新工科背景下基于OBE―CDIO理念的人因工程学教学改革探索

魏子凯 张梦芸 吴晓 谭旭 伍敏

摘要 文章通过分析新工科背景下人因工程学课程教学过程中存在的问题，运用OBE―CDIO理念从社会需求出发优化课程教学目标和教学方法，通过实验教学、案例教学提高学生的实践能力，利用翻转课堂让学生成为课堂的主体，从被动接受转为主动学习，优化考核机制，培养学生成为复合型人才。实践证明教学实施效果良好，为其他相关课程的教学改革提供了参考。

关键词 人因工程学；OBE；CDIO；教学改革

中图分类号：G642文献标识码：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2023.8.015

工业工程起源于20世纪的美国，是在制造工程学、管理科学和系统工程学等学科基础上发展起来的一门具有交叉性的应用性工程专业技术，其以现代化生产为背景，以大规模工业生产及社会经济系统为研究对象，对生产或服务系统进行设计改善，从而提高工业生产率和社会经济效益的一门兼具工程技术和管理科学特点的交叉性学科。人因工程学是工业工程专业的一门核心课程，其课程内容主要是对人―机―环境系统的优化设计和改进，在使系统获得较高收益和效率的同时，保证人的安全。通过理论学习和实验教学，使学生掌握人因工程学的基本理论、设计的原理和方法，对工程设计、工作安排、环境布置等提出科学的建议和要求，为人―机―环境系统建立一个合理可行的方案，使作业者获得舒适、健康、安全、可靠的作业环境，力求提高作业者的作业能力、系统生产率、安全性。

随着我国经济的快速发展，人因工程学的地位也越来越高，社会对人才的要求也越来越高，但由于人因工程学课程教学与社会需求之间的差别，学生在工作岗位面临巨大的挑战。因此，结合社会要求，从课程目标的确立、课程内容的选取、教学方法的改进、课程考核机制的完善等角度开展新工科背景下人因工程学课程教学改革的探索具有重要意义。

1人因工程学教学过程中存在的问题

人因工程学在诸多领域都得到了广泛应用，被许多专业列为专业课或选修课。虽然各高校一直在对人因工程学课程教学模式进行探索和改进，但由于该课程设计知识内容较为广泛，教学时长较短，在实际教学过程中仍存在一定不足。

1.1教学方式单一

人因工程学教学主要以教师课堂讲授为主，虽然有多种多媒体工具辅助教学，但多数老师仍采用传统的填鸭式教学。教学手段从“板书”变为“投影”，这样也只是从以往的“口述式灌输”转化为技术式的“多媒体式灌输”[1]。这种满堂灌的教学虽然教授了许多知识，但实际效果并不理想，学生没有机会去思考、去理解，也缺乏对学生实践能力的培养，无法适应工作中的实际需要。

1.2对案例教学和实验教学不够重视

受到教学时长和当下高校教育模式的影响，教师在课堂上的实验教学内容主要以演示性、实验性内容为主，创新性和实践性不足。对具体案例和实验内容涉及较少，各实验教学环节间缺乏有效衔接，无法形成闭环实验教学体系。此外，学生在实践过程中只是一味地照搬指导书，虽然得到了正确的实验结果，但对实验原理、实验目的不够了解，这样的实践无法使学生得到真正意义上的锻炼。

1.3考核机制不健全

目前人因工程学的考核仍采用“平时成绩+期末考试”模式。这种传统考核模式评价指标和评价角度均过于单一，使得学生不重视日常学习过程，更多的是依靠考前突击来通过该课程，严重影响了学校的学风建设。

2基于OBE―CDIO理念的人因工程学教学模式探索

2.1 OBE―CDIO理念介绍

20世纪80年代，美国的spandyW.D.首次提出了OBE理念，该理念很快便受到教育界人士的广泛关注。OBE理念基于反向设计，先了解社会需求，再决定培养过程[2]。OBE理念打破了以往“老师为中心”的传统教学模式，强调教学设计和理念均应围绕社会对人才的需求展开，以学生为本，注重对学生潜力的挖掘和理论知识向实践应用的转化。此外，OBE理念还强调教学目标、课程内容、课堂活动以及课后考核四者之间形成闭环结构，通过对教学效果的实时监测来持续改进教学质量，提高教学效果。

CDIO工程教育模式是在国际工程教育改革中提出的一种新型教育理念。CDIO分别代表构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate），它以产品研发到产品运行的生命周期为载体，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程[3]。CDIO工程教育模式注重实践教学，强调利用“项目驱动”和“在做中学”等教学方式来培养学生的實践应用能力和创新能力。

