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中圖分類號:G642
摘要:針對生物醫(yī)學工程專業(yè)實踐與創(chuàng)新能力教學過程中存在的問題,提出一種“以項目為載體”的課程設計(Design Centered Learmng)特色國際化人才培養(yǎng)模式,對生物醫(yī)學工程專業(yè)實踐能力、創(chuàng)新能力人才培養(yǎng)模式現(xiàn)狀進行分析,以引進外方優(yōu)秀教育資源Design Centered Learning(DCL)教學模式中一個案例教學過程為例,闡述這種教學模式對學生創(chuàng)新與實踐能力培養(yǎng)產生的積極影響,為生物醫(yī)學工程專業(yè)實踐與創(chuàng)新能力人才培養(yǎng)提供一種模式參考。
關鍵詞:生物醫(yī)學工程;DCL;實踐與創(chuàng)新;人才培養(yǎng)模式
高等教育的根本任務是人才培養(yǎng),不斷提升人才培養(yǎng)水平是大學的永恒目標與追求,這一點在當前中國的大學改革和發(fā)展中尤顯重要。隨著我國經(jīng)濟和社會的快速發(fā)展,我國的高等教育已由精英教育步入大眾化教育階段。而在這一轉變過程中,人才培養(yǎng)模式卻沒有適時轉變,導致人才培養(yǎng)與社會需求錯位,使大學生就業(yè)困難。而生物醫(yī)學工程學科是一門將理工學與生物醫(yī)學相結合,綜合運用各種工程技術原理和方法,解決醫(yī)學實踐相關問題的交叉學科。近年來,生物醫(yī)學工程產業(yè)在我國獲得了快速發(fā)展,涌現(xiàn)出很多具有較強實力的生物醫(yī)學工程相關企業(yè),從而迫切需要大批合格的、具有實用創(chuàng)新能力的從業(yè)人員。因此,如何緊密結合我國社會、經(jīng)濟的發(fā)展需求,培養(yǎng)社會急需的高素質生物醫(yī)學工程人才,成為亟待解決的一個問題。
1 生物醫(yī)學工程專業(yè)創(chuàng)新型、實踐型人才培養(yǎng)模式現(xiàn)狀分析
目前,我國開設工科專業(yè)的本科高校有1 003所,占本科高校總數(shù)的90%;高等工程教育的本科在校生達到371萬人,研究生47萬人。但是,我國工程教育仍存在不少問題,主要體現(xiàn)在:人才培養(yǎng)模式單一,多樣性和適用性欠缺;工程性缺失和實踐教學薄弱問題長期未得到解決;評價體系導向重論文、輕設計、缺實踐;對學生的創(chuàng)新教育和創(chuàng)業(yè)訓練重視與投入不足;產學研合作不到位,企業(yè)不重視人才培養(yǎng)全過程的參與。工科創(chuàng)新人才培養(yǎng)需要產學研合作教育。當前,我國工科大學生創(chuàng)新實踐能力從總體上看顯得比較低,表現(xiàn)在有些學生缺乏創(chuàng)新實踐的理念和愿望,缺少創(chuàng)新實踐能力的毅力與意志;有些學生有創(chuàng)新實踐意識但不能很好利用,有創(chuàng)新實踐熱情但創(chuàng)新實踐能力不夠;有些學生雖有創(chuàng)新實踐靈感但缺乏創(chuàng)新實踐技能等。每年畢業(yè)生招聘會上反饋的信息表明,有些畢業(yè)生專業(yè)技能、創(chuàng)新能力和實踐能力等與用人單位的要求還存在不少差距,企業(yè)很難招收到需要的高素質人才來承擔企業(yè)繼續(xù)發(fā)展的重任,出現(xiàn)了學生“就業(yè)難”和企業(yè)“人才荒”的兩難境地。工科院校應正視現(xiàn)狀、分析原因,從教育理念、課程體系、教師素質、實踐教育、課外科技實踐、社會實踐等多方面入手,構建有利于工科大學生創(chuàng)新實踐能力的培養(yǎng)模式。
生物醫(yī)學工程是一門實踐性很強的學科,動手與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)對生物醫(yī)學工程專業(yè)人才培養(yǎng)來說顯得尤為重要。而生物醫(yī)學工程專業(yè)雖然已成長和發(fā)展了幾十年,但是,由于其本身“新興學科”與“交叉學科”的特點,并隨著科學技術的進步與發(fā)展,對生物醫(yī)學工程學科的認識及基本定義都還在不斷地創(chuàng)新、調整、補充和完善,特別是社會上對這個專業(yè)的認識和接受程度還不高,不大清楚這個學科的性質、作用和地位,相關的產業(yè)部門認識也較模糊。高等教育人才的培養(yǎng),不僅要適應科學的進步,更要滿足社會對人才的需求。當前,數(shù)字化醫(yī)療技術正在蓬勃發(fā)展中,相關的醫(yī)療器械、醫(yī)療技術服務產業(yè)也在迅速壯大。珠江三角洲、長江三角洲及京津環(huán)渤海灣三大區(qū)域已成為本土三大醫(yī)療器械產業(yè)聚集區(qū)。據(jù)不完全統(tǒng)計,三大區(qū)域醫(yī)療器械總產值之和及其銷售額之和均占全國總量的80%以上。因此,如何結合學科的創(chuàng)新與發(fā)展,充分利用產業(yè)成長及壯大的時機,培養(yǎng)滿足社會需求的人才,是擺在生物醫(yī)學工程教育者面前的當務之急。
為了提高本科生的實踐和創(chuàng)新能力,在生物醫(yī)學工程專業(yè)中,實踐教學在培養(yǎng)學生的動手能力和創(chuàng)新能力方面是十分重要的,具有不可替代的作用。工程實踐能力與創(chuàng)新能力更是教學改革的核心目標。工程實踐能力和創(chuàng)新能力是知識經(jīng)濟社會對優(yōu)秀工程技術人員素質的要求,是現(xiàn)代企業(yè)應對全球經(jīng)濟一體化、參與國際競爭的需要,也是企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的需要,同時也是建設創(chuàng)新型國家與科教興國發(fā)展戰(zhàn)略的需要。實踐是實現(xiàn)、發(fā)展、創(chuàng)新知識的源泉,是檢驗真知的標準,也是深刻認識、理解、學習知識和技術的最好課堂與老師。人們根據(jù)經(jīng)驗總結出一句格言:聽到的會忘掉,看到的能記住,只有親自做過的才會真正明白,并深深地刻在記憶中。只有親歷親為,才能深刻理解、掌握、運用事物的本質、原理、規(guī)律,并有新的發(fā)現(xiàn)和發(fā)展。過去高等學校培養(yǎng)的畢業(yè)生雖然掌握了一定的知識和技術,但與企業(yè)工程師相比,他們在綜合素質、實踐與創(chuàng)新能力方面存在著很大的差距。經(jīng)驗告訴我們:知識≠能力,兩者之間有一個傳動的鏈條叫做實踐,即應用知識解決工程問題。因此要培養(yǎng)未來的卓越工程師,提高工程師教育質量,充分開發(fā)學生的實踐與創(chuàng)新能力就必須要按照其成長的特點和規(guī)律改革教育體系和教學模式,讓工程師教育回歸工程。
2 引進荷蘭特色化教學模式DCL培養(yǎng)生物醫(yī)學工程專業(yè)學生實踐與創(chuàng)新能力
