人因工程综合性实验教学改革和实践

◆陈成明 张丽珍 曹守启 上官春霞 李俊

人因工程综合性实验教学改革和实践

◆陈成明 张丽珍 曹守启 上官春霞 李俊

针对国内高校人因工程实验开设现状，介绍上海海洋大学人因工程综合性实验教学的改革措施和实践效果。实践证明，综合性实验能全面提升学生的 实验技能，提升学生参与科研的能力，培养学生的综合素质，提高学生的创新能力。

人因工程；综合实验；教学改革；创新能力

10.3969/j.issn.1671-489X.2015.24.148

1 引言

人因工程是综合运用生理学、心理学、人体测量学、系统工程、生物力学和有关的工程技术知识，研究系统中人、机和环境间相互作用，以达到安全、舒适、高效生产的目的［1］。人因工程是工业工程主要的专业方向之一，也是四大核心课之一，在我国起步较晚，由于其学科交叉性、实践性较强，仅凭课堂上的理论课程的学习，无法满足本科学生的培养要求，必须设立相应的实践环节。

经过20多年的发展，人因工程实验已经实现了从验证性、设计性到综合性这样一个递进的变化，但和国外相比仍然落后较多。该课程的实验还是以验证性为主，在综合性实验的设计和开发上研究较少，学生不能很好地掌握理论知识，也不利于学生创新能力的培养，阻碍了该学科的发展。本文以上海海洋大学工业工程专业建设的人因工程实验室为例，对该课程综合性实验教学的改革和实践效果进行总结和分析。

2 现状

我国的人因工程系统的教学和科研开始于20世纪80年代以后，目前呈现快速发展势头。许多高校已经开设相关的专业和课程，并着手建立人因工程实验室［2］。人因工程学科交叉明显，我国的高校目前有30多个专业开设了人因工程相关课程。针对工业工程专业的人因工程课程，经过实地调研和网上调查48所高校（其中，985和211高校25所，地方院校23所），该课程一般2～4个学分，学时一般在32～48学时之间，具体见图1。科研方面比较领先的高校，该课程理论和实践学时都比较多，如：清华大学人因工程课程6个学分，开设了人因工程基础和现代人因工程两门课程；西安交通大学该课程64学时，理论和实践各32学时。

图1 课程学时数

调研的这些高校由于各校的基础及研究的侧重点不同，人因工程的实验学时数相差较大，最少的6学时，最多的32学时；开设的实验大多为验证性实验，开设综合性实验的比例很小，验证性实验占实验总学时分100%、80%～100%、50%～80%和＜50%四个等级，具体比例见图2。

3 验证性实验到综合性实验的转变

实验是创新之源，没有实验能力就不可能提高大学生的综合素质［3］。大学生实验能力的提升主要来源于以下方面。

1）课程实验学时的增加。在目前学时量普遍减少的情况下，如何调整理论课时和实验课时的关系，一直都是讨论比较热烈的课题。对于实践性较强的课程，适当增加实验学时，可以在做实验的同时进行理论的讲解，以加强理论知识的掌握。

表1 人因工程课程的综合性实验项目

图2 验验?证性实验占总实验学时的比例

2）减少验证性实验数目。验证性实验不适应21世纪教育体系办学方针。长期以来，高校的实验课附属于理论课，实验大多是验证性、演示观摩性的实验，学生走马观花地看完或者按照实验步骤一步一步地做完实验即可完成实验内容，不能发挥出学生应有的积极性和创造性，造成对实验课不重视，养成被动、敷衍的学习态度。

3）增设设计性、创新性强的综合性实验项目。综合性实验是指定实验目的、要求和提供实验条件，由学生自行设计实验方案并加以实现的实验；是在掌握基础性实验和具备综合实验知识及能力后，对今后开展科学实验全过程进行初步训练的一种教学实验。综合性实验能使学生在实验过程中由被动变主动，在实验能力、查阅文献、分析问题、解决问题等方面的能力得到系统提升，同时培养他们的团队、创新精神。

