| 标题 | 农业院校机械专业的《人机工程学》课程的教学改革 |
| 范文 | 曾荣 徐红梅 王洪昌 涂鸣 【摘 要】人机工程学课程在农林院校机械专业的开展日益广泛，但由于缺少合适的教学资源且不具备实验条件，目前该课程开展的教学效果并不理想。本文针对上述问题，结合农业院校机械专业的建设目标，培养实践应用型人才，对人机工程学课程的教学提出了改进与优化方法，优化整合了理论与实际相结合的教学内容，并提出了“理论+仿真+案例”的教学模式，以及合理运用现代信息技术和启发与互动式教学的教学方法。 【关键词】农业院校；人机工程学；教学内容；教学模式；教学方法 【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2018）15-0009-02 人机工程学是20世纪50年代初发展起来的一门涉及多学科知识领域的边缘学科[1]。人机工程学是以人为主体，研究如何使人-机-环境系统的设计符合人的生理结构和心理特点，以实现人、机、环境之间的最佳匹配，使处在不同条件下的人能安全、高效和舒适地进行工作和生活[2]。该课程是机械设计与工业设计类专业的专业核心课程，旨在培养学生发现产品设计中的人机工程问题的能力，并学会运用人机工程理论解决机械产品设计过程中的人机工程问题。 一、教学现状 近年来我国农业装备高速发展，农业装配产品质量不断提高，性能不断完善，新产品不断涌现，市场竞争也日趋激烈。随着农业装备技术水平的提升，其舒适性与人性化设计问题也越来越受到制造商及用户的重视。解决农业装备舒适性及人性化问题，需要运用人机工程学理论将操作者—装备—操作环境三者作为系统设计出人机系统的最优组合方案。目前国内已有多位研究者应用人机工程学理论对农业装备的舒适性问题进行了研究，多集中在对拖拉机和联合收获机械的驾驶室座椅的优化设计、减振降噪优化设计等。我国《十二五农机工业发展规划》也将农机装备的舒适性问题列入重点建设计划。因此，在农业院校机械专业开设人机工程学课程有其必要性。 我校于2016年开始开设《人机工程学》课程，旨在通过人机工程学理论的讲授使得学生理解农业装备设计过程中的人机工程学问题，并能运用人机工程学相关理论设计相关的农业机械与装备。然而，纵观现有的理论教材以及网络课程资源，多针对的是工业设计、汽车工程等专业，尽管可以作为农业院校机械专业该课程的教材和参考资料，但其中涉及的案例、数据也多以工业设计和汽车工程专业为主，使得教学中出现专业针对性不强、无法引起学生的兴趣的情况，教学效果不理想。其次，本课程尚未开展实验教学，以课堂讲授为主，使得理论与实际结合不紧密，难以培养学生分析问题和解决问题的能力，无法实现教学目标。 在尚未有合适的农业院校机械专业人机工程学课程的教材与课程资源、且不具备开展实验课程的背景下，如何通过教学内容、教学方法的改进来提高教学效果，是目前值得探讨的话题。因此，本文从农业院校机械专业的培养目标出发，结合农业装备发展趋势与需求，对人机工程学课程的教学内容进行整合与改进，将农业装备的人机工程学问题的理论与实践相结合，以此为基础，探讨人机工程学课程的改革，以有效地促成教学目标的实现。 二、课程教学内容的整合与创新 本课程目前使用的教材为电子工业出版社出版、李达主编的《人机工程学》，该教材为高等院校工业设计规划教材。授课内容主要依托该教材的内容，包括人机工程学概述、人机系统中人的因素、不同装置的设计要点以及人机系统的设计，系统全面地讲解了人机工程学理论。然而，教材内容过于偏重理论，与机械专业实践结合较少；此外理论讲解中的举例多针对工业产品设计，对于农业院校机械专业而言，专业针对性不强，难以激发学生学习的热情。因此，需针对机械专业特点及培养目标，对内容进行重新整合与改进。 首先，对教学内容进行重新组织。