東北大學中荷生物醫(yī)學與信息工程學院在對生物醫(yī)學工程專業(yè)實施國際化教學的過程中,結合教學實踐,以培養(yǎng)滿足社會需求的、“用得上、留得住、干得好”的實用創(chuàng)新型生物醫(yī)學工程專業(yè)人才為目標,從培養(yǎng)模式、專業(yè)課程設置、實踐教學、本科生導師制等多個方面,深入開展了教學改革與嘗試,并成功探索出“以項目為中心的課程設計”本土化實踐教學方法,取得了較好的效果。
“以項目為中心的課程設計”是一種開展“學習+研究”的教學模式,引進了合作方荷蘭埃因霍溫科技大學Design Centered Learning(DCL)教學模式,基于問題進行研究、面向實踐探索學習,在教學中研究、在研究中教學,把學生的科技能力培訓列入教學計劃,校企合作,發(fā)揮資源優(yōu)勢。它是以學生為主體、教師為主導,以學為中心,采取學生分組合作、查閱資料、調查研究、討論、交流等方式學習設計方法的課程。以培養(yǎng)能力為宗旨,以項目為載體,基于問題研究,以課題研究和問題解決為核心,學思結合、知行合一的教學活動,注重方案設計、過程訓練,激發(fā)學生科學研究興趣,培養(yǎng)學生自主學習能力、團隊協(xié)作能力,以及提出問題、分析問題、解決問題的能力,讓學生提前了解企業(yè)運作機制,為學生就業(yè)乃至創(chuàng)業(yè)搭建一個良好的平臺。
3 DCL在研究中教學,在教學中研究——以“老年人摔倒測試"案例教學過程為例
3.1 案例的選擇和設計—二整合各類知識、解決實際問題
“老年人摔倒檢測”是本科生第6學期進行的DCL項目。這個案例針對當今老齡化社會的熱點問題——獨居老人的健康智能監(jiān)護,在生物醫(yī)學工程專業(yè)領域是非常有實際意義和研究價值的課題。當今獨居老人逐年增多,老人的健康問題已經(jīng)成為一個社會問題。摔倒是威脅老年人健康的一個惡性殺手。如何利用生物醫(yī)學工程的專業(yè)知識,研發(fā)可以對老年人行為動作進行實時監(jiān)控的儀器設備,設計有效的摔倒檢測的算法,能夠在老人發(fā)生摔倒危險的第一時間,通知家屬和社區(qū)醫(yī)院,從而最大程度的減輕傷害,正是這個課題需要解決的關鍵問題。而這個課題也是在學生已經(jīng)學習了信號與系統(tǒng)和數(shù)字信號處理兩門前序課程的基礎上展開的,讓學生們能夠直接理論聯(lián)系實際,學以致用,對知識有更加感性的認識??傊?,從案例的選擇和設計上,首先變以教為主為以學習研究為主。教師根據(jù)教學和科研經(jīng)驗,提煉出能夠涵蓋本課程主要知識內容的項目或研究設計課題。選擇提煉項目的原則是項目知識化、知識問題化、問題層次化。然后成立由中外教師和企業(yè)專家組成的教學小組,編寫該案例的教案、提煉項目、講授工程案例,選擇可以引導學生對此項目和問題開展自主學習、合作探索研究的問題作為主要教學任務和目標。
3.2 案例進行過程中——提高團隊協(xié)作精神、自主學習能力
教師通過案例描述的形式提供給學生信息,通常是這樣的描述:介紹一些簡單的關鍵詞、主要目標(可以是簡單的建議),并給出案例方面的一些暗示。學生需要在小組里(最多不超過8人)完成這個案例。為此,他們需要在助教的協(xié)助下每周進行一次會議,每個案例持續(xù)10周。與傳統(tǒng)課程不同的是助教的職責是作為一名觀察者為學生提供改善方案的建議,而不是傳統(tǒng)意義上單純地傳授知識。在每次會議期間,學生需要確認自己欠缺的知識、明確自學作業(yè)中自己需要完成的任務。每個學生都需要做這些任務并且需要在下次會議中向整個小組匯報自己做的結果。除了專業(yè)知識部分的任務,學生還會討論到各自的進步,如由于在小組里擔任討論組長、會議記錄秘書和板書等角色而學會的相應技巧??偟膩碚f,DCL主要是鼓勵學生自主學習,鼓勵組員之間進行團隊合作,鼓勵學生獨立思考如何組建實驗、如何做報告、如何開展一次有效的會議以及如何成為領導者。
3.3 案例完成效果考核方式——顛覆死記硬背的傳統(tǒng)方式、改善被動抄襲的學習態(tài)度
教學模式、目標改變了,成績考核方式也改變了——小組、教師評價學習研究成果。因此評價學生的學習研究成果時要用新的方法來評價。要從學習知識轉向學習能力轉變,從關注結果向過程與結果并重轉變。要重點考核自學能力、研究能力、實踐能力、創(chuàng)新能力、學習研究的態(tài)度和學習研究的成果。小組和教師要結合個人在項目中完成任務的情況、工作量的大小、難易程度、貢獻大小、自主學習與研究的態(tài)度、創(chuàng)新等情況給出該門課程的成績。值得注意的是教學觀念轉變的體現(xiàn)標準是:只要經(jīng)過學習和研究學會了知識,收獲了能力,不看成果和貢獻大小,都在合格以上??己嗽u價方法的改革,就是要解放學生,讓其輕松快樂地學習,使學習成為一種有趣的研究活動。就“老年人摔倒檢測”這個案例來說,最終的考核結果來源于多個方面,包括指導教師根據(jù)平時學生的表現(xiàn)、每周的自學報告、會議記錄、會議日程完成的情況給定的分數(shù),小組中期答辯的分數(shù),期末答辯時評委根據(jù)小組儀器設備展示以及PPT講述情況給定的分數(shù),其他小組評價的分數(shù),組員之間互評的分數(shù)等多個方面,從不同維度對學生成績進行評估,使考核方式脫離傳統(tǒng),更加科學合理,更有效地調動學生們的積極性。
實踐表明,這門課程很受學生喜愛,“老年人摔倒檢測”這個案例也取得了比預期更好的成效。學生們普遍反映,對前序的信號與系統(tǒng)和數(shù)字信號處理的課程理論知識的理解更加深入,而對怎么分工合作完成項目也有了初步的了解,對未來的工作或者繼續(xù)深造都有很多益處。
4 實踐效果
經(jīng)過多年的中外校企合作、學研產醫(yī)結合,利用教學資源和優(yōu)勢,實施以項目為載體、基于問題的研究,學研一體,在研究中教學,在教學中研究的DCL教學改革,使教學得到了真正意義上的回歸,變以教為中心為以學為中心,學生回歸了學習的主體地位,教師變成了主導的角色。把學習和研究集合于項目之中,學習知識與收獲能力共生并進,用新的考核評價方式評價學生的學習,減輕了學生的學習負擔,使學習變成了一種積極快樂的研究活動。東北大學中荷生物醫(yī)學與信息工程學院本科生大學4年中除基本實驗實踐類課程外,主持并實際參與的項目案例達10余項,共計2400余學時,學生的英語能力、動手能力及創(chuàng)新能力得到顯著提高。幾年來本科生的就業(yè)率達到100%。在實習與實訓考核中,絕大多數(shù)學生被東軟集團一類的企業(yè)納入人才儲備庫。這種研究型的教學模式的優(yōu)勢越來越凸顯,正在改變著教學的水平和質量,也在改變著教師的教學觀念,同時也改變著學生的學習觀。
5 結語
東北大學中荷生物醫(yī)學與信息工程學院的教育教學改革仍在不斷深化,新的本科人才培養(yǎng)模式在中外合作、產學研合作辦學、集成優(yōu)勢資源、通過教學培養(yǎng)人才、科研創(chuàng)造成果、成果孵化高新技術產業(yè)、高新技術產業(yè)推動人才培養(yǎng)和成果轉化、基礎研究與技術研發(fā)融合、產品生產、市場營銷、人才培養(yǎng)和創(chuàng)業(yè)培育有機結合等方面做了一些工作,這些成果有待在實踐中進一步完善。
參考文獻:
