趙維生，梁 維

(貴州理工學(xué)院礦業(yè)工程學(xué)院，貴州貴陽(yáng) 550003)

0 引言

安全人機(jī)工程學(xué)是從安全的角度和著眼點(diǎn)出發(fā)，研究“人—機(jī)—環(huán)境”的關(guān)系，運(yùn)用人機(jī)工程學(xué)的原理和方法解決人機(jī)結(jié)合面安全問(wèn)題的一門(mén)新型交叉學(xué)科，它既是人機(jī)工程學(xué)的一個(gè)重要分支，涉及人體測(cè)量學(xué)、光學(xué)、醫(yī)學(xué)、心理學(xué)、系統(tǒng)科學(xué)、社會(huì)學(xué)、管理學(xué)和工程技術(shù)學(xué)等學(xué)科理論和知識(shí)，又是安全工程學(xué)的重要分支學(xué)科[1]。

傳統(tǒng)教學(xué)模式基于長(zhǎng)期以來(lái)的經(jīng)驗(yàn)沉淀，課堂交流較少，通常是教師一味地講授，學(xué)生通過(guò)聽(tīng)課被動(dòng)接受知識(shí)，教學(xué)過(guò)程顯得單調(diào)乏味，也很難激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣[2]。安全人機(jī)工程這門(mén)新興交叉學(xué)科，因其涉及學(xué)科類(lèi)型眾多，要求任課老師具有較豐富的知識(shí)儲(chǔ)備。缺乏引導(dǎo)、啟發(fā)和互動(dòng)的教學(xué)模式已很難滿(mǎn)足安全人機(jī)工程學(xué)的教學(xué)效果，達(dá)到工程教育質(zhì)量要求。

由瑞典皇家工學(xué)院和麻省理工學(xué)院等四所高校，歷時(shí)四年探索研究后創(chuàng)立的CDIO工程教育模式，是近年來(lái)國(guó)際工程教育改革的最新和最先進(jìn)研究成果之一[3]。CDIO工程教育模式在我國(guó)已經(jīng)歷十余年的發(fā)展與推廣，并于2016年在汕頭成立“CDIO工程教育聯(lián)盟”。目前，我國(guó)有100余所高校參與了CDIO工程教育模式研究與實(shí)踐工作。CDIO工程教育模式的通過(guò)其4個(gè)基本理念——構(gòu)思(Conceive)、設(shè)計(jì)(Design)、實(shí)現(xiàn)(Implement)和運(yùn)作(Operate)，將課程內(nèi)容與實(shí)際生活和工程問(wèn)題有機(jī)結(jié)合，有效促進(jìn)工科學(xué)生積極主動(dòng)的思考和學(xué)習(xí)[4]。

礦業(yè)在我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)建設(shè)中起基礎(chǔ)性的支撐作用，采礦過(guò)程中的安全問(wèn)題越來(lái)越得到重視。近年來(lái)，我國(guó)開(kāi)始推廣智能化采礦機(jī)械，亟需一批安全人機(jī)工程的專(zhuān)業(yè)工程技術(shù)人才?；贑DIO基本理念，根據(jù)安全人機(jī)工程學(xué)的主要教學(xué)內(nèi)容，以實(shí)際工程機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)為導(dǎo)向，將專(zhuān)利和科研等成果申報(bào)作為激發(fā)點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)、思考和創(chuàng)新的積極性與能動(dòng)性，并提高教學(xué)質(zhì)量。

1 傳統(tǒng)教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題

安全人機(jī)工程學(xué)是一門(mén)新型交叉學(xué)科，涉及的學(xué)科門(mén)類(lèi)相對(duì)較多，影響課程教學(xué)質(zhì)量的主要因素有：授課老師的知識(shí)面、教材內(nèi)容及案例分析、學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

授課老師的知識(shí)面是影響安全人機(jī)工程學(xué)教學(xué)質(zhì)量的最根本因素，由于本課程所涉及的學(xué)科門(mén)類(lèi)較多，要求任課教師具有較為廣闊的知識(shí)面，并能較好的與課程所對(duì)應(yīng)的章節(jié)內(nèi)容進(jìn)行融合貫通。相反，若采用傳統(tǒng)的教學(xué)手段，照本宣科，講授過(guò)程中枯燥乏味，難以將書(shū)本知識(shí)表達(dá)清楚，且不能將原理等知識(shí)與礦業(yè)工程學(xué)科進(jìn)行有機(jī)結(jié)合。

