岳麗宏 王玉華 馬池香 張楠 韓蕓英
摘? 要 在工程教育專業(yè)認證背景下,高校實驗室是開展科學(xué)研究、進行學(xué)生培養(yǎng)的重要場所。以青島理工大學(xué)安全人機工程實驗室建設(shè)為例,以學(xué)生為主體,對標面向?qū)I(yè)認證的安全人機工程課程的知識目標、能力目標、素質(zhì)目標進行實驗體系建設(shè),分享運行管理實踐經(jīng)驗,讓專業(yè)實驗室在培養(yǎng)學(xué)生綜合能力和保障學(xué)生身心健康方面發(fā)揮應(yīng)有的作用。
關(guān)鍵詞 安全工程;安全人機工程實驗室;實驗教學(xué);OBE;工程教育
中圖分類號:G647.6? ? 文獻標識碼:B
文章編號:1671-489X(2021)14-0001-06
Abstract The laboratory of university is an important place where?we carry on scientific research and cultivate students in the back-ground of Professional Certification for Engineering Education. In?this paper we take Man-Machine Engineering Laboratory construc-tion of Qingdao University of Technology as an example. We take student-oriented ideology as the concept and aim at the targets of knowledge, ability and quality of Man-Machine Engineering as the course of Education of Professional Certification for Engineering Education. We share the practices of operation and administration?about the Man-Machine Engineering Laboratory. What we have done?can make the professional laboratory playing a due role in ensuring overall quality and physical and psychological health of the students.
Key words safety engineering; man-machine engineering laboratory;?experimental teaching; OBE; engineering education
0? 引言
我國的安全工程經(jīng)歷了從初期的基本安全政策和勞動保護工作發(fā)展到一系列安全標準、法規(guī)的出臺,再到現(xiàn)在安全工程技術(shù)、安全科學(xué)逐漸完善的過程[1]。安全工程學(xué)科是隸屬于一級學(xué)科安全科學(xué)與工程(學(xué)科代碼:0837)的一個二級學(xué)科。中國教育在線高考志愿填報平臺的統(tǒng)計資料顯示:截至2019年5月,全國共有150所高校開設(shè)該本科專業(yè),其中普通本科院校及附屬學(xué)院有138所;截至2020年1月,全國共計有包括中國礦業(yè)大學(xué)(北京)、中國地質(zhì)大學(xué)(北京)、東北大學(xué)、遼寧工程技術(shù)大學(xué)等在內(nèi)的47所高校的安全工程專業(yè)通過工程教育專業(yè)認證[2-3]。工程教育專業(yè)認證的核心內(nèi)涵是建構(gòu)“以學(xué)生為中心、產(chǎn)出為導(dǎo)向”的人才培養(yǎng)體系,并突出持續(xù)改進的特點[4]。OBE是產(chǎn)出導(dǎo)向教育的簡稱,其核心理念是以學(xué)生為中心,聚焦于學(xué)生受教育后能產(chǎn)出什么[5]。
