發(fā)布時間：2024-01-22 14:57:48
序言：寫作是分享個人見解和探索未知領(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的人體工程學(xué)的意義和目的樣本，期待這些樣本能夠為您提供豐富的參考和啟發(fā)，請盡情閱讀。
人體工程學(xué)主要是研究人、環(huán)境和機具之間關(guān)系的安全問題和工作性能。在人體工程學(xué)的研究中應(yīng)該始終堅持以人為本的宗旨，將人放在主導(dǎo)地位，所有的機具和環(huán)境都是服務(wù)于人的。在室內(nèi)設(shè)計的教學(xué)中，人體工程學(xué)的應(yīng)用十分廣泛。
關(guān)鍵詞：
室內(nèi)設(shè)計；教學(xué)；人體工程學(xué)
一、人體工程學(xué)及室內(nèi)設(shè)計的綜述
（一）人體工程學(xué)綜述
隨著社會經(jīng)濟的飛速增長，如何滿足人們的需求變得尤為重要。人體工程學(xué)作為一門較為先進的學(xué)科，對人、物和環(huán)境之間的關(guān)系進行綜合的考慮和評估，從而實現(xiàn)三者的有機結(jié)合，在工程學(xué)的發(fā)展中具有至關(guān)重要的意義。隨著人們對設(shè)計要求日益提高，人體工程學(xué)在室內(nèi)設(shè)計中始終將人作為研究的主要對象，不但要加強室內(nèi)的視覺效果，還應(yīng)注意對物理環(huán)境以及人們的心理環(huán)境進行研究和設(shè)計。
（二）室內(nèi)設(shè)計綜述
室內(nèi)設(shè)計主要是根據(jù)建筑物的使用性能不同，按照相應(yīng)的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，考慮到建筑所處的環(huán)境和功能，利用建筑美學(xué)的有關(guān)原理和一些技術(shù)手段，設(shè)計出功能合理、優(yōu)美舒適的生活環(huán)境，以此來滿足人們?nèi)找嬖鲩L的物質(zhì)生活和精神生活需求。室內(nèi)設(shè)計的空間環(huán)境不僅要滿足建筑使用要求，還應(yīng)該體現(xiàn)出建筑的使用價值，在此基礎(chǔ)上盡量設(shè)計出具有一定的建筑風(fēng)格、歷史文化以及具有特色的環(huán)境氛圍的室內(nèi)設(shè)計方案。人體工程學(xué)在室內(nèi)設(shè)計中的應(yīng)用主要表現(xiàn)在精神功能以及室內(nèi)設(shè)計的實用功能兩個方面。人們的心理環(huán)境的變化會受到室內(nèi)環(huán)境的影響，好的室內(nèi)設(shè)計方案在一定程度上有利于提高人們的心理健康程度。另一方面，室內(nèi)設(shè)計最根本的目的就是為了滿足人們的使用要求，所以在設(shè)計時必須控制好建筑的實用性。
二、室內(nèi)設(shè)計教學(xué)中人體工程學(xué)的運用
人體工程學(xué)在室內(nèi)設(shè)計教學(xué)中的應(yīng)用就是始終堅持以人為本的思想理念。
（一）室內(nèi)設(shè)計教學(xué)中生理計測的運用
人體在活動的過程中，其生理變化的狀況是不同的，采用生理計測的方式能夠科學(xué)、客觀的測量出人體在活動時的負(fù)荷情況及能量的消耗狀況。通常的計測方式有能量代謝率法和肌電圖法。因為人體在消耗能量的過程中會產(chǎn)生一定的耗氧量，活動時的耗氧量和平時的相比，強度狀態(tài)會發(fā)生一定的變化，通過能量代謝率公式進行計算就能計算出人體在不同情況下的代謝率。肌電圖法是利用活動過程中電流圖和肌肉伸縮的情況來確定人體的負(fù)荷和活動強度的。在教學(xué)中，我們應(yīng)該根據(jù)不同的生理計測的結(jié)果，使學(xué)生提高室內(nèi)設(shè)計中對人體活動情況的注意力，盡可能保證設(shè)計的合理性。
（二）人體工程學(xué)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)在室內(nèi)設(shè)計教學(xué)中的運用
人體工程學(xué)中的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)有三個方面：人體尺度、人體構(gòu)造、人體的動作域。這些方面在室內(nèi)設(shè)計教學(xué)中都會被運用。其中，人體工程學(xué)研究的基本數(shù)據(jù)之一就是人體尺度，加強室內(nèi)設(shè)計教學(xué)中對人體尺度的研究對保證設(shè)計方案的實用性具有深刻的意義。其次人體構(gòu)造是和人的運動系統(tǒng)聯(lián)系最緊密的部分，如人體的肌肉、關(guān)節(jié)和骨骼，分別通過神經(jīng)系統(tǒng)的分配，使人體各部分順利的完成運動。骨骼是人體的支柱，通過四肢骨、軀干骨以及顱骨這三個部分進行運動，再通過骨關(guān)節(jié)的連接加強活動，最后由神經(jīng)系統(tǒng)向骨骼肌傳遞信號，形成肌肉的舒張或收縮，從而協(xié)調(diào)人體的工作。人體活動的區(qū)間以及生活的空間范圍就是人體的動作域。人體的動作域的大小和人體的活動情況息息相關(guān)，所以，準(zhǔn)確的動作域的分析對確定室內(nèi)空間的尺寸十分重要。在室內(nèi)設(shè)計的過程中，我們應(yīng)該盡可能的采用多種計測方式測定出人體的動作域，為人體工程學(xué)的研究提供基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)。
（三）室內(nèi)設(shè)計教學(xué)中心理計測的運用
心理計測的方式主要有尺度法和精神物理學(xué)法等。尺度法主要是在心理學(xué)中按照一定的順序進行劃分。精神物理學(xué)測量的方式就是采用物理的方式測量出最小的人體神經(jīng)刺激量，以保證在設(shè)計中加以注意。在室內(nèi)設(shè)計教學(xué)中，應(yīng)該盡可能讓學(xué)生進行實踐、合作，組織相應(yīng)的團隊，將學(xué)生作為教學(xué)的中心，通過自評、組評、互評以及團體評的方式進行教學(xué)，最大限度的激發(fā)學(xué)生的潛力，提高學(xué)生的積極性，從而獲得良好的教學(xué)效果。
三、結(jié)語
在室內(nèi)設(shè)計的教學(xué)中，如何應(yīng)用人體工程學(xué)的概念對提高室內(nèi)設(shè)計的水平至關(guān)重要，因此，在教導(dǎo)學(xué)生的過程中，教師應(yīng)盡量提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和創(chuàng)造性，充分利用人體工程學(xué)的相關(guān)理念教導(dǎo)學(xué)生進行室內(nèi)設(shè)計。
作者：于麗偉 單位：青島農(nóng)業(yè)大學(xué)藝術(shù)學(xué)院
參考文獻：
[1]曹會波．小議模型制作在室內(nèi)設(shè)計教學(xué)中的作用[J]．美與時代(中)，2011，（06）：52-53．
關(guān)鍵詞：人機工程學(xué)
汽車人機工程學(xué)是人機工程學(xué)是人機工程學(xué)知識、理論和方法在汽車工業(yè)及相關(guān)領(lǐng)域中的應(yīng)用。汽車人機工程學(xué)的主要研究方向和內(nèi)容則是通過揭示人、車、環(huán)境之間相互關(guān)系的規(guī)律，以達(dá)到確保人――機――環(huán)境系統(tǒng)總體性能的最優(yōu)化。汽車人機工程設(shè)計的主要工作任務(wù)，就是利用人機工程因素解決汽車（車身）設(shè)計中的“空間幾何”和“人機界面問題”。
1 定義
“空間幾何”的含義是指，汽車的車室空間設(shè)計尺寸和造型設(shè)計尺寸應(yīng)該滿足駕駛員和乘員的主觀與客觀要求，能夠“容納”他們。例如，車室的空間設(shè)計（如車頂）與室內(nèi)設(shè)施的布置設(shè)計（如座椅和踏步布局）應(yīng)該考慮對人體尺寸的容納與適應(yīng)（如伸腿空間、進出車門）；整車的總體設(shè)計和造型設(shè)計應(yīng)該滿足駕乘人員對道路等環(huán)境的視野需求。
“人機界面”的設(shè)計目標(biāo)是優(yōu)化和減輕駕駛員的工作負(fù)荷（如對外部環(huán)境和儀表的關(guān)注所造成的視覺疲勞和因操作桿件的操作力度及伸及所造成的操作疲勞）。
2 現(xiàn)狀
目前，還有很多汽車制造公司還沒有一個正式的部門來處理產(chǎn)品開發(fā)和設(shè)計上的人機工程問題，起因則是對汽車人機工程設(shè)計的使用和價值方面有錯誤的認(rèn)識。隨著人們?nèi)找嬖鲩L的舒適性要求及新增需求，必將對車輛人機工程學(xué)的發(fā)展提供新的機遇和更加廣闊的前景。
3 意義
隨著機動車輛用途的日益擴大、形態(tài)的日益多樣化、功率和工作速度的不斷增加、自動化程度不斷提高、行駛道路和交通化境條件的日益復(fù)雜，駕駛員的工作越來越繁重，因而對改善駕駛員勞動條件的要求越來越迫切。這就使得應(yīng)用人機工程學(xué)的原理設(shè)計機動車輛的重要性更為突出。
4 車輛工程領(lǐng)域的人機工程學(xué)研究
4.1 機動車輛駕駛操縱系統(tǒng)人機界面的優(yōu)化匹配
機動車輛駕駛操縱系統(tǒng)是一種有駕駛員參與的反饋控制系統(tǒng)，其人機界面是典型的第一類人機界面。這類人機界面的優(yōu)化匹配問題，在人機工程學(xué)領(lǐng)域最具有代表性，是人機工程學(xué)應(yīng)當(dāng)研究和解決的基本技術(shù)之一。
4.2 機動車輛的行車安全性及車內(nèi)乘員的人體保護技術(shù)
機動車輛的撞車、翻車事故是行車安全事故的主要形態(tài)，頻繁的撞車、翻車事故嚴(yán)重地威脅著人們生命和財產(chǎn)的安全。行車事故是在人――車――環(huán)境系統(tǒng)中產(chǎn)生不穩(wěn)定或不平衡時發(fā)生的。
4.3 機動車輛乘員的乘坐舒適性
機動車輛駕駛員和乘員的乘坐舒適性，主要取決于座椅和人體的人機界面能否為人提供舒適而穩(wěn)定的坐姿、駕駛員（或乘員）――座椅――車輛系統(tǒng)能否有效地隔離或衰減來自路面不平度的激勵而產(chǎn)生的振動，以使駕駛員（或乘員）所承受的全身振動負(fù)荷低于規(guī)定的限制；駕駛員――座椅――駕駛室系統(tǒng)的幾何位置關(guān)系能否為駕駛員提供良好的視野和相對于各種操縱機構(gòu)與顯示裝置的舒適位置。
4.4 機動車輛的噪聲控制
機動車輛噪聲控制的目的是保證車內(nèi)駕駛員和乘員的耳旁噪聲滿足人的聽力保護允許標(biāo)準(zhǔn)，車外噪聲滿足動態(tài)環(huán)境噪聲允許標(biāo)準(zhǔn)。
4.5 機動車輛內(nèi)小環(huán)境氣候的宜人化控制