适当删减人机工程学中偏重理论的知识点，如系统中人的因素（第二章）过大篇幅讲解人的感知觉特性、人的感知觉的形成原理，知识点偏重生理学和心理学，对该部分内容应作适当的删减，关注人的感知觉与各类装置的人机工程学因素的内在联系。此外，课程总学时为24理论学时，为凸显教学目标，应重在理论的实践应用。因此，在对理论内容进行删减的基础上，适当增加与实际联系紧密的教学内容。在讲解各类装置的设计要点时，有针对性地融入与农业装备相关的实例，例如讲解显示装置的设计时，可以农业装备中的各项显示装置作为实例讲解设计理论，在讲解操纵装置的设计时，可以拖拉机、联合收割机的驾驶室内的操纵装置作为实例讲解设计要点。有专业针对性地融入的教学实例，做到理论与实践相结合，将能有效地调动学生的学习积极性，提高教学质量。 三、课程教学模式的探索 为满足机械专业对本课程教学的实际需要，本课程教学应重视加强与实践相结合，做到理论与实践并重，在课程教学中始终贯穿与突出农机装备设计主线。由于课程学时数少，且不具备进行实践教学的条件，因此，本文提出了在理论教学过程中结合虚拟仿真以及案例教学的新的教学模式。 1.虚拟仿真应用于理论教学。 人机工程学课程的建设目标是使学生能够掌握各类机械设备设计中的人机工程学要点，能运用人机工程学理论进行机械装置的设计，最终能够进行人-机-环境系统的分析与设计。人机工程学设计是一个系统工程，需结合机械设备的使用需求、使用者的生理和心理因素以及设备与使用者所处的环境特征进行综合地设计。理论教学难以系统、全方位地讲解人机系统的设计，此外，对人机系统中人的各项因素很难做到直观地让学生们去理解。因此，本文提出在理论教学的基础上结合虚拟仿真的教学模式。 在教学过程中，教师可借助虚拟仿真软件，如Jack软件构建各类虚拟工作空间，并添加人体模型，创建虚拟的人机系统。以虚拟的人机系统为例，为学生演示人在系统中与机器设备之间的交互、与工作桌椅之间的交互，并模拟人在不同工作姿态下的活动空间、视角、视野、肢体受力等各类生理学参数。运用虚拟的人机系统，能够从三维立体的角度演示人体的各项生理参数，更加直观易懂。另外，虚拟的人机系统中人可以实现各类工作过程，如抓取物体、行走、坐下等，不同的工作过程可以展示各自的人体活动空间、工作姿态，并能模拟不同位置姿态下的人的生理参数，从而检验工作空间设计的合理性。由于可将设计的机械设备的结构导入软件中，运用软件構建使用机械的人体模型，因而能够检验机械设备设计的人体功效。通过虚拟仿真模拟，学生能够直观地、全方位地理解人机系统的设计过程，在教师的引导下能够更加深刻地理解人机工程学理论知识，并能做到理论与实际相结合。 2.案例教学与理论教学相结合的教学模式。 由于现有的理论教材以及网络课程资源，主要针对的是工业设计和汽车工程等专业，尚未形成适用于农业院校机械专业本课程的完整教学资料，因此，在此前的授课过程中，所使用的教材以及举例仍针对的是工业设计专业，使得学生在学习过程中产生了对课程开设的必要性的思索，缺乏学习的积极性，教学效果不理想。因此，本文提出在理论教学过程中融入实践案例，并更新现有的实践案例，以学生们所熟知的农业机械为例，有针对性地将人机工程学理论与农业机械的设计相结合，使学生更好地理解农业机械设计中的人机工程学问题。 例如，在讲解人体测量尺寸数据的使用时，以农业机械中的手扶式机械为例，要求学生设计满足我国99%的成年人可以使用的手扶高度。通过该案例的讲解，学生能够充分理解人体测量尺寸数据的平均性运用准则，以及如何确定产品功能尺寸，同时又能清楚在今后遇到类似的设计要求时该如何合适地选择人体尺寸数据。此外，为获取更多的教学案例，将科研服务于课堂教学具有其必要性。目前有较多的人机工程学理论应用的科研成果，如农机驾驶室人机工程学分析及仿真[3]，水田除草机人机工程学设计及试验[4]等。通过对这些科研成果进行提炼总结，转化成适用于课堂教学的实例，讲解如何运用人机工程学理论去分析、评价与设计农业机械装备，将能更好地使学习理论人机工程学理论与实践的相关性。 