人机工程学混合式一流课程教学改革探索与实践

张玲玉 罗怀林 胡光忠 许雯娜 王传龙 唐勇 何汀

摘  要：探索改革传统教学模式，提高人机工程学课程的教学质量的途经和方法。基于一流课程的建设要求，构建课程目标，提出课程与教学改革需解决的重点问题。课企融通，解决课程内容更新和人才培养对接社会需求的问题。通过线上线下混合、课堂内外互动的教学方式，解决教学有效性的问题。完善实践教学体系，以设计成果为导向，解决学生工程实践能力培养不足问题。组织实施建设和完善课程线下、线上教学内容和资源，进行线上线下、课前、课中、课后多维交互的教學实践。通过近年的实践证明，改革和优化的课程教学模式，在培养学生“以人为本”的创新设计素养和能力方面可取得更好的成效。

关键词：人机工程学;一流课程;混合式教学;产教融合;教学模式

中图分类号：G642        文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2024）01-0022-05

Abstract： To explore the ways and means to reform the traditional teaching mode and improve the teaching quality of Ergonomics course. Based on the construction requirements of first-class courses， the course objectives are constructed， and the key issues are solved by the curriculum and teaching reform are proposed. The course is integrated with enterprises to solve the problem of updating the course content and training talents to meet the needs of society. The study solves the problem of teaching effectiveness through online and offline mixed， interactive teaching methods inside and outside the classroom， improves the practical teaching system and solve the problem of insufficient cultivation of students' engineering practice ability by taking design results as the guide. We organize and implement the construction and improvement of offline and online teaching contents and resources of the course， and carry out the teaching practice of multi-dimensional interaction between online and offline， before， during and after class. Through the practice in recent years， it proves that the reformed and optimized teaching mode of the course can achieve better results in cultivating students' "human-centered" innovative design literacy and ability.

Keywords： Ergonomics; first-class curriculum; blended teaching; teaching-industry integration; teaching mode

2018年教育部发布了《教育部关于加快建设高水平本科教育 全面提高人才培养能力的意见》，为实现本科教育的“四个回归”提出了全方位的指导性意见;2019年4月，启动一流本科专业建设“双万计划”，10月教育部发布《关于一流本科课程建设的实施意见》，11月开始实施一流本科课程“双万计划”，计划从2019—2021年认定万门左右国家级一流本科课程和万门左右省级一流本科课程。一流本科课程是建设一流专业、培养一流人才的基石。混合式教学模式是“互联网 +”和后疫情时代的现代教学模式。线上线下混合式一流课程是一流课程建设的重要组成部分。不同的课程具有自己独特的性质和特点，如何对课程核心要素与混合式教学要素进行有效融合，建设一流本科课程，适应新时代对本科教育教学改革的新要求，已成为高校本科教育工作的重点。

人机工程学是研究人与系统中其他因素之间的相互作用，以及应用相关理论、原理、数据和方法来设计以达到优化人类和系统效能的学科。人机工程学研究的对象是产品设计中与人有关的问题，将人的需求和能力置于设计技术体系的核心位置。目的为产品、系统和环境的设计提供与人相关的科学数据。追求实现人类和技术完美和谐融合的目标。通过本课程培养学生“以人为本”的思想意识和创新设计实操能力。本课程是人体科学、工程技术、环境科学、美学及社会学等多学科交叉形成的综合学科，理论和实际应用并重，广泛应用于各个设计领域。在工业设计专业人才培养方面具有举足轻重的作用，是高校工业设计专业的专业基础和专业核心课程之一。由于课程内容涉及面广泛，存在理论知识内容量大、课时有限、实践不足等问题。根据国家一流课程建设要求，树立课程建设新理念，采用混合式教学模式将理论教学和实践教学有效融合，扩展教学的深度和广度，推进课程改革创新，进一步提高人才培养质量。

一  基于一流课程建设的人机工程学教学改革策略

（一）  构建合理有效的课程教学目标

根据四川轻化工大学（以下简称“我校”）“建设特色鲜明、优势突出的高水平综合性大学”的办学定位，结合“高素质应用型人才”培养目标和我校学生情况，注重提升课程的高阶性、突出创新性、增加挑战度，契合学生解决复杂问题等综合能力养成要求。确定人机工程学的课程目标如下。