其次，教材更新速度通常遠(yuǎn)滯后于社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展速度，書(shū)本上原理性闡述較多、案例少且缺乏新意，新印刷的教材往往也是新瓶裝舊酒，課程內(nèi)容涉及的學(xué)科門(mén)類(lèi)多、教材篇幅有限、案例分析老舊、案例與礦業(yè)學(xué)科專(zhuān)業(yè)脫節(jié)等問(wèn)題通常也是新出版教材的一個(gè)通病。

另外，學(xué)生在上述機(jī)械式傳統(tǒng)被動(dòng)的教育模式下，由于缺乏刺激、交流和激勵(lì)等機(jī)制，學(xué)習(xí)的積極性和主觀能動(dòng)性得不到充分體現(xiàn)，同時(shí)易導(dǎo)致學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)產(chǎn)生抵觸情緒，且所學(xué)知識(shí)與所學(xué)專(zhuān)業(yè)不能有機(jī)結(jié)合，不利于專(zhuān)業(yè)技術(shù)人才培養(yǎng)。

2 CDIO模式與安全人機(jī)工程學(xué)結(jié)合

將CDIO工程教育模式的基本理念(即：構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和運(yùn)作)運(yùn)用到安全人機(jī)工程學(xué)的課堂教學(xué)上，并將相關(guān)熱點(diǎn)的人機(jī)系統(tǒng)問(wèn)題作為案例進(jìn)行分析，彌補(bǔ)教材上案例的單一性和枯燥特點(diǎn)，同時(shí)可充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)、思考、討論和分析問(wèn)題的積極性和主觀能動(dòng)性。CDIO工程教育模式下安全人機(jī)工程學(xué)的教學(xué)方法示意圖，如圖1所示。

3 CDIO模式下的教學(xué)案例

3.1 案例一

在講授“人的視覺(jué)及其特征”部分內(nèi)容時(shí)，需介紹暗適應(yīng)和明適應(yīng)的概念，如果僅按照教材文字進(jìn)行論述，學(xué)生理解起來(lái)比較抽象，印象不會(huì)很深刻。根據(jù)CDIO工程教育模式中的“構(gòu)思”理念，通過(guò)現(xiàn)實(shí)案例提問(wèn)，誘導(dǎo)學(xué)生積極主動(dòng)思考什么是暗適應(yīng)和明適應(yīng)，可提出如下兩個(gè)問(wèn)題。問(wèn)題一：為什么在駕車(chē)進(jìn)入隧道前通常要減速，礦井工人被營(yíng)救上井后為什么要把眼睛蒙??？被問(wèn)題二：瞳孔與相機(jī)光圈有什么相似之處，為什么大光圈鏡頭手機(jī)比較受大眾喜歡？當(dāng)學(xué)生完成思考和討論后，再對(duì)上述問(wèn)題進(jìn)行解釋?zhuān)佑欣趯W(xué)生對(duì)該知識(shí)點(diǎn)的掌握并留下較為深刻印象。課后思考問(wèn)題，在進(jìn)行礦井智能化機(jī)械的攝像頭設(shè)計(jì)時(shí)，該攝像頭的光圈值是大點(diǎn)好還是小點(diǎn)好？

圖1 CDIO模式與安全人機(jī)工程學(xué)

3.2 案例二

在講授“人機(jī)界面設(shè)計(jì)”部分內(nèi)容時(shí)，考慮到“人機(jī)系統(tǒng)模型”和“三要素基本模型”比較抽象，同時(shí)為了提高課堂的教學(xué)氛圍，實(shí)現(xiàn)寓教于樂(lè)的教育理念，根據(jù)CDIO工程教育模式中的“設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和運(yùn)作”理念，以曾廣為大家熟知的“鐵路12306驗(yàn)證碼的辨識(shí)難”事件作為人機(jī)界面設(shè)計(jì)的典型案例，引入人機(jī)界面設(shè)計(jì)的重要性，并提出問(wèn)題，請(qǐng)學(xué)生分析鐵路12306驗(yàn)證碼識(shí)別的優(yōu)缺點(diǎn)，有沒(méi)有更好的優(yōu)化方案？通過(guò)提問(wèn)，充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性，并以該案例的組成部分，介紹人、機(jī)、人機(jī)界面、人機(jī)系統(tǒng)和人機(jī)界面三要素的定義和概念。

