新工科背景下基于OBE―CDIO理念的人因工程學(xué)教學(xué)改革探索

魏子凱 張夢(mèng)蕓 吳曉 譚旭 伍敏

摘要 文章通過(guò)分析新工科背景下人因工程學(xué)課程教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題，運(yùn)用OBE―CDIO理念從社會(huì)需求出發(fā)優(yōu)化課程教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)方法，通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)、案例教學(xué)提高學(xué)生的實(shí)踐能力，利用翻轉(zhuǎn)課堂讓學(xué)生成為課堂的主體，從被動(dòng)接受轉(zhuǎn)為主動(dòng)學(xué)習(xí)，優(yōu)化考核機(jī)制，培養(yǎng)學(xué)生成為復(fù)合型人才。實(shí)踐證明教學(xué)實(shí)施效果良好，為其他相關(guān)課程的教學(xué)改革提供了參考。

關(guān)鍵詞 人因工程學(xué)；OBE；CDIO；教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2023.8.015

工業(yè)工程起源于20世紀(jì)的美國(guó)，是在制造工程學(xué)、管理科學(xué)和系統(tǒng)工程學(xué)等學(xué)科基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一門具有交叉性的應(yīng)用性工程專業(yè)技術(shù)，其以現(xiàn)代化生產(chǎn)為背景，以大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)及社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)為研究對(duì)象，對(duì)生產(chǎn)或服務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)改善，從而提高工業(yè)生產(chǎn)率和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益的一門兼具工程技術(shù)和管理科學(xué)特點(diǎn)的交叉性學(xué)科。人因工程學(xué)是工業(yè)工程專業(yè)的一門核心課程，其課程內(nèi)容主要是對(duì)人―機(jī)―環(huán)境系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和改進(jìn)，在使系統(tǒng)獲得較高收益和效率的同時(shí)，保證人的安全。通過(guò)理論學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)，使學(xué)生掌握人因工程學(xué)的基本理論、設(shè)計(jì)的原理和方法，對(duì)工程設(shè)計(jì)、工作安排、環(huán)境布置等提出科學(xué)的建議和要求，為人―機(jī)―環(huán)境系統(tǒng)建立一個(gè)合理可行的方案，使作業(yè)者獲得舒適、健康、安全、可靠的作業(yè)環(huán)境，力求提高作業(yè)者的作業(yè)能力、系統(tǒng)生產(chǎn)率、安全性。

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人因工程學(xué)的地位也越來(lái)越高，社會(huì)對(duì)人才的要求也越來(lái)越高，但由于人因工程學(xué)課程教學(xué)與社會(huì)需求之間的差別，學(xué)生在工作崗位面臨巨大的挑戰(zhàn)。因此，結(jié)合社會(huì)要求，從課程目標(biāo)的確立、課程內(nèi)容的選取、教學(xué)方法的改進(jìn)、課程考核機(jī)制的完善等角度開展新工科背景下人因工程學(xué)課程教學(xué)改革的探索具有重要意義。

1人因工程學(xué)教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題

人因工程學(xué)在諸多領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用，被許多專業(yè)列為專業(yè)課或選修課。雖然各高校一直在對(duì)人因工程學(xué)課程教學(xué)模式進(jìn)行探索和改進(jìn)，但由于該課程設(shè)計(jì)知識(shí)內(nèi)容較為廣泛，教學(xué)時(shí)長(zhǎng)較短，在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中仍存在一定不足。

1.1教學(xué)方式單一

人因工程學(xué)教學(xué)主要以教師課堂講授為主，雖然有多種多媒體工具輔助教學(xué)，但多數(shù)老師仍采用傳統(tǒng)的填鴨式教學(xué)。教學(xué)手段從“板書”變?yōu)椤巴队啊?，這樣也只是從以往的“口述式灌輸”轉(zhuǎn)化為技術(shù)式的“多媒體式灌輸”[1]。這種滿堂灌的教學(xué)雖然教授了許多知識(shí)，但實(shí)際效果并不理想，學(xué)生沒(méi)有機(jī)會(huì)去思考、去理解，也缺乏對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)，無(wú)法適應(yīng)工作中的實(shí)際需要。

