康复工程专业人因工程学教学方法创新设计与实践

2022-04-02王多琎

生物医学工程学进展 2022年1期

关键词：人因案例知识点

王多琎

1.上海理工大学康复工程与技术研究所（上海，200093）

2.上海康复器械工程技术研究中心（上海，200093）

3.民政部神经功能信息与康复工程重点实验室（上海，200093）

0 引言

高等教育的发展决定了一个国家或地区的核心竞争力，也决定了其在全球价值链分工中的地位［1］。目前，我国医疗卫生事业人才资源缺乏，与行业的发展和转型升级无法匹配，这需要高等教育机构建立相应的培养平台，改变传统的医疗卫生事业人才培养方式，尤其是需要发挥自身的优势和特色，实现医工交叉复合型人才的培养［1］。高校的教学培养计划中所开设的每一门课程都应该为本专业的教学目标服务，而且，理论和实践环节相互协调才能完成人才培养的任务。当然，具体的课程设置需要根据专业人才培养的方向来定义。

上海理工大学在2006 年设立了我国第一个康复工程技术专科专业与医疗器械工程（康复工程）本科专业，2013 年作为上海市应用型本科试点专业进行建设，经过十余载的发展目前已经取得了长足进步。在送走这培养了十余届毕业生的同时，专业培养方案也在随着市场需求的变化和学生自我发展的需要日趋成熟。但无论如何调整，最初为专门培养医工结合型高级康复工程人才所设立的初衷没有改变。所以，培养目标中特别注重学生综合素质、创新能力、分析问题和解决问题能力的培养。

人因工程是康复工程专业开设的一门专业基础课。结合专业特点，该课程以人的生理、心理特性为依据，运用系统工程的观点，分析研究人-机-环境之间的相互作用，使患者的康复过程效率更高、更安全、更舒适。归根结底，人因工程是一门以设计为导向的学科，在进行系统设计的过程中，要求同学们学生能运用理论知识解决实际问题。本文介绍针对康复工程专业的人才培养所进行的一系列课程创新设计和改革尝试。

1 课程内容的优化

人因工程学的基础性教学模块由各种理论、准则、数据以及方法等原理性比较强的知识点构成，在整个教学计划中约占60%［2］。经调查，这些内容比较枯燥导致学生学习兴趣不高。在这种情况下，要如何将人因工程课程应用于康复工程课程体系中，则必须在教学内容上寻求一定的教学方法创新。

1.1 课程内容

人因工程课程具有较强的知识交叉特点和实践性，并且涵盖的内容非常广泛，因此有必要结合康复工程的专业特点，从内容上进行取舍。比如，我国目前实行的是分级康复治疗模式，其中社区及家庭层面的后遗症期康复在整个康复阶段占有的比重最大，因此如何开发合适应的家庭康复的产品，对广大患者回归正常生活意义重大，但目前市场上可供选择的产品较少。鉴于考虑到产品的概念设计在整个康复产品开发过程中的重要性［3］，因此在课程内容设置中加大了产品概念设计阶段的知识点，比如用户需求分析，多目标决策等。此外，康复产品的属性决定了其较高的安全要求，为此结合不同的案例，将可用性测试的相关内容穿插到了理论教学过程中，这样更贴合本专业需求，也更具专业特色。

1.2 教材选择

经过教学团队的长时间探索，确定尽量避免以某单一书本作为具体教材，这样可以避免特定书本由于出版时间太久而导致某些内容与目前实际情况有所出入的问题。比如，Wickens 等所著的《人因工程学导论》里的案例稍显陈旧，在授课过程中缺乏说服力，所以，教学团队参考了大量国外资料并经筛选后纳入日常授课内容中，其中包括Luczak 的《Arbeitswissenschaft》和Backhaus 的《Usability-Engineering in der medizintechnik》，另外还有关于医疗器械人因工程及可用性设计的国际标准ISO/IEC 60601-1-6 和ISO/IEC 62366，以及交互系统的人因工程学设计标准ISO 9241-210 等等。这些知识点立足于专业的需求，力求使学生意识到人因工程在康复工程中的地位与重要性，使他们明白无论在康复产品的概念设计、研发、生产和销售环节，还是在其使用及售后服务阶段，人因工程的思想与方法始终贯穿于康复产品的整个寿命周期管理中。