知识目标：了解人机工程學学科的发展历程及未来趋势，深入理解人体特性包括人体测量数据及人体数据应用原则、人体感知与运动特性、人的心理与行为特征等基础理论知识。

素质目标：培养“创新设计、人机协调、可持续发展”发展理念 ，结合“五大发展”时代主题，立德树人，课程思政，培养学生“以人为本”的思想观和设计观。

能力目标：能够应用人的感知响应系统的特性及人体测量数据，对产品的人机信息交流方式和界面进行创新设计;能够利用人体测量数据、生物力学、人体解剖结构等生理和心理需求对工作环境、工作台椅、家居产品、工具、包装及智能装备等产品进行创新设计。理解人性化设计和人机工程学设计的关系，掌握人机系统设计方法;理解可持续设计、共用性设计等理念和方法。并能遵循人性化、包容性、可持续原则进行人机环境复杂系统的优化和创新设计。

（二）  课程与教学改革需要解决的重点问题

1  课企融通，解决课程内容更新和人才培养对接社会需求的问题

坚持“研学结合、产教融合”的发展战略，与地方企业共建校企一流课程教学团队、工业设计中心和创新设计工作室等。如通过与四川省宜宾五粮液集团有限公司、四川省宜宾普拉斯包装材料有限公司、四川省宜宾普什集团3D有限公司、自贡彩灯文化传播运营有限公司和成都浪尖工业设计有限公司等地方企业建立长期的校企合作平台和基地，进行有限课程共建，推进课程内容融合企业最新需求，适度提升课程的难度，结合企业的需求真题训练学生的创新设计能力，让学生了解市场和生产方向的需求，解决人才培养和社会需求脱节的问题。

2  线上线下结合、课堂内外互动，解决教学有效性问题

面向新经济、新工科发展需求，坚持OBE人才培养理念，通过线上教学激发学生课外学习动力，培养学生自学能力;通过探究式、讨论式、报告答辩式等多元互动方式开展线下课堂教学，采用案例教学，评析讨论成功的人机设计案例、师生原创案例。对于学生参与设计的企业真题项目作品，教师课后持续跟进指导，针对设计过程存在的问题提出改进意见，调动学生学习内在动力和增负，培养学生创新设计和解决实际问题的能力。

3  完善实践教学体系，解决学生工程实践能力培养不足问题

在实验教学方面，建设和不断完善人机工程学基础实验，人机基础实验主要是测试和采集人体基础生理能力和心理参数，加深学生对理论知识的理解和体验;建立用户体验实验室，如建立ErgoLAB人机交互实验室，达到能够实现基于虚拟现实和仿真环境、基于实验室环境和基于真实世界现场环境的人机环境交互多因数据的同步采集、分析和研究，通过深入研究人机交互过程中人的行为特征和生理心理变化规律，提升人机工程学理论教学的深度，增加课程教学的难度和挑战度。

在设计实践方面，建立人机案例库，通过校企合作真题、学科竞赛项目训练学生的设计实战能力。

二  课程教学内容及组织执行方法

（一）  科学构建系统完整的课程教学内容

针对工业设计专业的需求和特色组织课程内容，同时兼顾其他设计类专业。教学内容安排上突出融知识学习、能力培养、素质教育于一体，同时体现人机工程学科、工业设计学科发展的最新的研究、应用情况。课程基础理论部分包括人的生理和心理特征和数据，应用部分主要对人机的信息交流界面、工作环境、工作台椅、家居产品、工具、包装及智能装备等产品的人机要素进行系统设计，提升部分内容是与时俱进的学科前沿性理论与方法。实践教学内容包括人机基础实验、人机案例、真题项目和学科竞赛项目实训。并保持持续优化完善和更新理论与实践教学内容。

