以能力提升为向导的人因工程课程改革与实践

范劲松，袁嘉豪

（佛山科学技术学院工业设计与陶瓷艺术学院，广东佛山 528000）

人因工程（也称人机工程学、工效学）一直都是工业设计学科重要的专业基础课，课程的目标是让学生能够了解人体结构、功能和行为特征对工作环境和产品设计的影响，掌握人机交互界面设计原则和优化方法，学习如何进行人体测量和评估，了解工作环境对人的影响，探讨人因工程在产品设计中的应用，并掌握人因工程领域的研究方法和工具［1］。该课程与工业设计强调“以人为中心”的设计思想紧密相连，为学生今后设计出满足用户需求的创新型产品打下坚实的理论基础。同时，它也是工业设计其它专业课程的前序课程，因此，人因工程课程在工业设计的课程体系里面占据了非常重要的位置。

人因工程也是一门横跨多个学科发展起来的独立学科，它结合了心理学、工程学、人体生理学、人体运动学、认知科学等多个领域的知识和方法，并形成了自己独特的理论体系和知识框架。在国际上有专门的人因工程国际组织，如国际人机工程学学会、国际人机工程学标准化技术委员会等。我国的人因工程研究虽然起步比较晚但发展很快，上世纪80 年代末，国内成立了中国人类工效学学会、中国人类工效学标准化技术委员会等［2］。近年来，由于工业设计与人因工程的关系日益密切，中国工业设计协会于1985 年成立了下属的人机工程学专业委员会。2020 年7 月，中国人类工效学学会成立了设计工效学分会，有大量的从事设计教育和设计实践的人士参加。

虽然人因工程课程早已经成为工业设计学科必修的专业课程，但由于人因工程本身就具有一个完整和庞大的知识体系，在工业设计中如何结合专业的特点来进行课程知识的重组和创新，一直是摆在工业设计专业教师面前的一个重要课题，特别是在当前工业设计专业开展新工科改革和建设的前提下，这个课题需要广大的设计教育者进行深入探讨和研究。

1 工业设计中人因工程课程的现状分析

目前国内的人因工程学教学中，仍然比较明显地使用人因工程学学科传统的教学方法，重点介绍解剖学、实验心理学和工效学的基础理论知识，在相关的实验教学中也是以实验心理学中一些基础数据的测量为主，比如测量人体尺寸、反应时、知觉等，课程考核以写调研报告为主。这些课程内容与工业设计的关联性没有很好的体现，因此造成学生的学习兴趣普遍不高，且存在学生对人因工程学与工业设计内在联系的理解和认识不足的现象［3］。通常的情况是学生完成的课程作业常常只注重人因工程的要求，而忽略了工业设计对产品设计的整体要求，缺乏对造型的美学要求、用户实际需求和材料结构的深入思考。在完成其它设计课程的作业时又把人因工程的基本要求和理论知识抛到一边，造成了人因工程知识与设计创新在实际工作中的脱节和融合程度不高的现象［4-5］。主要问题表现在以下几个方面：

1.1 教学内容不够全面和深入

人因工程是一个广泛而复杂的领域，涉及到人的生理、心理和社会关系等方面的因素。但由于课程学时限制或教学资源的不足等原因，可能无法涵盖所有的内容，或者只能进行表面的介绍，因此如何选择合适的教学内容是一个关键问题。

1.2 缺乏实践和案例分析

人因工程是一个实践性很强的学科，需要通过实际案例和实践活动来加深理解和应用。特别是工业设计专业的人因工程课程更应该用合适的设计案例来介绍人因工程理论的实践应用，然而在目前国内的人因工程教材中非常缺乏相关的案例介绍。

1.3 实验内容与工业设计专业脱节

目前人因工程课程的实验还是沿用实验心理学的实验，过于强调人的基础数据的测量（如认知实验中的感知、注意、记忆、决策等认知过程实验，物理测量中的人的基础数据测量等）。这些实验与工业设计专业的结合度不强，造成学生的学习兴趣不高。