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論文摘要:很多人通過多年來的積累,擁有了自己的住宅,所以在室內設計中,不僅僅要美觀大方,舒適感和便捷感也得到了人們的重視。人體工程學在室內設計中的應用,就是解決人們在居住空間中健康、高效、愉快工作和生活的需求,也是現(xiàn)代室內設計追求的標準。
一、概述人體工程學
人體工程學是一門關于技術和人的協(xié)調關系的科學,也是一門多學科的交叉學科。它首先是一種理念,把使用產品的人作為產品設計的出發(fā)點,要求產品的外形、色彩、性能等,都要圍繞人的生理、心理特點來設計;然后是整理形成的設計技術,包括設計準則、標準、計算機輔助設計軟件等;這些設計技術再和特定領域的其他設計技術及制造技術相結合,就形成符合人體工學的產品,這些產品讓使用者更健康、高效、愉快地工作和生活。人體工程學研究的核心問題是不同的作業(yè)中人、機器及環(huán)境三者間的協(xié)調,研究方法和評價手段涉及心理學、生理學、醫(yī)學、人體測量學、美學和工程技術的多個領域,研究的目的則是通過各學科知識的應用,來指導工作器具、工作方式和工作環(huán)境的設計和改造,使得作業(yè)在效率、安全、健康、舒適等幾個方面的特性得以提高。
二、概述室內設計
室內設計是指為滿足一定的建造目的(包括人們對它的使用功能的要求、對它的視覺感受的要求)而進行的準備工作,對現(xiàn)有的建筑物內部空間進行深加工的增值準備工作。目的是為了讓具體的物質材料在技術、經(jīng)濟等方面,在可行性的有限條件下形成能夠成為合格產品的準備工作。需要工程技術上的知識,也需要藝術上的理論和技能。室內設計是從建筑設計中的裝飾部分演變出來的。他是對建筑物內部環(huán)境的再創(chuàng)造。室內設計可以分為公共建筑空間和居家兩大類別。當我們提到室內設計時,會提到的還有動線、空間、色彩、照明、功能等等相關的重要術語。室內設計泛指能夠實際在室內建立的任何相關物件:包括:墻、窗戶、窗簾、門、表面處理、材質、燈光、空調、水電、環(huán)境控制系統(tǒng)、視聽設備、家具與裝飾品的規(guī)劃。
三、人體工程學為室內設計奠定了基礎
人體工程學聯(lián)系到室內設計,其含義為:以人為主體,運用人體計測、生理、心理計測等手段和方法,研究人體結構功能、心理、力學等方面與室內環(huán)境之間的合理協(xié)調關系,以適合人的身心活動要求,取得最佳的使用效能,其目標應是安全、健康、高效能和舒適。人體工程學與有關學科以及人體工程學中人、室內環(huán)境和設施的相互關系。由于人體工程學是一門新興的學科,人體工程學在室內環(huán)境設計中應用的深度和廣度,有待于進一步認真開發(fā),目前已有開展的應用方面如下:(1)為人際交往空間的確立奠定了基礎。根據(jù)人體工程學中的有關計測數(shù)據(jù),從人的尺度、動作域、心理空間以及人際交往的空間等,以確定空間范圍。(2)為家具、設施的形體、尺度及其使用范圍奠定了基礎。家具設施為人所使用,因此它們的形體、尺度必須以人體尺度為主要依據(jù);同時,人們?yōu)榱耸褂眠@些家具和設施,其周圍必須留有活動和使用的最小余地,這些要求都由人體工程科學地予以解決。室內空間越小,停留時間越長,對這方面內容測試的要求也越高,例如車廂、船艙、機艙等交通工具內部空間的設計。(3)為室內設計的視覺環(huán)境奠定了基礎。人眼的視力、視野、光覺、色覺是視覺的要素,人體工程學通過計測得到的數(shù)據(jù),對室內光照設計、室內色彩設計、視覺最佳區(qū)域等提供了科學的依據(jù)。
四、人體工程學為室內設計要素提供了依據(jù)
(1)合理的空間布局。根據(jù)人體工程學提供的數(shù)據(jù)一句,空間的合理分布給人們以美的感受是設計基本的任務。(2)合理的運用色彩。室內色彩除對視覺環(huán)境產生影響外,還直接影響人們的情緒、心理??茖W的用色有利于工作,有助于健康。(3)合理的采光。人類喜愛大自然的美景,常常把陽光直接引入室內,以消除室內的黑暗感和封閉感,特別是頂光和柔和的散射光,使室內空間更為親切自然。光影的變換,使室內更加豐富多彩,給人以多種感受。(4)合理的裝飾。室內設計根據(jù)結構和人的心理需求,結合功能需要加以裝飾,可共同構成完美的室內環(huán)境。充分利用不同裝飾材料的質地特征,可以獲得千變完化和不同風格的室內藝術效果,同時還能體現(xiàn)地區(qū)的歷史文化特征。(5)合理的陳設。室內家具、地毯、窗簾等,均為生活必需品,在符合審美的條件下,結合人體工程學的要求,更能體現(xiàn)其特點和個性。(6)合理的綠化。室內設計中綠化以成為改善室內環(huán)境的重要手段。室內移花栽木,利用綠化和小品以溝通室內外環(huán)境、擴大室內空間感及美化空間均起著積極作用。
參考文獻
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[4]劉盛璜.人體工程學與室內設計[M].中國建筑工業(yè)出版社
【論文摘要】隨著社會的發(fā)展、信息社會的過度,人們更重視“以人為本”,為人民服務。人體工程學就是一切從人自身出發(fā),在以人為本的前提下研究人們衣、食、住、行以及一切生活生產活動中綜合分析的新思路。
一、人體工程學的起源
人體工程學起源于歐美,原先是在工業(yè)社會中,開始大量生產和使用機械設施的情況下,探求人與機械之間的協(xié)調關系,作為獨立學科有40多年的歷史。第二次世界大戰(zhàn)中的軍事科學技術,開始運用人體工程學的原理和方法,在坦克、飛機的內艙設計中,如何使人在艙內有效地操作和戰(zhàn)斗,并盡可能使人長時間地在小空間內減少疲勞,即處理好:人——機——環(huán)境的協(xié)調關系,并伴隨著人類技術水平和文明程度的提高而不斷發(fā)展完善。
二、人體工程學的涵義
人體工程學是一門關于技術和人的協(xié)調關系的科學,也是一門多學科的交叉學科。它首先是一種理念,把使用產品的人作為產品設計的出發(fā)點,要求產品的外形、色彩、性能等,都要圍繞人的生理、心理特點來設計;然后是整理形成的設計技術,包括設計準則、標準、計算機輔助設計軟件等;這些設計技術再和特定領域的其他設計技術及制造技術相結合,就形成符合人體工學的產品,這些產品讓使用者更健康、高效、愉快地工作和生活。人體工程學研究的核心問題是不同的作業(yè)中人、機器及環(huán)境三者間的協(xié)調,研究方法和評價手段涉及心理學、生理學、醫(yī)學、人體測量學、美學和工程技術的多個領域,研究的目的則是通過各學科知識的應用,來指導工作器具、工作方式和工作環(huán)境的設計和改造,使得作業(yè)在效率、安全、健康、舒適等幾個方面的特性得以提高。
三、人體工程學在環(huán)境藝術設計中的體現(xiàn)
人體尺度:8W+gl = C~ 。人體尺度,即人體在室內完成各種動作時的活動范圍。設計人員要根據(jù)人體尺度來確定門的高寬度、踏步的高寬度、窗臺陽臺的高度、家具的尺寸及間距、樓梯平臺、家內凈高等室內心尺寸。
1.常用的室內尺寸如下:室內隔墻斷墻體:厚度0.12m;大門:門高2.0m~2.4m,門寬0.90m~0.95m;廁所、廚房門:寬0.8m~0.9m、高1.9m~2.0m;室內窗:高1.0m,左右窗臺距地面高度0.9m~1.0m;玄關:寬1.0m、墻厚0.24m;踏步:高0.15m~0.16m、長0.99m~1.15m、寬0.25m;扶手寬0.01m、扶手間距0.02m、中間的休息平臺寬1.0m。
