人工智能背景下工业工程专业《人机工程学》课程教学改革探索

□张 勇 袁光杰 严良文

一、引言

近年来，在大数据、云计算、深度学习、虚拟现实等人工智能技术的推动下，让人类的活动突破了传统的时空界限，人工智能对教学领域产生了很大影响[1]。人工智能的快速发展给学生带了巨大的挑战，一方面，学生在人工智能时代获取信息更加便利；另一方面，人工智能对学生的信息处理能力、自我调节和管理能力也有了更高的要求。人工智能给教师也带来了重大挑战，学生可以不通过教师就能获得大量信息资源，传统的以教师为中心的教学模式已不能适应人工智能时代的发展要求，教师要从传统的知识传授者转变为教学活动的组织者、学生知识体系构建的协助者。

《人机工程学》是工业工程专业一门应用型和实践性较强的课程。作为一门新兴的多学科交叉的、综合性边缘学科，是以人的生理和心理为依据，应用系统工程的观点，通过揭示人、机、环境之间的相互作用，从而确保人-机-环境系统总体性能最优化。通过该课程的学习，要让学生达到学习基础理论、专业技能、项目管理、职业态度和艺术赏析多重目的，该课程在工业工程专业课程体系中占有重要地位。基于人机工程学的重要作用，及在人工智能背景下对人才培养的高级应用型、自主能力强、创新能力强和职业素养良好等要求，笔者结合近年来在人机工程学的教学实践和探索，谈谈工业工程专业《人机工程学》课程教学改革。

二、《人机工程学》课程教学现状

(一)重理论轻实践。目前，国内外很多专业都开展了《人机工程学》这门课，如工业工程、工业设计、安全工程、管理科学、汽车工程等。由于各个专业要求不一样，导致了不同专业的课程内容和侧重点也不一样，如工业设计侧重于人机协调，安全工程侧重于设计安全性。目前的教材也大部分偏重于理论，包含的面比较广，但有些内容不够深入，缺乏知识的应用实践和实例。

(二)缺乏实验设备。《人机工程学》是一门实践性较强的课程，必须通过一定的实践和实验环节来加深学生的理解和掌握。目前，很多学校缺乏足够的实验设备来开展人机工程实验，如专业的动作研究摄录设备、测量脊椎弯曲的设备、操作反应测试设备等。导致对某些实验无法客观、准确、全面地评价。

(三)课程学时少。很多学校实行了全学分制、短学期制，并压缩课程学时，人机工程学也不可避免地被压缩了学时。这种情况下，亟待通过教学改革，在有限的时间内，高效完成教学任务和教学目标。

三、《人机工程学》课程改革与思考

(一)课程内容的调整。一是要调整教学理念，针对人工智能背景下人才培养要求，以“强化能力，重在应用”为指导思想。二是该课程共40个学时，既要做到内容全面，还要做到重点突出，因此要对课程内容精心设计。要以人机学的基本理论为核心，以项目驱动为主线，围绕人机学的设计原理和设计方法，将教学内容进行贯穿，激发学生的主动性和积极性。三是要突出专业特色。工业工程专业致力于培养具有全球视野、系统思维和创新精神，具备复杂系统分析、规划、设计、管理和运行能力的综合性人才。因此，在项目设计和实施的过程中，要突出自我管理、头脑风暴训练，强调以人为本发现问题，培养学生的发散思维和创新能力，以及综合考虑各种因素、解决问题的能力。

(二)教学模式和方式的改革。

1.强化启发式教学。人机工程学设计的面比较广，有些理论和概念比较抽象，单靠讲解学生很难理解，在教学的过程中联系现实生活，能加深相关知识的理解和应用。如讲授完人与作业环境界面设计后，让学生观察交通灯、汽车倒车等现象，并用相关知识分析设计者的意图。学生对这些现象并不陌生，但很难将所学知识结合起来分析，或不能正确、全面地分析，这时候教师的引导作用就显现出来了，如启发学生从颜色、听觉信号的方向性、距离知觉、频率辨别特性等方面进行考虑，学生在经过教师提示后，就能较好地结合所学知识进行分析。