上海海洋大学2008年初建设的人因工程实验室共设立了16个实验项目，八个实验学时，全部为验证性实验，每次学生都是一哄而来一哄而去。特别是在进行测量人体尺寸、心跳、血压、噪声等一些常规的基础性实验项目时，他们觉得很好玩，数据测完后即完成实验，起不到任何的实验效果。2010年起，人因工程课程进行实验教学改革，根据学校的基础和特色，适当减少两个学时的验证性实验，增设10个学时的综合性实验，经过10、11级工业工程专业两年的实施，实践证明，这种综合性的实验项目深受学生的重视和喜欢，起到很好的实践效果。这些综合性实验项目见表1。

4 综合性实验的改革实践

强化实验项目的可选性 本课程由三个指定性综合实验、三个可选择的实验项目及多个课题组成，可选择性实验项目及课程设置的目的是因为人因工程学科本身具有交叉性的特征，涵盖的知识面较广，将实验项目的选择权交给了学生，学生可根据自己的兴趣选择实验项目。

对于指定的三个综合实验，主要侧重书上规定的章节内容，学生可发挥的余地较小，但学生可以对实验项目考虑得更详细。如作业环境的测量与分析改善实验，主要让学生掌握作业环境的微气候的测量方法、影响因素及其改善方案的制订等，学生就可运用以往所学的相关知识进行详细的分析，做出较好的改善方案。

三个可选择的实验项目，要求学生根据自己的兴趣和已掌握的知识面对其中一个或两个进行研究。如用Delmia人因仿真软件进行优化仿真，需要学生掌握三维建模软件，并对产品设计、流程设计、生物力学等有一定的了解，最后要求有一个完整的项目研究报告。

实验项目以课题形式出现的模式，打破了传统的“学生为做实验而做实验”的格局，而是要求学生自由分组，以小组合作的形式自由选择自己感兴趣的1～2个实验项目，学生可以根据自己的时间安排在业余的时间来进行实验，实验结果以小组的形式提交一份科技论文。这种模式有利于培养学生的合作意识及团队精神，真正实现“学生想做实验而做实验”的格局。

强化实验的设计性和学生的主体能动性 在已经开设的综合性实验项目中，三个实验具有很强的设计性，需要学生到图书馆查阅相关文献，甚至要到生产现场采集数据，自己设计实验内容、方案，并自己验证实验结果的可靠性。在整个实验过程中，学生的主体能动性得到最大的发挥，这时候学生做实验完全凭自己的兴趣，很多实验内容需要在课外完成，教师需要在实验过程中给予一定的指导。如可选的实验项目“基于人因学的产品优化设计”，学生需要自己选择设计对象，可以是控制台、手动工具甚至生活用具等，然后利用人体测量、空间设计、人机交互设计、三维建模等知识对设计的对象进行改进优化。这些综合性实验的设计性体现了理论知识的具体实践应用，如图3所示坐式扭腰器设计。

图3 坐式扭腰器设计

再如以课题形式出现的实验项目“视觉疲劳测试”，需要学生查阅大量的资料，了解引起视觉疲劳的影响因素及目前常用的测试视觉疲劳的客观和主观测量方法，选取实验对象，比如手机、手提电脑、平板电脑、台式电脑等学习、工作中易引起视觉疲劳的各种类型的显示装置，根据实验室现有的仪器设备（闪光融合测试仪、多通道生理记录仪、红外热像仪等），设计实验方案，设计主观测量的量表，选取一定数量的被试，等等。这些实验内容很多要靠小组成员的协同努力及大量的业余时间来完成。通过这样的一个综合性实验项目，学生对视觉疲劳的影响因素及测量方法有了更深一层次的理解，加深了对视觉疲劳的理解，起到很好的实验效果。

强化实验的开放性 综合性实验室还具有开放性、探索性和创新性的优势，学生可以在这里自由开动脑筋，发挥创造力，形成自主学习的氛围。在没有进行综合实验教学改革之前，只有在上实验课时实验室才是开放的，学生不了解实验设备到底可以做什么实验，怎么和科学研究相结合，造成实验设备资源的严重浪费。特别是人因工程的有些实验设备（如多通道生理记录仪、Delmia人因仿真软件、行为观察分析软件等）价格比较昂贵，如果仅仅供实验课做验证性实验，实验设备将起不到应有的作用。在增设了综合性实验之后，每周有固定的实验室开放时间，学生可自由使用实验设备，使实验设备的利用率达到最大化。