有针对性地选取与本专业密切相关的教学案例并讲解人机工程学理论如何指导其设计，学生既能理解课本中的理论知识，又能理解理论知识在本专业领域中如何使用，为学生在今后的工作与学习提供良好的理论基础。 四、课程教学方法的改进 课堂教学是目前本课程采用的最主要的教學方法。在对教学内容进行重新整合、对教学模式进行创新之后，为充分调动学生学习地主动性，并达到最佳的教学效果，对教学方法进行改进尤其必要性。 1.多媒体教学法。 充分现代信息技术，结合教学内容与教学模式，制作一套针对农业院校机械专业人机工程学课程的适用教学课件。综合运用多媒体技术与各类动画软件，集图、文、声、动画于一体，将课程中抽象的理论知识具体化、形象化，加深学生的理解，如人体测量数据章节，通过三维动画的形式展示人体模型及各类数据的测试方法；充分利用各项软件技术，将教学案例融入课件中，使授课变得更加生动形象；利用人机工程学理论中的视觉感知理论等知识对教学课件进行美化，如课件背景与字体颜色的选择应使目标更为突出，目标的出现可以动画的形式，增添教学课件的可观性。完善的教学课件，能激发学生对课程学习的兴趣和热情，增添教师与学生之间的交互，充分发挥学生的主体意识，提高教学质量。 2.启发与互动式教学法。 在教学过程中需注重学生主动与教师引导相结合，即采用启发式与互动式教学方法。由于课堂讲授型授课方式的限制，学生的主动性被忽略，重视“教”而忽视“学”。为引导学生积极主动地参与各项教学活动，提高学生发现问题、分析问题和解决问题的能力，激发学生的参与热情，在课程改革的实践中，启发式与互动式的教学方法的运用有其必要性。以提问的形式引入知识点，如课程开始以“为什么要学习人机工程学课程”设问，引导学生去思考，通过列举不符合人机工程学设计要求的例子来回答人机工程学课程开设的必要性，采用提出问题、分析问题、回答问题来组织教学。此外，为充分调动学生在教学过程中的主动性，在教学环节中设置各类与实践相关的问题，让学生进行分组讨论与分组设计，如以农业机械驾驶室座椅作为实践题目，结合课堂上讲解的座椅设计要点与要求，要求学生指出驾驶室座椅设计中的人机工程学问题，以小组为单位课后设计出符合人机工程要求的座椅，之后在课堂上进行展示，组长进行讲解，教师进行点评。通过互动式的课堂教学，以学生为主导，充分调动学生的积极性，培养其分析问题与解决问题的能力。 五、结束语 为适应农业机械发展的实际需求，人机工程学课程在农业院校机械专业的开设具有其必要性。要开展好农业院校机械专业“人机工程学”课程的教学工作，应在机械专业总的培养目标的指导下，明确该课程的教学目标。结合目前的课程建设背景，对教学内容进行重新组织与整合，注重与专业背景知识的融合，重视理论与实践的结合；对教学模式进行探索，提出虚拟仿真、案例与理论教学相结合的教学模式，并指出以“科研促教学”来提炼教学案例，培养学生人机工程学设计思想以及对课程理论知识与基本技能的掌握；进一步深化教学方法改革的力度，从课件的制作到授课方法上，各个击破，以达到最优的教学效果，提高教学质量。 参考文献 [1]丁玉兰.人机工程学[M].北京：北京理工大学出版社，2005. [2]李达，姜勇，徐淑芳.人机工程学[M].北京：电子工业出版社，2014. [3]王建伟，张建敏.基于Jack的农机驾驶室人机工程学分析及仿真[J].农机化研究，2018，06：246-251. [4]蒋郁，马旭，齐龙，鹿芳媛.基于Pro/E的水田除草机人机工程学设计及试验[J].农机化研究，2017，03：93-97. 作者简介：曾荣，1988年02月生，讲师，从事人机工程学教学与科研工作； 通讯作者：涂鸣，1985年07月生，讲师。 基金项目：华中农业大学教学研究与改革项目（P2017018） |
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