對車內(nèi)小環(huán)境氣候宜人化控制的具體要求因機動車輛的類型、使用條件和運行環(huán)境的不同而異，依據(jù)人的熱舒適性評價標(biāo)準(zhǔn)。
4.6 機動車輛駕駛員的駕駛適宜性
駕駛員是引起事故的主要因素。所謂駕駛適宜性，是指人具備圓滿、不出差錯地完成駕駛工作的素質(zhì)。開展駕駛適宜性研究并制定科學(xué)的駕駛適宜性檢查方法，對于駕駛員的選拔和科學(xué)化管理具有重要的指導(dǎo)意義。
例如，交通管理部門或交通運輸企業(yè)可以通過駕駛適宜性檢查，對申請駕駛工作的人的身心素質(zhì)有一個基本的了解，可及時采取相應(yīng)的預(yù)防或針對性指導(dǎo)訓(xùn)練措施。
4.7 機動車輛的道路交通適應(yīng)性
人――車――路應(yīng)作為一個系統(tǒng)來研究，設(shè)計車輛性能時，既要充分考慮人的因素，又要充分考慮現(xiàn)在及將來的道路交通特性；應(yīng)當(dāng)從用戶主要是駕駛員的角度出發(fā)，評價車輛對道路交通條件的適應(yīng)性，用以指導(dǎo)車輛的設(shè)計，使其協(xié)調(diào)一致。
4.8 人――車――路系統(tǒng)的綜合優(yōu)化
綜合運用人機工程學(xué)，吸收國內(nèi)外最新研究成果，提出一種科學(xué)的、以“駕駛員――車輛――道路一體化設(shè)計概念”為指導(dǎo)、研究駕駛員――車輛――道路交通環(huán)境系統(tǒng)的綜合優(yōu)化方法。
5 汽車人機工程學(xué)的未來
隨著車輛使用者群體特征的變化，車輛設(shè)計與制造技術(shù)的進步、道路交通環(huán)境的改善以及社會大環(huán)境的變化，車輛人機工程學(xué)面臨的研究課題必將不斷發(fā)生變化。
1、由于醫(yī)學(xué)科學(xué)新成就的不斷出現(xiàn)和社會公共衛(wèi)生事業(yè)的發(fā)展，使得駕駛?cè)后w的平均年齡逐步提供，車輛乘用群體覆蓋范圍進一步擴大，必將對車輛的“用戶適用性”水平提出更新、更高、更多樣化的要求。
2、基于計算機和電子技術(shù)的各種控制系統(tǒng)、輔助裝置在轎車上的大量采用和不斷完善，轎車的智能化程度越來越高，因此轎車駕駛操縱的人機系統(tǒng)功能分配、人機系統(tǒng)特性調(diào)和人機界面優(yōu)化匹配的內(nèi)容、方法必將隨之發(fā)生新的變化。
3、隨著能源與環(huán)境問題的備受關(guān)注，車輛技術(shù)發(fā)展的趨勢可能從石油燃料車輛轉(zhuǎn)變?yōu)殡妱悠?，將對駕駛者帶來許多新的操縱特性，需要人機工程學(xué)更好的去平衡、協(xié)調(diào)、優(yōu)化設(shè)計工作。
參考文獻
[1] 杜子學(xué)， 汽車人機工程學(xué)，2011，第1版
關(guān)鍵詞:人機工程學(xué);機械工程;人性化設(shè)計
中圖分類號:F8 文獻標(biāo)識碼:A 文章編號:1672-3198(2010)06-0314-02
0 前言
人機工程學(xué)是一門運用系統(tǒng)科學(xué)理論和方法,正確處理人、機、環(huán)境之間的關(guān)系,研究人――機――環(huán)境系統(tǒng)相互作用及最優(yōu)組合的工程技術(shù)科學(xué)。其研究的對象是人在某種工作環(huán)境中的解剖學(xué)、生理學(xué)和心理學(xué)等方面的各種因素;其研究的內(nèi)容是人和機器及環(huán)境之間的相互作用;其研究的目的是提高工作效率,保證人的健康、安全和舒適性等問題。
機械設(shè)計是一項極其復(fù)雜的工程,在設(shè)計過程中不僅需要設(shè)計人員考慮機械的材料、力學(xué)、溫度、工作環(huán)境、工作強度和頻率等因素外,還要求充分考慮人 ――機――環(huán)境之間的關(guān)系。因而人機工程學(xué)在機械工程領(lǐng)域,扮演著非常重要的角色。人們在設(shè)計機械產(chǎn)品的時候會因為所設(shè)計的作業(yè)空間的不同,顏色、溫度、亮度等因素考慮角度的不同,對人的作業(yè)效能和作業(yè)疲勞等方面考慮的不同,使同一種機械產(chǎn)品在工作中產(chǎn)生不同的效果。這些效果可能表現(xiàn)在工作效率的不同,工作者安全的保障與否,工作者工作時間的長短差異等等。因此,在機械工程中,我們一定要綜合考慮人、機、環(huán)境三者之間的關(guān)系,不僅要注重工作效率,還要注重作業(yè)人以及環(huán)境。
1 人機工程學(xué)的應(yīng)用技術(shù)
人機工程學(xué)是一門新興的邊緣學(xué)科。它是運用人體測量學(xué)、生理學(xué)、心理學(xué)和生物力學(xué)及工程學(xué)等學(xué)科的研究方法和手段,綜合地進行人體結(jié)構(gòu)、功能、心理以及力學(xué)等問題研究的學(xué)科。通過人機工程學(xué)的研究與應(yīng)用,可為機械設(shè)計中考慮“人”的因素提供人體尺寸參數(shù);為機械設(shè)計中考慮“物”的功能合理性提供科學(xué)依據(jù);為機械設(shè)計中考慮“環(huán)境”因素提供設(shè)計準(zhǔn)則;為進行人、 機、環(huán)境系統(tǒng)設(shè)計提供理論依據(jù)。
1.1 人體尺度在機械工程中的應(yīng)用
為了使各種與人體尺度有關(guān)的設(shè)計對象能符合人的生理特點,讓人在使用時處于舒適的狀態(tài)和適宜的環(huán)境之中,就必須在設(shè)計中充分考慮人體的各種尺度。在進行各種機械、設(shè)備、設(shè)施和工具等的設(shè)計時,首先要考慮的問題就是如何使它們適合于人的形態(tài)和功能的范圍的限度。例如,所有的作業(yè)動作都必須在人的肢體活動所能及的范圍之類,其高低位置必須與人體相應(yīng)部位的高度位置相適應(yīng);同時還要考慮將其布置在人操作方便,反應(yīng)最靈敏的范圍之內(nèi)。其目的是為了提高設(shè)計對象的宜人性,讓使用者能夠安全、健康、舒適、高效率的工作,從而有利于減少人體的疲勞和提高人機系統(tǒng)的效率。
人體不同部位的尺寸在機械設(shè)計中扮演著不同的角色,現(xiàn)舉一些人體主要尺寸的應(yīng)用原則:
(1)肘部高度:對于確定柜臺、梳妝臺、廚房案臺、工作臺、以及其他站著使用的工作表面的舒適高度,肘部高度數(shù)據(jù)是必不可少的。通過科學(xué)研究發(fā)現(xiàn),最舒適的高度是低于人的肘部高度7.6cm。休息平面的高度大約應(yīng)該低于肘部高度的2.5-3.8cm。
(2)大腿厚度:這是設(shè)計柜臺、書桌、會議桌、課桌、家具及其他一些室內(nèi)設(shè)備和為人們提供座位的設(shè)備的關(guān)鍵尺寸。要是大腿和大腿上方的物體有一定間隙。
(3)立姿垂直手握高度:可用于確定開關(guān)、控制器、拉桿、把手、書架以及衣帽架等等的高度。
以上只是列舉了一部分。在設(shè)計過程中要充分考慮人體的各種尺寸,使設(shè)計出來的產(chǎn)品讓人用著舒服,并盡量減輕人的疲勞感;同時還要注重工作效率的提高。
1.2 人體機能的應(yīng)用
人主要有9個子系統(tǒng),其中與外界直接發(fā)生聯(lián)系的主要有三個系統(tǒng),即感覺系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)和運動系統(tǒng)。人在人機系統(tǒng)中作用過程大致如圖1。
圖1由圖可知,要使系統(tǒng)有效運行,要求人體各部位協(xié)調(diào)工作。感覺器官感受外界的信息;大腦理解和決策信息;運動器官執(zhí)行相應(yīng)的動作。
1.2.1 感覺系統(tǒng)
不同的感覺通道有不同的適應(yīng)場合。例如視覺通道適合傳遞比較復(fù)雜或抽象的信息,比較長或需要延遲的信息,與空間方位、空間位置有關(guān)的信息等;聽覺通道傳遞比較復(fù)雜的信息,短的或無需延遲的信息,與時間無關(guān)的信息,快速響應(yīng)的信息等;觸覺通道適合非常簡明的、需要快速傳遞的信息,經(jīng)常用受觸摸的機器或裝置的場合等。
當(dāng)我們的信息用視覺通道傳遞時,我們設(shè)計機械裝置時,要綜合考慮人的視角與視力,視野與視距,中央視覺和周圍視覺,色覺與色視野,暗適應(yīng)和明適應(yīng)等各方面的因素。例如眼睛沿水平方向運動比沿豎直方向運動快而且不宜疲勞;視線的變化習(xí)慣從左到右,從上到下;顏色對比與人眼也有一定關(guān)系,所以危險等信號標(biāo)志都用紅色。
當(dāng)信息用聽覺通道傳遞時,要綜合考慮聲音的頻率,動態(tài)范圍,人耳的方向敏感度,掩蔽效應(yīng)等。同時,還要注意考慮人耳的安全。
1.2.2 神經(jīng)系統(tǒng)
通過感覺通道傳入的信息,在大腦中樞進行復(fù)雜的處理。大腦處理信息的速度以及對信息的記憶活動等都具有很重要的意義。對于人腦反應(yīng)的速度,我們在設(shè)計產(chǎn)品的過程中不能使之快于人腦的速度。同時,我們又要充分利用人腦的記憶功能,進行復(fù)雜只能活動的能力,來合理設(shè)計,從而提高效率,創(chuàng)造價值。
1.2.3 運動系統(tǒng)
運動系統(tǒng)是人體完成各種動作和從事生產(chǎn)勞動的器官系統(tǒng)。骨的功能,各種關(guān)節(jié)的活動范圍,肌肉的強度與力度等,都是我們設(shè)計機械器件時應(yīng)該考慮的。例如關(guān)節(jié)必須處在一定的舒適調(diào)節(jié)范圍內(nèi)。對于肢體的運動,要考慮肢體的出力范圍,運動范圍,動作速度與頻率等。
因此為了使操作者可以靈活、方便、快捷地執(zhí)行動作,我們要考慮作對象的空間與操作者肢體所能及的范圍的關(guān)系,完成工作所需要的力與操作者可以提供的力之間的關(guān)系等。
2 環(huán)境因素的影響
在機械設(shè)計中經(jīng)常要考慮的環(huán)境因素很多,如溫度、濕度、照明、噪聲、振動、粉塵、風(fēng)力及有毒物質(zhì)等;隨著人類生產(chǎn)活動領(lǐng)域的擴大,影響因素還有失重、超重、異常氣壓、加速度及電離輻射等。設(shè)計者必須全面考慮各種條件和要求,將環(huán)境因素和人的因素與機器的所要達(dá)到的要求結(jié)合起來進行綜合分析和決策,求得正確的解決方案。
3 結(jié)束語
綜上所述,現(xiàn)代機械工程的設(shè)計階段要充分考慮人機工程學(xué)原理,進行人性化的設(shè)計。綜合考慮環(huán)境因素,人的因素在設(shè)計中的影響。在保證工作者舒適、安全、健康、方便、快捷、靈活工作的同時,保證工作效率,尋求更優(yōu)更高效的方法,找到人――機――環(huán)境間的最佳組合。
參考文獻
[1]丁玉蘭.人機工程學(xué)(第三版)[M].北京:北京理工大學(xué)出版社,2005.