1  理论课主要内容

理论课主要内容包括人机工程学的发展历史、重要性及与工业设计的关系，人体测量数据及其应用，人体感知响应特性，人的心理与行为特征，人机的信息界面、工作台椅、手握工具、作业岗位和作业空间等典型人机系统的设计;产品的人性化、包容性、可持续设计理念和方法。课程的难点是人体测量数据、人的生理和心理特性在产品设计中的具体应用。

2  实验课教学内容

通过人机工程教学实验，弥补课堂理论教学中的不足，增加学生的感性认知和体验;掌握一些常用的测量方法;深化理论知识，使理论与实际结合起来;培养学生具有一定的实验方案的设计能力、对实验的原始数据分析处理以获得实验结果的能力、运用文字表达技术报告的能力等。人机工程学基础实验教学内容包括人体动作技能类、知觉类、感觉类、反应类、注意类和学习记忆类实验。研究类实验包括眼动、脑电、表情、行为及肌电等用户人体生理参数的联合采集、分析和处理等，开放实验。另外还包括设计作品人机要素测试、验证，通过3D打印模型制作等方式进行，开放实验。

3  设计实践教学内容

企业真题和学科竞赛项目驱动的设计实践教学。结合校企共建课程的企业真题设计是实践设计的真实案例，企业希望在真题真做设计实践中获得理想的设计，有更多更好的合作伙伴及优秀设计人才加入企业的合作。真题真做不仅是企业社会责任的体现，同时也是给予学生在读期间接触真实设计案例锻炼的实践机会。另外就是结合国内外设计竞赛选题进行实践教学。

建立人机案例库。建立人机案例库应遵循案例建设的综合完整性、真实原创性、典型性、时代性的原则和标准，进行案例的收集、筛选整理和创作，建成包含师生原创及其他典型人机产品的丰富的案例库，供案例教学使用。

（二）  课程教学内容组织实施方法

1  自建线上教学平台，完善和丰富线上线下教学资源

我校人机工程学课程经历了校级精品课程、省级精品课程、省级精品共享课程和省级精品在线课程的建设历程。目前本课程的理论教学内容全部已上线学习通和中国MOOC（SPOC）两个在线课程平台。

1）线上资源包括课程介绍、师资队伍、教学微课视频、课件、随堂测验、课堂讨论、单元测验、单元作业和考试等。理论课内容全部录制成80多个微课视频，每个视频内容配有相应PPT课件，题库题目数量达650余题，授课教师可根据需要建立和发布教学内容，建立作业库和试题库。线上教学资源的特征是丰富、完整、系统性好，内容适合不同方向的设计类专业选择性学习。除了满足本校学生学习，新冠感染疫情期间面向全网开放，目前有几十所高校四千多人选课学习。

2）线下资源是针对本校工业设计学生，小班教学，建设和完善专业智慧教室、学生创新设计工作室，人机工程学基础实验室、用户体验实验室、3D打印设备和模型制作实验室等硬件教学资源，更好地服务于线下课程教学。

2  课程教学内容组织实施方法

在混合式教学实践中，教师应充分利用线上教学时间自由分配、进度自我调节的特点，在线上教学过程中创设拟真情境、拟真问题，在其中注入学科核心概念和学科间融合性知识，给予学生充足的时间通过多种途径去探寻答案。需把握线上和线下教学，课前、课中和课后教学两个维度。在教学设计时，持续不断地推进线上线下教学的有机融合，课前、课中和课后教学的有机融合。

人机工程学理论课授课学时为48学时，线上线下混合学时分配为线上24学时（占50%），线下24学时（占50%），实验课16学时，线下16学时（100%），线下小班制，学生人数控制在25人左右。