2.常用家具尺寸:(1)單人床:寬0.9m、1.05m、1.2m;長1.8m、1.86m、2.0m、2.1m;高0.35m~0.45m。(2)雙人床:寬1.35m、1.5m、1.8m,長、高同上。(3)圓床:直徑1.86m、2.125m、2.424m。(4)衣柜:厚度0.6m~0.65m、柜門寬度0.4m~0.65m、高度2.0m~2.2m。(5)正方型茶幾:寬0.75/0.9/1.05/1.20/1.35/1.50m,高度0.33m~0.42m,但邊角茶幾有時稍高一些,為0.43~0.5m。(6)書桌:厚度0.45m~0.7m(0.6m最佳)、高度0.75m。(7)書架:厚度0.25~0.4m、長度0.6m~1.2m、高度1.8m~2.0m。(8)椅凳:座面高0.42m~0.44m、扶手椅內寬于0.46m。(9)餐桌:中式一般高0.75m~0.78m、西式一般高0.68m~0.72m。(10)方桌:寬1.20/0.9/0.75m。(11)抽油煙機與灶的距離:0.6m~0.8m。
四、人體工程學與環(huán)境藝術設計的關系及作用
人與環(huán)境之間的關系如同魚與水的關系一樣,彼此相互依存,人是環(huán)境的主題,在理想的環(huán)境中,不僅能提高工作效率,也能給人的身心健康帶來積極的影響。從環(huán)境藝術的角度來說,人體工程學的主要功能和作用在于通過對人的生理及心理的正確認識,是一切環(huán)境更適合人類的生活需要,進而使人與環(huán)境達到統(tǒng)一。
人體工程學在環(huán)境設計中的作用主要體現(xiàn)在它為確定空間場所范圍提供依據(jù),為設計家具、設施提供依據(jù)、為確定感覺器官的適應能力提供依據(jù)。因為影響場所空間大小、形狀的因素很多,但最主要的因素就是人的活動范圍及設施的數(shù)量和尺寸。因此環(huán)境藝術設計當中不能忽視人體工程學,只有根據(jù)人體學設計的環(huán)境才能使環(huán)境更為舒適,滿足人們生活的需要。
參考文獻
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[3]張月.《人體工程學》.中國建筑工業(yè)出版社
1產品造型設計的特點
產品造型設計的特點主要體現(xiàn)在兩個方面,一方面是技術與藝術的統(tǒng)一,另一方面是功能與形式的統(tǒng)一。其一,產品外觀設計是產品形態(tài)是審美的創(chuàng)造,結合了設計師的藝術趣味與審美理解。它與產品的價值相關聯(lián),代表了產品的“氣質”。設計師運用點、線、面等不同的形態(tài)元素表達了不同的設計理念,懷舊或前衛(wèi)、正統(tǒng)或反叛、簡潔或繁瑣、直接或含蓄、理性或感性。這些呈現(xiàn)出現(xiàn)的形象特點形成產品的“風格”[2]。但我們也應該很明確的認識到產品不同于藝術品,產品設計不能是簡單的設計師自身的直覺經(jīng)驗,而是系統(tǒng)地將多重功能和多重限制聯(lián)系起來,其中有人的因素、經(jīng)濟的因素、工程的因素等等,設計師需要系統(tǒng)地將設計、創(chuàng)造、工藝、生產結合成整體,才能讓創(chuàng)意更好地融入到產品之中。其二,功能是指產品所具有的效用,并被接受的能力,產品本身所具有的特定的功能能夠體現(xiàn)其應用價值,因此才會被生產和銷售。從另一個角度來講,產品其實是功能的載體,產品設計的根本目的是實現(xiàn)某種特定的功能,產品的試題結構就是功能的載體。產品形態(tài)首先是為了表達產品的功能和性能特征,顯示出在技術上的合理性,使人們對其功能有形象的認知。優(yōu)秀的產品形式能夠將產品的用途、用法、效果及公共價值準確無誤地告訴消費者[2]。在生活中,產品的功能超越了純粹的基本能力,呈現(xiàn)多元化趨勢,如產品在基本使用功能外,還有能帶來審美、娛樂等精神功能的作用。所以,好的產品造型設計是使用功能與精神功能相融合的外在表現(xiàn),是形式和功能共存的產物。
2產品造型中人機工程學的作用
從以上產品造型設計的特點中我們不難看出,優(yōu)秀的設計最終是要獲得一種使生產者和消費者都滿意的整體,體現(xiàn)“以人為本”的設計價值觀。這個設計價值觀直接推動了人機工程學的發(fā)展。人機工程學是20世紀80年代左右開始在國內發(fā)展的一門新興交叉學科,隨著現(xiàn)代社會經(jīng)濟和科學技術的快速發(fā)展,其發(fā)展更是超出人們的預期。該學科的顯著特點是研究人、機、環(huán)境三要素自身特性的基礎上,不僅僅注重對單一要素的優(yōu)化,而是將“人”、“機”、“環(huán)境”三要素納入“人-機-環(huán)境”綜合體中進行系統(tǒng)的研究,旨在充分利用這三要素之間的內在關聯(lián)性探尋系統(tǒng)優(yōu)化設計方案。人機工程學的研究對象主要是:在工業(yè)設計中與人體有關的問題[3]。例如,人體形態(tài)特征參數(shù)、人的感知特性、人的反映特性以及人在勞動中的心理活動等?;谠搶W科的特點,其理論和方法可為設計中考慮“人的因素”提供人體尺度數(shù)據(jù);可為設計中“機的功能”合理性提供科學依據(jù);可為設計中考慮“環(huán)境因素”提供設計準則;可為“人-機-環(huán)境”系統(tǒng)設計提供整體思路;可為貫徹“以人為本”的設計思想提供可行方法。因而工業(yè)與工程設計成為人機工程學主要應用領域。在產品造型設計中,該學科理論與方法貫穿與設計的全過程,逐步將設計水平提升到人們所最求的高度。
3產品造型中人機工程學應用的要點
在產品造型設計中考慮人機工程學也就是考慮人與產品的交互方式、交互界面的設計,運用人機工程學的基本原理分析產品中人的因素,從基本的生理要素、心理要素著手,并將人的因素的研究融入到產品造型設計的全過程中。
3.1生理要素應用
人體尺寸是產品設計的基本資料,通過人體測量可獲得人體的靜態(tài)尺寸和動態(tài)尺寸。人體的靜態(tài)尺寸是結構尺寸,而人體的動態(tài)尺寸是功能尺寸,它包括操作者在工作姿態(tài)或某種操作狀態(tài)下的測量尺寸。動態(tài)人體尺寸測量的重點是人在執(zhí)行某種動作時的身體特征。動態(tài)人體尺寸測量的特點是在任何一種人體活動中,身體各部分協(xié)調而連貫的完成動作指令[3]。但是對于大小不一的人體尺寸,其指令也有差異,設計不可能全部實現(xiàn)。根據(jù)尺寸的性質,在同一個產品的各個部分,為了適應不同的人體尺寸,滿足大部分的人體需求,必須參考不同的數(shù)據(jù)[2]。例如由PeterOpsvik設計的Balans凳,考慮到不同乘坐者年齡、坐姿。這款人體工程學椅子看上去似乎不穩(wěn)想小孩玩的木馬,但是坐上去卻不是如此。坐上去以后椅子會子安前傾一個角度,保證你的脊柱是一條直線,脖子自然伸直,想彎都彎不了,而且肌肉完全不受力不緊繃。
3.2心理因素應用