人因工程学课程采用CDIO教学理念可以使学生深刻理解课程基本理论、设计的原理和方法，让学生在学习过程中提高自身专业知识、个人实践能力、创新能力以及团队协作能力。而通过OBE理念可以根据社会需求制订培养目标，为课程教学指明了方向。

2.2基于OBE理念的课程目标设计

通过对用人单位需求的分析，并结合人因工程学的课程内容，将该课程的培养目标分为以下几个部分。①专业知识方面，学生要熟练掌握人因工程学的基本理论、设计原理和方法，能从工程的角度掌握人的生理、心理特点，发现并利用人的行为方式、工作能力、作业限制等特点，对工程设计、工作安排、环境布置等提出科学的建议和要求，为人―机―环境系统建立一个合理可行的方案，提高作业者的安全性、舒适性和系统生产效率[4]；②问题分析方面，学生能够发现问题，并运用各种工具对问题进行分析，提出解决思路、方法和方案；③个人与团队协作能力，学生应具备团队沟通交流和解决问题的能力。

人因工程学的课程目标主要涵盖实践能力、知识运用能力以及团队协作能力的培养。在教学过程中，要改变以往“满堂灌”的教学模式，将学生从知识的被动灌输转变为课堂的主体，提高学生的课堂参与度。合理利用线上教学资源开展线上线下混合式教学，完善评价考核机制，加强对学生实践能力的培养和考核，增强学生的问题分析能力，对所学内容的实际运用能力和小组合作中的团队协作能力。

2.3基于CDIO理念的教学方式探索

2.3.1实验教学

通过实验使学生对每一章节内容建立思维导图式联系。人因工程学是为数不多的可在章节间建立联系的课程，教师为提高教学效率需要综合考虑多方面因素，为了让学生切身体会人因工程学中的专业知识，提高其课程学习兴趣，应加强实验教学在人因工程学课程教学中的比重[5]。实验对于理解人因工程学中的人―机―环境关系具有重要影响，在实验教学过程中，将人体测量、照明环境、色彩环境、作业空间设计、人机系统、人机界面设计等章节知识灵活应用至生活当中，增强学生对知识的解读，增大学生对课程的关注度，以便学生深刻掌握和熟练应用人因工程学的知识。此外还可以将科研项目融入课程教学中，教师从中提取出与教学内容相匹配的知識点，帮助学生积累相关知识的储备。同时，学生以小组的形式查阅文献、设计实验参与项目实施，参加相应的竞赛或者发表科技小论文，既让学生得到了锻炼，也提高了教学质量。人因工程学教学主要以课堂形式灌输知识，学生积极性不高，而通过丰富实验教学内容，在培养学生动手能力、观察能力的同时，让学生主动学习专业知识，且对每一章节的知识与课程目标建立思维导图式连接。

实验内容（以人体尺寸章节为例）：人体尺寸的测定。

目的：①掌握人体各肢体间尺寸的测量方法；②掌握运用所得尺寸进行作业姿势、作业高度等的安排；③掌握不同尺寸座椅对疲劳程度的影响。

实验操作用具：可调节高度的座椅，人体尺寸测量尺，计时器。

评价：该实验的操作难度相对较低，易于学生操作，但通过其所得尺寸分析工作方式及设计合理动作时，又需紧密结合专业知识，通过对专业知识的把控完成实验分析设计。

2.3.2案例教学

强调案例教学在课堂教学中的比重。灌输式教学的弊端在于学生的知识吸收效率有限，当章节内容驳杂时，易产生重点混淆，因此通过加强案例讲解，来突出章节重点学习内容，根据CDIO教学理念，教师主要采取引导式教学，即通过学生自主阅读课本、提出疑问、思考的途径去提出―解决―总结问题[6]，从而达到对人因工程学每一章节知识的掌握。在此过程中，案例教学起到重要的引导作用，对于每部分内容都要尽可能提供合适的案例进行辅助学习，考虑到该课程课时较短，对于案例的选取要具有典型性，契合课程内容和教学目标，能给予学生足够的启迪，引发他们的思考。例如，在讲授色彩环境章节中，首先构思引入人因演示与图片，采取适当的教学方法比如通过学生自行描绘不同色彩带来的感观刺激，再让学生拟定场合设计主要搭配色彩，从而实现CDIO教学中的构思设计环节。