1.2對(duì)案例教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)不夠重視

受到教學(xué)時(shí)長(zhǎng)和當(dāng)下高校教育模式的影響，教師在課堂上的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容主要以演示性、實(shí)驗(yàn)性內(nèi)容為主，創(chuàng)新性和實(shí)踐性不足。對(duì)具體案例和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容涉及較少，各實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)間缺乏有效銜接，無(wú)法形成閉環(huán)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。此外，學(xué)生在實(shí)踐過(guò)程中只是一味地照搬指導(dǎo)書，雖然得到了正確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，但對(duì)實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牟粔蛄私猓@樣的實(shí)踐無(wú)法使學(xué)生得到真正意義上的鍛煉。

1.3考核機(jī)制不健全

目前人因工程學(xué)的考核仍采用“平時(shí)成績(jī)+期末考試”模式。這種傳統(tǒng)考核模式評(píng)價(jià)指標(biāo)和評(píng)價(jià)角度均過(guò)于單一，使得學(xué)生不重視日常學(xué)習(xí)過(guò)程，更多的是依靠考前突擊來(lái)通過(guò)該課程，嚴(yán)重影響了學(xué)校的學(xué)風(fēng)建設(shè)。

2基于OBE―CDIO理念的人因工程學(xué)教學(xué)模式探索

2.1 OBE―CDIO理念介紹

20世紀(jì)80年代，美國(guó)的spandyW.D.首次提出了OBE理念，該理念很快便受到教育界人士的廣泛關(guān)注。OBE理念基于反向設(shè)計(jì)，先了解社會(huì)需求，再?zèng)Q定培養(yǎng)過(guò)程[2]。OBE理念打破了以往“老師為中心”的傳統(tǒng)教學(xué)模式，強(qiáng)調(diào)教學(xué)設(shè)計(jì)和理念均應(yīng)圍繞社會(huì)對(duì)人才的需求展開，以學(xué)生為本，注重對(duì)學(xué)生潛力的挖掘和理論知識(shí)向?qū)嵺`應(yīng)用的轉(zhuǎn)化。此外，OBE理念還強(qiáng)調(diào)教學(xué)目標(biāo)、課程內(nèi)容、課堂活動(dòng)以及課后考核四者之間形成閉環(huán)結(jié)構(gòu)，通過(guò)對(duì)教學(xué)效果的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)來(lái)持續(xù)改進(jìn)教學(xué)質(zhì)量，提高教學(xué)效果。

CDIO工程教育模式是在國(guó)際工程教育改革中提出的一種新型教育理念。CDIO分別代表構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)現(xiàn)（Implement）和運(yùn)作（Operate），它以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運(yùn)行的生命周期為載體，讓學(xué)生以主動(dòng)的、實(shí)踐的、課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程[3]。CDIO工程教育模式注重實(shí)踐教學(xué)，強(qiáng)調(diào)利用“項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)”和“在做中學(xué)”等教學(xué)方式來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力。

人因工程學(xué)課程采用CDIO教學(xué)理念可以使學(xué)生深刻理解課程基本理論、設(shè)計(jì)的原理和方法，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中提高自身專業(yè)知識(shí)、個(gè)人實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力以及團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。而通過(guò)OBE理念可以根據(jù)社會(huì)需求制訂培養(yǎng)目標(biāo)，為課程教學(xué)指明了方向。

2.2基于OBE理念的課程目標(biāo)設(shè)計(jì)

