鄧麗　　陳波　　李陵　　魏峰

[摘 要]人機工程學是工業(yè)設計的重要專業(yè)課程，其理論體系貫穿于產(chǎn)品設計的整個過程。文章以人機工程學課程為突破口，闡述了“以學生為中心”的教學改革思路，在教學內(nèi)容體系、教學模式、教學活動組織方面進行了初步的探索。教學內(nèi)容，強化“以人為本”的設計思維;教學模式，平衡教師的“主導”和學生的“主體”之間的關系;教學活動，激發(fā)學生自主學習的興趣和積極性。這些舉措在人機工程學課程中取得了良好的教學效果，對創(chuàng)造高效課堂具有一定的參考價值。

[關鍵詞]以學生為中心;人機工程學;工業(yè)設計;教學改革

[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2022）05-0014-04

高等教育正在由“外延式”發(fā)展轉向“內(nèi)涵式”發(fā)展。隨著信息技術、心理科學、教育科學的發(fā)展，高等教育開始重視“以學生為中心”的教育理念?！耙詫W生為中心”是一種教學理念、教學范式，在課程教學改革中如何具體實施？本文以人機工程學課程為例進行了探索。國際人機工程學學會（IEA）將人機工程學定義為：研究人在某種工作環(huán)境中的解剖學、生理學和心理學等方面的因素;研究人和機器及環(huán)境的相互作用;研究在工作中、家庭生活與閑暇時怎樣考慮人的健康、安全、舒適和工作效率的學科[1]。人機工程學是工業(yè)設計專業(yè)的重要專業(yè)課，貫穿于設計的全過程，利用其理論可對產(chǎn)品設計進行評估和判斷，保證設計產(chǎn)物能夠符合人的使用，提升產(chǎn)品使用舒適度。筆者所在院校的工業(yè)設計專業(yè)是四川省首批卓越工程教育實踐建設專業(yè)及四川省首批地方普通本科高校應用型示范專業(yè)，重視實踐教學、突出應用型人才培養(yǎng)。在省級教改項目“基于N-CDIO的創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式探索”的支持下[2]，本文積極探索如何將“以學生為中心”的教學理念融入人機工程學課程，培養(yǎng)學生的實踐能力和創(chuàng)新能力。

一、“以學生為中心”的教學改革思路

《老子》云：“授人以魚，不如授之以漁?！痹谖鞣?，心理學家卡爾·羅杰斯在1952年首次提出“以學生為中心”的觀點。越來越多的教育工作者達成了共識：教師的職責是教會學生研究學問的方法，培養(yǎng)學生的興趣，在大學教學中應該實現(xiàn)從“以教師為中心”向“以學生為中心”的轉變，即從“課堂、教師、教材”向“學生、學習、學習過程”的轉變。學生是學習的主體，教師應主動退出傳統(tǒng)教學的中心地位，讓學生在教學中真正行動起來，實現(xiàn)從教師“傳授模式”向學生“學習模式”的轉變。為了促進學生自主學習，改變教師“滿堂灌”和“獨角戲”的講課方式，應由“講授”知識向“引導”學生學習知識轉變。教師是導演，學生是主角，課堂就是學生的舞臺。教師組織、引導、熏陶、啟迪學生，起輔助作用，使學生思考、感悟、行動、探索，做學習的主人。

“以學生為中心”的教學理念是范式的改革，首先需要從思想方面發(fā)生變化。在教學改革上，由“重教法”轉向“教法學法并重”[3];在教學主體上，由“教師”轉向“學生”;在教學方法上，由“講授”轉向“引導”;在教學內(nèi)容上，由“基礎教材”轉向“能力培養(yǎng)”;在教學手段上，由“傳統(tǒng)教學”轉向“信息化教學”;在教學考核上，由“單一考試”轉向“綜合評價”。要處理好教師的“主導”和學生的“主體”之間的師生關系，教師能夠充分地尊重并接受、理解并平等對待、啟迪并影響、激勵并引導學生。要培養(yǎng)學生學習的主動性并使其主動構建知識結構，進而培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。