[2]李建中,曾維鑫,李建華主編.人機工程學(xué)[M].南京:中國礦業(yè)大學(xué)出版社,2009.
[3]嚴(yán)楊.人機工程學(xué)設(shè)計應(yīng)用[M].北京:中國輕工業(yè)出版社,1993.
關(guān)鍵詞：人機工程學(xué);農(nóng)業(yè)機械化及其自動專業(yè);教學(xué)改革
中圖分類號：G642.0 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）41-0119-03
國際人機工程學(xué)學(xué)會（IEA，International Ergonomics Association）將人機工程學(xué)定義為：“人機工程學(xué)是研究人在某種工作環(huán)境中的解剖學(xué)、生理學(xué)和心理學(xué)等方面的因素（研究對象）;研究人和機器及環(huán)境的相互作用（研究內(nèi)容）;研究在工作中、家庭生活中與閑暇時怎樣考慮人的健康、安全、舒適和工作效率的學(xué)科（研究目的）?！焙喲灾藱C工程學(xué)是研究“人―機器―環(huán)境”系統(tǒng)中人、機械和環(huán)境三個要素之間關(guān)系的一門學(xué)科[1，2]。在現(xiàn)在的全球化競爭中，以解決人的“安全、高效、舒適、省力”問題和人、機器、環(huán)境相互協(xié)調(diào)為目的的人機工程學(xué)的相關(guān)理論和方法已經(jīng)被運用在工業(yè)設(shè)計的各個方面。作為農(nóng)業(yè)機械化及其自動專業(yè)的一門專業(yè)課程，人機工程學(xué)的主要目的是讓學(xué)生熟悉并掌握人機工程學(xué)的基本理論和方法，培養(yǎng)學(xué)生在產(chǎn)品設(shè)計中運用人機工程學(xué)知識的能力[3]，為學(xué)生在農(nóng)業(yè)機械化裝備研究、設(shè)計、制造、試驗鑒定、推廣應(yīng)用、系統(tǒng)規(guī)劃和企業(yè)經(jīng)營管理等方面工作奠定基礎(chǔ)。
一、人機工程學(xué)傳統(tǒng)教學(xué)的弊端
1.教學(xué)內(nèi)容缺乏針對性?，F(xiàn)行的人機工程學(xué)教材均面向工程設(shè)計、工業(yè)設(shè)計等專業(yè)，教材編寫者大都考慮本專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、學(xué)生背景知識、就業(yè)方向以及在本專業(yè)內(nèi)部人機工程學(xué)與其他課程的銜接，例如，工業(yè)設(shè)計專業(yè)以培養(yǎng)具有創(chuàng)新性產(chǎn)品設(shè)計能力的工業(yè)設(shè)計專業(yè)人才為目標(biāo)，人機工程在工業(yè)設(shè)計專業(yè)就更加注重實用性和應(yīng)用性，而弱化理論?，F(xiàn)行教材中出現(xiàn)的案例在工程設(shè)計等專業(yè)較為常用，而農(nóng)業(yè)機械化及其自動化專業(yè)學(xué)生熟悉和關(guān)心的農(nóng)業(yè)機械設(shè)計相關(guān)內(nèi)容在人機工程學(xué)教材中很少體現(xiàn)。因此，學(xué)生在使用教材時感覺到“人機工程學(xué)”這門課和其他課程無法很好地聯(lián)系和銜接，在以后工作中沒有實際應(yīng)用價值，對學(xué)生個人能力培養(yǎng)和未來發(fā)展幫助不大，這就直接導(dǎo)致學(xué)生在上課時缺少主動思考和積極學(xué)習(xí)的動力。
2.教學(xué)方法陳舊。教學(xué)過程是學(xué)生、教師及教學(xué)內(nèi)容相互作用、相互協(xié)調(diào)的一個過程，最終目標(biāo)是讓學(xué)生這個教學(xué)“中心”學(xué)習(xí)到本課程的概念、理論，并學(xué)會在實際設(shè)計中使用本課程的理論方法。然而，目前我國人機工程學(xué)課程教育模式仍然是“以教師為中心，以課堂為中心，以教材為中心”[4-6]，教學(xué)過程中以教材的知識講授為重點，忽略學(xué)生使用知識的能力培養(yǎng)，造成學(xué)生只懂“理論”不懂“實踐”的奇怪現(xiàn)象。在實際人機工程學(xué)教學(xué)活動中，雖然教師以多媒體教學(xué)為主，但事實上僅僅是將板書內(nèi)容搬到了電腦屏幕上，教學(xué)內(nèi)容依然是教材上的內(nèi)容，教學(xué)方法依然是傳統(tǒng)的知識灌輸方法。這樣的結(jié)果致使學(xué)生被動接受，減少了教師和學(xué)生互動的內(nèi)容，壓抑了學(xué)生主動思考、主動學(xué)習(xí)的能力，使得學(xué)生出現(xiàn)負(fù)面情緒，直接導(dǎo)致課程的內(nèi)容不能被學(xué)生學(xué)習(xí)和理解，也偏離了教學(xué)目標(biāo)。
3.考核方式單一。傳統(tǒng)的人機工程學(xué)課程考核方式不注重學(xué)生的實踐能力，單純以理論知識為考核目標(biāo)，以閉卷考試為考核手段，造成學(xué)生在課堂上不積極，臨考前幾天把課本的知識點死記硬背下來，而這種短時間記憶很快又被遺忘。顯然，這種考核方式不能促使學(xué)生積極學(xué)習(xí)、主動思考，無法檢測學(xué)生的實踐動手能力，也達(dá)不到構(gòu)建科學(xué)理論知識結(jié)構(gòu)和培養(yǎng)實踐能力這一重要教學(xué)目標(biāo)。
二、“人機工程學(xué)”教學(xué)改革方法探索
1.教學(xué)內(nèi)容建設(shè)。人機工程學(xué)涉及人、機械和工作環(huán)境，要求學(xué)生不僅要具有深厚的工程技術(shù)學(xué)科的基礎(chǔ)還必須廣泛學(xué)習(xí)生理學(xué)、心理學(xué)、人機解剖學(xué)、人體測量學(xué)、人體運動學(xué)以及環(huán)境保護等相關(guān)學(xué)科。農(nóng)業(yè)機械化及其自動化專業(yè)的“人機工程學(xué)”教學(xué)內(nèi)容建設(shè)要求針對本專業(yè)學(xué)生的知識背景、培養(yǎng)目標(biāo)和就業(yè)方向結(jié)合本課程的特點對現(xiàn)有教學(xué)資料進行整合，突出人機工程學(xué)在農(nóng)機產(chǎn)品設(shè)計的應(yīng)用，刪減部分工業(yè)設(shè)計等內(nèi)容，增加具有農(nóng)業(yè)機械特點的設(shè)計案例。因此教學(xué)任務(wù)重，各部分跨度大，重難點多。本課程的突出難點是在教學(xué)內(nèi)容安排上，既要突出融知識傳授、能力培養(yǎng)、素質(zhì)教育于一體，又要體現(xiàn)人機工程學(xué)在農(nóng)業(yè)機械化及其自動化學(xué)科的最新研究應(yīng)用情況。因此，在課程建設(shè)中應(yīng)采用理論教學(xué)―實驗教學(xué)―單項實驗―小課題設(shè)計―課程設(shè)計的教學(xué)鏈。課程教學(xué)中以農(nóng)業(yè)機械設(shè)計為主線，著重講述人體測量數(shù)據(jù)、人的生理和心理特性及其在農(nóng)機產(chǎn)品設(shè)計中的具體應(yīng)用，并盡可能地闡明問題最原始的出發(fā)點及其應(yīng)用的可能性和局限性。另外，人機工程學(xué)作為一門迅速發(fā)展的學(xué)科，新的理論方法不斷涌現(xiàn)，而且越來越多地被運用在包括農(nóng)業(yè)機械產(chǎn)品在內(nèi)的許多工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計領(lǐng)域。因此，在教學(xué)過程中需要不斷關(guān)注人機工程學(xué)的最新文獻動態(tài)，了解最新的理論和方法，同時與其他院系、研究機構(gòu)保持聯(lián)系密切，關(guān)注本學(xué)科的最新技術(shù)和發(fā)展方向，不斷更新充實教學(xué)內(nèi)容。
2.教學(xué)方法建設(shè)。積極采用參與互動式、體驗式、現(xiàn)場教學(xué)、案例教學(xué)法和項目實訓(xùn)法等現(xiàn)代教學(xué)方法進行教學(xué)。通過對課程重要概念進行課堂討論，加深學(xué)生對人機工程學(xué)基礎(chǔ)概念理解，重視引導(dǎo)學(xué)生積極思考，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新思維。通過案例教學(xué)，分析人機工程學(xué)在農(nóng)業(yè)機械產(chǎn)品的應(yīng)用，增強課程的實用性，讓學(xué)生能更深刻地理解人機工程學(xué)在本學(xué)科中的應(yīng)用途徑和未來方向，充分鍛煉學(xué)生分析和解決實際問題的能力，在案例教學(xué)過程中注重使用現(xiàn)代化教學(xué)手段，包括視頻、教學(xué)軟件和計算機輔助設(shè)計軟件等。通過課堂練習(xí)、單項實驗、小課題設(shè)計和大課堂設(shè)計四個實踐環(huán)節(jié)，動態(tài)檢驗教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計實踐能力。在某些章節(jié)之后，組織對某些案例或問題進行專題討論，鼓勵學(xué)生提出自己的觀點、看法，對學(xué)生的討論、作業(yè)、設(shè)計等進行評價、輔導(dǎo)和展示，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。另外，充分利用學(xué)校其他專業(yè)的資源和校外合作企業(yè)，結(jié)合優(yōu)秀實例進行講解，積極調(diào)動學(xué)生的積極性。提高學(xué)生的創(chuàng)意構(gòu)思，養(yǎng)成團隊協(xié)作意識，注重設(shè)計質(zhì)量、講求工作效率的良好工作作風(fēng)。這樣通過教、學(xué)、練、交流、驗證一系列的環(huán)節(jié)，讓學(xué)生真正理解、掌握、運用人機工程學(xué)。
3.實驗教學(xué)建設(shè)。實驗教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生運用理論方法解決實際問題的最重要環(huán)節(jié)，也是人機工程學(xué)課程教學(xué)的一個重要環(huán)節(jié)。實驗教學(xué)應(yīng)基于人機工程學(xué)學(xué)科特點，結(jié)合本專業(yè)學(xué)生的知識背景，以培養(yǎng)學(xué)生理論與實踐相結(jié)合的創(chuàng)新意識，促使學(xué)生系統(tǒng)學(xué)習(xí)本學(xué)科理論方法并運用于實際設(shè)計中為目的，采用循序漸進的原則，根據(jù)教學(xué)進度安排相應(yīng)課題。本課程通過實驗室實驗和社會實踐調(diào)研兩方面完成實驗教學(xué)。實驗室實驗以綜合性和設(shè)計性實驗為主，主要包括人體靜態(tài)特征尺寸測量與分析、人體動態(tài)特征尺寸測量與分析、農(nóng)業(yè)機械化裝備的座椅、顯示裝置及操縱裝置人機學(xué)設(shè)計、農(nóng)機機械化安全人機學(xué)設(shè)計等。社會實踐調(diào)研主要需要深入到市場、田間、農(nóng)村一線，調(diào)研并分析現(xiàn)有農(nóng)業(yè)機械裝備在人機工程學(xué)方面存在的問題，并提出改進方案。通過實驗教學(xué)內(nèi)容和體系建設(shè)，完善具有農(nóng)業(yè)機械化及其自動化專業(yè)特色的人機工程學(xué)實驗教學(xué)大綱和實驗方案體系。
