CDIO模式下工业设计专业“人机工程学”课程思政的教学设计

姚 轩,王运恒，刘 莹，颜克春

(梧州学院 机械与资源工程学院，广西 梧州 543002)

“人机工程学”是研究系统中的人跟其他组成部分的交互关系的一门学科，旨在让人、机器、环境得到合理配合，使高效、安全、健康、舒适等参数达到最优化的结果[1]。我国正处于转型发展的关键时期，需要大批德才兼备的行业领军人才，所以CDIO模式下工业设计专业的“人机工程学”课程教学要求任课教师既要善于引入先进的教学理念和教学模式，又要不断加强自身修养，做好学生思想政治教育工作。

1 CDIO模式在“人机工程学”教学中的应用优势

1.1 CDIO模式介绍

CDIO(Conceiving-Designing-Implementing-Operation)是2000年起由麻省理工学院和瑞典皇家工学院等4所大学花费4年时间共同探索创立，它是一种新兴的工程教育模式，构思、设计、实现、运行是CDIO的4个组成部分，其理念核心要求教学实践必须以产品、过程或系统的生产周期作为工程教育的框架，强调基础理论与技术技能并重[2]。近年来，CDIO工程教育模式以其显著的改革创新成果备受世界关注，在迈向国际化的背景下我国教育部也在2016年成立了CDIO工程教育联盟，有利于提高人才教育质量。

1.2 “人机工程学”的课程特征

“人机工程学”是工业设计专业的基础课程之一，根据工业设计人才培养方案计划通常在大二下学期开设，方便为后续的各类设计课程做好人机工程学的学科知识储备。人机工程学研究的是系统中人、机、环境三者之间的关系，研究内容包括人的感知系统、人体尺寸测量及数据应用、人的心理与创造性行为、人体生物力学与施力特征、工作台椅与工具设计、作业岗位与空间设计、室内生活空间设计与家具设计、界面设计与视觉传达设计、人的可靠性与安全设计、人机系统与交互设计等。

人机工程学注重理论概念的通识性和严谨性，也注重设计实践环节的科学性和可行性，反对学生进行设计实践环节时天马行空般信手拈来、空泛而谈、“想当然”，如果没有把“人机工程学”的基本理论知识灵活有效地运用到产品设计活动中，就无法设计出合理的有参考价值的作品。比如在手握式工具设计中，如果不了解人手的解剖学机能，不分析人手的抓握动作，不考虑男女使用工具的能力差异，可能就会出现产品尺寸设定错误、产品结构不科学、产品表达不切实际等问题。

人机工程学在学科体系上与其他专业课程是互相交织融合的，比如，公共设施设计、室内空间设计、环境设计、广告设计、展示设计、家具设计等，统统需要人机工程学的理论依据作为设计辅助，要靠创新性教学模式把细密多样的知识点渗透到各类设计课程中去，真正做到学以致用、举一反三。

1.3 CDIO模式与“人机工程学”相互结合

引入CDIO 教育模式可以改善目前工业设计专业人才培养模式面临的理论普遍脱离实际的教学困境。CDIO是递进式的实践教学模式，为“人机工程学”课程教学的步骤和流程提供规范指导，为学生的设计过程提供标准参考，并让学生有机会在理论学习的基础上进行动手实践验证。在CDIO模式下，通过构思—设计—实施—运行4个教学环节来实现对学生不同方面能力的培养，方便教师检测学生掌握专业技能的程度，从而实现一个完整的理论联系实际的教学模式，提高课程教学的质量，发挥出人机工程学的价值。

首先，要想将 CDIO 理念灵活地运用于教学活动中，教师就要主动转变自己原有的授课习惯和思想观念，首先从课程教学大纲的课程目标出发研究教学内容，通过教材分析与学情分析，构思多条思路进行因材施教，比如通过发现生活中存在的人机学问题，引领学生学会分析问题的起因，探讨解决方案。