根據(jù)上述OBE教育核心理念可知,安全人機工程課程實驗教學(xué)的關(guān)鍵在于定義學(xué)生的學(xué)習(xí)產(chǎn)出,即學(xué)生通過實驗課程的學(xué)習(xí)后能做什么。這就需要基于OBE工程教育認證的畢業(yè)能力要求及畢業(yè)生就業(yè)后反饋的技能需求來分析,結(jié)合實際對安全人機工程實驗室進行合適定位。
1? 基于OBE理念的安全人機工程實驗室體系架構(gòu)
高等學(xué)校安全工程學(xué)科教學(xué)指導(dǎo)委員會制定的《安全工程專業(yè)本科教育認證標準》及《全國工程教育認證安全工程專業(yè)補充標準》中涉及的培養(yǎng)目標、畢業(yè)要求有七大項、若干子項,包括知識目標、能力目標和素質(zhì)目標。
安全人機工程的主要作用是通過人—機—環(huán)境相互關(guān)系的研究,為作業(yè)人員創(chuàng)造最佳的作業(yè)條件和環(huán)境,保障作業(yè)人員安全,減少失誤、減少疲勞,從而提高作業(yè)效率,保證系統(tǒng)安全,同時為事故的系統(tǒng)分析、事故的預(yù)防以及安全決策提供理論依據(jù)[6]。安全人機工程的研究對象是人、機、人機界面。實驗室為研究者提供研究平臺,為學(xué)生提供實驗實訓(xùn)場所,實驗教學(xué)環(huán)節(jié)對幫助學(xué)生理解和掌握課程的理論和方法以及對學(xué)生工程實踐能力的培養(yǎng)起著至關(guān)重要的作用[7]。實驗室是學(xué)生學(xué)習(xí)應(yīng)用理論知識并進行實踐的主要場地,是連通理論與實踐的橋梁,對學(xué)生綜合素質(zhì)的養(yǎng)成具有積極意義[8],主要對標畢業(yè)要求中的能力目標和素質(zhì)目標。因此,安全人機工程實驗教學(xué)的學(xué)習(xí)產(chǎn)出分為能力目標和素質(zhì)目標,即通過實驗準備鍛煉學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力,通過實驗操作鍛煉學(xué)生的動手操作能力,通過數(shù)據(jù)分析鍛煉學(xué)生的研究創(chuàng)新能力,通過合作鍛煉學(xué)生的團隊協(xié)作能力。通過實驗課程的學(xué)習(xí),學(xué)生在學(xué)會學(xué)習(xí)、學(xué)會相處、學(xué)會做事等方面都有所收獲。安全人機工程實驗主要針對人和人機匹配兩個方面。為對標上述能力和素質(zhì)要求,安全人機工程實驗室可以設(shè)置基礎(chǔ)實驗平臺、科學(xué)研究平臺和對外服務(wù)平臺三個模塊,各平臺的構(gòu)成情況如表1所示。
2? 基于OBE理念的青島理工大學(xué)安全人機工程實驗室建設(shè)
青島理工大學(xué)的安全工程專業(yè)主要培養(yǎng)適應(yīng)國家經(jīng)濟和社會發(fā)展需要,掌握安全科學(xué)與工程的基本理論、基本知識及基本技能,具有土木建筑安全專長,具備到土木建筑、機械、化工等相關(guān)行業(yè)領(lǐng)域從事安全工程的設(shè)計、研究、評估與咨詢、安全監(jiān)察、技術(shù)管理、應(yīng)急救援、安全教育與培訓(xùn)等方面工作的能力,具有一定的國際視野和創(chuàng)新意識,具備良好的溝通、團隊協(xié)作和終身學(xué)習(xí)能力,德智體美全面發(fā)展的應(yīng)用型專業(yè)人才。青島理工大學(xué)在2019年完成中國工程教育專業(yè)認證協(xié)會組織開展的學(xué)校自評、專業(yè)類認證委員會審核、專家組現(xiàn)場考察、結(jié)論審議等程序,通過工程教育認證。安全人機工程是青島理工大學(xué)安全工程專業(yè)的專業(yè)核心課程,以建筑施工行業(yè)人機界面為主要研究對象,分析、研究由于作業(yè)導(dǎo)致勞動者健康損害或傷亡等因素的作用機理、預(yù)防措施等,從而評價作業(yè)及作業(yè)環(huán)境是否滿足安全、高效、舒適和健康要求,支撐“設(shè)計/開發(fā)解決方案”“研究”“個人和團隊”三個畢業(yè)要求,其中對“設(shè)計/開發(fā)解決方案”的支撐是強支撐,對“研究”的支撐是中等支撐,對“個人和團隊”的支撐是弱支撐。