4.考核體系建設(shè)?？己梭w系是檢驗教學(xué)質(zhì)量，促進教學(xué)相長的一個重要手段。如果要剔除傳統(tǒng)教學(xué)的弊端，就必須首先改革以閉卷考試為主的傳統(tǒng)單一考核體系，建立一種注重知識結(jié)構(gòu)和實踐能力的多維考核體系。根據(jù)課程中理論知識、設(shè)計方法和綜合應(yīng)用不同階段的不同特點，以培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的知識結(jié)構(gòu)和解決實際問題的實踐動手能力為目標(biāo)，設(shè)計不同的課堂作業(yè)和課后練習(xí)，例如收集文獻資料、觀察人機工程學(xué)在農(nóng)機產(chǎn)品設(shè)計中的應(yīng)用等。在每一章結(jié)束后設(shè)計一個小課程設(shè)計，小課程設(shè)計是學(xué)生將課堂所學(xué)知識進行內(nèi)化的一個必不可少的過程，重點考查學(xué)生對本章知識的運用。在期末將傳統(tǒng)的閉卷考試改為大課程設(shè)計，大課程設(shè)計需要學(xué)生融合本課程所學(xué)重要理論知識，綜合運用多種設(shè)計方法，個人獨立完成一個完整的設(shè)計，包括文獻、調(diào)研、設(shè)計圖紙和最后答辯。
三、師資隊伍和教學(xué)團隊建設(shè)
教學(xué)團隊是教學(xué)工作的核心，是學(xué)科教學(xué)質(zhì)量的基本保證，也是師資隊伍的重要組成部分[7，8]。利用優(yōu)秀的教學(xué)團隊以農(nóng)業(yè)機械化及其自動化專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)為中心，對人機工程學(xué)的教程進行修訂，使其更加符合農(nóng)業(yè)機械化及其自動化專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)和本專業(yè)學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)，對課程內(nèi)容進行優(yōu)化，豐富課程內(nèi)容，協(xié)調(diào)與其他專業(yè)課的關(guān)系，最終提高本課程的教學(xué)質(zhì)量。人機工程學(xué)本身作為一門獨立課程以外，也是其他機械類專業(yè)課程的補充，因此可以聯(lián)合其他專業(yè)課教師，共同組成專業(yè)課程教師群，共同建設(shè)人機工程學(xué)及其相關(guān)專業(yè)課程。同時，建立公平高效的團隊運行和激勵機制，健全青年教師培訓(xùn)機制，吸引更多青年教師加入到人機工程學(xué)課程建設(shè)隊伍。
本文分析了傳統(tǒng)人機工程學(xué)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和考核方式，提出傳統(tǒng)教學(xué)的弊端。根據(jù)作者多年在人機工程學(xué)課程的一線教學(xué)實踐，結(jié)合農(nóng)業(yè)機械化及其自動化專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)、專業(yè)特點和學(xué)生的背景知識結(jié)構(gòu)，總結(jié)探索出人機工程學(xué)在農(nóng)業(yè)機械化及其自動化專業(yè)教學(xué)方面需要改革的方向，具體從教學(xué)內(nèi)容建設(shè)、教學(xué)方法建設(shè)、實驗教學(xué)建設(shè)、考核體系建設(shè)及教學(xué)團隊建設(shè)等幾個方面進行論述，對今后的人機工程學(xué)在農(nóng)業(yè)機械化及其自動化專業(yè)的教學(xué)計劃制定及教學(xué)任務(wù)安排方面均具有重要指導(dǎo)意義。
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關(guān)鍵詞：生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)；理工院校；解剖生理學(xué)
作者簡介：李小慧（1980-），女，黑龍江鐵力人，南京郵電大學(xué)地理與生物信息學(xué)院，副研究員；吳建盛（1979-），男，江西撫州人，南京郵電大學(xué)地理與生物信息學(xué)院，講師。（江蘇 南京 210003）
中圖分類號：G642 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）10-0161-02
生物醫(yī)學(xué)工程（Biology Medical Engineering，簡稱BMI）是綜合生物學(xué)、醫(yī)學(xué)和工程學(xué)的理論與方法而發(fā)展起來的新興交叉學(xué)科，其主要是運用工程技術(shù)手段，在多層次上研究生物體特別是人體的結(jié)構(gòu)、功能和其他生命現(xiàn)象，研究用于防病治病、人體功能輔助及衛(wèi)生保健的人工材料、制品、裝置和系統(tǒng)的工程原理的學(xué)科。[1]自20世紀(jì)70年代末以來，國內(nèi)許多綜合或理工科大學(xué)、醫(yī)學(xué)院校及相關(guān)科研機構(gòu)都設(shè)立了生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)，涵蓋了生物信息、醫(yī)療儀器、生物材料、生物工程等多個專業(yè)方向，課程設(shè)置主要包括工程類課程和醫(yī)學(xué)類課程，旨在培養(yǎng)具有各方面能力的復(fù)合型人才。[2]
生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)作為一門為生物學(xué)和醫(yī)學(xué)服務(wù)的交叉學(xué)科，生物學(xué)和醫(yī)學(xué)知識的學(xué)習(xí)就具有非常重要的作用?，F(xiàn)在大多數(shù)院校的生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)都開設(shè)了解剖學(xué)、生理學(xué)、生物化學(xué)、分子生物學(xué)、基礎(chǔ)生物學(xué)等必修基礎(chǔ)生物學(xué)或醫(yī)學(xué)課程，旨在讓學(xué)生了解生物體的基本構(gòu)造及生命現(xiàn)象的本質(zhì)，掌握一定的醫(yī)療常識，為學(xué)習(xí)如何把工程技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域打下基礎(chǔ)。
人體解剖生理學(xué)是研究人體各部分正常形態(tài)、結(jié)構(gòu)及人體生命活動的規(guī)律或生理功能的科學(xué)。[3]作為生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課，它包含了解剖學(xué)和生理學(xué)兩門學(xué)科的內(nèi)容，并且涉及到組織學(xué)、胚胎學(xué)、細(xì)胞學(xué)和分子生物學(xué)等多個學(xué)科的知識，內(nèi)容廣泛并且復(fù)雜抽象，對于缺乏生物學(xué)相關(guān)知識基礎(chǔ)的生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的學(xué)生來說，是一個難題。南京郵電大學(xué)是以工科為主，信息科學(xué)為特色的理工科院校，生物和醫(yī)學(xué)知識的教學(xué)相對薄弱。如何揚長避短，使解剖生理學(xué)知識與學(xué)生工程類的專業(yè)知識有機融合，是擺在教師面前的一項重要任務(wù)，也是教學(xué)過程中需要不斷思考和努力解決的問題。
一、教學(xué)現(xiàn)狀及存在問題
1.教學(xué)基礎(chǔ)薄弱
南京郵電大學(xué)是以理工科為主的高校，生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)在南京郵電大學(xué)起步較晚，工程類課程依托南京郵電大學(xué)理工教學(xué)和科研的工作積累，具有良好的基礎(chǔ)。然而，生物和醫(yī)學(xué)類課程基礎(chǔ)較為薄弱，教學(xué)基礎(chǔ)和實驗條件與醫(yī)學(xué)或者綜合院校相比都有很大差距。
2.課時有限
生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)屬于前沿的交叉學(xué)科，專業(yè)囊括的知識面廣，專業(yè)所學(xué)課程較多，數(shù)學(xué)、電學(xué)、計算機科學(xué)相關(guān)課程占了很大比例的學(xué)時，給生物和醫(yī)學(xué)理論知識分配的學(xué)時有限，例如人體解剖生理學(xué)課程只有48個學(xué)時，但這門課程包含了解剖和生理兩門學(xué)科，教學(xué)內(nèi)容豐富，學(xué)時相對不足。學(xué)生的生物和醫(yī)學(xué)類知識薄弱，也給教學(xué)帶來了一定困難。
3.學(xué)生興趣缺乏
信息科學(xué)是南京郵電大學(xué)的特色和優(yōu)勢，生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)正是依托于南京郵電大學(xué)通信與信息工程學(xué)院的教學(xué)和科研基礎(chǔ)而創(chuàng)建的，學(xué)校通信、電子和計算機等信息領(lǐng)域的學(xué)習(xí)與研究氛圍濃厚，加之上述專業(yè)找工作容易，在這種環(huán)境下，學(xué)生會自覺將興趣轉(zhuǎn)移到通信、電子和計算機等方向，無法建立對人體解剖生理學(xué)的學(xué)習(xí)興趣。另外，人體解剖生理學(xué)知識多、復(fù)雜抽象的學(xué)科特點，也容易讓學(xué)生產(chǎn)生畏難和厭學(xué)的情緒。
二、教學(xué)體會和思考
在學(xué)時有限和學(xué)生興趣缺乏的情況下，如何利用有限的課堂講授時間，使學(xué)生更好地掌握解剖生理學(xué)知識，是擺在授課教師面前的突出問題。筆者針對在人體解剖生理學(xué)教學(xué)中遇到的實際問題，結(jié)合南京郵電大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)，根據(jù)教學(xué)過程中的體會，提出以下幾點思考。
