的觀點(diǎn)，分析研究人與機(jī)、人與環(huán)境以及機(jī)與環(huán)境之間的相互作用，為設(shè)計(jì)操作簡便、省力安全舒適、人-機(jī)-環(huán)境配合達(dá)到最佳狀態(tài)的工程系統(tǒng)提供理論和方法的學(xué)科。人因工程學(xué)是工業(yè)工程專業(yè)至關(guān)重要的核心課程。

然而，人因工程學(xué)因涉及知識面廣、實(shí)踐性強(qiáng)等特點(diǎn)，使得現(xiàn)有教學(xué)過程中存在著大量的問題，如綜合性與學(xué)生已有知識局限性的矛盾，教學(xué)內(nèi)容相對分散、系統(tǒng)性不強(qiáng)，及理論與實(shí)驗(yàn)互補(bǔ)性不強(qiáng)等問題[1]。針對以上問題，已有不少學(xué)者對該課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)手段進(jìn)行了研究，如廖斌[2]設(shè)計(jì)了層次化教學(xué)內(nèi)容、動(dòng)態(tài)化教學(xué)模塊和多樣化教學(xué)方法相結(jié)合的教學(xué)體系，并嘗試采取實(shí)驗(yàn)教學(xué)、案例教學(xué)、互動(dòng)式教學(xué)等方法和手段進(jìn)行教學(xué)改革；萬鵬等[3]提出按照遞進(jìn)式的能力培養(yǎng)過程，從理論課堂-課內(nèi)實(shí)驗(yàn)-課程設(shè)計(jì)-工業(yè)工程綜合實(shí)訓(xùn)-生產(chǎn)、畢業(yè)實(shí)習(xí)的企業(yè)實(shí)踐-畢業(yè)設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)加以鍛煉，以提高學(xué)生的人因工程實(shí)踐能力；賈雨等[4]針對當(dāng)前人因工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題，從實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目體系和實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法等方面進(jìn)行改革；潘驍[5]對高強(qiáng)度工作環(huán)境下的疲勞恢復(fù)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并從實(shí)驗(yàn)工具、實(shí)驗(yàn)過程和實(shí)驗(yàn)意義3個(gè)方面進(jìn)行了闡述；趙林等[6]在對人因工程課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀分析的基礎(chǔ)上，從實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法和手段及實(shí)驗(yàn)師資隊(duì)伍建設(shè)3個(gè)方面，提出了改革建議。

綜上可知，已有不少學(xué)者針人因工程課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和手段進(jìn)行了改革，同時(shí)，部分學(xué)者對其實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行了探討。但是，現(xiàn)有研究多以概括性分析為主。本文以卓越人才培養(yǎng)計(jì)劃在工業(yè)工程專業(yè)推進(jìn)為契機(jī)，依托于工業(yè)工程專業(yè)卓越工程師教育培養(yǎng)建設(shè)項(xiàng)目，以培養(yǎng)工業(yè)工程專業(yè)卓越人才為最終目標(biāo)，在人因工程課程原有知識體系和教學(xué)資源的基礎(chǔ)上，優(yōu)化和重組理論及實(shí)踐內(nèi)容；以各級項(xiàng)目和企業(yè)案例（或?qū)嶋H問題）為載體，運(yùn)用反轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，積極更新教學(xué)和實(shí)驗(yàn)手段，并改革課程考核方法，以提高教學(xué)效果。

一、優(yōu)化和重組課程理論及實(shí)踐內(nèi)容

依據(jù)安徽工程大學(xué)工業(yè)工程卓越人才培養(yǎng)目標(biāo)及“2+0.5+1+0.5”的培養(yǎng)模式，人因工程課程設(shè)置在大四上學(xué)期，課時(shí)為40課時(shí)，其培養(yǎng)目標(biāo)如下：通過教學(xué)，使學(xué)生從工程的角度掌握人的生理、心理的特點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)并利用人的行為、工作能力、作業(yè)限制等特點(diǎn)，通過對工具、機(jī)器、系統(tǒng)、任務(wù)和環(huán)境進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，以提高生產(chǎn)率、安全性、舒適性和有效性。為了能夠在有限課時(shí)內(nèi)實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)，需結(jié)合專業(yè)人才培養(yǎng)模式，優(yōu)化和重組課程理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容。