青島理工大學(xué)安全人機工程實驗室歸屬于安全科學(xué)與工程實驗中心,承擔安全工程專業(yè)安全人機工程課程實驗教學(xué)、畢業(yè)設(shè)計、創(chuàng)新活動等任務(wù),旨在提升學(xué)生的實驗動手能力、工程實踐能力和創(chuàng)新思維能力。實驗室由人機交互實驗平臺系統(tǒng)、人的心理及反應(yīng)測定平臺和人的生理學(xué)參數(shù)測定平臺組成,能同時滿足教學(xué)和科研的要求,其體系架構(gòu)如圖1所示。此外,實驗室對全校師生開放,進行相關(guān)體質(zhì)和心理健康監(jiān)測,關(guān)注師生身心健康。
2.1? 人機交互實驗平臺系統(tǒng)及其建設(shè)
人機交互實驗平臺主要為科研和全校師生的心理健康監(jiān)測服務(wù),還可以用于大學(xué)生創(chuàng)新活動、本科生的課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計。人機交互實驗平臺系統(tǒng)包括人—機—環(huán)境同步平臺和人因綜合實驗操作臺兩個實驗平臺。
人—機—環(huán)境同步平臺如圖2所示,由PC實驗主機、無線傳感裝置、生理及行為記錄軟件系統(tǒng)組成,通過不同的刺激場景,記錄PPG(光電容積脈搏)、ECG(心電)、SKT(體溫)、EDA(皮電)、EMG(肌電)、RESP(呼吸頻率)等生理參數(shù),研究人類在不同物理環(huán)境中或進行各種活動時的人體生理狀況及行為反應(yīng),并通過無線傳感技術(shù)、行為編碼分析技術(shù)同步記錄用戶的心理、生理和行為變化情況,同步分析操作人的行為表現(xiàn)、認知負荷、疲勞狀態(tài)等,實現(xiàn)在同一時間或同一時間段內(nèi)人—機—環(huán)境數(shù)據(jù)的實時同步記錄、跟蹤和分析。人—機—環(huán)境同步平臺主要用于科研、研究生培養(yǎng)、大學(xué)生創(chuàng)新活動以及本科生的畢業(yè)設(shè)計和課程設(shè)計等,在培養(yǎng)學(xué)生獨立研究能力方面有著重要作用。
人因綜合實驗操作臺如圖3所示,由PC實驗主機、實驗操作臺、心理實驗、測試及訓(xùn)練軟件系統(tǒng)組成,可以研究各種心理學(xué)現(xiàn)象,也可以進行心理學(xué)測試或應(yīng)用于心理行為功能訓(xùn)練。人因綜合實驗操作臺主要為科研、研究生培養(yǎng)、大學(xué)生創(chuàng)新活動以及本科生的畢業(yè)設(shè)計和課程設(shè)計等服務(wù),心理測試系統(tǒng)還為全校師生提供心理健康監(jiān)測服務(wù),在關(guān)注師生心理健康方面發(fā)揮重要作用。
1)心理學(xué)現(xiàn)象研究實驗,涵蓋實驗心理學(xué)、認知心理學(xué)、普通心理學(xué)、發(fā)展心理學(xué)、教育心理學(xué)、工程心理學(xué)等多個領(lǐng)域,超過100個心理學(xué)實驗,可開展以下十個實驗項目。
①心理學(xué)現(xiàn)象演示實驗。
②反應(yīng)時實驗:簡單反應(yīng)時、選擇反應(yīng)時、辨別反應(yīng)時、STOOP效應(yīng)等。
③心理物理學(xué)實驗:最小變化法、恒定刺激法、平均差誤法、對偶比較法、等級排列法、信號檢測論(有無法、迫選法、評價法)等。
④注意實驗:注意廣度、注意分配、注意轉(zhuǎn)移、雙耳分聽、注意穩(wěn)定性、劃消測驗、注意集中、注意抗干擾性等。
⑤感知覺實驗:速度知覺、螺旋后效、時間知覺、似動現(xiàn)象、表象的心理旋轉(zhuǎn)、系列掃描與平行掃描、整體加工與局部加工等。
⑥記憶和學(xué)習(xí)的實驗:瞬時記憶、系列位置效應(yīng)、短時記憶廣度、記憶中信息提取的再度激活、工作記憶廣度、有憑借再現(xiàn)與無憑借再現(xiàn)、空間位置記憶廣度、詞的具體性對FOK現(xiàn)象的影響、圖形信息的有意遺忘、錯誤再認等。