1.4 缺乏行业合作和实际应用的机会

工业设计中的人因工程就是要解决实际设计中的人因工程问题，而不仅仅是知识的学习。因此，在课程教学中需要结合行业需求和实际的设计问题开展研究，才能够锻炼学生在设计活动中应用所学知识的能力。

2 工业设计中人因工程课程改革的理论依据

工业设计的教育强调学生创新能力的培养，在理论知识的学习过程中需要与设计创新的方法相结合，同时还要在教学过程中培养学生解决实际设计问题的动手能力。因此，作为工业设计的重要课程，在人因工程的教学过程中也应该注重学生创新能力的培养和训练。

2.1 以学生为中心的教学理念

以学生为中心的教学理念强调学生的主体地位和积极参与，注重培养学生的创新能力和实践能力。在人因工程课程改革中，要重视学生的主动学习和实践体验，结合专业设计问题开发相关的实验，培养学生解决问题和团队合作的能力。

2.2 强调知行合一的能力培养

课程实验是学生将理论知识与实际动手能力培养相结合的重要环节，也是锻炼学生将设计问题用人因工程的方法来解决的重要环节。人因工程课程的实验改革应该把实验内容与设计问题相联系，学生可以在完成实验环节的同时学到解决设计问题的方法和手段。

2.3 突出实践教学在课程中的应用

人因工程在工业设计实践中的应用具有重要意义，因此课程应该把设计中的实际问题带入到课程之中。通过将人因工程的理论和方法应用于实际项目中，可以提高学生开展产品设计的质量水平和用户体验，为他们今后从事工业设计行业的研发工作打下坚实的基础。

3 工业设计中人因工程课程改革的实践

从人因工程学课程教学的情况来看，主要的教学内容分为三大模块，分别是基础模块、应用模块和扩展模块。基础模块一般包含：人因工程学的概念、起源及发展、现状、人体测量和人的基本尺度、人的感知系统和认知能力等内容；应用模块一般包含：显示装置和操纵装置的设计、作业空间与工作岗位设计、图形符号设计、声光环境设计等内容；扩展模块一般包含：可用性设计、感性工学及计算机辅助人因工程等［6］。

目前国内高校设计专业在讲授上述内容的时候，一般都是采用理论讲授与人因工程学实验相结合的形式。由于本文前面提到的问题，导致学生对书本知识在具体的创新设计项目里面如何运用方面的理解不深、学生学习兴趣不高，以及利用人因工程知识与工业设计创新环节严重脱节［7］。

针对上述问题，我们在教学内容、实验环节和设计实践三方面开展了改革与实践，具体内容如下：

3.1 在教学内容中增加了应用人因工程原理的经典工业设计案例的介绍

在现有的教学过程中，虽然讲解了大量的人因工程的基本原理和知识，但对在实际设计案例中怎么应用相关原理和知识缺少深入的介绍。为此，我们专门针对相关内容收集了一些在工业设计发展历史上非常经典，同时对人因工程基本原理应用得非常合理的优秀案例，将这些案例进行深入剖析和讲解，使学生深刻了解人因工程在设计创新中的意义和价值。

例如，在课程讲授了人的感知系统相关内容后，我们选取了澳大利亚著名的“音频触觉行人按钮”作为案例来介绍（图1a）。该产品设计将音频-触觉信号功能与独特而坚固的形式统一起来，使用铸铝外壳和抛光不锈钢按钮，再加上振动面板上的盲文提示，在造型设计、材料应用和结构处理上充分考虑工业设计的要求，综合体现了人因工程在工业设计的成功应用。该设计由澳大利亚Nielsen 设计公司的David Wood 设计，自上世纪80 年代年推出以来，已经在全世界的街道上得到普遍应用，获得澳大利亚设计奖，并被澳大利亚应用艺术与科学博物馆（MuseumofApplied Arts&Science，MAAS）永久收藏。

图1 整合人因工程原理的优秀工业设计案例

在其它课程环节我们还增加了OXOGoodGrips 系列产品（图1 b）、logitech 人机工程鼠标及键盘以及Apple 手机的UI 设计等案例，使学生深刻理解理论知识并进行实际应用起到了很好的启发性作用。