通過(guò)對(duì)用人單位需求的分析，并結(jié)合人因工程學(xué)的課程內(nèi)容，將該課程的培養(yǎng)目標(biāo)分為以下幾個(gè)部分。①專業(yè)知識(shí)方面，學(xué)生要熟練掌握人因工程學(xué)的基本理論、設(shè)計(jì)原理和方法，能從工程的角度掌握人的生理、心理特點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)并利用人的行為方式、工作能力、作業(yè)限制等特點(diǎn)，對(duì)工程設(shè)計(jì)、工作安排、環(huán)境布置等提出科學(xué)的建議和要求，為人―機(jī)―環(huán)境系統(tǒng)建立一個(gè)合理可行的方案，提高作業(yè)者的安全性、舒適性和系統(tǒng)生產(chǎn)效率[4]；②問(wèn)題分析方面，學(xué)生能夠發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，并運(yùn)用各種工具對(duì)問(wèn)題進(jìn)行分析，提出解決思路、方法和方案；③個(gè)人與團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，學(xué)生應(yīng)具備團(tuán)隊(duì)溝通交流和解決問(wèn)題的能力。

人因工程學(xué)的課程目標(biāo)主要涵蓋實(shí)踐能力、知識(shí)運(yùn)用能力以及團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力的培養(yǎng)。在教學(xué)過(guò)程中，要改變以往“滿堂灌”的教學(xué)模式，將學(xué)生從知識(shí)的被動(dòng)灌輸轉(zhuǎn)變?yōu)檎n堂的主體，提高學(xué)生的課堂參與度。合理利用線上教學(xué)資源開展線上線下混合式教學(xué)，完善評(píng)價(jià)考核機(jī)制，加強(qiáng)對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)和考核，增強(qiáng)學(xué)生的問(wèn)題分析能力，對(duì)所學(xué)內(nèi)容的實(shí)際運(yùn)用能力和小組合作中的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。

2.3基于CDIO理念的教學(xué)方式探索

2.3.1實(shí)驗(yàn)教學(xué)

通過(guò)實(shí)驗(yàn)使學(xué)生對(duì)每一章節(jié)內(nèi)容建立思維導(dǎo)圖式聯(lián)系。人因工程學(xué)是為數(shù)不多的可在章節(jié)間建立聯(lián)系的課程，教師為提高教學(xué)效率需要綜合考慮多方面因素，為了讓學(xué)生切身體會(huì)人因工程學(xué)中的專業(yè)知識(shí)，提高其課程學(xué)習(xí)興趣，應(yīng)加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)在人因工程學(xué)課程教學(xué)中的比重[5]。實(shí)驗(yàn)對(duì)于理解人因工程學(xué)中的人―機(jī)―環(huán)境關(guān)系具有重要影響，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，將人體測(cè)量、照明環(huán)境、色彩環(huán)境、作業(yè)空間設(shè)計(jì)、人機(jī)系統(tǒng)、人機(jī)界面設(shè)計(jì)等章節(jié)知識(shí)靈活應(yīng)用至生活當(dāng)中，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)知識(shí)的解讀，增大學(xué)生對(duì)課程的關(guān)注度，以便學(xué)生深刻掌握和熟練應(yīng)用人因工程學(xué)的知識(shí)。此外還可以將科研項(xiàng)目融入課程教學(xué)中，教師從中提取出與教學(xué)內(nèi)容相匹配的知識(shí)點(diǎn)，幫助學(xué)生積累相關(guān)知識(shí)的儲(chǔ)備。同時(shí)，學(xué)生以小組的形式查閱文獻(xiàn)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)參與項(xiàng)目實(shí)施，參加相應(yīng)的競(jìng)賽或者發(fā)表科技小論文，既讓學(xué)生得到了鍛煉，也提高了教學(xué)質(zhì)量。人因工程學(xué)教學(xué)主要以課堂形式灌輸知識(shí)，學(xué)生積極性不高，而通過(guò)豐富實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，在培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力、觀察能力的同時(shí)，讓學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)，且對(duì)每一章節(jié)的知識(shí)與課程目標(biāo)建立思維導(dǎo)圖式連接。

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（以人體尺寸章節(jié)為例）：人體尺寸的測(cè)定。

目的：①掌握人體各肢體間尺寸的測(cè)量方法；②掌握運(yùn)用所得尺寸進(jìn)行作業(yè)姿勢(shì)、作業(yè)高度等的安排；③掌握不同尺寸座椅對(duì)疲勞程度的影響。