根據(jù)用戶的感覺、知覺特性、認識、學習和出錯情況進行產品使用方式、操作界面的設計,以適應用戶的職業(yè)需要、行動方式需要、認知需要和操作需要,以減少用戶學習的時間,減少操作出錯[3]。如:Nissan日產Pivo概念電動汽車設計,Pivo最特別的地方是革新式的360度車倉旋轉功能及90度車輪旋轉功能,當你駕駛Pivo時,從此不用再倒車入庫,只要將車頭做180度旋轉,即可正向開車入庫。這一操作方式的設計,完全從用戶感知特性出發(fā),做到輕松駕駛。
3.3產品造型設計流程中人機工程學的并行應用
傳統(tǒng)的產品造型設計采用階段性的流程進行,各階段的工作按時間組織順序進行。人機工程學被放在第一階段的概念設計中作為基礎數(shù)據(jù)使用,這容易導致在結構設計和工藝設計及后期模具設計中出現(xiàn)數(shù)據(jù)不足數(shù)據(jù)不符的現(xiàn)象,造成設計的變更和制造成本的提高。本文認為應將人機工程學的使用作為一個系統(tǒng)、集成的過程,在產品造型設計的各個階段設計中同步進行,相互協(xié)同。從全局優(yōu)化的角度出發(fā),達到縮短產品開發(fā)周期、提高質量、降低成本的目的。
4結語
【關鍵詞】人體工程學啦啦操服裝應用性研究
1前言
當今社會愈加關注人類健康與環(huán)保的生活方式,響應全民健身的號召,中國掀起一股啦啦操浪潮,在校園、廣場、健身房或比賽現(xiàn)場它的身影無處不在,啦啦操作為一種積極健康的生活方式得到普及?,F(xiàn)代服裝設計理念強調的是服裝設計中把人、物、環(huán)境這三大要素融合于各類設計中,在滿足人的生活及心理需求的同時,強調產品設計的功能性與舒適性是當代設計的主題。如何根據(jù)啦啦操特點結合現(xiàn)代設計理念,設計出功能性強又符合人體工程學特點的啦啦操服裝成為當前急需要研究的課題。
2人體服裝設計
服裝可以理解為人所處的生活環(huán)境中,離人身體最近,能穿著,能感覺得到東西。服裝設計就是指把服裝的各種構成要素合理運用,根據(jù)服裝制作的目的,把各種必要條件綜合后制成服裝生產計劃的系統(tǒng)。服裝設計是一個系統(tǒng)化的過程,可以避免一些考慮不周和主觀因素造成的失誤。要實現(xiàn)服裝設計的合理化,首先,要以考慮穿著的目的為前提,通過對市場,穿著者的層次和所處的各種環(huán)境,從人的因素和服裝的組成要素兩個方面來進行調配研究,并以此基礎來調整服裝構成要素,逐漸形成服裝款式。
3啦啦操與啦啦操服裝
啦啦操按照運動類別可以分為技巧和舞蹈兩大類。技巧啦啦操運動的動作包含翻騰、托舉、金字塔、拋擲四類難度動作。其動作特點表現(xiàn)為手臂動作在身體冠狀軸前、動作快、定位準確,對手臂爆發(fā)力要求較高;舞蹈啦啦操:西方式的啦啦操主要體現(xiàn)于健美與性感,而中國式啦啦操是有別于西方啦啦操的,它融合了中國的傳統(tǒng)文化及思想內涵,目前在我國比較推廣舞蹈啦啦操。舞蹈啦啦操主要是由轉體、踢腿、跳躍等難度動作和手位對比以及個性舞蹈等組合構成,通過多種空間,方向與隊形變化展示舞蹈啦啦操的團隊風采。啦啦操的審美要素主要體現(xiàn)在身體美、技術美、難度美、音樂美、節(jié)奏美、道具美和口號美等方面,它所產生的基本動因是煽動別人,激勵別人。啦啦操表演講究服裝和舞臺效果,動作美和視覺美效果,具高度的時代感和藝術性。啦啦操特點決定了啦啦操服裝應該具有以下功能:(1)由于啦啦操練習的運動量較大,練習者的體溫升高較快,排汗較多,服裝應具吸汗效果好的特點;(2)啦啦操的動作幅度較大,應選擇彈性好的緊身運動衣褲;(3)如參加正規(guī)比賽,全隊服裝應統(tǒng)一,自然大方。
4人體和服裝設計要素的關系
人體與服裝設計可以同時融合于一件衣服上,在穿著效果上和整體上不可分離。雖然說服裝設計是自由的,但是還是要避免功能和裝飾兩者之間側重點不同的問題,啦啦操服裝屬于運動裝是側重于功能性的。
4.1設計中人體的形態(tài)處理
可以將設計中的人體歸類成以下三種形態(tài):(1)人體靜的形態(tài);(2)人體動的形態(tài);(3)人體美的形態(tài)。人體的形態(tài)系列:即人體的姿勢。是人體的形態(tài)和服裝的造型關系。人的形態(tài)系列是指人體靜態(tài)時整體的形態(tài),而功能系列是指人體各部分功能形態(tài)和運動動態(tài)所引起的人體的變化對服裝結構形態(tài)的作用。它們之間都希望與服裝達到美的效果。
4.2人體運動產生的形態(tài)變化
人體運動會引起的變化,它主要體現(xiàn)在:(1)關節(jié)運動會所引起的長度,高度的變化;(2)運動所引起的肌肉隆起和變形的部位變化;(3)在支撐服裝部位所引起的知覺感受變化;(4)運動產生的皮膚伸展方向和程度的變化;(5)運動過程中服裝滑移部位的變化;(6)還有變化而引起的脂肪變體和變位的變化等等。在進行啦啦操服裝設計時要充分考慮到變化所帶來的服裝結構變化,在滿足設計目的及功能性的基礎上進行再設計,秉持“以人為本”的理念,堅持“衣人合一”的原則。
5人體工程學在啦啦操服裝設計中的應用
5.1人體工程學在技巧啦啦操服裝設計中的應用
技巧啦啦操系列動作對前肢軸線以上部位的服裝設計要求很高,簡單來講是肩部和手臂部位的設計。分析動作及結構變化發(fā)現(xiàn):手臂在人體上半身部分,要滿足手臂快速變位的動作,便涉及到如何減少服裝對手臂及前肢軸線部分所產生的壓力及阻力問題。無論是翻騰、托舉、金字塔還是拋擲等肢體動作,其無一沒有使用臂力。通過人體的研究找出其發(fā)力點及人體對服裝的支撐點,融合于服裝結構設計中,以達到合理減少壓力和提升爆發(fā)力的目的。根據(jù)目前的市場調查,技巧啦啦操服裝一般以無袖設計或工字背的結構設計為主。當手臂進行向上拉伸,左右扭轉、變曲時,人體三角肌位置的肌肉鼓起,身體上半部分的皮膚被強烈拉伸,如果是帶衣袖設計的設計,應考慮到在手臂位置增加放松量或通過彈性大且輕薄具有吸汗性的面料來實現(xiàn)。
5.2人體工學在舞蹈啦啦操服裝設計中的應用
舞蹈啦啦操有別于競技啦啦操,其偏重于運動體態(tài)的觀賞性。在進行服裝設計的時,首先要考慮其動作會產生的體態(tài)變化,通過分解其動作。如轉體、踢腿、跳躍等來對服裝進行設計。該運動的人體美主要體現(xiàn)于腰部周圍及腿部連接部位在運動中產生的美感,通過以衣服為媒介形式而表現(xiàn)出來。因此,對該服裝設計應考慮如何去體現(xiàn)這些部位的美感問題。啦啦操的服飾美在表演中占有很重要的地位,它屬于一種情感的直觀表達,在人體與服飾的融合,并配合其運動道具,音樂等場景而達到“天人合一”的效果。而且能夠做到刺激觀賞者眼球,帶動觀賞者情緒的目的。真正做到設計中人、物、環(huán)境的完美結合。
6結語
關于啦啦操服裝設計,已不單純是追求結構造型及色彩搭配的表相設計,而是本著“以人為本”、“天人合一”的設計原則。是一種由內到外的,以服裝為媒介的,充分結合人體工程學中人、物、環(huán)境三大要素的設計活動。由此而知,人體工程學在啦啦操服裝設計中應用的重要意義。
參考文獻:
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[3]一心.舒適的人體工程學設計[J].個人電腦,2010(07).
[4]張曉珂.淺析人體工程學在椅子設計中的作用[J].知識經(jīng)濟,2010(17).