强化实验和科学研究的结合性 实验教学和科学研究相结合，有利于创新型人才的培养，实现教研相长。大学生需要运用实验仪器和设备，一方面可以了解这些仪器设备，另一方面使学生将所学到的理论知识以实验的方法来进行验证，锻炼了学生的动手能力，为学生实践能力的提升创造了机会和平台。大学生在实验过程中可以与教授、科研人员、研究生近距离地沟通交流，便于大学生掌握最新的科研动态和学科发展方向，为自身的科研创新活动奠定基础。本课程的综合性实验和教师的研究方向、科研项目及学生的创新项目紧密结合，形成良好的科研氛围。

尽管现阶段我国的实验教学改革已取得不菲的成绩，但同社会的需求相比仍有一定的差距，还不能完全适应创新型人才培养的需要。在总结经验的基础上，需要继续进行实验教学改革，使实验和教师的科学研究有更好的融合，充分发挥实验室的硬件、软件资源，使之成为大学生提升自身科学修养的最好场所，将大学生培养成为具有探索求真的理性精神、实验求证的求实精神、开拓创新的进取精神等新时期社会所需要的优秀科研人才，为我国科研进步提供人力支持。

5 效果

经过近两年的综合性实验教学改革和实施，从学生对实验的兴趣、仪器设备的利用率、毕业设计选题、学生参加竞赛、学生自主申请创新项目、发表文章等方面都取得良好效果。上海海洋大学工业工程专业2013届和2014届共有20多个人因工程相关的毕业设计课题，深受学生欢迎；2011—2015年举办了三届校“工程优化大赛”，吸引了全校600多名学生参加，其中的“城市公交站台优化方案”获得2011年上海市第三届“知行杯”暑期社会实践项目一等奖；2014年举办首届“纤科杯上海市高校工业工程优化改善设计大赛”，和人因工程相关的学校的两项作品分获二等奖和三等奖。近三年来，和人因工程相关的10项学生科创项目获得上海大学生创新活动计划项目。在参加各类竞赛、申报或参与科研项目的基础上，学生发表论文四篇。

这些科研成果的取得和人因工程综合实验室的开设有一定的关系，人因工程综合实验室的建立使得学生将所学到的知识运用到实验中进行验证，使学生对于这门课程有了进一步的了解，知识掌握得更加牢固。在实验过程中又可以激发学生的热情，使学生提出一些有研究意义的课题，这些课题的提出又丰富了综合实验的项目内容。

6 总结

综合性实验适应当前教学改革的要求，适应学生的求知欲望，有利于学生创新能力和综合素质的培养。在我国一直在强调发展创新型社会的今天，高等教育培养出的学生如何成为国家的有用之才？综合性实验将在培养学生综合素质能力过程中起到很大的作用。但是综合性实验的开设需要大量的人力、物力、财力的投入，在财力投入的基础上，对教师、实验员的要求更高，要求教师、实验员掌握足够的技能，利用这些仪器设备进行教学和科研，同时对实验室的管理更繁琐。这些问题将会影响综合性实验开设的数量和质量，需要高校采取一些有利的措施以保证综合性实验开设的效果，而不是流于形式。■

［1］郭伏.人因工程学［M］.北京:机械工业出版社，2010.

［2］崔凯，孙林岩，楼旭明.浅谈人因工程实验室建设［J］.实验室研究与探索，2011，30（8）:186-188.

［3］张剑荣.刘超，孙尔康，等.实验室教学与创新人才培养［J］.实验技术与管理，2008（8）:20-21.

G642.423

B

1671-489X（2015）24-0148-03

作者：陈成明，上海海洋大学工程学院讲师，主要研究方向为人因工程；张丽珍、曹守启、上官春霞、李俊，上海海洋大学工程学院（201306）。