1.引導(dǎo)和培養(yǎng)學(xué)生興趣
解剖生理學(xué)是專講正常人體形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能的課程，向?qū)W生強化學(xué)習(xí)解剖生理學(xué)就是認(rèn)識自己、了解自己的觀念。但是如果單純講解課本上解剖和生理學(xué)的知識，學(xué)生仍然是被動接受，缺乏興趣。因為解剖生理學(xué)的一些知識與學(xué)生日常生活密切相關(guān)，在課堂教學(xué)中可以穿插講授一些衛(wèi)生保健的知識或者一些學(xué)生感興趣的問題，讓學(xué)生知道課堂知識能夠在日常生活中學(xué)以致用，自然而然會產(chǎn)生興趣，主動去學(xué)習(xí)。例如，在講到呼吸系統(tǒng)時，就結(jié)合生活現(xiàn)狀，介紹吸煙的危害、霧霾天氣呼吸系統(tǒng)疾病的預(yù)防等；在講到循環(huán)系統(tǒng)時，可以介紹如何預(yù)防心血管疾病。對于女生感興趣的減肥和護膚的話題，在講授消化系統(tǒng)和皮膚章節(jié)時，適時介紹節(jié)食減肥的危害和正確保養(yǎng)皮膚的方法。此外，身體是解剖生理學(xué)最好、最直接的“教具”，在課堂教學(xué)中，可以增加互動，讓學(xué)生參與進來，這樣不僅可以加深學(xué)生的直觀印象，還可以活躍課堂氛圍，從而激發(fā)學(xué)生的興趣。例如，在講授解剖學(xué)知識和常用方位術(shù)語時，可以請學(xué)生到講臺上來做示范，使學(xué)生輕松掌握這些知識。
2.課程教學(xué)與專業(yè)結(jié)合
生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的目的是運用工程技術(shù)手段解決醫(yī)學(xué)中的有關(guān)問題，保障人類的健康，為疾病的預(yù)防、診斷、治療和康復(fù)服務(wù)。在講解解剖生理學(xué)知識的同時，一定要將生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的目標(biāo)和意義貫穿其中，不僅能加深學(xué)生對專業(yè)的認(rèn)可度，而且有助于對解剖生理學(xué)知識的鞏固。例如，在講解運動系統(tǒng)的關(guān)節(jié)內(nèi)容時，介紹完關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)和功能后，可以向?qū)W生系統(tǒng)介紹人工關(guān)節(jié)的相關(guān)知識，包括人工關(guān)節(jié)的發(fā)展歷史、使用的材料及應(yīng)用疾病等。在講解呼吸系統(tǒng)和循環(huán)系統(tǒng)時，可以介紹人工心肺裝置的構(gòu)造以及在外科手術(shù)中的重要意義?？傊?，在解剖學(xué)教學(xué)中，應(yīng)結(jié)合知識點介紹相應(yīng)的器官是如何人工制備，如何實現(xiàn)相應(yīng)的解剖和生理功能等內(nèi)容。通過將解剖學(xué)知識與工程學(xué)知識有機結(jié)合，不僅可以拓展學(xué)生的知識面，還可以促進學(xué)生對專業(yè)方向的理解，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力。
3.簡化課程內(nèi)容
解剖生理學(xué)課程存在學(xué)時少、實驗少、內(nèi)容多等問題，在課時的安排上要符合生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的需求。基于上述考慮，將課程重點放在解剖學(xué)上，有選擇地介紹生理學(xué)內(nèi)容，對于未介紹的知識，建議學(xué)生自學(xué)。對于解剖學(xué)部分，對運動系統(tǒng)、內(nèi)臟學(xué)和心血管系統(tǒng)重點講授，對神經(jīng)系統(tǒng)、感覺系統(tǒng)和內(nèi)分泌腺部分有所刪減，目的是為了加深學(xué)生對人體結(jié)構(gòu)的掌握和了解。此外，我們精心鉆研教材并設(shè)計教學(xué)大綱，了解課程的教學(xué)重點、難點，在課前對學(xué)生較難理解的部分設(shè)計好教學(xué)方法和模式，力爭用簡練、易懂的語言講解課程內(nèi)容，消除學(xué)生畏難、厭學(xué)的情緒。
4.充分發(fā)揮多媒體教學(xué)的優(yōu)勢
解剖生理學(xué)教學(xué)需要向?qū)W生展示很多人體結(jié)構(gòu)，涉及名詞非常多，很多學(xué)生反映較難記憶。制作集合聲音、文字、圖片、動畫、視頻等多種媒體信息的課件來輔助教學(xué)，可將人體結(jié)構(gòu)直觀化，人體功能原理圖像化和動態(tài)化。從視聽的角度強化學(xué)生的理解和記憶，提高學(xué)生課堂的學(xué)習(xí)效率。另外，使用多媒體課件也能彌補理工科院校實驗條件的缺乏和教學(xué)標(biāo)本的不足。但在使用多媒體教學(xué)方法的時候，教師不能脫離傳統(tǒng)的教學(xué)方式，因為多媒體教學(xué)資料雖然直觀易于理解，但知識零散且容量大，會影響學(xué)生的系統(tǒng)理解和記憶。教師應(yīng)適時進行必要的講解， 對于重點、難點應(yīng)在課堂上充分討論，并征求學(xué)生意見，控制好教學(xué)的節(jié)奏。
參考文獻：
[1]鄧玉林，李勤.生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)[M].北京：科學(xué)出版社，2007.
關(guān)鍵詞：工程機械 人機工程學(xué) 實驗
一、工程機械定義與分類
機械工業(yè)出版社出版的《工程機械》一書對“工程機械”的定義是：工程機械是為城鄉(xiāng)建設(shè)、鐵路、公路、港口碼頭、農(nóng)田水利、電力、冶金、礦山等各項基本建設(shè)工程施工服務(wù)的機械；凡是土方工程、石方工程、混凝土工程及各種建筑安裝工程在綜合機械化施工中，所必需的作業(yè)機械設(shè)備，統(tǒng)稱為工程機械。
按主要用途分類，工程機械可以大致分為九個類別。
二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及研究意義：
國際工程機械駕駛室，主流市場和制造商主要分布在歐洲、北美和亞洲三大地域。由于文化背景和的地域環(huán)境差異，不同地域的駕駛室具有獨特的地域特點和鮮明的技術(shù)特征。目前歐洲頂級的工程機械駕駛室代表了當(dāng)今世界最高的設(shè)計水平。其應(yīng)用了世界上最先進的技術(shù)，追求舒適性和安全性，模塊化和系列化設(shè)計程度高。
如果能有效改善工程機械操作者工作條件惡劣的情況，增強其工作的舒適度，減少勞動者的疲勞損傷，減少機械的人為故障，保證操作者長時間集中注意力，降低安全事故發(fā)生率，提高工作效率。國外新型工程機械不但達(dá)到了人機布置的科學(xué)性，還普遍采用全封閉式駕駛室，而且十分注意調(diào)節(jié)駕駛室內(nèi)的溫度、濕度和氣流速度，不論在什么樣的氣候條件下作業(yè)，駕駛員在駕駛室內(nèi)始終感到舒適。美國工程機械研究推薦的駕駛室內(nèi)舒適的微氣候參數(shù)為：空氣相對濕度為30%～70%，駕駛室溫度為18～24℃，空氣流速為0.1～0.3m/s，通風(fēng)量為0.37～0.57m3/min。
因此，選擇該課題有以下目的和意義：
1 可以提高工程機械駕駛室人機工程學(xué)應(yīng)用水平，擴展人機工程學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域；
2 可以將人機工程學(xué)的實驗方法引用到工程機械的駕駛室設(shè)計中，提高國內(nèi)工程機械駕駛室人機設(shè)計水平；
3 可以提高工程機械的駕駛舒適度，降低操作人員的疲勞度；
4 進一步提高設(shè)計的工作效率，設(shè)計適合中國人體形的機械設(shè)備，改進常規(guī)的落后設(shè)計手段。
總之，對于國內(nèi)學(xué)術(shù)而言，許多工程機械設(shè)計缺乏人機工程的相關(guān)理論，在人機工程學(xué)方面的研究也不多（有的相關(guān)研究還停留在經(jīng)驗人機工程學(xué)的基礎(chǔ)上），所以在該課題上進行研究，就是只對其中一個人機項目（如操作舒適區(qū)域）進行研究就可以取得比較有意義的成果。
由于工程機械的范圍很廣，筆者無法對每種機械的駕駛室進行細(xì)致的實驗研究。在經(jīng)過大量調(diào)查分析發(fā)現(xiàn)，在工程機械中，挖掘機是使用范圍最廣并且操作具有一定代表性，所以在本文中筆者僅以挖掘機為主要研究對象進行研究。在挖掘機駕駛室中，座椅的人機工程學(xué)方面可以借鑒汽車座椅，而且國內(nèi)學(xué)者也進行了一些研究，但對操作方面的人機工程學(xué)研究還比較少。挖掘機的操作主要依靠位于座椅兩側(cè)的操作桿來實現(xiàn)的，所以這個操作桿是人機工程學(xué)參數(shù)，直接影響操作人員的舒適度以及工作效率等。所以筆者將在本文中通過人機工程學(xué)實驗對挖掘機的操作桿進行細(xì)致的人機工程學(xué)分析。利用美國BIOPACMP150生理多導(dǎo)儀，進行實驗分析，得出結(jié)論，為以后的研究人員提供一種更有說服力的研究方法，使對工程機械駕駛室的人機工程學(xué)研究不僅僅停留在經(jīng)驗的基礎(chǔ)上。
三 實驗概述
通過美國BIOPAC MP150生理多導(dǎo)儀，對被試者使用挖掘機操縱桿完成規(guī)定任務(wù)時的生理參數(shù)（主要是肌電圖，前臂與手腕的彎曲等）以及被試者的主觀評價，經(jīng)過分析得出最符合人機工程學(xué)的挖掘機操作桿的外觀。
實驗測評指標(biāo)及影響各指標(biāo)的因子
1 舒適度
（1）握桿的直徑
（2）握桿的彎曲度
（3）握桿的長度
（4）握桿的高度
（5）握桿的材質(zhì)
（6）握桿的摩擦力
2 疲勞度：連續(xù)工作而致使肌體能量消耗的生理疲勞程度。
（1）握桿的擺放位置
（2）握桿的操作范圍
3 工作效率
（1）完成同一任務(wù)時的工作時間
（2）單位時間能完成的工作任務(wù)
4 安全性能
完成工作過程中的誤操作率
5 心理感受（主觀評價）：操作過程中對被試者心理的影響。
（1）舒適程度
（2）簡單程度
（3）美觀程度
（4）輕巧程度
肌電圖（electromyography），應(yīng)用電子學(xué)儀器記錄肌肉靜止或收縮時的電活動，及應(yīng)用電刺激檢查神經(jīng)、肌肉興奮及傳導(dǎo)功能的方法。英文簡稱EMG。通過此檢查可以確定周圍神經(jīng)、神經(jīng)元、神經(jīng)肌肉接頭及肌肉本身的功能狀態(tài)。實驗將采集實驗過程中被試者有效的肌電圖、彎曲角度并通過統(tǒng)計學(xué)軟件進行統(tǒng)計分析，得出哪種操縱桿更符合人機工程學(xué)。
實驗設(shè)備：
美國BIOPAC公司MP150系統(tǒng)
