1、智能制造背景下人因工程實驗教學改革探索 With the advent of intelligent manufacturing epoch it brings new challenges to the construction and experimental arrange-ment of industrial engineering. Taking the engineering experiment teaching of industrial engineering as an example ， this paper summa-rizes the existing proble

2、ms and solutions to the current experimental teaching of human factors engineering， and explores the experimen-tal teaching reform under the background of the development of intelligent manufacturing. This paper expounds how to combine the existing equipment and equipment of Anhui Polytechnic Univer

3、sity to carry out the experimental arrangement ， the experimental content design ， the experiment goal formulation and the analysis and con-clusion of the experimental results. It is of positive significance to establish the concept of system analysis ， cultivate practical ability and innovative cap

4、acity ， and improve students ability to solve the problem of real enterprises. 1 引言 人因工程是研究系 ?y 中人與其他要素在一定環境中的關系 的學科， 通過采集分析人與其他要素交互過程中的行為、 生理和 心理等數據， 最優化系統中人與其他要素的關系， 從而讓人可以 舒適、健康、安全、高效地工作、學習或生活 1 。人因工程是 工業工程專業本科教學的核心課程之一， 也是工業工程主要的研 究方向之一。經過近 30 年的發展，人因工程的實驗教學逐步完 善。但是，以往人因工程實驗主要是探索性實驗和驗證性實驗， 對于自主設

5、計的綜合性實驗涉及較少， 難以滿足企業對人才素質 的需求，而且和國外實驗教學存在不小的差距。 當前，傳統制造行業正在向智能制造升級， 系統中將面臨更 加復雜新型的人機關系。人因工程課程在“智能制造”“工業 4.0 ”“中國制造 2025”等背景下面臨前所未有的機遇，同時面 臨如何應對新形勢下教學改革和人才培養的挑戰。 2 智能制造背景下人因工程實驗教學面臨的問題 智能制造是“中國制造 2025”戰略規劃的核心技術和主攻 方向，在產品、生產、模式、基礎四個維度上，和以往的制造業 有著本質的不同 2 。在智能制造背景下，人因工程實驗教學需 要重新思考和設計。當前多數高校的人因工程實驗教學主要以 “

6、人因工程實驗” 3 為參考和指導，實驗內容上主要按照教材 內容進行安排，實驗編排主要涉及人體尺寸、信息處理系統、工 作環境等方面的內容。 以往制造業較為關注的人因問題是疲勞和工作損傷等 （表 1） 4-5 ，而在人因工程實驗教學安排中對于工作疲勞的相關實驗 安排不夠合理， 往往通過主觀調查的形式讓學生了解自身學習疲 勞的狀況， 與實際企業需求有很大的差距。 下面結合智能制造自 身特點和對工業工程人才需求的變化， 指出當前人因工程實驗教 學存在的問題。 實驗內容設計與企業實際需求偏差較大 智能制造背景下， 當前企業處于升級轉型期，企業以往的主要活動都在發生改變： 用戶數據采集分析由傳統的調查訪談

7、轉變為涵蓋行為、 心理以及 生理等多模式的大數據形式； 產品設計轉變為大數據驅動的智能 設計；生產制造環節轉變為數字化車間的形式；等等 6 。新的 制造系統中涉及大量的人因問題， 如數字化界面的普及使得人機 交互更加廣泛， 人們面臨更多的信息界面， 作業形式由以往的生 產現場操作轉為屏幕前控制，等等。智能制造背景下，不僅對人 因工程方向的人才需求發生變化， 而且對人才需求更加迫切。 在 這一形勢下，作業者腦力負荷需求更高， 體力負荷要求逐漸降低， 而且更加倚重各種智能交互設備。 人因工程實驗教學安排不夠合理 據研究者統計，目前共有 48 所高校開辦相關課程和實驗室建設。課程總學分一般設置為 2