在現(xiàn)有教學(xué)內(nèi)容、師資條件和實(shí)踐資源的基礎(chǔ)上，依據(jù)文獻(xiàn)[2]，設(shè)計(jì)包含基礎(chǔ)型、應(yīng)用型和擴(kuò)展型教學(xué)內(nèi)容；其中，基礎(chǔ)型內(nèi)容是課程最基本內(nèi)容，以保證學(xué)生能夠掌握人因工程的基本概念、原理和方法，相對性和原理性強(qiáng)，包括人體測量、勞動(dòng)生理心理特征、人體感知及特征等，分配課時(shí)為16；應(yīng)用型教學(xué)內(nèi)容則應(yīng)注重知識的前沿性、現(xiàn)實(shí)性和研討性，以提高學(xué)生解決實(shí)際問題的能力為目標(biāo)，其特點(diǎn)相對靈活，需利用校企合作平臺，深入行業(yè)企業(yè)，大量吸收行業(yè)、企業(yè)的新知識，以保持教學(xué)內(nèi)容的動(dòng)態(tài)更新，包括作業(yè)崗位設(shè)計(jì)、工作桌椅設(shè)計(jì)、工具設(shè)計(jì)、信息界面設(shè)計(jì)等，分配課時(shí)為16。擴(kuò)展型教學(xué)內(nèi)容旨在提高學(xué)生的創(chuàng)新能力、團(tuán)隊(duì)合作能力和系統(tǒng)規(guī)劃能力，要求學(xué)生能夠針對某個(gè)系統(tǒng)，從人機(jī)安全和人-機(jī)-環(huán)境總體設(shè)計(jì)，包括總體設(shè)計(jì)、事故與安全分析等，分配課時(shí)為8。

實(shí)踐教學(xué)在人因工程教學(xué)中具有極其重要的地位。目前，僅通過4-6個(gè)課內(nèi)實(shí)驗(yàn)根本無法達(dá)到課程的教學(xué)效果。為了達(dá)到各個(gè)層次教學(xué)內(nèi)容的教學(xué)效果，需設(shè)計(jì)全方位的實(shí)踐教學(xué)體系。全方位實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容如下：

1. 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)

人因工程課程實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目較多，需結(jié)合單位現(xiàn)有實(shí)踐教學(xué)資源進(jìn)行合理設(shè)置。根據(jù)多層次化教學(xué)內(nèi)容，可將實(shí)驗(yàn)課程分為基礎(chǔ)型實(shí)驗(yàn)和提高型實(shí)驗(yàn)，其中，基礎(chǔ)型實(shí)驗(yàn)以驗(yàn)證相關(guān)理論為主，包括：人體測量實(shí)驗(yàn)；提高型實(shí)驗(yàn)以探索型實(shí)驗(yàn)為主，包括視覺反應(yīng)時(shí)實(shí)驗(yàn)、反應(yīng)時(shí)運(yùn)動(dòng)時(shí)實(shí)驗(yàn)和視覺深度知覺測試。

2. 課程設(shè)計(jì)的規(guī)劃和實(shí)施

作為實(shí)踐教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，課程設(shè)計(jì)可以為學(xué)生模擬一個(gè)比較接近現(xiàn)實(shí)的環(huán)境，通過自主設(shè)計(jì)和主動(dòng)探索，可幫助學(xué)生更加深入地領(lǐng)會(huì)所學(xué)課程的內(nèi)涵，提高運(yùn)用專業(yè)知識解決實(shí)際問題的能力。為實(shí)現(xiàn)面向卓越工程師的課程培養(yǎng)目標(biāo)，需在一體化實(shí)踐教學(xué)體系中開設(shè)人因工程課程設(shè)計(jì)。而課程設(shè)計(jì)的選題與組織管理是否合理至關(guān)重要。因此，對各類校企合作項(xiàng)目和教師的科研項(xiàng)目及科研成果進(jìn)行研究，以凝練合適的人因工程課程設(shè)計(jì)題目。