其次，由于在人机工程学的研究中人的因素是主旋律，在进行设计活动时要使其符合人体形态、生理以及心理特点，教学的内容包括人体尺寸测量与数据采集应用，人的感觉、知觉、视觉、听觉、嗅觉特点，人的认知心理与行为特征等内容。产品或设施或与人相关的各种装置设计要确保在实现使用功能的前提下追求造型的美感，达到形态美与技术美的统一。目的是让学生从解剖学、生理学和心理学的角度，考虑人体测量参数，充分分析并利用人的特性对产品或设施或与人相关的各种装置进行合理的设计，掌握“人机工程学”的理论知识和基本设计方法。众多的人体尺寸数据与使用条件很难识记，因此需要把人体尺寸测量数据中常用的部分内容同某个具体的产品设计结合起来，让学生根据实际情况去查表得出所需要的相关数据，让学生对数据形成理性的理解，提出合理的设计思路。这样的练习做多了以后学生会对经常用到的产品尺寸了然于心，并规范应用到产品设计中，提高了学生的学习能力和学习效率。

接下来，挑选与人机学因素紧密相关的专题设计来进行具体的产品设计活动，如手持工具设计、座椅设计、键盘鼠标设计、操纵装置设计、公共设施设计等，这一阶段的成果可以是针对现有产品的改良设计，也可以是自主创新设计，目的就是实施设计方案。通常是要求学生动手制作实物模型，制作模型的过程可以让学生更加直观地认识不同材料的特性并观察材质呈现效果，也能锻炼学生的动手操作能力，还可以用模型来检验设计方案的可行性。

最后，学生通过制作模型验证了设计方案可行后，利用二维平面软件和三维数字软件对设计方案进行优化和后期处理，将产品的尺寸图、装配图、效果图、展板图制作出来，教师和学生一起筛选出部分优秀的设计作品，借助工程实验设备或者校外生产资源制造出一个真正的产品，成品既可以用于作品展示，也可以拿去参加相关的设计比赛，也可以作为教学案例的一部分内容，关键是学生在“构思—设计—实施—运行”的整个过程中切身体验了理论是如何联系实际的，更加明白设计师学好“人机工程学”课程的重要性。

2 课程思政的科学内涵

课程思政的本质是“立德树人”，就是在课程中融入思想政治教育元素，潜移默化地影响学生的思想意识和行为举止，塑造正确的人生观、世界观和价值观。我国教育的优良传统一直强调“育人”先要“育德”，历年来国家也高度重视高等学校的德育工作和思想政治工作，推出了一系列的教育方针、政策，最终都是为了实现“立德树人”的目标[3]。“立德树人”蕴含着知识技能与理想信念双重内容，青少年正是价值观形成和塑造的关键时期，课程思政作为落实“立德树人”根本任务的重要途径，目前全国高校都在全力推进各个学科专业的课程思政力度，包括公共基础课、专业教育课、实验实践课等，广大教师群体共同展开思政教学有利于提高高校“立德树人”的教育成效，为国家培养德才兼备的社会主义建设者和接班人。

3 CDIO模式下“人机工程学”课程思政的教学设计

3.1 课程思政教学指导意义

每门课程都有自身的知识体系、学科属性和逻辑关联，每门课程所蕴含的德育元素也不尽相同，高校专业课程的思政教学要求专业课教师不断提升自己的理论素养和专业水平，在教学设计之前要认真梳理本课程与其他专业课程之间的联系，充分挖掘其中有特色的思想政治教育元素，将价值塑造、知识传授和能力培养有机统一起来，确保在课程思政的教学过程中实现教学目标。