人機工程學是一門理論與實踐并重的課程，知識點多且細，易使人感到枯燥乏味;如果教師教學手段單一，就容易影響學生學習主動性。據(jù)某項調(diào)查，一些學生對人機工程學課程的印象是“理論課”，而部分工業(yè)設計專業(yè)的學生尤其是藝術類的學生對理論課不感興趣[4]。部分學生在后續(xù)產(chǎn)品設計過程中對人機知識的靈活應用存在一定問題。針對這些問題，本文以“以學生為中心”的教學理念為核心[5]，在教學內(nèi)容梳理、教學模式構建和教學活動實施方面進行了初步探索——合理運用信息化教學，結合超星學習通、多媒體技術和傳統(tǒng)教學手段，充分發(fā)揮學習通的碎片化學習以及多媒體教學圖、文、聲、像、影并茂的特點，優(yōu)化組合，以提高教學效率和增進教學成效。

二、基于大學生認知模型，設計“以人為本”的教學內(nèi)容體系

學習是認知模型的構建與表征、預測與決策、驗證與修改的過程。以教師講授為主的課堂教學，通常按照教學大綱內(nèi)容依次展開。而以學生為中心的教學，要求教師充分理解大腦的發(fā)展、工作以及學習方式，認識大學生在18歲到25歲年齡段的體能、心智等方面的特點。根據(jù)認知科學原理，考慮學生的學習特點，可設計多樣化、具有挑戰(zhàn)性的學習任務，使學生能充分發(fā)揮大腦潛能，通過構建認知模型來認知和想象外部世界。通過激發(fā)學生積極學習的正面情緒，引導學生主動學習，在解決問題的過程中培養(yǎng)學生的能力。

人機工程學的基礎知識繁雜，偏重理論、原理、公式和數(shù)據(jù)，且部分概念較為抽象，學習相對比較枯燥。課程開設在大二階段，學生剛開始接觸專業(yè)課，部分學生的學習目標還不夠清晰。一些工業(yè)設計專業(yè)學生存在感性思維能力優(yōu)于邏輯思維能力的思維特點，容易對枯燥的理論學習產(chǎn)生抵觸情緒，影響學習效果。因此，課程組在分析學生學習特點和規(guī)律的基礎上，從大學生學習的角度審視和梳理了人機工程學教學內(nèi)容，注重培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力。

從探討身邊的人機問題導入課程，到結合現(xiàn)代信息技術來討論學科發(fā)展前沿和趨勢。人機工程學主要研究人—機—環(huán)境的最佳匹配，為了實現(xiàn)這一目標，課程組設計了“以人為本”的教學內(nèi)容體系，圍繞“人”的特點、“機”的規(guī)律和“環(huán)境”的協(xié)調(diào)需求展開人機工程學基本原理和方法的學習。如圖1所示，課程內(nèi)容重點從“人”的角度展開，需要掌握人體尺寸及應用方法、人的感知系統(tǒng)和運動系統(tǒng)對人的行為的影響等生理特性，理解情感與情緒的概念，以及情緒是產(chǎn)生事故的最大因素，掌握人是如何觀察、閱讀、思考、決策、記憶的等心理特性?！皺C”主要是從人機交互的角度，了解工位與作業(yè)姿勢的關系、工位與人體尺寸的關系，掌握由作業(yè)姿勢確定工位尺寸的方法，能將作業(yè)姿勢和人體尺寸相結合來設計工位尺寸。了解顯示元件、操縱元件形態(tài)、尺寸設計方法，掌握界面布局設計的原則，并能很好地應用在具體問題中?！碍h(huán)境”主要是與人和機相關的環(huán)境，了解噪聲、照明等環(huán)境因素對人的健康影響，掌握進行人機系統(tǒng)分析的方法。學生通過本課程的學習后，能夠掌握人機工程學基本理論，熟悉人機分析的基本方法，了解人機在相關領域的應用情況，具有發(fā)現(xiàn)、解決具體設計中人機問題的基本能力。