3.2 在实验教学中，利用现代教学仪器开设了与设计问题密切相关的实验

（1）在人因工程的基础模块，我们开发了人体三维扫描测量、压力分布测量等与设计问题紧密相关的实验。在人体测量实验中，我们采用“立体易”专用3D 扫描系统SCAN-1X 进行每一位学生的数据采集。图2 为三维人体扫描实验数据采集系统设备与学生获得的扫描数据及在此基础上提取的人体尺寸数据。

图2 三维人体扫描实验

在相关的人因工程学设备使用方面，采用Tekscan BPMS 人体压力分布测量系统等辅助学生了解坐姿下的压力分布、坐姿生理参数等信息，从而巩固学生课堂上学到的理论知识。

（2）在人因工程的应用模块，因近年来对于产品视觉方面的设计评价越来越受到重视，我们在眼动跟踪数据的采集与分析方面培养学生在产品设计、UI 设计方面的综合应用能力。具体的实验教学内容是让学生使用Tobii Pro X3-120 眼动追踪系统设备来评估产品形态和广告宣传的效果，让学生学会利用先进的仪器完成工业产品及其宣传推广效果的数据测量，并能够对测量数据进行定性分析。

图3 为学生使用眼动测量设备采集数据的分析结果（视觉热点图和轨迹图）。

图3 眼动仪实验及数据分析图

（3）在人因工程综合知识应用部分，我们利用Tmsi 生理多导仪、脑电肌电测试设备等可用性测试软件等软硬件设备来开展产品可用性方面的测试。图4 为学生利用脑电设备完成数据采集。

图4 脑电测试实验

同时，在教学实验室搭建了一个用户行为观察室，利用Interact14 动作行为观察和分析系统对产品的易用性进行分析和研究，使学生综合运用人因工程的知识进行产品评估的能力得到大大加强。

3.3 在课程的综合考核上，采取了在实际设计课题中考核学生应用理论知识解决问题的能力

传统的人因工程课程考核一般都采取试卷考试或者撰写调研报告的形式，这些方式很难考核学生对知识的应用和解决问题的综合能力，这和工业设计专业的培养目标是相违背的。同时，在本地区周边有大量的产品生产企业在新产品开发中缺乏对人因工程的应用，产品的易用性和宜人性方面存在很大的提升空间。因此，我们把学生的课程考核与解决企业实际产品的设计需求将结合，要求学生把学到的人因工程相关理论知识和产品创新设计结合起来，达到提高学生综合应用能力和实践运用能力的目的。例如，办公椅的设计是典型的工业设计课题，也是与人因工程学中人体尺度、人体基本结构以及人体肌肉和骨骼受力紧密关联的典型设计课题。因此，我们结合办公椅的创新设计来强化学生对人因工程相关知识的应用。通过引导学生结合企业的实际需求，在课程结束时设计符合人因工程学基本规律，同时满足工业设计在功能需求、美学标准和CMF 等方面因素的办公椅。针对这部分的教学内容，我们联合了本地区两家有多年合作关系的办公椅设计和制造企业来进行，它们分别是总部位于佛山市南海区西樵镇的佛山精一家具有限公司，和位于顺德北滘广东工业设计城的米朗工业设计有限公司。图5为学生完成的部分办公椅的创新设计。

图5 学生在课内完成的办公椅的创新设计

4 结语

本文从工业设计教学过程中学生能力培养的角度出发，在人因工程课程的教学改革上对教学内容、实验教学和设计实践方面进行了深入的改革和实践，对培养学生综合运用理论知识解决实际问题的能力起到了积极的作用。该课程改革获得了2022 年教育部产学合作协同育人项目的立项支持，同时也得到相关合作企业的积极协作，培养的学生在创新能力方面得到了较大提高，得到用人单位的好评。我们也充分认识到该课程改革仅仅是一个开始，还有更多的内容需要进一步地优化，特别是在与工业设计专业培养目标相结合方面还需要做更多深入细致的工作。另外，课程的改革成果还应该在网络课程、线上课程和教程编写方面下功夫，使这些改革内容能更好地参与交流与推广，共同促进相关课程和专业建设进一步走向深入。