【關鍵詞】任務驅動法 人機工程學 探索 實踐
一、任務驅動法的認識
任務驅動法就是建立在建構主義教學理論基礎上的一種教學方法,它以任務為主線,突出學生的主體性,教師的主導性,讓學生在一個解決實際問題的“任務”的驅動下,緊緊圍繞既定的目標,學習和運用相關的知識和方法,來掌握解決問題的思路和知識的脈絡。任務驅動法教學一般過程:教師根據(jù)當前教學主題設計并提出“任務”,針對提出的“任務”,采取演示或講解等方式,給出完成任務的思路、方法、操作提示及結果,然后引導學生邊學邊練,并完成相應的學習任務。這種教學法能很好地培養(yǎng)學生的自主學習能力、相對獨立的解決問題的能力和創(chuàng)新能力。
二、任務驅動法人機工程學教學中的探索
工業(yè)設計人機工程學主要涉及人機工程學的四個主要方面:人體測量與數(shù)據(jù)應用、人體感知與運動特征、人機的信息界面設計、人機系統(tǒng)設計。所有這些方面都體現(xiàn)了“以人為核心”的設計價值觀,在人機工程學課程教學中引入任務驅動教學法,讓學生帶著“解決實際任務”的目標去學習,讓學生在“做”中學,這樣的教學方法容易引起學生的學習興趣與求知欲,再由“興趣”引導學生在完成任務的過程中自主地去探求知識、獲取知識和運用知識。另外,通過這種讓學生帶著真實的任務在探索中學習的教學形式,可以有效地開發(fā)學生的智力,有利于學生對所學知識的系統(tǒng)掌握和提高學生的綜合應用能力。基于上述分析,本文設計了任務驅動教學法下的人機工程學課程的基本操作流程:
1.授課前分析教學目標,結合學情,設計整合任務;
2.從任務中引出人機工程學課程目標;
3.學習人機工程學課程相關知識點;
4.任務評價,突出人機工程學應用目標。
三、任務驅動法在人機工程學教學中的實踐
1.設計任務
任務必須有鮮明的現(xiàn)實意義,能實現(xiàn)學習的情景性設計,并激發(fā)學生的學習興趣。提出任務的目的是為了引出將要學習的知識,反過來學習知識則是為了解決現(xiàn)實中的任務。因此,任務必須能驅動學生有的放矢地學習,并能讓他們體會到所學知識的實用性。同時,為了激發(fā)他們的學習興趣,設計任務時還必須兼有趣味性和實用性,讓他們積極主動地去學。
現(xiàn)代家具的設計要可靠、耐用、安全更需要的是要滿足它的使用功能與舒適度。無論是靜負荷類家具或動負荷類家具,都應根據(jù)人機工程學的基本法則,結合人體的生理和心理需求,設計出合理的家具尺度和空間距離,給使用者設計與制造出最大限度的自由活動空間以及更多的方便和安全感、視覺美感等。家具的尺度要符合人機工程學,家具設計時不能只考慮其美觀性,還要使用起來舒適方便,即要滿足其功能要求,因此現(xiàn)代家具設計首先要與人機工程學相結合。人機工程學在現(xiàn)代家具設計中的應用,特別強調其在使用過程中對人體的生理及心理反應,并對此進行科學的實驗和計算,在進行大量分析的基礎上為家具設計提供科學的依據(jù)。良好的家具設計處處體現(xiàn)人性化設計,人性化設計是指設計中體現(xiàn)以人為本的設計原則,設計始終以人為中心。它主要運用人機工程學的原理,從生理和心理的角度圍繞使用者的需求來進行設計。首先,要滿足使用功能,也就是從物質上來滿足要求,如座椅,就是最大程度上使人的肌肉得到充分的放松和休息柜類家具則要滿足儲藏的功能。在家具設計時除了滿足靜態(tài)功能要求的同時,還要注意在動態(tài)條件下對生理狀況的滿足,其次,從精神功能的角度上講,要從造型、色彩、材料的搭配等方面,要給使用者心理上帶來愉悅,以達到“人—家具系統(tǒng)—環(huán)境”相互和諧,筆者分析現(xiàn)代家具的設計流程幾乎涵蓋了本課程的全部四個教學方面。因此選擇家具設計作為教學任務。
2.分析任務
提出任務后,教師不要急于講解,先讓學生討論、分析任務,提出疑問。教師最后對任務進行總結、歸納,在這個過程中,教師很自然地帶出了一個個新知識點,并將大任務細化成子任務和小步驟,從而幫學生進一步明確學習內容和目的。根據(jù)現(xiàn)代家具設計的特點,對任務進行分解,并確定各個子任務在坐具設計中的歸屬。在現(xiàn)代家具設計的這個大任務中,又分五個子任務:任務一,數(shù)據(jù)測量與應用,任務二,設計基礎與依據(jù),任務三,環(huán)境與界面設計、任務四,造型設計,任務五,模型制作。
3.任務處理
這是一個全開放性的教學環(huán)節(jié),其目的在于讓學生在自主探索的過程中完成對新知識的理解和鞏固。在人機工程學課程中,學生通過教師引導來完成本課程任務。例如在家具設計教學任務上,本著“循序漸進”的原則,采取三個遞進層次教學過程。一是“示范”,即教師通過各種測量工具、計算機輔助設計軟件演示等方式進行教學示范,讓學生在示范中加深對任務設計的理解。二是“應用”,使學生在教師的引導或同學們適當?shù)膸椭?,?jīng)過自己的努力可以完成任務。三是“創(chuàng)新”,即在完成上述任務的基礎上,鼓勵學生進行探索、創(chuàng)新,運用不同方法完成相同任務。在這個階段,教師應該加強引導,啟發(fā)學生的求異思維和發(fā)散思維,學生間也可以互相討論、互相協(xié)作。
4.交流討論
這一環(huán)節(jié)教師要查漏補缺,講解一些共同的重、難點知識,給出大量應用家具設計實例,進一步強化學生對所學知識的理解和掌握。
5.評價
評價采取動態(tài)評價的方式,達到激勵學生完成任務、創(chuàng)新進取的目的。在教學過程中,教師一旦發(fā)現(xiàn)學生有創(chuàng)新思想,要及時給予肯定和表揚,從而激勵學生積極探索。
四、總結
任務驅動法在人機工程學教學中是一種行之有效的教學方法。有利于改變學生獲取知識的方法,實現(xiàn)從“要我學”到“我要學”的心態(tài)轉變,進而培養(yǎng)他們良好的創(chuàng)新精神和實踐能力,真正達到工業(yè)設計專業(yè)人才培養(yǎng)目的。同時對教師提出了更高要求,具備根據(jù)學生的知識結構和特點來設計出激發(fā)學生興趣和思維活動的教學任務的能力。
參考文獻
[1]丁玉蘭.人機工程學[M].北京:北京理工大學出版社,2005,2.
關鍵詞:人機工程學、作業(yè)研究、機械設計、適宜作業(yè)
中圖分類號:TU991.34+1 文獻標識碼:A
1人機工程學設計
許多機械與操作者直接接觸,甚至長期在機器旁進行操作,如機床、汽車、和許多儀器、儀表等。這些機器的尺寸、形狀、色彩等不但影響操作者的工作效率和是否能夠持久工作,而且當設計不合理時會產生各種職業(yè)病,甚至人身事故。而且機械是否適用,操作者的舒適性,也對該產品在市場上面的競爭力有很大的影響。因此,“人機工程學”受到廣泛重視。人機工程學又稱人機學,也稱為人類工效學;它是在設計機械時,考慮如何使人獲得操作簡便而又準確的一門學科。
1,1人機工程學設計的內涵和目的
舉車床設計為例。車床里的傳動系統(tǒng)、各種機構、材料及熱處理、系統(tǒng),電動機及電路系統(tǒng)、床身、底座和其他零部件的剛、強度,等等,都不是人機界面,因此不屬于人機工程設計的對象,而是工程技術設計的工作。而車床操作部件的尺寸、位置、操作方式、操作力、操作方向、照明系統(tǒng)和刻度盤等標識系統(tǒng)等等,才是車床人機工程設計的內容。至于車床的造型和色彩設計,一般地屬于工業(yè)設計(工業(yè)產品藝術設計)的范圍,但造型和色彩顯然與人的心理因素、精神因素有關,可見與人機工程學設計也是相關的。
1.2人機工程學設計包括的主要內容有:
設計時考慮人體的尺寸、動作特點、感覺器官的要求、人體力學的要求、美學要求(形狀、尺寸、顏色等)、作業(yè)安全和習慣要求。
2作業(yè)研究與機械設計
2.1作業(yè)與工效
作業(yè)是具體的勞動動作,是為完成一定工藝過程而作出的一系列動作的聯(lián)合,是通過作業(yè)手段把材料變成合乎工序要求的活動。