1）线上教学。针对工业设计专业学生选课情况，单独建立线上SPOC班级。课前，按时间节点发布相应的视频、课件、人机案例、随堂测试题目、讨论话题、单元测试题和单元作业题等教学内容，组织学生线上完成理论知识点的学习，线下课堂不重复讲授理论知识。学生需完成线上各任务点，包括观看相应章节微课教学视频、完成章节测试题和每章的作业，进行两次阶段性的考试，参与教师和学生发布的主题讨论，学习过程中的问题可以发布在教师答疑区、测试作业讨论区、综合讨论区，在平台进行作业互评和作品展示。教师充分利用上线平台提供的多种功能，对学生的学习进度及动态及时关注，对于学生的问题和讨论意见及时回复，对于作业和章节测试错误率高地打回重做，对学习异常的情况、综合成绩较低的学生及时督促提醒。线上教学不单纯是学习任务的发布，需要教师付出更多课外时间在线上和学生形成良好的互动学习氛围，才能达到预期的效果。

2）线下教学。线下课堂教学在专业智慧教室进行，教师需要在课前设计好线下课堂教学内容。在课中，第一是需用一部分时间解答学生线上学习的共性问题，对学生已学的关键知识点做深入解析。第二是采用案例教学法，教师引入典型的人机案例，讲解案例及与案例相关的理论，鼓励学生积极参与案例讨论，促使学生思考运用相关知识解决具体问题，通过讨论总结案例中理论与实践结合的地方。第三是结合产学研合作共建课程的企业的需求，安排真题真做的设计训练项目，设计课题课前布置给学生并规划好设计进度，学生利用课余时间进行设计，教师跟进设计进度和效果，有计划地安排学生在线下课堂汇报和展示自己的设计进度和成果，教师进行有针对评析，设计产品经过不断优化完善，最终提交完整的设计方案，择优交付合作企业，好的设计创意和方案合作方会转化为生产落地的产品并销售。

在线下教学过程中，企业设计师在适当时候参与课堂教学，比如定期开展专题及企业真实案例的讲座，参与真题项目阶段性评审和答辩等。如基于和五粮液集团及旗下的宜宾普拉斯包装材料有限公司的合作，按对方需求设计完整的五粮液白酒包装创意方案、酒盒、酒瓶盖的结构设计方案，设计方案重点关注人机要素和用户体验;和自贡彩灯企业合作的“彩灯+和加彩灯新产品开发”等项目，需要持续根据市场需求提供基于彩灯文化的各类灯具产品和文创产品设计方案。校内教师和企业设计师组成的课程教学团队需要在课中和课后持续指导学生完成设计，提升学生学习难度和增负。优秀学生可获得企业实习的机会，优秀的作品可以参加学科竞赛。这种“研学结合-产教融合”的项目实训，提高了线下课堂的难度与创新性，可以培养学生和市场需求对接的设计思维和能力，达到综合训练的目的。

对于实验课程，线下在人机工程学实验进行，具体的实验项目安排在相应理论教学之后进行，由实验教师负责实验的讲解和指导。学生自己设计适当的实验流程和方法完成相关生理和心理能力参数的测试和测量，并对实验采集的数据进行分析处理，形成实验报告，部分课内完成不了的实验，利用开放实验时间完成。

用户体验、模型制作等实验室和创新工作室长期对学生开放，学生课余时间可自由选择进行相关实验和设计实践，形成课后教师和学生线下交流的顺畅通道和氛围。

（三）  课程成绩评定方式

工业设计学生学习人机工程学的最终目标是应用，学习效果更多通过创新设计成果体现。成绩考核方式减少期末考试成绩占比，考核方式多元，体现过程评价，注重学习效果评价。结合学生线上自主学习、作业和测试等评价与参加线下教学活动的评价进行综合性考核。

理论课和实验课程分开独立进行成绩评定。

理论课成绩评定：课程考核成绩=线上综合成绩（50%）+線下综合成绩（50%）。

线上综合成绩=课程视频（40%）+章节测验（20%）+访问次数（5%）+互动讨论（10%）+作业（10%）+阶段性考试（15%），该成绩由在线学习平台自动计算统计。

线下综合成绩=考勤及态度（20%）+课题设计过程评价（40%）+课题设计最终效果（20%）+线下期末考试（20%），该成绩由任课教师按实际考核情况给出。

实验课成绩评定：课程考核成绩=考勤和态度（20%）+理论和操作技能（30%）+实验报告（50%）。

三  课程建设特色和改革成效

（一）  课程建设特色

我校人机工程学秉承“人-机-环境”系统交叉的学科属性，聚合“人文-机械-艺术-环境”等学院的教学资源，融通线上线下、课内课外教学，坚持理实一体、课企互融，逐步形成了德智体美劳同步、理实赛创一体、校企共育共建的课程特色。