8、4個，課時一般為3248個。人因工程涉及心理學、工 程學、人體測量學、生理學等學科內容，是一個交叉性很強的新 興學科 7 ，學生需要在有限的學時內掌握人機環境有關的 知識非常困難。 如安徽省開辦人因工程相關課程和實驗的高校一 般學時為 10 個左右，高校一般選擇表 1中的內容進行教學。學 生很難在八個學時內完成課題性質的實驗， 動手能力和自主解決 問題的能力很難得到鍛煉和提升。 實驗內容對于復雜情景下人的 認知、注意、信息加工、工作疲勞、數字化界面的人機交互等沒 有涉及，因此，人因工程實驗教學安排必須進行優化和創新，來 適應智能制造背景下的人才需求。 人因工程實驗教學環 節對學生的考核不到位

9、目前開設相關課程的高校一般采取對實 驗過程的綜合考核， 如學生實驗預習效果、 實驗過程中的操作規 范、實驗課堂的紀律性、實驗報告的撰寫等 8 。任課教師根據 學生在實驗環節的綜合表現給出實驗成績， 再進行比例換算， 計 入期末成績中， 實驗環節的表現在期末成績中并未詳細標明。 此 外，由于工業工程專業學生較多， 實驗室設備難以在有限的學時 內讓學生獨立完成某些實驗，高校普遍采用小組34人的形式 進行。任課教師很難對每個學生進行準確評分， 并且占總成績比 重過低， 造成學生對相關實驗環節不夠重視， 而且普遍反映實驗 過于簡單，并且和實際過程存在脫節現象。 學生缺乏實驗設計的主體能動性 人因工程實

10、驗教學的目的 是提升學生的創新能力和實踐能力， 從而提高學生在就業中的成 功率 9 。當前人因工程實驗教學改革缺乏以學生為中心的理念， 高校人因工程實驗一般分為基本實驗、 應用實驗和綜合實驗三種 10 。在實驗教學過程中，教師教學形式單一，內容過于簡單和 脫離智能制造背景下的實踐需求， 學生僅僅按照實驗指導書進行 儀器的操作。 整個實驗教學環節過于死板， 缺乏創新性、 設計性、 綜合性且貼合實踐的實驗內容， 不利于學生動手能力和獨立思維 的培養，培養學生實踐能力和創新能力的初衷難以實現。 實驗教學設備與師資匱乏 由于國內開展人因工程相關研究 的工作相比國外起步較晚， 造成很多高校相關實驗教學設

11、備過于 陳舊，缺乏完備的實驗儀器 11-12 。在智能制造背景下，員工 工作性質轉向腦力負荷較高、 體力負荷需求低的特點， 信息復雜 多樣，更多的操作以交互界面的形式呈現， 高校現有實驗室很少 有相關設備儀器能進行相關實驗教學安排。 此外，高校人因工程實驗教師資源匱乏。 高校實驗室教學往 往由實驗教師負責， 其待遇低于正式代課教師， 實驗教師積極性 不高，學歷程度不夠，即使有相關高級設備也難以運作和操作； 實驗教師對于實驗內容的把握難以與任課教師保持一致。 因此，高校人因工程實驗教學過程中設備不足、 師資匱乏都 是阻礙人才培養的因素。 3 智能制造背景下人因工程實驗教學改革對策 在智能制造大背

12、景下， 提升學生在新形勢下的競爭力， 提高 實驗教學的質量， 提高學生的創新能力和獨立自主能力， 必須加 強對現有實踐教學環節進行改革。 以下就從五個方面闡述改進高 校人因工程實驗教學的建議。 優化人因工程實驗教學內容設計，完善實驗教學體系 完善 的實驗教學體系要自足于提升學生綜合素質、 創新能力和實踐能 力，其中實驗教學內容設計占據主要地位。 在實驗教學內容設計 上要結合企業實際需求， 可以請企業專業人員參與實驗教學內容 的設計過程。 人因工程學科本身涉及知識量龐大， 存在學科交叉 性強的特點， 因此必須改變傳統的單一問題為導向的驗證性實驗 教學，實驗內容設計需要轉向以任務為導向。 安徽工程