人机工程学与人体解剖学、人体测量学、生物力学、劳动心理学、劳动生理学、环境卫生学、工业与工程设计、工作研究、基础建筑与照明工程、安全工程等学科均有交叉融合的地方，课程思政元素的来源非常丰富[4]。在工业设计专业“人机工程学”课程教学过程中为了能够更好地锻炼学生的实践能力与创新能力，提出在CDIO理念下把课程思政教育与课程知识教学进行有效的结合，培养学生在进行设计活动时能够以人文本，先合理分析人的生理心理行为和环境因素再进行具体的产品设计，整个过程做到有理有据有情有意义，赋予设计产品实用功能与生命内涵，这也体现出课程思政在“人机工程学”课程中发挥的积极的教育价值。

3.2 课程思政教学目标设定

很多思想政治教育元素可以融合在“人机工程学”的教学内容中，丰富了“人机工程学”的人文内涵和学科意义，以培养具有专业技能和品德素养的设计人才为目的提出如下教学目标。

教学目标1：熟悉人机工程学的基本理论概念，整体认识人—机—环境系统三者之间相互作用相互依存的关系，进而学会用宽阔的视野看待一切问题，在生活、学习和工作中培养大局观、全局观。

教学目标2：掌握人的感官知觉、运动特点，作业姿势、人的心理和创造性行为、人体生物力学和施力特征、人体测量与数据等方面的知识，因为人是最活跃、最重要，也是最难控制的系统，树立“以人为本”教育理念，培养学生的人文情怀和社会责任感。

教学目标3：了解产品设计、工具家具设计、显示器控制器设计、作业空间设计、人机界面设计、可靠性与安全性设计、人机智能系统设计等设计理论、设计原则与设计方法，尤其是涉及人体尺寸数据和安全性能方面要严格遵循设计的科学性和严谨性，做一个具有人机工程学理论知识和人机工程学科学智慧的设计师。

教学目标4：能发现生活中存在的人机工程问题，并创造性地提出人机工程学方面的解决思路，也能在具体设计实践活动中提出有效的数据和要求，制作合理可行的实用方案并进行验证。在新时代经济与科技快速发展的背景下，更要注重引导学生把理论知识和实际应用有机结合起来，用先进的文化、科学的思想武装自己。

教学目标5：能运用人机工程学的相关理论进行人机系统评价和优化，创造舒适、健康、安全、高效的作业体验和工作环境，引导学生在学习的过程中对获取知识有渴望，对民族文化有自信，对个人与国家的前途命运有担当，塑造积极的正确的价值观念，争做一名有本领、有理想、有情怀、有使命感的社会主义新青年。

3.3 课程思政教学过程设计

人机工程学作为一门新兴的交叉学科，其研究领域随着科技经济的发展而不断拓宽，随着专业学科的知识体系不断深入，课程思政教育工作也应与时俱进，进行专业课程教学的同时要培养学生精益求精的大国工匠精神和社会使命担当。针对“人机工程学”的课程特点和工业设计专业学生的知识基础，提炼课程思政元素，结合案例融入教学中，下面就“人机工程学”课程中几个重要知识内容设计思政教学。

3.3.1 结合人机工程学的起源与发展，学习经典思想。

我国传统文化博大精深，历史渊远流长，讲人机工程学的起源与发展时，我们知道人机学基本思想的萌芽可以追溯到人类开始使用工具的历史时期，用鲁智深的禅杖(过重)、张飞的蛇矛(过长)等古代的兵器存在的设计问题，引入《考工记》、《天工开物》等经典古籍。《考工记》是我国发现年代最早的手工业技术文献，反映出古人的科技工艺水平和生活思想状态，《天工开物》由明代科学家宋应星而著，记载有各种农作物和手工业原料的种类、产地、生产技术和工艺装备，以及一些生产组织经验，是中国科技史料中保留最为丰富的一部书。

书中的核心思想都强调人类要和自然相协调、人力要与自然力相配合，讲授人—机—环境系统之间的联系时，引入习近平总书记的话：“我们既要金山银山，又要绿水青山。” 人与自然是有机的整体，我国社会经济高速发展的同时也对环境造成很大的破坏，生态兴则文明兴，生态衰则文明衰。生态文明要以人与自然和谐发展为本，以生态学规律来指导人们的经济活动，走可持续发展道路才能解决人类文明发展同自然环境恶化之间的矛盾，倡导学生从自身做起，在生活的点滴中培养环保意识，牢记“勿以善小而不为，勿以恶小而为之”的古训，共同爱护我们的地球母亲。