3. 融入其他工程實(shí)踐環(huán)節(jié)的人因工程實(shí)踐教學(xué)

人因工程學(xué)作為工業(yè)工程專業(yè)的主要核心課程之一，與其他核心課程相互關(guān)聯(lián)、知識互補(bǔ)，共同培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)和專業(yè)技能。而目前，在社會(huì)調(diào)查、生產(chǎn)系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)和生產(chǎn)實(shí)習(xí)等實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中，較為注重基礎(chǔ)工業(yè)工程等核心課程知識的運(yùn)用，對于人因工程學(xué)考慮較少，使得學(xué)生難以理解人因工程學(xué)在專業(yè)體系中的重要性。因此，需對各類實(shí)習(xí)大綱進(jìn)行修編，明確人因工程課程的實(shí)習(xí)內(nèi)容和要求，并在指導(dǎo)書中增加人因工程現(xiàn)場診斷清單。

二、基于IRI-CDIO/反轉(zhuǎn)課堂的多元化教學(xué)方法研究

（一）IRI-CDIO教學(xué)方法的應(yīng)用

CDIO教育模式是以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運(yùn)行的整個(gè)生命周期為載體，讓學(xué)生在工程知識的學(xué)習(xí)過程中更加主動(dòng)、更加關(guān)注實(shí)踐性及各個(gè)課程模塊之間的有機(jī)聯(lián)系[7]。本文在CDIO理念的指導(dǎo)下，結(jié)合工業(yè)工程專業(yè)卓越工程師學(xué)生的具體情況，提出了IAI-CDIO的教學(xué)方法，其中，IAI表示興趣（Interest）、能力（Ability）和創(chuàng)新（Innovation）。IRI-CDIO教學(xué)方法通過2-3個(gè)不同基本的課程項(xiàng)目，激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的興趣，將學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、解決問題的能力和創(chuàng)新能力融入到課程教學(xué)中。

針對人因工程課程的層次化內(nèi)容體系，可依據(jù)與汽車制造企業(yè)的合作項(xiàng)目，設(shè)計(jì)初級和高級課程項(xiàng)目。其中，初級課程項(xiàng)目以訓(xùn)練學(xué)生3～5個(gè)課程知識點(diǎn)的應(yīng)用為主；如：對汽車裝配線各個(gè)工位的現(xiàn)場進(jìn)行觀察、拍攝錄像及現(xiàn)場測量，整理作業(yè)流程，然后運(yùn)用Jack人機(jī)功效分析軟件對各個(gè)崗位進(jìn)行作業(yè)仿真，以優(yōu)化設(shè)計(jì)各個(gè)工作崗位的作業(yè)環(huán)境，其中，3～5個(gè)學(xué)生為一組，負(fù)責(zé)一個(gè)崗位的優(yōu)化工作。高級課程項(xiàng)目則以訓(xùn)練學(xué)生綜合運(yùn)用人因工程和其他相關(guān)專業(yè)課程知識，解決一個(gè)復(fù)雜的實(shí)際問題為主，如解決汽車裝配線員工的輪崗問題，該問題不僅涉及員工疲勞強(qiáng)度與工作時(shí)間、工作環(huán)境的關(guān)系，還需考慮作業(yè)人員的技能、產(chǎn)線的平衡線及產(chǎn)能約束等。