在開(kāi)展信息顯示裝置、視覺(jué)顯示裝置、聽(tīng)覺(jué)顯示設(shè)計(jì)、控制器的設(shè)計(jì)和布置等內(nèi)容講授時(shí)，結(jié)合礦業(yè)工程的學(xué)科特色向?qū)W生提問(wèn)，如開(kāi)展礦井化機(jī)械設(shè)計(jì)，考慮礦井生產(chǎn)過(guò)程中的噪聲、粉塵和高溫高濕環(huán)境下，如何進(jìn)行人機(jī)界面的設(shè)計(jì)和布置。

4 課程考核方式

針對(duì)原有安全人機(jī)工程學(xué)的課程考核方式相對(duì)呆板、缺乏靈活性和科學(xué)性等問(wèn)題，根據(jù)CDIO模式下的教學(xué)理念，考慮了不同學(xué)生的特點(diǎn)，為充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性，在保留傳統(tǒng)的課程考核方式的基礎(chǔ)上，提出了一種新的考核方式，即：加大了實(shí)踐作業(yè)環(huán)節(jié)和課堂互動(dòng)環(huán)節(jié)的比例，相應(yīng)降低期末試卷成績(jī)所占的權(quán)重，如圖2所示。

圖2 兩種課程考核方式

學(xué)生根據(jù)自身情況自主選擇考核方式，對(duì)于新的考核方式，重點(diǎn)考察學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力，要求學(xué)生根據(jù)礦業(yè)學(xué)科特點(diǎn)和本課程涵蓋的知識(shí)點(diǎn)，進(jìn)行礦業(yè)類(lèi)安全人機(jī)工程系統(tǒng)設(shè)計(jì)，借助大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)平臺(tái)，開(kāi)展大創(chuàng)課題申報(bào)、專(zhuān)利申報(bào)或?qū)嵨镌O(shè)計(jì)(三選一)，提交申報(bào)或設(shè)計(jì)成果，任課教師從安全人機(jī)工程學(xué)所涉及的人機(jī)系統(tǒng)類(lèi)型、人機(jī)界面設(shè)計(jì)和人機(jī)系統(tǒng)尺寸等方面進(jìn)行實(shí)踐作業(yè)的考核打分。

5 結(jié)語(yǔ)

采用最新發(fā)生的社會(huì)事件和最新的科技創(chuàng)造成果對(duì)課程內(nèi)容中枯燥單一的原理性解釋進(jìn)行闡述分析，做到課程講授內(nèi)容的與時(shí)俱進(jìn)和生動(dòng)活潑，尤其對(duì)于人機(jī)界面設(shè)計(jì)、作業(yè)疲勞、人的特征、作業(yè)環(huán)境和作業(yè)空間、機(jī)的特性與可靠性等內(nèi)容方面，將最近發(fā)生的人機(jī)系統(tǒng)事故等新聞熱點(diǎn)作為案例進(jìn)行分析講解，一方面將課本內(nèi)容與最新現(xiàn)實(shí)案例充分結(jié)合，另外一方面利用熱點(diǎn)新聞或消息，更利于提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，充分調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)和課堂交流互動(dòng)氛圍，彌補(bǔ)教材更新過(guò)程中存在的不足問(wèn)題，對(duì)最新熱點(diǎn)人機(jī)事故案例分析后，再對(duì)課本內(nèi)容和知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行分析總結(jié)歸納，將該知識(shí)點(diǎn)與本學(xué)科(礦業(yè)工程)發(fā)展動(dòng)態(tài)相結(jié)合，尤其是對(duì)于國(guó)家推動(dòng)發(fā)展煤礦智能化機(jī)械過(guò)程中，將所涉及到的各種智能化煤炭開(kāi)采人機(jī)系統(tǒng)問(wèn)題作為案例提出，根據(jù)CDIO工程教育模式的基本理念，供課堂教學(xué)、分析和討論所用，以大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目為平臺(tái)，以專(zhuān)利和科研成果申報(bào)為誘導(dǎo)，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性，提高課堂教學(xué)質(zhì)量。