⑦思維實驗:問題解決的定勢效應(yīng)、河內(nèi)塔、句子理解速度、推理的氣氛效應(yīng)等。
⑧情緒實驗:面部表情的辨認、顏色的情緒色彩、面孔識別等。
⑨認知實驗:短時記憶的信息提取、鑲嵌圖形、內(nèi)隱記憶、字詞的優(yōu)勢效應(yīng)、短時記憶的視覺編碼等。
⑩兒童心理學(xué)實驗:兒童思維策略、兒童推理能力、兒童認知方式、兒童道德判斷、兒童天平實驗、兒童警覺水平等。
2)心理學(xué)測試實驗。心理測試系統(tǒng)含有105個國內(nèi)常用心理測試量表,且量表內(nèi)容可自定義添加,可應(yīng)用于個體或大規(guī)模的心理測試或普查。
3)心理行為功能訓(xùn)練實驗,可開展九個實驗項目:視聽簡單反應(yīng)時的測驗;視聽選擇反應(yīng)時的測驗;視、聽注意分配的測驗;動作頻率的測驗;記憶測驗與訓(xùn)練;數(shù)字符號的測驗(或譯碼測驗);連線測驗(或視覺品質(zhì)注意分配);穩(wěn)定性的測驗與訓(xùn)練(或手臂穩(wěn)定度測驗?zāi)浚?;鑒別反應(yīng)實驗。
2.2? 人的心理及反應(yīng)測定平臺及其建設(shè)
在作業(yè)過程中,人的感知、反應(yīng)都會影響操作的準確性、人機匹配的合理性,人的心理及反應(yīng)測定平臺通過測定人的心理及反應(yīng)特性,了解作業(yè)疲勞的判定指標和緩解措施。人的心理及反應(yīng)測定平臺主要用于實驗教學(xué)、課程設(shè)計,通過測定人的感知特性、反應(yīng)特性、作業(yè)疲勞指標以及人機系統(tǒng)功能等相關(guān)參數(shù),反映人的基礎(chǔ)心理特性、視聽反應(yīng)快慢、作業(yè)疲勞程度、人機匹配效果等人的心理規(guī)律和行為規(guī)律。人的心理及反應(yīng)測定平臺在培養(yǎng)學(xué)生動手操作能力、實驗結(jié)果分析能力、理論結(jié)合實踐能力等方面會發(fā)揮重要作用。人的心理及反應(yīng)測定平臺部分實驗儀器如圖4所示。
2.3? 人的生理學(xué)參數(shù)測定平臺及其建設(shè)
借助人—機—環(huán)境操作測量裝置可以測定人的生理學(xué)參數(shù),進行人體體質(zhì)監(jiān)測,了解學(xué)生的身體發(fā)育情況。人的生理學(xué)參數(shù)測定平臺借助人—機—環(huán)境操作測量裝置用于人的體質(zhì)健康監(jiān)測,可開展人體結(jié)構(gòu)尺寸測定、皮阻皮溫測定、痛閾測定、血壓測定、肺活量測定、腰背部肌肉力量測定、靜態(tài)軀干及腰髖關(guān)節(jié)的活動幅度測定等七個實驗項目。人的生理學(xué)參數(shù)測定平臺主要服務(wù)于實驗教學(xué)和課程設(shè)計,同時為全校師生提供人體體質(zhì)監(jiān)測服務(wù),在培養(yǎng)學(xué)生動手操作、數(shù)據(jù)分析等實驗?zāi)芰Ψ矫姘l(fā)揮重要作用,在保障學(xué)生身體健康方面具有不可替代的地位。人的生理學(xué)參數(shù)測定平臺部分實驗儀器如圖5所示。
2.3.1? 人體結(jié)構(gòu)尺寸測定? 使用身高坐高計測量人體的坐高和身高,用于成年人體質(zhì)測定和少年兒童體態(tài)測量、健康檢查。
2.3.2? 皮阻皮溫測定? 使用數(shù)字式皮阻皮溫計測量人體皮膚溫度和皮膚電阻,用于研究人體心理的放松和緊張程度、情緒波動、性格特征等。
2.3.3? 痛閾測定? 使用痛閾測試儀測定人的痛閾和耐痛閾,用于人體疼痛研究,有助于職業(yè)性疾病的早期發(fā)現(xiàn)、早期診斷和早期治療。
2.3.4? 血壓測定? 使用全自動腕式血壓計測量人體血壓,用于研究身體健康狀況,有助于職業(yè)性疾病的早期發(fā)現(xiàn)、早期診斷和早期治療。
2.3.5? 肺活量測定? 使用電動肺活量計測定呼吸時的最大通氣量,用于測定肺部的呼吸功能,評價人體機能。
2.3.6? 腰背部肌肉力量測定? 使用電子背力計測量人體腰背部力量,用于測試人體運動能力。