我校人機工程學設置為 56 課時，為了使學生能夠掌握全面系統(tǒng)的理論內(nèi)容，其中理論課為 48 課時，實踐課為 8 課時。實踐課設計了4個實驗，學生需要掌握雕刻機、快速成型機、MVTA行為分析系統(tǒng)、眼動儀、三維運動捕捉與分析系統(tǒng)、事件相關電位分析系統(tǒng)等軟硬件的原理和操作方法，通過實驗驗證所學習的理論知識，提高自己的動手實踐能力。實驗課更高的目標是激發(fā)學生對人機研究的興趣，后續(xù)可在開放性實驗、大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽等的課題中對這些人機設備的使用及實驗方法進行更加系統(tǒng)和深入的學習。

三、基于建構主義學習理論和學習共同體理論，構建CNP教學模式

常規(guī)教學方式多是采用理論學習，以教師講授為主，結合板書、多媒體等教學手段來呈現(xiàn)教學章節(jié)內(nèi)容。這種教學形式保障了課程體系和教學內(nèi)容的完整性，學生對基本知識點的掌握較好，教師的備課難度小。然而，運用單向的教師講、學生聽的知識傳輸方法，難以激發(fā)學生的學習興趣。

建構主義認為學習是學生自己建構知識的過程，強調(diào)學生是認知過程的主體，是意義的主動建構者，具有培養(yǎng)富有創(chuàng)新和探索精神的人才的優(yōu)勢[6]。但是如果過分強調(diào)學生的“學”，而忽視教師的主導作用，當學生自主學習的自由度過大時，就容易偏離教學目標的要求。教師可以幫助學生從更高的高度、更全面的視角跳出來認識自己。學習共同體理論認為學習者及其助學者組成學習共同體，彼此之間在學習過程中進行溝通、交流，分享各種學習資源，有利于在學習中發(fā)揮群體動力作用，共同完成學習任務[7]。因此，應結合兩者的觀點平衡教師的“教”和學生的“學”之間的關系，在N-CDIO工程教育模式的基礎上，促使學生主動學習，讓學生愛上人機工程學這門課程，并最終愛上“學習”的過程。

課程組要從學生的視角思考：學習任務是否適當？在學習過程中會遇到什么困難？然后再思考如何為學生提供“腳手架”，以學生如何學來決定教師如何教。如圖2所示，以“學”為中心，以“教”為主體，學生和教師組成學習共同體C（Community），在N-CDIO工程教育模式N的基礎上實現(xiàn)教學目的P（Purpose），使學生喜歡這門課程。蘇格拉底曾說：“最有效的教育方法，不是告訴他們答案，而是向他們提問?！币虼?，課程倡導的主線是向學生提出問題，從問題出發(fā)，最終實現(xiàn)能力的提升。在獲取和應用知識的過程中，學生是學習者，教師作為助學者提供線上和線下的幫助。應融合翻轉課堂和“線上+線下”混合式教學，合理調(diào)整課堂內(nèi)外的學習時間，將學習的主動權由教師轉移給學生。在線上，學生可通過團隊開發(fā)的N-CDIO工程實踐平臺實現(xiàn)與企業(yè)的交流，應用學習通獲取學習資料，與教師線上互動。學生應在課前完成項目實踐內(nèi)容，發(fā)現(xiàn)實踐過程中的問題和自身的不足。線下課堂應實行“雙向”交流，教師與學生之間適當轉換角色。寶貴的課堂時間主要用于師生交流和生生互動，提高學生的應用能力。從小組作業(yè)中選擇完成情況較好且分析對象不同的作業(yè)出來，由小組長或者組員共同上講臺匯報。沒有上講臺的學生可以通過學習通發(fā)表不同意見，教師不干預、不批評，但要從大方向進行把控和引導，指出本次作業(yè)存在的共性問題，并鼓勵其余小組參考答辯組的設計再去完善作業(yè)。這樣的互動形式大大激發(fā)了學生學習討論的興趣以及增強了學生之間的競爭意識。