3.3.2 结合视觉特征和色彩应用内容，弘扬爱国精神。

在可见光谱上，人类视力可以分辨紫色、蓝色、绿色、黄色、橙色、红色、青色等色彩，人眼辨色能力与颜色对比有关，当人从远处辨认前方的多种颜色时，最容易辨认出红色，其后是绿色、黄色、白色，所以在停车、危险处信号标志通常采用红色。当2种颜色相配在一起，容易辨认的颜色组合有黄底黑字、白底黑字、蓝底白字等，公路两旁的交通标志常用黄底黑字搭配。

在讲授色彩应用时扩展出每个国家和地区都有各自对色彩的审美观，色彩是文化的一种表达形式或者是文化本身。例如，自古以来中国人就对红色格外偏爱，从建筑到衣食住行，从婚娶到传统佳节庆典，红色从未缺席。我国古代著名的思想家、教育家孔子称红色是大雅之色，代表正统。古代海上丝绸之路远销世界各地的上等陶瓷多数是红色的(矾红烧出来的陶瓷比较好)，外国人称之为“中国红”。 红色是全世界无产阶级共同信仰的颜色，代表新力量、自由与工人运动，中华人民共和国成立后将红色作为国旗的底色，象征着革命、胜利和进步，中国共产党高举革命旗帜，坚定不移地走中国特色社会主义道路。杰出的爱国企业家孟晚舟女士回到祖国的怀抱，身着红裙深情表达满满的爱国情怀“如果信念有颜色，那一定是中国红！”全国人民都为日益强大的祖国感到自豪，提醒学生要珍惜现在，树立强志报国的理想，为中华民族的伟大复兴努力奋斗！

3.3.3 结合安全设计内容，增强安全意识。

安全装置是对某些危险进行预防的安全技术措施，讲授联锁装置设计的内容，举例当作业者进入电源、动力源这类危险区时，必须先断开电源开关然后才可以运用联锁装置。比如，机器的开关与门通常做成互锁的设计结构，设定作业者打开门时，机器的电源会自动切断，确保作业者与机器近距离接触时机器处于停运状态，当作业者关上门后，电源才通电，保障作业者的安全。考虑到为了便于观察机器加工生产时状态，设计门时采用钢化玻璃或透明的工程塑料来制作，这样作业者就不需要经常打开门去检查机器内部的工作情况，减轻了作业者的负担。随着科技的发展，设计师可以利用感应控制安全距离，若身体的任何部位经过感应区而进入到作业空间的危险区域时，光电传感器就会发出指令让机器停止运作。

教师可以结合国内外先进的技术、材料、工艺在工业领域或其他领域的应用，举出新世纪的设计师与时俱进，利用高科技来降低安全事故率的案例，再组织学生讨论生活中存在安全隐患的设计，用人机工程学的知识进行理论分析，提出有可行性的改良设计方案。另外，利用校内外“产—学—研”的平台资源，带领学生到优秀的企业参观，开阔学生的视野，鼓励学生努力学习专业技能，掌握科技本领。安全就是生命，安全就是发展，我们要发挥人的主观能动性，因为再先进的机器也不能完全保障人的安全，事故的发生是人和物的不稳定因素共同导致的，而且主要是人的因素导致的，所以教师要引导学生树立安全意识，对生命安全有敬畏感，在生活、学习、实习实践中都自觉遵守相应的安全规范，如用电安全、交通安全、仪器设备使用安全、消防安全、施工安全等。