這套系統(tǒng)可以用普通個人電腦工作，可將生理信號存入計算機，無需連續(xù)紙記錄儀，系統(tǒng)維護簡便?？梢栽谵k公室或家中用個人電腦裝入ACK軟件分析實驗室內(nèi)MP150系統(tǒng)記錄的生理信號。
用來放大常規(guī)的和骨骼的肌電活動。EMG100C可以用來監(jiān)測單個纖維的、運動部位的和外周神經(jīng)的電活動，因為它可以快速反應(yīng)和定時。AcqKnowledge軟件可以執(zhí)行實時EMG測量?？梢云ヅ渌械?mm電極插頭，包括用于高靈敏測量帶屏蔽的電極插頭。
TSD109C三軸角加速度換能器
TSD109C與HLT100C相連提供三個輸出，同時測量XYZ三個軸線方向的加速度。TSD109C可以用于身體上的各個部位。TSD109C適于測量慢速動作，例如走動。TSD109C適于測量快速動作，例如打網(wǎng)球時擺臂。
挖掘機模擬軟件 一套
挖掘機模擬器 一套
被試者：經(jīng)調(diào)查99%以上的挖掘機駕駛員為男性，且年齡在20歲以上，所以被試者選擇為8名健康男性，年齡22歲以上。
當(dāng)工程機械駕駛?cè)藛T在利用操縱桿完成工作的時候，其三角肌、肱二頭肌、前臂屈肌群會在大腦的支配下做出動作，最容易疲勞的也正是這些肌肉，所以肌電圖的采集將主要集中在這三組肌肉上。操作時手腕需要經(jīng)常轉(zhuǎn)動，所以將三軸角加速度換能器安裝在被試者的手腕部，用以采集工作時手腕彎曲程度，從而分析其疲勞狀況。肌電采集點如上圖所示：
實驗前期準(zhǔn)備工作：
1 安裝調(diào)試實驗設(shè)備。將操作桿固定在仿真座椅兩側(cè)，模擬真實挖掘機駕駛環(huán)境，打開電腦中的模擬軟件；
2 將BIOPAC MP150生理多導(dǎo)儀主機與放大器按照使用說明安裝好，打開數(shù)據(jù)采集軟件，進行調(diào)試，連接電極采集線；
3 對被試者進行簡單講解，使其了解在實驗過程中，被試者應(yīng)該完成的工作。但對實驗要采集的數(shù)據(jù)與結(jié)果要對被試者保密，以免在實驗過程中，被試者的主觀意識影響實驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性；
4 根據(jù)事先選好的采集點，在被試者身上安裝貼片電極，并將生理多導(dǎo)儀的電極線與其連接；
5 實驗人員將計時秒表歸零。
實驗過程：
1 被試者按實驗要求利用操縱桿控制模擬軟件中的挖掘機，從地點A移動至地點B，并在地點B處，用挖掘機的鏟斗將右側(cè)土堆的土移動至左側(cè)（需要重復(fù)5次操作）。同時實驗人員進行計時，記錄每個被試者完成同樣操作所利用的時間。
2 更換形狀的操作桿進行同一實驗，為避免被試者由于多次反復(fù)操作，對操作的熟練程度而影響實驗結(jié)果，操作桿的使用排序采用隨機排列。
3 操作完成后，秒表計時完畢，實驗人員進行數(shù)據(jù)記錄，將設(shè)備采集出來的肌電圖等進行存儲。
4 讓被試者填寫主觀評價表
5 整理實驗設(shè)備
實驗后期：
對采集的實驗數(shù)據(jù)進行分析，通過統(tǒng)計學(xué)軟件SPSS分析得到實驗結(jié)果，這樣就可以真實有效的利用數(shù)據(jù)結(jié)果評測那種操縱桿更符合人機工程學(xué)要求。
總結(jié)
[關(guān)鍵詞] 骨關(guān)節(jié)；創(chuàng)傷治療技術(shù)；組織工程學(xué)；康復(fù)新理念
[中圖分類號] R68 [文獻標(biāo)識碼] A [文章編號] 1674-4721（2013）02（c）-0016-03
骨骼對人體有著重要作用，如果人體骨骼健康得不到保證，人的健康就會受到巨大影響。隨著社會的發(fā)展，骨關(guān)節(jié)創(chuàng)傷的病例也在不斷增加，但是骨關(guān)節(jié)治療技術(shù)伴隨著科技的進步得到不斷提升。對于骨關(guān)節(jié)的治療有了更新的理念，對于骨關(guān)節(jié)創(chuàng)傷的治療依然需要引起更多的重視，明確影響骨關(guān)節(jié)創(chuàng)傷修復(fù)的各種因素，不斷進行創(chuàng)新、發(fā)展新技術(shù)，做好相關(guān)護理工作，促進骨關(guān)節(jié)治療技術(shù)的不斷提高。
1 骨關(guān)節(jié)創(chuàng)傷簡述
骨骼作為人體的重要部分，同時也是一個十分重要的器官[1]。作為人體結(jié)構(gòu)的一個支架，骨骼有著至關(guān)重要的作用，負(fù)責(zé)人體支持、承重以及造血、貯鈣和代謝的相關(guān)功能。骨關(guān)節(jié)創(chuàng)傷較為常見并且較為嚴(yán)重，而且具有較高的傷殘率，其主要涉及人體的脊柱、四肢等部位。骨與關(guān)節(jié)損傷所造成的關(guān)節(jié)活動受到限制和骨質(zhì)疏松等一系列問題更是對人的日常生活、學(xué)習(xí)與工作都有嚴(yán)重的影響[2]。骨關(guān)節(jié)一旦受到損傷，人體自身的許多活動功能會受到限制，而且所需要的康復(fù)治療周期通常很長，但是只要及時并且有效地治療，通?？梢杂凶畲蟪潭鹊幕謴?fù)。隨著近幾年的醫(yī)學(xué)水平的不斷提高，科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，臨床對于骨關(guān)節(jié)創(chuàng)傷的治療水平也得到了大幅度提高，并且可最大程度地避免并發(fā)癥和后遺癥，特別是術(shù)前與術(shù)后關(guān)節(jié)的攣縮和部分功能的受限，減少了以后為改善功能而二次治療的手術(shù)過程。骨關(guān)節(jié)損傷的恢復(fù)過程是循序漸進的，是一個自然的恢復(fù)過程，而適當(dāng)?shù)恼_的康復(fù)治療會有助于縮短骨關(guān)節(jié)的恢復(fù)時期。
2 影響骨關(guān)節(jié)損傷康復(fù)效果的因素
骨關(guān)節(jié)損傷造成的一系列損傷的恢復(fù)，需要一個較長的恢復(fù)時期，不能夠急功近利。骨折愈合因素、關(guān)節(jié)和軟組織的損傷以及不合理的固定與活動都對骨關(guān)節(jié)的恢復(fù)情況有一定的影響。因此，臨床應(yīng)本著減少后遺癥及并發(fā)癥、提高骨關(guān)節(jié)恢復(fù)效果的原則，結(jié)合醫(yī)療康復(fù)和其他的康復(fù)措施共同實施的方法，來保證骨關(guān)節(jié)損傷能夠恢復(fù)到最佳效果[3]。
2.1 骨折愈合因素
骨折愈合需要經(jīng)過一個漫長的階段，首先是肉芽修復(fù)，其次是骨痂的形成與成熟，最后是骨折骨的重新塑形。因此，為了確保骨折處的順利愈合，需要正確的固定為其塑形。目前，我國已經(jīng)在骨科手術(shù)中采用了許多優(yōu)質(zhì)的器材，對骨折骨進行固定，但是骨折骨的上、下關(guān)節(jié)仍會存在活動從而造成二次損害[4]，尤其是靠近關(guān)節(jié)的骨折，還有關(guān)節(jié)處的骨折，都是對于骨折肢體的恢復(fù)不利的因素。
2.2 關(guān)節(jié)損傷因素
關(guān)節(jié)內(nèi)的損傷包括許多方面，主要是關(guān)節(jié)內(nèi)骨折和關(guān)節(jié)內(nèi)滑膜的損傷，還有關(guān)節(jié)面的粗糙所引起的疼痛加劇，關(guān)節(jié)軟骨的損傷加快。特別是軟骨盤的損傷，更容易影響關(guān)節(jié)功能的運轉(zhuǎn)，并會伴隨著難以忍受的疼痛；關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性主要是受韌帶的影響，而對于關(guān)節(jié)的運動功能又由穩(wěn)定性決定，故關(guān)節(jié)滑膜的損傷所導(dǎo)致的急或慢性炎癥會對關(guān)節(jié)的運動功能有必然的影響[5]。
2.3 軟組織損傷因素
受目前科學(xué)技術(shù)的限制，臨床還不能對軟組織損傷的輕重程度做出較為準(zhǔn)確的判斷，臨床醫(yī)師通常是根據(jù)以往的經(jīng)驗與知識來進行判斷，因此，誤診及治療方法不當(dāng)?shù)那闆r時常發(fā)生。受傳統(tǒng)方法的不良誘導(dǎo)，對于軟組織損傷的處理方法往往采用外固定，會造成軟組織的恢復(fù)不完全，為以后再次損傷和運動過程中疼痛埋下了隱患。
2.4 疼痛
關(guān)節(jié)疼痛有多方面的原因，包括損傷本身、損傷后的關(guān)節(jié)因創(chuàng)發(fā)性而引起的關(guān)節(jié)炎，還有因組織損傷或修復(fù)不完全所導(dǎo)致的慢性炎癥，這些都會拖延恢復(fù)的過程和影響恢復(fù)的效果。
2.5 固定
依靠現(xiàn)在發(fā)達(dá)的科學(xué)技術(shù)，在大多數(shù)骨科手術(shù)中，需要限制關(guān)節(jié)活動的骨折處明顯減少，目的是不影響患者的正常生活，同時，也為創(chuàng)傷處的恢復(fù)留下足夠的運動空間。但是，臨床總是存在特殊病例因關(guān)節(jié)骨折處受限制而造成生活上的不便[6]。為確保損傷組織的正?；謴?fù)，需要在術(shù)后對其進行合理的固定，限制其活動，以避免二次損傷。
2.6 不合理活動
對于運動訓(xùn)練，不合理的運動量會造成撕裂的組織得不到恢復(fù)，這是造成損傷后功能受到限制的主要原因和引起慢性疼痛的主要因素。如果早期就進行強度大的訓(xùn)練活動，會對組織的損傷恢復(fù)起到相反的作用；而在損傷的后期如果為了改善功能，已經(jīng)被修復(fù)的組織可能會因大強度的訓(xùn)練而重新被撕裂，如果產(chǎn)生了新的粘連，相關(guān)的關(guān)節(jié)功能可能就被影響，使得最終的關(guān)節(jié)恢復(fù)陷入了絕境[7]。
3 骨關(guān)節(jié)創(chuàng)傷治療技術(shù)應(yīng)用分析
四肢創(chuàng)傷是骨關(guān)節(jié)創(chuàng)傷中的最為常見的一種傷病，占所有骨關(guān)節(jié)創(chuàng)傷的60%～70%，其中以四肢骨折以及關(guān)節(jié)脫位最多見。近年來隨著技術(shù)的進步和科技的發(fā)展，醫(yī)療水平有了長足的進步，且治療觀念以及方法都有了很大改善。對于骨關(guān)節(jié)創(chuàng)傷的治療，很多都是按照復(fù)位、固定以及進行功能恢復(fù)相關(guān)鍛煉進行的。這種治療方案的核心環(huán)節(jié)是固定，隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，這種治療技術(shù)在理論以及相關(guān)方法上都得到很大的提升，同時在實踐中得到很大的成功[8]。此種治療方案在治療過程中也存在一定的問題，這些問題值得研究。首先需要考慮的是應(yīng)力遮擋效應(yīng)，應(yīng)力遮擋效應(yīng)可以導(dǎo)致鋼板下組織缺血，進而引起骨質(zhì)疏松。交鎖髓內(nèi)釘固定以后，也會在相應(yīng)的骨折部位出現(xiàn)應(yīng)力遮擋效應(yīng)，這就增加了對骨折進行修復(fù)的困難。因此，在進行治療時，需要特別注意局部軟組織供血以及加強對骨膜的保護。