（二）  教学改革创新点

1  课企融通

坚持“研学结合、产教融合”发展战略，构建“工作室-设计团队-企业联盟”立体发展平台。本课程与五粮液集团等企业组建了深度合作关系，形成了“产学研”深度融合的教学模式。

2  课程育人

坚持“五大发展理念”课程思政，培养学生“以人为本”的设计素养和人文情怀。“创新、协调、绿色、开放、共享”是当今发展的时代主题，该课程“以人为本”的核心思想为“创新设计、人机协调、可持续发展”，在课程中贯穿时代主题思想，立德树人，培养学生正确思想观和设计观。

3  理实赛创一体

坚持OBE理念，以真实项目、学科竞赛为抓手，全面提升学生创新设计能力。线下课程，教师精心设计综合性人机训练课题、引导学生积极参与设计实践，把企业需求项目和竞赛融入日常实践教学活动中，对学生进行持续跟进指导，形成“以赛代练”的实践教学模式，全面提升学生的创新设计能力。

（三）  改革成效

1  课程内容、教学方法、课程资源等方面的建设与改革成效

课企融通，通过完成企业需求的設计任务，更新了课程内容和体系，丰富了课程资源，线上线下混合式教学，提高了教学效率，改变了以前枯燥理论知识灌输的传统教学方式，提升学生对课程的参与度和学习获得感。

2  学生发展成效

通过近几年的改革，学生的创新设计能力不断提升，课程团队老师指导的学生设计作品的数量增加、质量提高，学科竞赛获奖数量和级别逐年提升。近年来取得了国家级奖项200余项，省部级奖项500余项的优异成绩。被企业采用转化生产的设计方案逐年增加，学生的获得感和成就感明显提升，学习的主动性和积极性明显提升。

3  教师发展成效

教师通过积极参与课程建设与教学改革，参与企业合作项目，提升了自己的理论水平和实战能力，教学获奖成果也逐年增加。

4  教学效果评价

学生评教。本校工业设计专业学生对该课程各项评价指标的平均满意度在93%以上。学生总体评价本课程采用的混合式教学方法能调动学生积极性，学生能学到很多新知识，设计和创新能力得到较好提升，满足了学生对设计课程学习的期望。

同行评价。人机工程学课程在线资源面向全网开放后，访问人数众多，评价良好，尤其是疫情期间，已免费为几十所高校的4 300余名设计专业师生提供了在线教学和学习平台与资源。

四  结束语

人机工程学能够为工业设计专业学生后期专业课程学习和设计实践打下坚实理论基础和方法支撑。结合我校实际情况，通过开展线上与线下密切衔接的全过程教学活动，实施打破传统课堂“满堂灌”和沉默状态的教学方式，在提升学生学习主动性、理论知识在设计实践中的综合运用能力方面取得了较好的成果。未来将基于OBE理念，结合新工科和产业发展，进一步探索改革教学的内容和方法;加大师资建设力度，建设一支职称结构、学历结构、年龄结构更加合理、校企兼容的高水平师资队伍，更好地推进一流课程改革的进一步创新与发展。

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基金项目：四川省高等教育人才培养质量和教学改革项目“面向区域产业发展需求的工业设计人才培养模式优化及实践”（G2021-329）;四川省混合式一流课程建设项目“《人机工程学》”（216）;四川省一流专业建设项目“工业设计”（教高厅函〔2022〕14号）;校级教改项目“基于OBE理念的工业设计专业‘四维融合’实践教学创新模式研究”（JG-2227）

第一作者简介：张玲玉（1971-），女，汉族，四川南部人，硕士，教授。研究方向为人机工程学、工业设计。

*通信作者：罗怀林（1971-），男，汉族，四川屏山人，硕士，副教授。研究方向为机械设计及理论、产品创新设计。