2.3.7? 靜態(tài)軀干及腰髖關(guān)節(jié)的活動幅度測定? 使用坐位體前屈測試儀測量人體靜止形態(tài)下軀干及腰髖等關(guān)節(jié)可能達到的活動幅度,用于評價軀干及腰髖等部位關(guān)節(jié)、韌帶和肌肉的伸展性和彈性。
3? 基于OBE理念的青島理工大學(xué)安全人機工程實驗室的實施
3.1? 實驗教學(xué)的組織
為調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性,激發(fā)學(xué)習(xí)興趣,可以賦予學(xué)生一定的選擇權(quán)。在充分考慮實際條件的情況下,安全人機工程實驗室采用半開放型實驗教學(xué),即學(xué)生可以自主選擇一定數(shù)目的實驗項目,在提前預(yù)習(xí)并準備好實驗報告的情況下,以兩個學(xué)生為一個小組,進入實驗室進行實驗課。實驗進行前,學(xué)生需學(xué)習(xí)《青島理工大學(xué)機械與汽車工程學(xué)院安全工程專業(yè)實驗室安全教育手冊》和《青島理工大學(xué)機械與汽車工程學(xué)院安全工程實驗室安全注意事項告知書》兩個文件,或在虛擬實驗室進行實驗室突發(fā)情況應(yīng)急處置學(xué)習(xí),學(xué)習(xí)完成后在告知書上簽字;實驗過程中,以學(xué)生獨立操作為主,實驗指導(dǎo)教師只進行必要的操作輔導(dǎo)和儀器維護;實驗結(jié)束,每位學(xué)生需要將記錄有效數(shù)據(jù)的現(xiàn)場記錄紙交給指導(dǎo)教師審閱簽字后方可離開實驗室。課下自主完成實驗報告,無故不參加實驗課的學(xué)生不得參加課程的期末理論考核。
3.2? 實驗課考核
安全人機工程實驗不單獨設(shè)課,實驗成績采用百分制,占課程總成績的10%,實驗準備、實驗操作和實驗報告的分值占比及考核標準如表2所示,最終實驗成績?nèi)∫?guī)定提交份數(shù)(一般為5份)的實驗報告的平均成績,額外提交實驗報告者成績核算如表2所示。
3.3? 實施效果與持續(xù)改進
根據(jù)《安全人機工程課程分析報告》中間接分析法進行課程目標達成度分析以及對學(xué)生進行訪談顯示,學(xué)生在安全人機工程實驗課中表現(xiàn)出較高的興趣和積極性,所有學(xué)生均動手操作。通過實驗,絕大多數(shù)學(xué)生認為自己在自主學(xué)習(xí)能力、動手操作能力、團隊協(xié)作能力方面有較大提高,具備基本的創(chuàng)新和科研意識,在學(xué)會學(xué)習(xí)、學(xué)會相處、學(xué)會做事方面有了初步的認識,也會在平時的學(xué)習(xí)生活中更加關(guān)注自己的身心健康。實驗教學(xué)課程目標達成度間接分析法統(tǒng)計結(jié)果如表3所示。
雖然實驗課程的達成度分析和學(xué)生訪談均顯示基于OBE理念的安全人機工程實驗教學(xué)取得較好的效果,達到了預(yù)期的能力目標和素質(zhì)目標,但是仍然存在有待改進的地方,比如開放時間,會給學(xué)生更多的選擇權(quán),也會與課程的項目教學(xué)、課程設(shè)計、大學(xué)生創(chuàng)新結(jié)合得更加密切,在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新研究能力方面發(fā)揮更大的作用。
4? 結(jié)論
青島理工大學(xué)的辦學(xué)定位是建設(shè)特色鮮明的高水平應(yīng)用研究型大學(xué),培養(yǎng)應(yīng)用基礎(chǔ)型人才?;贠BE理念的安全人機工程實驗室將在安全工程專業(yè)學(xué)生的知識、能力、素質(zhì)培養(yǎng)方面發(fā)揮應(yīng)有的作用,成為安全人機工程方向教學(xué)、科研和技術(shù)服務(wù)的重要基地,在教學(xué)和學(xué)校服務(wù)中發(fā)揮重要作用。
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