非手術(shù)治療技術(shù)在臨床中得到了大量的應(yīng)用，包括夾板、支具療法以及錐點狀鋼板和支撐式固定等，同時還包括動力式交鎖髓內(nèi)釘以及骨外固定器等相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用，其不僅可以幫助患者很好地恢復(fù)，也解決了很多難題。我國早在20世紀(jì)五六十年代就已經(jīng)開始使用小夾板以及支具療法，并取得了一定的效果。但是在使用的時候缺乏合理的限制，導(dǎo)致由于濫用出現(xiàn)了很多并發(fā)癥，同時進一步影響了這一技術(shù)的不斷深入和發(fā)展。20世紀(jì)70年代，國內(nèi)外的知名教授設(shè)計出了各具特色的骨外固定器，而且在現(xiàn)代四肢骨折的治療中起著更加突出的作用。當(dāng)前，隨著骨科微創(chuàng)技術(shù)以及骨外固定的治療技術(shù)得到了迅速的發(fā)展和提高[9]，骨關(guān)節(jié)創(chuàng)傷的治療將會是更加的合理，治療技術(shù)也會不斷提高，盡管當(dāng)前的骨外固定技術(shù)依然具有很多不完善的地方，但是，其特點一定會得到很好的推廣。
4 組織工程學(xué)及基因治療發(fā)展展望
近20年以來，關(guān)于細(xì)胞生物學(xué)以及生物材料學(xué)的相關(guān)研究都獲得了很大的進展，而且隨之誕生了一門新興的學(xué)科――組織工程學(xué)。組織工程學(xué)的發(fā)展對骨科疾病的治療有了很大幫助，可以實現(xiàn)骨的再生以及完成骨損傷的修復(fù)，同時也為相關(guān)問題的解決提供了全新的思路和方法。
當(dāng)前，基因治療在創(chuàng)傷性骨折的研究中具有較高的熱度，國際上很多學(xué)者都在進行相關(guān)研究。這種治療方法的實質(zhì)就是將目的基因完成向關(guān)節(jié)骨膜以及軟骨細(xì)胞中，并以此達(dá)到抑制軟骨損壞的目的，同時促進軟骨合成。這種方法的實施，主要依托于目的基因的精確轉(zhuǎn)入靶細(xì)胞，并且在穩(wěn)定的環(huán)境下，準(zhǔn)確的表達(dá)信息。在相關(guān)組織以及骨細(xì)胞的修復(fù)再生過程中，很多基因治療成果以及臨床研究都來自實驗研究，但是已經(jīng)展示出十分誘人的前景[10]。
雖然通過組織工程學(xué)的研究和發(fā)展為當(dāng)前的骨關(guān)節(jié)以及骨損壞相關(guān)問題的解決提出了新方法以及新技術(shù)，但是很多問題依然需要繼續(xù)研究以待解決，如細(xì)胞老化和生長因子的恰當(dāng)發(fā)揮以及基因突變的相關(guān)問題等?？傊?，組織工程學(xué)以及基因治療技術(shù)治療方法目前僅僅局限于實驗研究階段，因而基因治療技術(shù)在今后的發(fā)展中依然是值得重視的研究課題。可以預(yù)計，隨著醫(yī)療水平的不斷發(fā)展，骨關(guān)節(jié)創(chuàng)傷的治療技術(shù)一定會得到很大提升。
5 骨關(guān)節(jié)功能康復(fù)新理念
骨關(guān)節(jié)功能的修復(fù)以及重建主要是為了恢復(fù)其原有的生理功能，同時又強調(diào)將手術(shù)、功能訓(xùn)練以及假肢矯形器進行有機的結(jié)合。傳統(tǒng)觀念缺乏對康復(fù)的正確認(rèn)識，忽視了康復(fù)訓(xùn)練過程中的手術(shù)作用，而手術(shù)治療是康復(fù)過程中的重要環(huán)節(jié)以及手段。而且康復(fù)訓(xùn)練作為一個長期的工作，需要具有過硬的心理素質(zhì)以及耐心，而且治療過程也更加復(fù)雜，因而在治療過程中及時的進行準(zhǔn)確評估[11]，加強與患者家屬的交流和溝通，盡量取得他們的配合以及理解，對治療的成功有著積極重要的作用。
另一方面，針對現(xiàn)在的科學(xué)發(fā)展趨勢，微創(chuàng)康復(fù)的理念已經(jīng)逐漸開始成為人們關(guān)注的焦點，但是在臨床上卻很少有人提及“微創(chuàng)治療”。實際上，如何將骨關(guān)節(jié)功能和重建醫(yī)療的損傷降低到最小[12]，使得患者的身、心兩方面都受到最小的損害，至今仍是該領(lǐng)域最為重要的研究課題。同樣不可忽視的是康復(fù)過程中所伴隨的疼痛感，利用電刺激來為外周神經(jīng)定位使之持續(xù)置管神經(jīng)阻滯麻醉是當(dāng)前最為有效的控制疼痛的選擇。簡而言之，對于疼痛的控制是個極其復(fù)雜的問題，根據(jù)最新的臨床研究證明，控制骨科疼痛的最有潛力的發(fā)展方向就是多學(xué)科、多種藥物結(jié)合，利用生物-心理治療的模式，這是以后值得重視和研究的方向。
骨關(guān)節(jié)康復(fù)的主要途徑除醫(yī)療技術(shù)外，還必須正視團隊合作和患者內(nèi)心的心理活動以及整個社會對其的影響，并需要站在一個較高的高度，通過正規(guī)地系統(tǒng)地確定長期的治療方案，嚴(yán)謹(jǐn)有序地實施整個的治療計劃。
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【關(guān)鍵詞】:化學(xué)工程;系統(tǒng);和諧;辯證法
自然界中的和諧系統(tǒng)比比皆是,大至宇宙,小到原子;地球生態(tài)系統(tǒng)是和諧的,動植物群落是和諧的,人類社會體系是和諧的,健康的人體更是一個絕妙的和諧體。所有這些和諧系統(tǒng)遵循著同樣的辯證綜合的規(guī)律,具體可以歸納出三條:1.統(tǒng)一律;2.層次律;3.進化律;所有和諧系統(tǒng)具有同樣的性質(zhì):1.開放性;2.自組織性;3.非線性;4.無限發(fā)展性[1]。當(dāng)愛因斯坦把大半生致力于統(tǒng)一場論時,其哲學(xué)上的需要相對物理學(xué)上而言或許要來得大,面對物理學(xué)的系統(tǒng)和諧,理論規(guī)則的分立是不能令他覺得滿意的。而化學(xué)工程的發(fā)展是不是因循同樣的哲學(xué)歷程呢?
在化學(xué)工程作為學(xué)科開始被重視之前,化學(xué)工業(yè)已具有了相當(dāng)?shù)囊?guī)模,各種具體的工程與工藝都被獨立開來,在認(rèn)識上是被分為各門特殊的知識,因此,當(dāng)國外高等院校在十九世紀(jì)末開始設(shè)置"化學(xué)工程學(xué)"時,開設(shè)的課程大多是學(xué)習(xí)當(dāng)時化學(xué)工業(yè)的各種工藝學(xué),"化學(xué)工程"的概念在當(dāng)時還是相當(dāng)模糊的,在理論上充其量是化學(xué)與機械的一種混合(amalgam)。然而這種理論混合的模式在德國人看來卻是很正統(tǒng)的,即使在今天,他們也避免專論"化學(xué)工程",而是稱之為"過程工程"(ProcessEngineering),這一名稱實際上要比"化學(xué)工程"的范疇更廣,甚至更為準(zhǔn)確,凡是涉及一定流程與工藝的領(lǐng)域都是適用的。但我們習(xí)慣上還是沿用"化學(xué)工程"的名稱。
二十世紀(jì)開始,化學(xué)工業(yè)迅猛發(fā)展,在社會經(jīng)濟中占的比重越來越大,客觀上需要化學(xué)工程學(xué)科的發(fā)展和支持。隨著生產(chǎn)力的發(fā)展,人們對事物運動規(guī)律性的認(rèn)識也愈來愈深化,愈來愈有概括性。伴隨著其他領(lǐng)域科學(xué)技術(shù)的快速進步,人們逐漸認(rèn)識到化學(xué)工業(yè)中各門看似不相干的工程和工藝中存在著共同的物理特性。1901年,美G.E.的Davis《化學(xué)工程手冊》的發(fā)表,初步提出了"化工物理過程"的原理。1900年始,以合成氨、純堿、燃料等為代表的近代化工廠出現(xiàn),如1913年,德哈勃-博施法高壓合成氨技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化,星火燎原的,化學(xué)工業(yè)呈現(xiàn)出巨大的發(fā)展前景。到了二十年代,美MIT的一些學(xué)者提出:不管化工生產(chǎn)的工藝如何千差萬別,它們在眾多的典型設(shè)備中進行著原理相同的物理過程。1920年,美MIT成立了第一個嚴(yán)格意義上的化工系,時W.K.Lewis任系主任。1922年美國化工學(xué)會認(rèn)同了新的見解,引出了"單元操作"(UnitOperation)的概念,這一概念在蘇聯(lián)時期和我國則廣泛稱為"化工原理"。
1900年始的"分離工程"研究使"單元操作"的概念日趨成熟。被稱為單元操作的過程主要有流體流動、傳熱、干燥、吸收、蒸發(fā)、萃取、結(jié)晶和過濾等,以這些單元操作作為研究和學(xué)習(xí)的主要內(nèi)容,是化學(xué)工程學(xué)科在二十世紀(jì)前半期發(fā)展的核心,其理論迅速成為發(fā)展化學(xué)工業(yè)的重要基石。這種把千變?nèi)f化、千差萬別的過程和工藝概括成"單元操作"是生產(chǎn)力發(fā)展到一定水平的反映,是化學(xué)工程學(xué)從"個性"到"共性"的第一個哲學(xué)性概括,是在一個系統(tǒng)整體性把握的高度上建立了一門技術(shù)科學(xué),體現(xiàn)了系統(tǒng)科學(xué)發(fā)展的和諧統(tǒng)一規(guī)律。
隨著"單元操作"概念的確定,另一方面,化學(xué)工程學(xué)科中重要支柱之一的"反應(yīng)工程"亦逐漸浮出水面。從最初的德Winkler流化床煤氣化爐的應(yīng)用到德Bergim-Pier三相液化床煤液化工藝的開發(fā),又到1931年丁納橡膠和氯丁橡膠的投產(chǎn),化學(xué)工業(yè)上發(fā)展的高峰持續(xù)不絕,1940年美國FCC煉油開發(fā)成功,成為石油化工的起點。直到1957年,歐洲第一屆反應(yīng)工程會議,明確提出"反應(yīng)工程"的概念,成為化學(xué)工程學(xué)科的重要組成部分,是化學(xué)工程學(xué)的進一步和諧統(tǒng)一。"反應(yīng)工程"的建立,乃至今日仍備受困擾的"過程放大效應(yīng)"問題,及從"逐級放大"到"數(shù)模放大"的研究都帶動了"化工過程系統(tǒng)工程"的發(fā)展,并共同體現(xiàn)了系統(tǒng)科學(xué)發(fā)展的和諧層次律。