通常作業(yè)的要素包括作業(yè)對象(材料)、作業(yè)手段(人的勞動、設備的運轉,信息的流通等)和作業(yè)成果(產品)。由于作業(yè)手段主要是人或機器,故作業(yè)可分為手工作業(yè)與機器作業(yè)兩類。分類的目的是為確定作業(yè)研究的重點。例如對手工作業(yè),主要考慮操作方法、技能的研究,對機器作業(yè)則以機器設備設計作為研究的重點,對人機系統(tǒng)作業(yè)則應以系統(tǒng)特性、功能作為作業(yè)研究的重點。
為了進行作業(yè),必須形成作業(yè)區(qū)域。作業(yè)區(qū)域是根據(jù)作業(yè)需要、設備體積和人的活動范圍來確定的。人在作業(yè)中要采取或保持―定作業(yè)姿勢,要同作業(yè)對象、機械設備和作業(yè)成果在作業(yè)區(qū)域內保持一定的空間關系。
功效(工效)指工作效率或作業(yè)效率,這是指為達到工作或作業(yè)的目的所用的投入與產出的比值。人機工程學中所謂的工效,因為其研究目的已由效率逐漸轉向安全、舒適,滿意等人類生存目標,所以當我們說工效學時其工效的意義是比較廣泛的。
工效即使在作業(yè)研究中,也不是僅僅由作業(yè)姿勢、作業(yè)區(qū)域等因素決定的,它同作業(yè)的速度、精度、強度、復雜度有關,又同作業(yè)主體的功能,作業(yè)環(huán)境條件和各種激勵因素有關。所以,只有人機工程學才將各種影響作業(yè)工效的因素作了綜合全面的考慮,并提出比較全面的解決辦法。
2.2作業(yè)研究與設計
作業(yè)研究是以作業(yè)系統(tǒng)為對象的工程活動。任何一種工程活動,其目的都是為了設計、建立或改進目標系統(tǒng),使之更為經(jīng)濟有效。作業(yè)研究的目的正是為了尋找最經(jīng)濟有效和使作業(yè)者勝任愉快的工作方法與工作時間,以有效利用資源、增進系統(tǒng)的工效。
機械工程技術人員研究作業(yè)的目的是為人機工程學設計提供設計依據(jù),使設計的機械達到作業(yè)要求(即機械的使用與維護)?!斑m宜作業(yè)”是機械工程技術人員人機工程學設計的目標。
3適宜作業(yè)的人機工程學設計
3.1人機工程學設計的基本原則
對于一個運行成功的系統(tǒng)而言,僅有機器的高效運轉是不夠的,機器還必須在系統(tǒng)操作者的范圍內使用方便或者可用。
人機環(huán)境系統(tǒng)的性能并不是系統(tǒng)中各要素本身性能的簡單疊加,而取決于各要素之間的匹配關系,取決于系統(tǒng)的整體協(xié)調。人機工程學設計的基本原則是以人為本,整體協(xié)調,適宜作業(yè)。具體表現(xiàn)在以下幾方面:作為工作系統(tǒng)的人-機器-環(huán)境系統(tǒng),要以人為中心來進行設計; 機器和環(huán)境的設計,要考慮作業(yè)人員的心理,心里特征及其限制; 機器和環(huán)境應首先適應人,然后才是人要適應機器和環(huán)境; 始終關注人的工作效績。
3.2人機工程學設計時需要考慮的主要因素
人類工效學家的目標是將設備設計在大多數(shù)人的強度、耐力、可及性、敏感性和信息處理能力的范圍之內。應該在概念階段考慮操作者與設備之間如何交互。這一問題不能在已有設計中得到有效解決,或者不易于結合進已有設計中考慮。
人類是一個系統(tǒng)中最靈活的部分,因而操作者能夠在有設計缺陷的設備周圍工作,但這要求使用者付出額外的努力,只能留出較少的時間和精力去做其他工作,因此未充分使用人力資源。
機械的設計對人們在工作中的安全和操作有極大的影響。機械設計工作者在設計中必須考慮的主要因素有:
總體考慮(如身體要求和安全):作為制造系統(tǒng)中的一個極為重要的系統(tǒng),可通過兩個途徑來設計生產機械設備以提高人類這一系統(tǒng)因子的操作技能:第一,合理地分配人或機器的任務;第二,設計設備使其符合人的能力范圍以便優(yōu)化其操作。
可維護性:生產設備從開始設計時就要考慮可維護性問題。因為系統(tǒng)變得越來越復雜且系統(tǒng)內各部分更加相互依賴,維護必要性的評價和及時提供故障檢修方面的幫助變得更為重要。
顯示器的設計:為了使生產設備高效運轉,必須向操縱者提供了解機器狀態(tài)的信息并使其能使用機器上的控制器對這些信息作出適當?shù)姆磻Ia系統(tǒng)中使用顯示器的目的是給操作者提供關于設備功能狀況或過程的信息。
控制器的設計:信息通過顯示器提供給操縱者。操作者對顯示的反應通過控制器或資料輸入裝置來實現(xiàn)。如果控制器的操作與人們的期望一致(符合人群的習慣模式),它們的尺寸與人體相適應,以及它們的運行特征在大多數(shù)人力量和精確度所能達到的范圍內,那么系統(tǒng)的性能將得到加強。
工具設計:在大多數(shù)工作中手持工具是用于執(zhí)行所要求的精度和力度非人手可完成的任務。很少有手持工具的大小設計可滿足不同操作者的首部特征;通常把柄的大小根據(jù)電動工具產生的扭矩而定,而雙炳工具的跨距設計要求與所使用的扣件大小相匹配。
設備的選擇和評價:無論是識別工作場所設計中的不足還是計劃購買新工具,對所選擇的干預措施或候選工具的評估將有助于作出更合理的決定
3.3符合人機工程學設計準則
根據(jù)現(xiàn)代機械設計的特點和要求,從人類工效學觀點可歸納出以下五條適宜作業(yè)的人機工程學設計的一般設計準則:基于人體形態(tài)學的設計準則; 基于人體感覺器官要求的設計準則; 基于人體力學的設計準則; 按美學造型要求的設計準則; 確保作業(yè)安全的設計準則
4 結語
二十一世紀人類步入了信息時代,人機工程學的發(fā)展必然向著信息化、智能化、網(wǎng)絡化的方向發(fā)展。人機工程學作為應用性學科,與人的工作生活息息相關,設計生產出更加人性化、高效能的設備、工具和日常生活用品是努力的目標?!斑m宜作業(yè)”是機械工程技術人員人機工程學設計的目標。
參考文獻
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1.明確學生在教學活動中的主體地位
大多數(shù)高職院校教師主要通過課堂講授來實現(xiàn)知識的傳授,而學生要做的就是被動地接受和記憶。但是這種填鴨式的教學會導致學生對于課程的興趣全無,甚至產生反感。即使是非常認真的學生也是死記硬背,在應付考試之后基本就忘光了,根本不會將知識靈活運用在具體的設計里,而創(chuàng)新就更不可能了。學生是教學活動中的主體,教師不能代替學生完成知識的理解和轉化。只有學生自己主動的去理解消化知識才能在日后的學習中合理地運用到具體設計中。由此可見,在教學中應發(fā)揮學生的積極主動性,適當減少課堂上枯燥的理論知識的講解,加入更多的討論環(huán)節(jié)讓學生參與進來,讓他們主動去思考,去學習。此外還可以借鑒“翻轉課堂”的方法,提前布置學習任務并提出相應的問題,讓學生帶著問題課后去看書了解相應的知識點,并且通過查閱相關資料來解決教師提出的問題,在課堂上進行答疑和相關問題討論,從而提高學生的學習興趣和積極性,通過課題討論和交流加深知識點的理解和運用。
2.課程內容進行有針對性的選擇和調整
人體工程學包含的內容非常繁多,對于課程的內容應進行有針對性的選擇與調整。高職院校室內設計專業(yè)的學生,應重點學習與室內設計聯(lián)系較為緊密的內容,例如人體測量學和人體尺寸、家居設計尺寸、室內環(huán)境心理學和室內環(huán)境行為學等,而與其聯(lián)系不大的人體生理學、人體解剖學等知識應該進行刪減。此外,隨著科學技術的不斷發(fā)展,教師還應該注意收集相關領域的最新研究成果,將其添加到教學內容中。這樣才能做到不生搬硬套教材內容,并且能激發(fā)學生學習的興趣。對課程內容的科學選擇和調整,能夠使學生發(fā)現(xiàn)所學內容與自己專業(yè)之間的關系,從而更加了解課程的重要性,更愿意主動學習。
3.改進教學手段,采用多元化的教學手段與方法
(1)互動式教學法教學過程