四、基于積極學習策略，實施5P和5M的課堂教學活動

教師應激發(fā)學生積極的學習動機和情緒，促使學生積極主動地學習。課程組合理運用先進的教學方法，在實施過程中總結出如圖3所示的教學策略：以項目（Project）作為載體，以問題（Problem）為導向，激發(fā)學生參與（Participation）的興趣，在過程（Process）中學習，達到提升能力的目的（Purpose）。人機工程學的知識是為產(chǎn)品設計服務的，人機實驗數(shù)據(jù)及其設計原則都要應用到產(chǎn)品設計過程中去。人機工程學的教學重點是將前人的研究成果加以靈活應用，然而為了應對閉卷考試，學生往往通過死記硬背的方法去記憶大量的知識點，考試過后很快就遺忘了。在后續(xù)的課程設計以及畢業(yè)設計中，我們發(fā)現(xiàn)學生在產(chǎn)品設計過程中能考慮到人機因素，但是考慮得不全面、不深入，缺乏系統(tǒng)的設計思維。我們在教學實踐中發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)品設計項目有利于學生去分析人機工程學與產(chǎn)品的關聯(lián)，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品中的人機問題，明確產(chǎn)品設計中需要考慮的人機因素，學生收獲的是發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的思路，而不僅僅是一個設計方案。項目的推進促使學生積極探究問題，主動去查找資料、觀看教學視頻，變被動學習為主動學習。學習人機工程學是要靈活運用理論知識去解決實際應用過程中的問題，而綜合性的設計項目能夠真實地反映學生的知識掌握程度和靈活運用知識的能力。

秉承陶行知“生活即教育”的理念，以生活中的人機問題為導向，教師通過合理的配置項目任務環(huán)節(jié)將以往零散的知識點串聯(lián)成系統(tǒng)的實踐項目（M1項目式）。教師在教學過程中成為組織、引導和輔導的角色，為學生提供資料和學習方法。設置具體的設計任務，在問題的驅動下啟發(fā)學生主動思考（M2啟發(fā)式）。學生自創(chuàng)學習情境，分析人機工程設計要素，列出可能存在的問題和優(yōu)化設計的方案（M3情境式）。引導學生圍繞學習任務，動手進行實踐活動。例如，在手持式工具設計章節(jié)教學中，讓學生自主設計產(chǎn)品的手柄，通過PVC板和油泥等材料做出模型。在“做中學”的過程中，教師應引導學生進行探究、討論，得出隱含在問題背后的科學知識，并且在知識點的講授過程中（“做中教”）采用啟發(fā)設問、引導思索、原因解釋、總結提升的教學形式（M4討論式）。學生在問題的驅動下進行自主探索和互動協(xié)作的學習，充分調(diào)動了學生的自主學習能力。教師應以“問題誘發(fā)—學生動手實踐—教師歸納總結”為主線，培養(yǎng)學生解決實際問題的能力（M5探究式）。

五、改革實踐

下面以人機工程學第六章案例剖析中第一節(jié)“手持式工具設計”來說明課程改革實施過程。

（一）學情分析

授課對象是工業(yè)設計專業(yè)大學本科二年級學生，他們已經(jīng)具備初步的設計及表達能力，可以開展自主合作探究式學習。在前面的學習中，他們已經(jīng)掌握了人體尺寸及應用方法、人的生理及心理特性、作業(yè)姿勢、工位與作業(yè)效率的關系等知識，因而本次課主要是激發(fā)學生思考人機工程學理論如何為產(chǎn)品設計服務，人體特性等相關知識點如何在手持式工具設計中靈活運用。

（二）教學重難點

手持式工具設計要點及其設計思路既是教學的重點又是教學的難點，學生在運用手持式工具設計要點解決設計問題時，常常不能從人—機—環(huán)境系統(tǒng)角度考慮，忽略了與以前所學知識的融合。因此，為了培養(yǎng)學生具有系統(tǒng)的設計思維，課程組選取了三款產(chǎn)品進行改良設計，引導學生在設計實踐過程中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，將知識貫穿于設計的全過程。