13、大學工業工程專業在專業課教授過程中聘請高級 工業工程師進行專題講座， 圍繞畢業生在企業的主要工作開展專 題講座，幫助學生深入學習專業知識， 實現理論和實？的完美結 合。針對安徽工程大學工業工程專業 CDI0教學模式，未來將在 人因工程實驗內容的構思和設計階段，聘請來自奇瑞汽車XX公 司、蕪湖埃夫特智能裝備 XX公司以及蕪湖造船廠等合作單位的 相關工業工程負責人共同參與， 從而使得實驗內容更加貼近企業 需求，同時也能激發學生參與實驗的積極性。 科學合理地編制實驗教學計劃， 增強實驗教學過程的靈活性 實驗教學安排不僅僅是在人因工程基礎知識教學完成之后開始， 可以開展課堂過程中的基本實驗與基礎知識學

14、習相結合的形式， 針對學習時間段設定相應的實驗內容。 針對人因工程實驗課時有 限，基本實驗內容難以有效提升學生創新能力和實踐能力的不 足，在實驗教學過程中采取課堂內容穿插基本實驗講解的方式， 把基本實驗搬到課堂進行講解； 針對授課教師研究課題， 布置設 計性實驗、課題型實驗，讓學生參與學術研究過程；課余構建交 流平 臺，針對學生問題實時進行交流， 并帶領學生進行相關實驗 設計和操作；對人因工程研究方向感興趣的學生， 課程結束后繼 續帶領他們開展課題研究，也可鼓勵他們將人因工程知識用于創 新創業項目競賽中，或者引導學生完成畢業設計。 改進實驗教學環節的學生考核，完善學生實驗成績考核機制 分析指出

15、，當前人因工程實驗教學對于學生的考核較為單一，限 于設備資源等約束，學生很難單獨一人完成相關實驗， 有些組內 成員會偷懶，不完成相關實驗操作，直接抄寫同組人員的實驗過 程和數據。這也給教師的考核帶來一定的難題。 針對考核方式單 一，難以準確評價學生的實踐效果等問題，可以采取移動端教學 平臺的方式，在移動平臺上開展實驗設計、實驗基本知識問答、 實驗方案預設計等。在實驗操作過程中，完善簽到制度，同組小 組實驗任務設定上要做到有所差別。 在實驗結束后的總結和分析 上，可以鼓勵學生以小論文的形式提交，鼓勵學生將自主設計性 實驗、創新性實驗、應用性實驗參與各種競賽，對于獲獎的學生 可以在考核環節給予加分

16、待遇。 強化實驗的開放性和學生的自主性目前，翻轉課堂教學模 式不斷得到推廣，目的就是促進學生的積極性和自主性。 實驗教 學同樣需要考慮學生角色的轉變，充分發揮學生實驗的主體性， 讓其自主選擇問題、制訂實驗方案、進行實驗分析等?；緦嶒?可以在基本知識講授過程中隨堂進行， 盡可能給學生留一定的時 間進行實踐鍛煉，鼓勵他們將身邊的問題提煉出來， 用人因實驗 的方式去給出實驗方案和解決辦法，并分析結果。 目前，安徽工程大學人因工程任課教師采取帶領學生通過課 題型實驗的方式開展相關研究， 鼓勵他們將相關研究成果參與其 他形式的競賽。如在APP設計開發過程中，教師帶領學生采用眼 動技術研究信息系統界面設

17、計、色彩、布局等，網站交互過程中 的生理變化以及主觀評價，產品造型設計對消費者眼動的影響， 等等。這些實驗項目的開展極大地調動了學生的積極性， 同時給 他們帶來一定的名譽， 最主要的是提升了他們獨立分析解決問題 的能力。提升實驗教師教學水平和實驗設備利用率 實驗 教師的教學水平直接影響實驗教學的效果， 必須完善實驗教師的 評審、考核和培養機制。針對實驗教師水平參差不齊的問題，可 以采取讓實驗教師參與任課教師的教學計劃制訂、 學術課題研究 的方式，與任課教師、企業人員共同進行實驗內容的構思和設計。 另外，一些實驗室價格高昂的設備存在利用率較低的問題， 如對多導生理儀、眼動和腦電設備，學院會使用的教師有限，能 夠帶領學生進行相關實驗的教師更少。 這些設備只是個別教師在 開展課題研究時使用，學生很難有機會進行操作。因此，可以請 有關教師進行與設備相