實(shí)驗(yàn)操作用具：可調(diào)節(jié)高度的座椅，人體尺寸測(cè)量尺，計(jì)時(shí)器。

評(píng)價(jià)：該實(shí)驗(yàn)的操作難度相對(duì)較低，易于學(xué)生操作，但通過(guò)其所得尺寸分析工作方式及設(shè)計(jì)合理動(dòng)作時(shí)，又需緊密結(jié)合專業(yè)知識(shí)，通過(guò)對(duì)專業(yè)知識(shí)的把控完成實(shí)驗(yàn)分析設(shè)計(jì)。

2.3.2案例教學(xué)

強(qiáng)調(diào)案例教學(xué)在課堂教學(xué)中的比重。灌輸式教學(xué)的弊端在于學(xué)生的知識(shí)吸收效率有限，當(dāng)章節(jié)內(nèi)容駁雜時(shí)，易產(chǎn)生重點(diǎn)混淆，因此通過(guò)加強(qiáng)案例講解，來(lái)突出章節(jié)重點(diǎn)學(xué)習(xí)內(nèi)容，根據(jù)CDIO教學(xué)理念，教師主要采取引導(dǎo)式教學(xué)，即通過(guò)學(xué)生自主閱讀課本、提出疑問(wèn)、思考的途徑去提出―解決―總結(jié)問(wèn)題[6]，從而達(dá)到對(duì)人因工程學(xué)每一章節(jié)知識(shí)的掌握。在此過(guò)程中，案例教學(xué)起到重要的引導(dǎo)作用，對(duì)于每部分內(nèi)容都要盡可能提供合適的案例進(jìn)行輔助學(xué)習(xí)，考慮到該課程課時(shí)較短，對(duì)于案例的選取要具有典型性，契合課程內(nèi)容和教學(xué)目標(biāo)，能給予學(xué)生足夠的啟迪，引發(fā)他們的思考。例如，在講授色彩環(huán)境章節(jié)中，首先構(gòu)思引入人因演示與圖片，采取適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方法比如通過(guò)學(xué)生自行描繪不同色彩帶來(lái)的感觀刺激，再讓學(xué)生擬定場(chǎng)合設(shè)計(jì)主要搭配色彩，從而實(shí)現(xiàn)CDIO教學(xué)中的構(gòu)思設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。

2.3.3翻轉(zhuǎn)課堂

讓學(xué)生以PPT課堂匯報(bào)形式學(xué)習(xí)人因工程學(xué)知識(shí)。學(xué)生自由組隊(duì)，在章節(jié)學(xué)習(xí)中發(fā)掘案例，如表1所示，讓學(xué)生自主完成資料收集、方案設(shè)計(jì)等，并讓他們根據(jù)自己的內(nèi)容進(jìn)行課堂匯報(bào)。針對(duì)學(xué)生的匯報(bào)情況，先由學(xué)生進(jìn)行提問(wèn)和點(diǎn)評(píng)，最后由教師進(jìn)行總結(jié)和補(bǔ)充。開展以教師為主導(dǎo)，學(xué)生為主體的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)，有效調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性[7]，相較于自主學(xué)習(xí)，小組間的學(xué)習(xí)更加有利于學(xué)生的學(xué)習(xí)，可以幫助學(xué)生查漏補(bǔ)缺，增強(qiáng)學(xué)生的自主探索能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，教與學(xué)的效果都有了一定程度的提高。

2.3.4優(yōu)化考核方式

考核作為教學(xué)過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)，是衡量學(xué)生學(xué)習(xí)效果的重要依據(jù)。目前人因工程學(xué)的課程考核仍依賴于期末考試，主要針對(duì)的是專業(yè)知識(shí)的考核，這種以考試成績(jī)?yōu)橹鞯慕K結(jié)性考核忽視了學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程，缺乏對(duì)學(xué)生日常學(xué)習(xí)情況和實(shí)踐能力的考核[8]。因此，人因工程學(xué)期末考核應(yīng)增加對(duì)過(guò)程、實(shí)踐部分的測(cè)評(píng)。