（二）反轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的應(yīng)用

反轉(zhuǎn)課堂，是一種將線上課堂和面授課堂有機(jī)結(jié)合的新型教學(xué)模式。教師根據(jù)課程的教學(xué)目標(biāo)和知識結(jié)構(gòu)，制作短小精悍、教學(xué)信息清晰明確的視頻，學(xué)生在課外通過視頻和教師的在線輔導(dǎo)，完成知識的學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)過程中的信息傳遞；課堂上，教師可以針對學(xué)生學(xué)習(xí)過程中遇到的問題和難點(diǎn)進(jìn)行有效的講解，讓學(xué)生展開充分的互動(dòng)交流，進(jìn)行自主思考，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)知識的吸收內(nèi)化[8]。將反轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式運(yùn)用至人因工程課程中，需明確教授的內(nèi)容，設(shè)計(jì)和制作教學(xué)視頻，設(shè)計(jì)實(shí)施方法。

1. 反轉(zhuǎn)課堂教學(xué)內(nèi)容的選擇

選擇較為簡單、枯燥或與其他專業(yè)課程重復(fù)度較高的內(nèi)容，或方法較為穩(wěn)定的部分作為反轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)內(nèi)容，如常用的人體測量數(shù)據(jù)、聲音的度量方式等。

2. 教學(xué)視頻的制作和設(shè)計(jì)

視頻的制作和獲取是實(shí)施反轉(zhuǎn)課堂教學(xué)的主要素材?！度艘蚬こ獭凡糠终n程的視頻主要來源于專業(yè)教師的共同制作。針對各個(gè)教學(xué)內(nèi)容的要求，設(shè)計(jì)教學(xué)目的及要點(diǎn)，結(jié)合專業(yè)教師的研究特長，進(jìn)行相關(guān)內(nèi)容講課的視頻錄制。利用iDo視頻編輯軟件，對采集的視頻資料進(jìn)行后期處理，依據(jù)授課內(nèi)容中涉及的知識點(diǎn)進(jìn)行提問，引導(dǎo)學(xué)生鞏固已學(xué)的知識。

3. 教學(xué)的實(shí)施方法

鑒于大部分高校沒有完善的教學(xué)管理系統(tǒng)、無法開展網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)的現(xiàn)狀，教師可通過QQ群等方式與學(xué)生共享教學(xué)視頻、教學(xué)大綱和教學(xué)課件。依據(jù)《人因工程》授課內(nèi)容的特點(diǎn)，以4人為一組，對學(xué)生進(jìn)行分組。要求每組學(xué)生依據(jù)教師的授課計(jì)劃，在課外通過視頻詳細(xì)了解授課的目的、要求和內(nèi)容；課內(nèi)，完成關(guān)鍵知識點(diǎn)的強(qiáng)化和知識的訓(xùn)練。教師根據(jù)教學(xué)任務(wù)，給每個(gè)小組分配知識點(diǎn)講解任務(wù)，各小組的帶教學(xué)生代表負(fù)責(zé)講解一個(gè)知識點(diǎn)，各小組的其他學(xué)生課前對負(fù)責(zé)的知識點(diǎn)學(xué)習(xí)探討，發(fā)現(xiàn)問題；教師指導(dǎo)帶教學(xué)生的授課內(nèi)容和授課技巧，實(shí)行預(yù)講制度。學(xué)生講解過程中要及時(shí)回答同學(xué)提出的問題，教師組織同學(xué)對內(nèi)容進(jìn)行分析討論總結(jié)，并對教學(xué)內(nèi)容的教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果進(jìn)行教師測評和學(xué)生互評。

三、教學(xué)案例分析

課程體系的合理與否需經(jīng)過多年教學(xué)實(shí)踐才能得以驗(yàn)證，但教學(xué)方法的教學(xué)效果可通過實(shí)驗(yàn)加以評價(jià)，因此，設(shè)計(jì)兩組對比實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證反轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式在人因工程課程教學(xué)中的實(shí)施效果。