1.3 案例教学

案例教学法是英美国家法学院最主要的教学方法，后来被广泛用于如医学、经济学、管理学等其它学科，是一种深受学生欢迎的教学方法［4］。理论知识只有通过不同案例的呈现，学生才能有切实的体验。但是在教学实践中，要避免将举例子认为是案例教学的错误观念。案例教学中的主角是学生，通过引导使他们对事件进行分析、讨论、交流，作出正确的判断和决策，从而提高学生解决问题的能力。而举例教学的主角是老师，在已经对原理进行了充分讲解的情况下，用实例让学生领会该如何运用原理或加深对原理的理解［4］。

在案例教学中，教学团队对案例的选择遵循真实性、完整性、典型性、启发性和时效性等原则，案例范围涉及医院、企业及康复生活的各个方面，这样可以增进学生与老师之间、课堂与外界之间、以及同学之间的平等互动、对话和研讨，这不但便于学生对教学内容的理解，也更有利于系统化思维的养成。每一个案例的描述，要切入具体的知识点，并且引出可供讨论的议题，便于分组讨论。比如，在讲解生理人因工程的安全与健康知识点的时候，可将尘肺病患者开胸验肺的新闻［5］作为教学案例，引导各小组学生根据不同的人因工程学研究方法提出自己的解决方案，进行组间讨论与交流。在这个过程中，学生各自的设计和想法都会得到一定程度的提高与完善，课后再将本小组的成果通过书面作业的形式提交，老师对结果进行点评。该方法的实际效果在每个小组的书面报告中便可体现，因为相互的交流使学生学会了从多个角度对实际中工作场所的设计问题进行分析，如工作场所空间布局设计、环境设计、人体的生理数据调查、用户需求调查等。案例教学可以大大提高学生对课程的兴趣，促进其提出问题、分析问题和解决问题能力的提高，同时有利于创新性思维的养成，形成整个教学环节中师生互动的良好学习氛围。

2 授课方式的改进

传统授课方式在现代大学的课堂里似乎显得单调和乏味。现在是一个信息化高速发展的时代，学生们也适应了这种信息化的生活方式，相对于过去的信息传播和获取，现代大学生依靠网络和各种终端设备，获得的信息无论在速度还是在数量上都是质的飞跃。但是，如何在课堂上将这个优势发挥出来，需要在授课方式上做出一定的调整。

2.1 明确分工

在人因工程的教学中，教师的任务是向学生教授各种研究方法，学生则是通过具体的项目来解决各种实际问题。人因工程课程被安排在本科三年级下学期进行，在这个阶段，所有学生基本上都正在参加各种校内外实习项目。这样学生一方面可以在自己的项目中运用所学的人因工程学知识，深刻领会各种理论和工具的用法；另一方面，学生运用系统化思维分析和解决问题，成果水平也会得到大幅度提升，实现双赢的效果。

2.2 多种方式

在课堂上，为提高学生的参与感［6］，倾向于用多种方式来促进学生对知识点的掌握。多媒体、实物模型、移动端信息检索、分组讨论、现场问卷调查以及实验等，都被用来作为教学手段。比如，在讲到选择性注意的时候，借助于细微特征变换的魔术视频会起到很好的效果，因为大家的注意力都在魔术师手上，而忽略了其它变化；在讲工作记忆的时候，使用类似雨课堂的手段，可以让同学们扫描二维码进行线上答题，看看谁可以准确地记住视频里给出的信息，回答完毕后老师可以在自己的手机端当场看到大家的作答情况，进行点评。