過(guò)程性考核可以引導(dǎo)學(xué)生更加注重日常學(xué)習(xí)，結(jié)合課程性質(zhì)和教學(xué)方式，以知識(shí)講解和能力培養(yǎng)為基礎(chǔ)，增加章節(jié)測(cè)試、隨堂檢驗(yàn)，同時(shí)將問(wèn)題討論、課堂展示作為平時(shí)成績(jī)的一部分，對(duì)學(xué)生的階段性學(xué)習(xí)成果做出測(cè)評(píng)，使得教學(xué)效果能夠及時(shí)反饋。例如利用雨課堂、學(xué)習(xí)通等教學(xué)平臺(tái)發(fā)布隨堂檢驗(yàn)和章節(jié)測(cè)試；教師在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)論壇發(fā)布思考題，學(xué)生進(jìn)行回復(fù)討論。這樣不僅可以幫助教師及時(shí)了解學(xué)生的實(shí)際學(xué)習(xí)情況，對(duì)學(xué)習(xí)中的疑難點(diǎn)進(jìn)行講解，還可以幫助學(xué)生鞏固其學(xué)習(xí)成果。

作為一門理論與實(shí)踐聯(lián)系密切的課程，實(shí)踐考核也是衡量學(xué)生掌握課程情況的重要部分。實(shí)踐考核包括實(shí)驗(yàn)考核及課程設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)考核成績(jī)占總成績(jī)25%，包括實(shí)驗(yàn)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)應(yīng)用，比重分別為40%、30%、30%。實(shí)驗(yàn)操作在所有實(shí)驗(yàn)教學(xué)結(jié)束后，每位學(xué)生隨機(jī)抽取一個(gè)已學(xué)實(shí)驗(yàn)，自行獨(dú)立完成；實(shí)驗(yàn)應(yīng)用即學(xué)生以小組為單位，根據(jù)提供的實(shí)驗(yàn)?zāi)康募皩?shí)驗(yàn)條件，自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案并加以實(shí)現(xiàn)。最后教師根據(jù)完成情況給予評(píng)分，利于培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)。人因工程學(xué)課程考核成績(jī)構(gòu)成如表2所示：

3教學(xué)改革的成效

從社會(huì)需求出發(fā)對(duì)課程目標(biāo)和教學(xué)模式進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，開展以學(xué)生為中心的教學(xué)，使得學(xué)生由被動(dòng)地接受知識(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)探索學(xué)習(xí)，學(xué)生的實(shí)踐能力、知識(shí)運(yùn)用能力以及團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力均得到了提升。通過(guò)對(duì)比工業(yè)工程專業(yè)2019級(jí)和2020級(jí)學(xué)生成績(jī)，如圖2所示，2020級(jí)學(xué)生高分人數(shù)占比明顯提高，新工科背景下基于OBE―CDIO理念的人因工程學(xué)課程教學(xué)改革探索取得了良好的教學(xué)效果。

4結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)人因工程學(xué)課程教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題，將 OBE―CDIO理念引入課程教學(xué)中。通過(guò)對(duì)社會(huì)需求的分析，對(duì)課程目標(biāo)、教學(xué)模式進(jìn)行了改進(jìn)和優(yōu)化，提高了學(xué)生的實(shí)踐能力、問(wèn)題分析能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，使人才培養(yǎng)更加契合社會(huì)需求。對(duì)于人因工程學(xué)課程教學(xué)的探索是一項(xiàng)長(zhǎng)期工作，為使人因工程學(xué)課程教育目標(biāo)契合社會(huì)需求，不僅要對(duì)該課程的課程目標(biāo)和教學(xué)方式做出改進(jìn)，還要從培養(yǎng)方案和課后評(píng)價(jià)等方面進(jìn)行探討和改善，只有這樣才能真正培養(yǎng)出符合社會(huì)要求的高質(zhì)量人才。

基金項(xiàng)目：2022年石河子大學(xué)教育教學(xué)改革項(xiàng)目（JGY-2022-130）。

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