中教師與學生要增加交流與溝通,在互動的過程中激發(fā)學生學習的積極主動性和學習興趣,拓展創(chuàng)造性思維,以達到提高教學效果的最終目的。這種教學方法可以由教師引出一個主題,提出主題中的問題,學生進行思考討論,之后學生之間展開辯論,最后教師進行總結歸納。這樣能充分發(fā)揮學生的積極性、創(chuàng)造性。課程教學中一定要設置課堂的主題討論環(huán)節(jié),可以采取學生分組討論、全班討論及同伴教學等方法,讓學生在課堂上除了“動眼”、“動耳”,更需要“動嘴”、“動腦”以及“動手”。例如:在家具尺寸這一章節(jié)中,可以讓學生動手進行課桌椅的測量,之后參照知識點進行討論,找出課桌椅設計的優(yōu)缺點,而后動手進行改良設計。在設計過程中要靈活運用課程所學知識,之后教師對學生的設計進行相應的點評和講解。這樣既增強學生的學習興趣,活躍了課堂氣氛,又深化了教學內容,加深了學生對于知識的理解和認識。
(2)圖表、案例式教學法
針對藝術生習慣于感性認識和圖形化思維方式的特點,教師在教學過程中不能用過于理性和抽象的文字,應該要增加豐富的圖案和表格以及相關視頻。這樣能夠將知識點以更加生動、直觀的形式呈現(xiàn)出來,有利于激發(fā)學生學習興趣、加深理解。此外還要加入一些具體的設計案例,可以是一些優(yōu)秀案例或者是存在問題的案例,讓學生運用相關的人體工程學知識分析案例。人體工程學相對理性化,與我們的具體生活聯(lián)系不是非常緊密,所以在教學中要特別注重生活案例引用。例如可以找一到兩個在校園生活中經(jīng)常用到的家具進行案例分析,讓學生說出平時的使用感受,尋找使用時的問題及不合理的人體工程問題,然后結合人體工程相關知識進行分析,最終找到解決的方法。
(3)實驗教學法
人體工程學中的很多數(shù)據(jù)和公式,其實都是根據(jù)相應的實驗得出的結論,所以應該在課堂中加入一些相關實驗。有條件的情況下,可以成立人體工程學實驗室,購置相關的實驗設備,在實驗的過程中讓學生自己去探索和發(fā)現(xiàn)。這樣不僅有利于學生的自主學習,還可以提高學生的學習興趣。即使沒有相應的條件成立實驗室,也可以在課程中增加一些小實驗,例如在視覺章節(jié)中加入錯覺實驗、混色實驗、眼動實驗等等,通過實驗幫助學生理解相關理論知識。
(4)體驗式教學
采用模擬項目教學法:挑選網(wǎng)上設計招標項目,如家具、展廳或環(huán)境小品的設計等,讓學生自組團隊,設計投標,通過布置任務書的方法,要求學生在設計的時候從人體工程學角度出發(fā)進行思考和設計。此外還可以通過教師虛擬課題進行設計,運用這種方式能夠很好地激發(fā)學生的學習熱情,學生在做設計的時候能主動查找書上相關知識點進行設計,將理論與實踐相結合。
4.靈活的課程設計與課程實踐
人體工程學的教學不能單單是理論教學,要充分加入實踐環(huán)節(jié),讓學生對現(xiàn)有設計進行調研,尋找身邊的設計中與人體工程學相關的優(yōu)缺點,進行調研報告的制作。在課程教學中應充分加入課題設計環(huán)節(jié),初步階段可以運用小課題設計讓學生進行一些簡單的家具單體等的設計。之后可以進行大課題設計,例如讓學生進行一個小型空間室內的設計。在課程設計時靈活進行內容的調節(jié),適當刪減枯燥的理論知識,更多地增加實踐設計,讓學生在動腦、動手的過程中學習對應的知識點,通過實踐幫助學生回顧并真正掌握相關的知識。
二、總結
[關鍵詞]逆向工程;人機工程學;改良設計;實驗
[DOI]10.13939/ki.zgsc.2015.20.251
為了能夠在市場競爭中取得優(yōu)勢,很多企業(yè)不斷改良產品設計,推出新產品。因此,產品改良設計的原理與方法是工業(yè)設計專業(yè)學生所必須掌握的。《工業(yè)產品再設計》課程即是針對如何改進現(xiàn)有產品的工業(yè)設計專業(yè)課程。[1]人機工程學是工業(yè)設計中重要的輔助手段。[2]在工業(yè)設計領域,人機工程學為衡量產品使用舒適度提供了參考和評價標準。而在人機工程學應用于工業(yè)設計實踐方面,Shenchang Eric Chen提出形態(tài)混合遷變的方法,即可以運用人體尺度數(shù)據(jù)與產品數(shù)據(jù)合成新產品造型。本文所介紹的實驗方案,運用逆向工程[1][3]的方法:首先用油泥、發(fā)泡泡沫等材料制作人體生理構造反形,再利用shape averaging[3](Morphing)法對人體反形與產品形態(tài)進行混合遷變,得出新的產品形態(tài)。本文列舉兩例自行車把改良設計實驗。
1 實驗1
本實驗運用手掌持握反形(有手指凹陷)與目標車把合成新的車把造型,目的在于改良和優(yōu)化現(xiàn)有車把與手掌生理結構的吻合度。使用帶有手指凹陷構造的手掌持握反形,可以得出持握穩(wěn)定的車把設計結果。
(1)利用油泥手工制作手掌持握反形(有手指凹陷),并利用數(shù)字化三維掃描儀和Stereo 3D獲取其三維數(shù)據(jù)(圖1)。
(2)利用數(shù)字化三維掃描儀獲取目標車把(圖2)三維數(shù)據(jù)。
(3)分別抽離等量的手掌持握反形(有手指凹陷)與目標車把的截面輪廓線。
(4)將兩組截面輪廓線置于同一坐標系,并縮放調整位置與尺度。
(5)將兩組輪廓線進行混合運算,并采取不同的Morphing比例,選擇最佳混合遷變結果,其加權比例為3∶7;圖4左側為目標車把局部截面輪廓線,右側為油泥手掌持握反形(有手指凹陷)局部截面輪廓線,紅色為所選最佳結果。
(6)以步驟(5)中的結果,創(chuàng)建新曲面,生成最終形態(tài)(圖3)。
(7)制作改良車把設計效果圖(圖略)。
2 實驗2
本實驗運用手掌持握反形(無手指凹陷)與目標車把合成新的車把造型,目的在于改良和優(yōu)化現(xiàn)有車把與手掌生理結構的吻合度并且保留一定的手掌自由度。使用不帶有手指凹陷構造的手掌持握反形,可以得出持握穩(wěn)定性稍差,稍有些手掌活動自由度的車把設計結果。
(1)利用油泥手工制作手掌持握反形(無手指凹陷),并利用數(shù)字化三維掃描儀和Stereo 3D獲取其三維數(shù)據(jù)(圖5)
(2)利用數(shù)字化三維掃描儀獲取目標車把(圖2)三維數(shù)據(jù)
(3)分別抽離等量的手掌持握反形(無手指凹陷)與目標車把的截面輪廓線
(4)將兩組截面輪廓線置于同一坐標系,并縮放調整位置與尺度
(5)將兩組輪廓線進行混合運算,并采取不同的MORPHING比例,選擇最佳混合遷變結果,其加權比例為5∶6;圖7左側為目標車把局部截面輪廓線,右側為油泥手掌持握反形(無手指凹陷)局部截面輪廓線,紅色為所選最佳結果
(6)以步驟(5)中的結果,創(chuàng)建新曲面,生成最終形態(tài)(圖6)
(7)制作改良車把設計效果圖(圖略)
3 結 論
本文所介紹的兩例實驗為2014年天津工業(yè)大學機械工程學院工業(yè)設計專業(yè)《工業(yè)產品再設計》課程實驗。實驗案例表明:兩個設計方案均有效的對自行車把的造型進行了改良設計。所不同的是實驗1的結果可使手掌持握車把時貼合更為緊密,實驗2 的結果手掌持握的自由度較高。兩種改進設計可適用于不同使用習慣的人群。由于設計來源于人體結構反形,這種直觀反求的方式保障了人體結構與產品外形的吻合度。本實驗的結果取決于手掌持握反形與目標車把形態(tài)的混合結果。故,手掌持握反形的設計在本項實驗中至關重要,直接影響實驗結果。因此,本實驗的局限即在于設計結果對不同生理尺度的適應性較差。因此,本實驗的方法,可以拓展為運用多件不同尺度的手掌持握反形得出多個設計結果,即可以產生不同尺碼的產品,以符合更多人群的需求。
本課程實驗使學生掌握了基于人機工程學的產品改良設計方法,激發(fā)了學習興趣,培養(yǎng)了專業(yè)技能,提高了學生對工業(yè)設計專業(yè)的認知度。
參考文獻:
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