3.3.4 结合无障碍化设计内容，培养人文素养。

随着老年人和残疾人为主体的弱势群体人数的增长，无障碍设计越来越受到重视，它是方便老年人、残疾人，甚至妇女儿童生活的重要措施，在现代城市道路、房屋建筑、指示地图、公共环境设施中都得以体现。人机工程学是无障碍设计的理论基础，例如人的尺度和活动空间是确定道路和建筑设计的主要依据，设计师应综合考虑人体尺度、活动空间与行为特点，满足无障碍设计的特殊要求，真正做到关注关爱关怀弱势群体。讲授这部分内容时，强调健全人的平均眼高为160 cm，乘坐轮椅者的眼高为110 cm，拄拐杖者因姿态向前倾斜，眼位稍低一点，约为150 cm，在设计取款机、洗手池、饮水器、吊柜、扶手、工作台等产品时，要充分考虑尺寸差异，使产品更亲切、更人性化。另外，乘轮椅者在楼层间或者阶梯间移动只能依靠电梯或者坡道上下转移，目前许多公共场所在台阶一侧都修有平缓的供轮椅通行的坡道。

针对盲人设计产品时，要根据人的触觉特征，在人与产品的接触面上设计凸起和凹陷的结构，可以方便盲人使用，比如人行道上为盲人铺设的走道，触觉指示地图，用凸凹的结构来帮助人区分产品不同的模块，这些细节设计不仅消除了盲人使用的障碍，也从情感上给予他们温暖与关爱。温家宝总理曾指出建设无障碍设施是为残疾人、老年人和其他社会成员提供方便的重要措施，是社会进步的重要标志。通过课堂的设计实例分析，帮助学生把人机工程学的设计理论和以人为本的理念渗透到产品设计中，进一步加深学生对和谐社会核心价值观的理解，培养学生自觉关心弱势群体的品德素养。

3.3.5 结合人机交互设计的内容，树立远大理想。

人机交互设计是指在人与产品、服务、系统之间创建一系列对话，使之互相配合达到某种目的。交互设计是信息社会的主流设计方向，不论是公司企业还是学术机构都在研究人机交互。以著名国产手机品牌“华为”为例，2015年华为旗下的Mate S手机注入了人类用触摸感知外界事物的灵感，打破了以往二维的触屏操控传统，开启了人机交互全新纪元。首次创造性地将Force Touch技术应用于手机交互。2021年，HUAWEI P50将功能性的双摄像单元和美学的双环形式巧妙融合，带来跨越时空、捕捉色彩、感知明暗、定格瞬间和动静皆宜的手机摄像能力，业界首创的计算机光学技术突破物理边界，开启移动摄像的全新时代。

华为依靠锲而不舍、艰苦奋斗的精神取得了国内手机品牌第一的地位，其愿景和使命是构建万物互联的智能世界，并将可持续发展全面融入企业的整体发展战略当中。讲授人机交互的内容之前，布置学生上网查阅华为手机的发展历史和最新研究成果，分析其他手机品牌在人机交互设计部分的优点和缺点，在课堂中集中讨论，调动学生的积极性。通过分析华为手机品牌的创新点引入该品牌背后的理念和文化，从而潜移默化地将思政元素融入课程教学中。鼓励学生学习华为不断突破技术创新的精神，学习电子信息时代华为的使命担当，从而树立远大抱负，争取为国家乃至世界的和谐发展贡献自己的一份力量。

4 结语

引入CDIO 教育模式有利于改善目前人机工程学教学过程中理论知识与实践应用结合困难的问题，综合培养学生的理论能力、实践能力和创新能力，为实现教学模式从传统的“填鸭式”教育向“启发式”教育转变提供经验参考。CDIO 教育模式同时也对教师的专业能力提出了更高要求，以此督促教师不断充电学习，积极主动地提升自己。同时为了更好的“以德育人、以德治教”，教师首先要以身作则，坚定马克思主义信仰，用习近平新时代中国特色社会主义思想武装头脑，通过认真做好“人机工程学”课程思政教育工作来引领学生树立正确的理想信念，肩负起民族复兴的时代重任。