2.3.3翻转课堂

让学生以PPT课堂汇报形式学习人因工程学知识。学生自由组队，在章节学习中发掘案例，如表1所示，让学生自主完成资料收集、方案设计等，并让他们根据自己的内容进行课堂汇报。针对学生的汇报情况，先由学生进行提问和点评，最后由教师进行总结和补充。开展以教师为主导，学生为主体的翻转课堂教学，有效调动学生的学习积极性[7]，相较于自主学习，小组间的学习更加有利于学生的学习，可以帮助学生查漏补缺，增强学生的自主探索能力和团队协作能力，教与学的效果都有了一定程度的提高。

2.3.4优化考核方式

考核作为教学过程中的重要环节，是衡量学生学习效果的重要依据。目前人因工程学的课程考核仍依赖于期末考试，主要针对的是专业知识的考核，这种以考试成绩为主的终结性考核忽视了学生的学习过程，缺乏对学生日常学习情况和实践能力的考核[8]。因此，人因工程学期末考核应增加对过程、实践部分的测评。

过程性考核可以引导学生更加注重日常学习，结合课程性质和教学方式，以知识讲解和能力培养为基础，增加章节测试、随堂检验，同时将问题讨论、课堂展示作为平时成绩的一部分，对学生的阶段性学习成果做出测评，使得教学效果能够及时反馈。例如利用雨课堂、学习通等教学平台发布随堂检验和章节测试；教师在网络教学平台论坛发布思考题，学生进行回复讨论。这样不仅可以帮助教师及时了解学生的实际学习情况，对学习中的疑难点进行讲解，还可以帮助学生巩固其学习成果。

作为一门理论与实践联系密切的课程，实践考核也是衡量学生掌握课程情况的重要部分。实践考核包括实验考核及课程设计。实验考核成绩占总成绩25%，包括实验报告、实验操作、实验应用，比重分别为40%、30%、30%。实验操作在所有实验教学结束后，每位学生随机抽取一个已学实验，自行独立完成；实验应用即学生以小组为单位，根据提供的实验目的及实验条件，自行设计实验方案并加以实现。最后教师根据完成情况给予评分，利于培养学生的动手能力、创新能力和综合素质。人因工程学课程考核成绩构成如表2所示：

3教学改革的成效

从社会需求出发对课程目标和教学模式进行调整和优化，开展以学生为中心的教学，使得学生由被动地接受知识转变为主动探索学习，学生的实践能力、知识运用能力以及团队协作能力均得到了提升。通过对比工业工程专业2019级和2020级学生成绩，如图2所示，2020级学生高分人数占比明显提高，新工科背景下基于OBE―CDIO理念的人因工程学课程教学改革探索取得了良好的教学效果。

4结语

本文针对人因工程学课程教学过程中存在的问题，将 OBE―CDIO理念引入课程教学中。通过对社会需求的分析，对课程目标、教学模式进行了改进和优化，提高了学生的实践能力、问题分析能力和团队协作能力，使人才培养更加契合社会需求。对于人因工程学课程教学的探索是一项长期工作，为使人因工程学课程教育目标契合社会需求，不仅要对该课程的课程目标和教学方式做出改进，还要从培养方案和课后评价等方面进行探讨和改善，只有这样才能真正培养出符合社会要求的高质量人才。

基金项目：2022年石河子大学教育教学改革项目（JGY-2022-130）。

参考文献

[1]敖谦，刘华，贾善德.混合学习下“案例—任务”驱动教学模式研究[J].现代教育技术，2013，23（3）：122-126.

[2]魏莉莉，王立娟.基于OBE理念的智慧实验教学改革实践[J].创新教育研究，2021，9（6）：1831-1834.

[3]徐娟玲.基于CDIO的国内高职院校教学改革研究综述[J].高等财经教育研究，2019，22（3）：11-20.

[4]郭伏，金海哲，冯国奇.人因工程学实验教学课程改革研究与实践[J].创新创业理论研究与实践，2018，1（11）：32-33.

[5]兰爽，李丹婷，于贵文，等.CDIO驱动的人因工程实验设计[J].价值工程，2019，38（5）：164-166.

[6]满吉芳.基于CDIO工程教育理念的CAD课程考核改革研究[J].科技风，2019（11）：57.

[7]刘安中，张速.基于CDIO工程教育理念的材料力学课程教学实践[J].淮北师范大学学报（自然科学版），2016，37（4）：86-88.

[8]孙晓燕.信息化教学条件下信息检索与利用课程考核改革研究[J].大学，2021（47）：122-124.