就在"反應(yīng)工程"發(fā)展的同時,"單元操作"得到了更加深刻的認(rèn)識,人們發(fā)現(xiàn)各單元操作之間存在著更為普遍的原理,"過濾只是流體傳動的一個特例;蒸發(fā)不過是傳熱的一種形式;吸收和萃取都包含著質(zhì)量的傳遞;干燥與蒸餾則是傳熱加傳質(zhì)的操作……"[2]于是單元操作可以看成是傳熱、傳質(zhì)及流體動量傳遞的特殊情況或特定的組合。這種認(rèn)識的深化過程并沒有停止,人們進一步又發(fā)現(xiàn)了動量傳遞、熱量傳遞和質(zhì)量傳遞之間的類似性。于是從二十世紀(jì)50年代開始,人們綜合了以往的成果,開始用統(tǒng)一的觀點來研究三種傳遞過程。1960年,美威斯康辛大學(xué)(Univ.Wiscosin)的R.B.Bird教授出版了《TransportPhenomena》一書,系統(tǒng)地采用統(tǒng)一的方法來處理三種傳遞現(xiàn)象,從此化學(xué)工程學(xué)科的核心過渡到了"三傳一反"的系統(tǒng)性概念。"三傳"的研究是系統(tǒng)科學(xué)和諧進化律的又一體現(xiàn),使化學(xué)工程學(xué)達(dá)到了一個新的整體性高度,這種高度的和諧統(tǒng)一是對客觀世界本質(zhì)性的認(rèn)識,并在學(xué)科上反映出了系統(tǒng)科學(xué)的基本原理和性質(zhì),其影響力是普遍性的,是跨學(xué)科的,不僅使"傳遞原理"成為化學(xué)工程學(xué)的重要基礎(chǔ),同時在生物工程、機械、航天和土木建筑等工程學(xué)科上也具有重要意義,并日益成為工程專業(yè)共有的一門技術(shù)基礎(chǔ)課,只是側(cè)重點有所差異而已。
至此化學(xué)工程學(xué)科自身經(jīng)歷了一系列的演化和發(fā)展,并在短短的一個世紀(jì)中達(dá)到了一個前所未有的高度,涵括了眾多的生產(chǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域,如醫(yī)藥、化肥、能源、材料、航天、冶金、日用化學(xué)品等,每年為社會提供數(shù)以億噸計的千百萬種產(chǎn)品,是人們衣、食、住、行須臾不可離開的物質(zhì)基礎(chǔ),為社會繁榮作出了巨大貢獻。然而事物總是一分為二的,從人類發(fā)展最為激動人心的口號"征服自然"到今天龐大的工業(yè)化進程,地球自然生態(tài)系統(tǒng)遭遇了前所未有的嚴(yán)峻局面,這之中,化學(xué)工業(yè)是造成大規(guī)模環(huán)境污染及惡性重復(fù)污染的主要過程之一,化學(xué)工程學(xué)科需要肩負(fù)起新的使命。1990年,"生態(tài)化工"(Eco-ChemicalEngineering)的概念提出來了,相應(yīng)在化工生產(chǎn)和過程工藝中提出了"清潔化工"和"綠色化工"的概念,因時應(yīng)勢,化學(xué)工程學(xué)開始了系統(tǒng)科學(xué)的自組織過程,這也是和諧系統(tǒng)對立統(tǒng)一發(fā)展的需要。在系統(tǒng)科學(xué)看來,自組織是和諧系統(tǒng)的基本性質(zhì)之一,只有自組織系統(tǒng)能通過外部和自身內(nèi)部的不斷協(xié)調(diào)、整合,在適應(yīng)環(huán)境的同時保持自己的特性并產(chǎn)生新的功能。從自發(fā)到自覺地,化學(xué)工程學(xué)吸收了自組織的理論,不斷在廣度和深度上充實、完善和發(fā)展。隨著新世紀(jì)的到來,世界正發(fā)生著全球性的變化,經(jīng)濟、社會、環(huán)境和技術(shù)等領(lǐng)域都面臨著新范疇新理念的變更和沖擊[3]?；瘜W(xué)工程學(xué)科需要因應(yīng)時展而改變傳統(tǒng)的限制,不斷有新的概念提出來,如化學(xué)工程應(yīng)是伺機而待的專業(yè)(aprofessioninwaiting);化學(xué)工程師必須"besteepedintechnology",能夠創(chuàng)新、開發(fā)、變換、調(diào)控和適應(yīng)取代;化學(xué)工程學(xué)科要從"ProcessEngineering"達(dá)到"ProductEngineering"再到"FormulationEngineering"。進一步的綜合認(rèn)為,化學(xué)工程學(xué)關(guān)注著同時發(fā)生在非常廣泛的時空跨度內(nèi)的現(xiàn)象,必須具備多尺度、多目標(biāo)的方法來達(dá)到過程的總體優(yōu)化。涵括了五個方面[4,5]:
①Nanoscale(納觀尺度):研究量子化學(xué)、分子過程與分子模擬等。
②Microscale(微觀尺度):研究微粒、氣泡、液滴、控制界面膠束和微流力學(xué)規(guī)律等。
③Mesoscale(介觀尺度):研究換熱設(shè)備、反應(yīng)設(shè)備、塔器以及傳統(tǒng)的"單元操作"和"三傳一反"等。
④Macroscale(宏觀尺度):研究生產(chǎn)裝置和生產(chǎn)過程等。
⑤Megascale(兆觀尺度):研究環(huán)境過程和大氣生態(tài)過程等。
于是化學(xué)工程學(xué)的核心轉(zhuǎn)變到了"多尺度、多目標(biāo)擇優(yōu)"的概念,化學(xué)工程學(xué)科又到達(dá)一個新的和諧統(tǒng)一的高度,進入了更高層次的系統(tǒng)工程領(lǐng)域。
新的發(fā)展的深度促使化學(xué)工程學(xué)科作出了一定尺度的"分化",然而這還遠(yuǎn)未結(jié)束,人們對世界的認(rèn)識還在不斷探索不斷深入,一個更深刻更普遍也更一般的問題已經(jīng)觸到了化學(xué)工程學(xué)科的神經(jīng),觸到了化學(xué)工程學(xué)的認(rèn)識本質(zhì),并促使化學(xué)工程學(xué)需要有新的"融合"。這一問題就是"非線性及其包涵的混沌原理",相對于"線性"是人類認(rèn)識客觀世界的基本工具,"非線性"則是客觀世界的本質(zhì)特征,是"線性"反映的目的,是從科學(xué)角度看待世界的一種和諧統(tǒng)一;而在對"混沌發(fā)展"的研究表明,"混沌運動的普遍存在,揭示了自然界中實際系統(tǒng)發(fā)展演化的新行為,混沌態(tài)的自相似性使這種時間演化表現(xiàn)為一種空間結(jié)構(gòu),而且以其不同空間尺度上的相似性,揭示了系統(tǒng)復(fù)雜運動的統(tǒng)一性。這種統(tǒng)一性是一個觀察"整體"的問題,只有在長時間范圍(因為混沌運動是一種長時間行為)和更高層次復(fù)雜性中才能顯現(xiàn)出來。"[6,7]這一問題涵蓋了自然科學(xué)和人文社會科學(xué)的眾多領(lǐng)域,具有重大的科學(xué)價值和深刻的哲學(xué)方法論意義。馬克思曾經(jīng)預(yù)言:"自然科學(xué)往后將會把關(guān)于人類的科學(xué)總括在自己下面,正如關(guān)于人類的科學(xué)把自然科學(xué)總括在自己下面一樣:它們將成為一個科學(xué)。"從這一角度上,"非線性"問題是這種過程一體化的契合點以及整體認(rèn)識論上的共性[8]。當(dāng)站在這種整體性的高度上,化學(xué)工程學(xué)科獲得了全新的視野和更強大的分析解決問題的能力,并最終具有了學(xué)科融合的基礎(chǔ)。
在整個化學(xué)工程學(xué)科的孕育、誕生和發(fā)展過程中,始終交織著學(xué)科的"分化"與"融合",除了上述尺度(scale)上的分化以外還有著所謂的石油化工、精細(xì)化工、高分子化工等專業(yè)上的分化;另一方面,作為近代工程技術(shù),它又是自然科學(xué)(化學(xué)、物理等)和技術(shù)科學(xué)(機械、材料等)的融合。正如物理學(xué)家普朗克(Planck)所指出的:"科學(xué)是內(nèi)在的整體,它被分解為單獨的部分不是取決于事物的本身,而是取決于人類認(rèn)識能力的局限性,實際上存在著從物理到化學(xué),通過生物學(xué)和人類學(xué)到社會學(xué)的連續(xù)的鏈條,這是任何一處都不能被打斷的鏈條。"事實上,當(dāng)化學(xué)工程學(xué)科的核心發(fā)展到"非線性混沌系統(tǒng)"時,實現(xiàn)科學(xué)的融合已是其客觀系統(tǒng)性的需要,它需要強有力的非線性解算能力和綜合分析能力?；谌斯ぶ悄芎蜕窠?jīng)生物學(xué)的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ArtificialNeuralNetworks)技術(shù)為這種系統(tǒng)性的融合提供了新的思路和途徑。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)特有的信息處理能力在愈來愈多的領(lǐng)域中展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景,它具有如下特點[9,10]:
①學(xué)習(xí):神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以根據(jù)外界環(huán)境修改自身行為,這使它比其他任何方法接受自身感興趣的外界信息更敏感。
②概括:經(jīng)過學(xué)習(xí)訓(xùn)練后,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的響應(yīng)在某種程度上能夠?qū)ν饨缧畔⒌纳倭縼G失或自身組織的局部缺損不再很敏感,反映了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的健壯性(魯棒性),即工程上說的"容錯"能力。
③抽取:神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有抽取外界輸入信息特征的特殊功能,在某種意義上可以說它能"創(chuàng)造"出未見的事物。
④模擬:神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)由眾多的神經(jīng)元組成,以并行的方式處理信息,大大加快了運行速度,可以逼近任意復(fù)雜的非線性系統(tǒng)。
當(dāng)然,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)并非十全十美,其自身的發(fā)展就曾經(jīng)歷過相當(dāng)曲折的過程,但是,人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANNs)特性的融合將是化學(xué)工程學(xué)科發(fā)展到非線性核心系統(tǒng)的自組織適應(yīng)和需要。例如采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的控制系統(tǒng),適應(yīng)性、穩(wěn)定性和智能性均較好,能處理復(fù)雜工藝過程的控制問題,也使得化學(xué)工程師不但也是機械工程師,還首先是系統(tǒng)工程師,并能從最一般的非線性原理出發(fā),解決實際過程的創(chuàng)新、應(yīng)用、開發(fā)、生產(chǎn)等問題。
生產(chǎn)力的不斷發(fā)展,科學(xué)技術(shù)的持續(xù)進步,人類認(rèn)識自然和改造自然的不斷深化,化學(xué)工程學(xué)科必將不斷"分化"和"融合",體現(xiàn)出和諧系統(tǒng)的無限發(fā)展性質(zhì)。
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