游戏环节也是参与式教学法的一种常用手段，是一种学生比较容易接受的框架模式［7］。问卷调查显示，每个班级选择“喜欢教学过程中增加游戏环节”的人数都超过总人数的90% 左右。这些教学方式信息量大、内容相对直观、生动，通过多维度的感官刺激，增强了与学生的互动，在课堂趣味性增加的同时也加深了学生对知识点的理解和印象，极大地激发了学生的兴趣，有助于提升学生主动思考的能力以及对理论知识的巩固，一定程度上也避免了课堂上学生因厌烦枯燥的讲解而产生的抵触情绪。

2.3 不同地点

所谓处处留心皆学问。仅靠课堂教学是无法充分理解和掌握人因工程知识的，所以要求学生们在医院实习、企业实习、展会参观、康复工程实验室学习等环节中，带着人因工程的思想，去发现康复应用中的问题以及产品设计的缺陷和不足，找出不符合人因工程的设计缺陷，找出问题、分析问题、解决问题、改进设计方案等。通过不同地点、场景的思考与实践，真正地调动学生学习的积极性与主动性。

人因工程课程内容多，学时相对紧张。为了提高课程教学质量，同时更好地培养学生的自学能力，对于一般性的教学内容和知识点，老师会提前通知大家进行自学，课堂上直接进入教学重点和难点的讲解，辅以对自学内容的提问和总结，既节约了时间，也使学生加深了对所学内容的理解。此教学方法也可提高学生的学习能力和表达能力。

3 考核方法的扩展

传统的试卷问答在多元化的课程内容和授课方式的影响下，逐渐过渡为更具专业特点和有更多选择内容的考核方式。平时成绩的比重加大，占总成绩的30%～50%，可以由用户的需求分析报告、概念设计方案的多目标决策分析和实践项目汇报等内容组成。期末考试成绩只占总成绩的50%～70%，通常需提交关于康复产品的设计类论文，综合考量学生对人因工程这门课程的掌握情况。对平时成绩的强调旨在提醒学生要注重积累，力求深刻理解和掌握课程中所介绍的具体研究方法和工具。

多种考核内容，提高了学生参与本课程和项目实践的主动性和自觉性，进一步加强了他们提出问题、分析问题以及解决问题的能力，也契合康复工程专业培养高质量应用型人才的办学目标。

4 效果初显

有研究显示，学习者特征诸如年龄范围、认知水平、心智水平和心理接受能力、是否接受多样化的教学方式、学习者控制能力等会影响教学方法创新［8］。本研究中，人因工程课程的教学对象为上海理工大学本科三年级的同学，年龄范围为20～22 岁，其认知与心智水平俱佳，控制能力、心理接受能力和参与度无缺陷。在每一届上这门课的学生中随机选择30% 来进行效果评估。在未告知实验目的的前提下，在第1 次课后作业和期末考试中分别解决1 个类似的产品设计问题，该问题可以反映出学生对用户需求分析、决策以及产品的概念设计等所学内容的掌握情况。分别对4届学生前后两次的成绩进行对比，成绩见表1。由表1 可见，4 届学生的成绩改进比较明显。

表1 学生第一次作业与期末成绩比较Tab.1 Score comparison of students' first assignments and finals

对样本进行t检验，4 届学生的均值前后2 次成绩，在统计学意义上有显著差异（P＜0.05），但是4 届学生的2 次差异并不明显（P＞0.05）。

经过近4 年的教学实践，在创新创业项目、参加竞赛、专利申请与毕业设计等方面学生参与的百分比呈上升的趋势，如图1 所示。

图1 康复工程专业历年本科生数据对比Fig.1 Data comparison of undergraduates majoring in rehabilitation engineering over the years

每年都有多人申请或参加上海市大学生创新创业训练计划项目、全国大学生生物医学工程创新设计大赛、国际大学生挑战赛（Global Student Innovation Challenge），并屡获佳绩。这些成果的取得和人因工程课程的教学改革有着密切的联系，使学生对于该课程有了更深一步的了解，知识掌握更加牢固，在培养兴趣的同时又可以激发学生的热情，提出并参与一些有意义的课题，这些课题的提出又丰富了该课程的内容，形成了一个良性的循环。