（三）教學實施

1.課前自學，翻轉課堂

學生通過學習通預習，利用碎片化時間學習教師在網(wǎng)絡平臺上發(fā)布的指導書、教學視頻等學習資料。教師利用網(wǎng)絡教學平臺統(tǒng)計學生測試的結果，獲取學生學習情況，及時調(diào)整教學內(nèi)容。

2.案例分析，導入新課

通過播放紀錄片《舌尖上的中國》和《大國工匠》中的片段，實現(xiàn)多感官學習，使學生快速進入學習狀態(tài)。引導學生思考如何進行手持式工具設計，并展示課前測試的結果，用學生做錯較多的題來激發(fā)學生的好勝心。

3.提出問題，引導探究

通過項目式和啟發(fā)式等教學方法，以項目為主線，培養(yǎng)學生解決人機問題的能力。這節(jié)課的重點是手持式工具與手密切接觸的手柄設計。教師先給出手柄設計項目，三款產(chǎn)品的手柄分別在作業(yè)姿勢、施力、手部尺寸方面存在較為明顯的缺陷，再將學生分成三組，分別設計額溫槍的手柄、核桃夾的手柄以及雨傘的傘柄。

4.互動辯論，獲取知識

培養(yǎng)學生系統(tǒng)的設計思維，引導學生在設計實踐過程中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題是本次課的重點。學生在便利貼上羅列出使用產(chǎn)品的人物、時間、地點、事件，并粘貼在KT板上進行思維發(fā)散。根據(jù)人、時、地、事進一步列出情境圖，列表的每一種連線代表了不同人物的使用需求。學生創(chuàng)設使用情境，分析作業(yè)姿勢，通過人—機匹配得到手柄的形態(tài)和尺寸，在課堂上快速做出手柄的草模型。在解決問題的過程中，學生為學習主體，各小組展示匯報實踐過程和成果，師生互動，教師鼓勵學生大膽質(zhì)疑，提出實踐中遇到的問題與其他小組及教師進行探討。教師引導學生系統(tǒng)地解決問題，提供解決問題的思路，并引出問題背后的知識點，共同完成教學任務。

5.知識延伸，深入探索

以學生拍攝的手柄使用的微視頻引出主觀評價法。以主觀評價法的不足引導學生思考客觀評價法。引導學生課后進一步深入學習，對比測試手柄的舒適度，拓展知識的廣度和深度。

6.課堂總結，問題引申。布置為環(huán)衛(wèi)工人設計一把掃把的課后作業(yè)，要求學生利用手機制作手柄使用的微視頻并以作品發(fā)布的形式發(fā)表，增強學生的自信心。

（四）學習評價

課后學生設計的掃把手柄大小、形狀與人手的尺寸和解剖條件相適應，使用掃把時人體姿勢自然、舒適，符合手和手臂的施力特性。整體而言，此次教學取得了較好的教學效果。

以考查學生運用知識解決問題的能力為導向，課程采用過程與結果相結合的方式來檢驗學生的學習效果。最終成績由課堂成績（占比80%）和實驗成績（占比20%）構成，課堂成績由平時成績（占比60%）和期末成績（占比40%）構成。其中，平時成績根據(jù)學生完成5個人機設計分析課題時表現(xiàn)出來的合作能力、溝通能力、思維能力和水平，以及學生通過學習通完成的小測試和線上互動情況來評分。

六、結論

“以學生為中心”的教學理念是一種范式的轉變，需要在課程改革中真正落實。本文以人機工程學課程為突破口，從教學內(nèi)容、教學模式和教學活動組織方面入手，實施課程改革。實踐表明，課程教學以學生發(fā)展、學生學習、學習效果為中心，教師從“知識傳授者”轉變?yōu)椤皩W習組織者”，調(diào)動了學生學習的積極性，學生變被動學習為主動學習，提高了課堂學習效率。學生在掌握專業(yè)知識的同時，提升了實踐能力;通過解決課題實施過程中的問題，激發(fā)了對人機工程學的學習興趣。這在一定程度上轉變了學生的設計思維，使其在生活和工作中隨時能從人機的角度探究問題，學會了用系統(tǒng)的方法來解決設計問題。

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[責任編輯：劉鳳華]