2.强化互动式教学。人机工程学是多学科交叉、综合性的学科，这有利于组织探讨，并和学生互动。如要求学生找出生活中人机工程学案例并分析时，学生列举了很多生动实例，详细分析了不足和需要改进的地方。这样的互动也让教师开阔了眼界，起到教学相长的效果。互动式的教学活跃了课堂气氛，鼓励学生深入探索，提高了学生学习的参与度和积极性。

3.重视慕课的作用。信息化是当今社会人们生活的基本生存背景，用户即使足不出户，也能享受全球的信息资源。目前，国内外很多大学面临着培养模式和教学改革的挑战，相对于传统课堂的固定时间和地点，慕课可以摆脱时间和地点的限制。同时，学生可以反复观看相关素材，大大提高学习质量。当然，慕课也存在无法监督学生学习效率、缺乏互动等弊端。因此，慕课可作为传统课堂教学的补充，发挥二者各自的优势。

4.重视学生自我教育。在人工智能背景下，学生可以通过多种途径获得解决问题的方法，教学活动中让学生处于主导地位。在项目设计时，要考虑发挥学生的主动性，如在生物力学建模时，要求学生建立自己的腰部生物力学模型，并计算不同姿势下的受力情况，很多同学在计算腰部受力后，对自己的坐姿有了新的认识。学校工业工程的生源主要是理工科的，逻辑思维能力强，但艺术表现力较弱，在教学过程中，要考虑他们的背景，有意识地培养他们艺术方面的欣赏能力，举例时多考虑对象的艺术感、科技感、时尚感，也鼓励学生提高艺术欣赏能力。自我教育法有利于学生树立信心，调动学习热情。

(三)建立项目驱动的人机实验及作业设计。课程实验和作业是人机工程学的重要组成部分，其目的是培养学生的实践能力和创新思维能力。对工业工程专业的学生而言，考虑到专业性质，要特别培养他们的管理能力。通过策划课题项目，由学生分组完成。各小组先对题目进行分析和讨论，再分工实施，最后讨论并汇总。在整个实验的过程中，教师起到设计者和引导者的作用，促使学生主动思考、主动探究问题、主动解决问题，并达到自我管理、相互学习的目的。通过项目驱动的模式，改变以往的实验内容和过程千篇一律，实现学生由被动学习向主动学习的跨越，让学生的个性得以释放。

(四)建立多渠道高效快速信息平台。人工智能时代的信息应是动态化，可以充分利用网络平台，如建立与课程相关的网页、微信公众号、微博等，并保持及时更新，让学生能充分提前了解课程内容和安排，下载课程相关的学习资源，开展线上答疑，与学生充分互动。作业全部电子化，及时反馈学生提交的作业。根据作业的情况，对学生进行差异化指导。

(五)建立多维度管理机制。学生参加以班级为单位的教学活动，同时参加以小组为单位的项目设计，组长(班委)要协助教师进行组织和管理，组员之间要进行讨论和合作，在教学活动中，要建立教师、组长(班委)和组员相结合的三维管理机制。对项目进行评价和考核时，要引入小组内部互评机制，调动组长与组员、组员与组员的积极互动。

(六)建立多维度考核体系。课程的目的是多维度的，与之对应也要建立多维度的考核体系。如通过期末考试检验基础理论和专业知识的掌握情况，通过实验和课外作业考察学生的专业技能、创新能力、项目管理、职业态度等，通过课堂考勤、提问和讨论考察学生的作息制度、学习态度等。将所有考核项目乘以不同的权重，力求评价和考核全面、客观。

四、结语

人工智能时代对传统的教学提出了更高的要求，也带来了新的机遇。在课程教学中，教师应该合理设计教学内容，强调理论和实践的联系，根据情况采用多种教学方法；适当增加实践环节，通过实践环节内化相关知识并提升学生的自我管理能力；充分利用人工智能时代信息资源获取便利的特点，重视慕课等网络资源的利用；建立多渠道高效快速信息平台和多维度考核体系。同时，要不断探索人机工程学的教学模式，持续提升教学水平和质量，从而培养出更加符合人工智能时代的复合型的工业工程专业人才。