（一）對比實(shí)驗(yàn)安排

為體現(xiàn)反轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式在《人因工程》實(shí)驗(yàn)教學(xué)中實(shí)施的可行性和效果，特針對本校2014級工業(yè)工程學(xué)生。將全專業(yè)學(xué)生分為兩組，每組40名學(xué)生。一組為實(shí)驗(yàn)組，按照反轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式下設(shè)計(jì)的方式和方法進(jìn)行教學(xué)。每一小組同學(xué)將依照課程總體授課計(jì)劃和進(jìn)度，事先獲得各個(gè)計(jì)劃內(nèi)容的視頻材料，以學(xué)習(xí)各個(gè)部分知識點(diǎn)的要領(lǐng)；老師不再占用課內(nèi)時(shí)間講解內(nèi)容，由學(xué)生以小組為單位，自行組織，在課外學(xué)習(xí)、討論，老師則負(fù)責(zé)解答和指導(dǎo)。另一組為對照組，按照傳統(tǒng)的方式進(jìn)行，即在課內(nèi)，由老師講解相關(guān)內(nèi)容的知識。

（二）兩組學(xué)生成績對比

以團(tuán)隊(duì)知識講解、課堂問題解答和課后初級項(xiàng)目匯報(bào)、知識點(diǎn)測試及問卷調(diào)查等形式，對兩組學(xué)生的學(xué)習(xí)效果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。實(shí)驗(yàn)組和對照組的學(xué)習(xí)效果分析結(jié)果如表1所示。

取顯著性水平α=0.05，對實(shí)驗(yàn)組和對照組學(xué)生的內(nèi)容講解及問題回答、初級項(xiàng)目成果匯報(bào)、知識點(diǎn)測時(shí)成績的均值和方差進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。檢驗(yàn)結(jié)果顯示：實(shí)驗(yàn)組和對照組學(xué)生的三項(xiàng)成績均值及方差均有顯著性差異。其中，實(shí)驗(yàn)組學(xué)生的各個(gè)項(xiàng)目平均成績均高于對照組，方差均小于對照組。該結(jié)果表明反轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式能夠顯著提高學(xué)生學(xué)習(xí)簡單、穩(wěn)定的基礎(chǔ)型知識的主動(dòng)性，減少學(xué)生在學(xué)習(xí)中的惰性，顯著提高了教學(xué)的效果。另外，針對教學(xué)目的、教學(xué)要求和教學(xué)安排等各個(gè)方面，對實(shí)驗(yàn)組和對照組的學(xué)生進(jìn)行問卷調(diào)查。在實(shí)驗(yàn)組中，90%的學(xué)生對教學(xué)的安排較為滿意，并認(rèn)同反轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式；6%的學(xué)生認(rèn)為教學(xué)效果不顯著；4%的學(xué)生認(rèn)為教學(xué)效果差。在對照組中，60%的學(xué)生認(rèn)為需要對教學(xué)目的、教學(xué)要求和知識應(yīng)用進(jìn)行更為具體的講解；40%的學(xué)生認(rèn)為教學(xué)內(nèi)容枯燥，可減少部分教學(xué)內(nèi)容。

四、結(jié)束語

針對《人因工程》課程在工業(yè)工程專業(yè)中的重要性，在工業(yè)工程卓越工程師培養(yǎng)方案的指導(dǎo)下，對該課程的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法進(jìn)行了改革。多層次教學(xué)內(nèi)容和全方位實(shí)踐教學(xué)體系的設(shè)計(jì)，多元化教學(xué)方法的應(yīng)用，能夠解決當(dāng)前該課程教學(xué)中存在的綜合性與學(xué)生已有知識局限性的矛盾，教學(xué)內(nèi)容相對分散、系統(tǒng)性不強(qiáng)，及理論與實(shí)驗(yàn)互補(bǔ)性不強(qiáng)等問題，提高課程的教學(xué)效果，實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)。

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