产品设计应用人机工程学的教学探讨

内容摘要：基于人机工程学的自主学习平台设计教学,［摘要］文章介绍了如何基于人机工程学的理念设计自主学习网络平台，阐述了用户需求分析、用户界面、用户至上、人机交互等观点，对平台内容基于人机工程学的展现手段和方式作了具体的描述。 基于人机工程学的自主学习平台设计教学,［摘要］文章介绍了如何基于人机工程学的理念设计自主学习网络平台，阐述了用户需求分析、用户界面、用户至上、人机交互等观点，对平台内容基于人机工程学的展现手段和方式作了具体的描述。 ［关键词］人机工程学；自主学习；网络平台；用户界面；人机交互 自主学习网络平台是为网络教育而研制的，它是各专业同计算机技术相结合在一起集中展现给用户自主选择学习的平台，在平台总体设计、制作和维护中，设计者基于人机工程学的理念进行平台的开发和制作，把使用平台的人作为平台设计的出发点，要求平台的界面、色彩、功能等，都要围绕人的生理、心理特点来设计

　　摘要：探讨产品设计应用人机工程学的概念，以及人机工程学在产品设计不同阶段的应用。阐述基于设计流程和课程设计组织教学的思路，对教学内容和教学方法进行研究。讨论教学实践中课程设计题目的拟定和内容的设置，并分析学生的学习结果和教学效果。

　　关键词：产品设计人机工程学教学实践课程设计

　　人机工程学是产品设计专业必不可少的教学内容。然而，作为一门传统的工学课程，人机工程学却很难真正融入艺术类院校产品设计专业的教学体系中。在查阅的多本关于产品设计中的人机工程学的专著和教材中，发现其教学内容多数还是工科体系中的人机学内容，知识范围广泛庞杂。在多篇关于产品设计中人机工程学的教学实践的论文中发现，在以往的教学中，多数还是从知识体系出发进行理论学习，也有的根据知识单元，进行了分散的实践练习。这显然是难以达到在具体项目实践中，应用人机学理论、原理、数据和方法进行产品设计的要求的。

　　基于以上这些问题的考虑，在最近两年的人机工程学课程的教学中，作者从人机工程学与产品设计的关系出发，基于课程设计组织教学内容，进行教学实践。

　　一产品设计应用人机工程学

　　人机工程学是研究人、产品（物）及其使用环境之间相互作用及具体应用的学科，它在许多领域具有广泛的应用价值。从产品设计角度来看，产品是为人使用为人服务的，因此产品的设计必须满足人的生理、心理需要。人的因素已经成为工业设计的主要甚至决定性因素，人机学的内容包括人体测量、人的行为、感知科学等。这些科学知识在设计过程的不同阶段会有不同层次的应用，如何将科学知识转变为在从事具体设计时有效解决问题的能力，是这门课程的主要目标。

　　在《工业设计应用人机工程学》（胡海权编著）一书中，作者提出了“工业设计应用人机工程学”的概念，把它看作是一种以人机工程学为研究对象的设计方法，“作为工业设计师的我们毕竟不是人机工程学的研究者，而是其应用者”。从这一角度出发，我们可以将产品设计中的人机工程学理解为人机学的一个分支，或可称之为“产品设计应用人机工程学”。对于产品设计师来说，人机工程学是一种关注人的设计理念，是注重行为分析的设计方法，是能够为产品的合理性提供数据的科学工具，也是设计方案人机关系优劣的评判依据。

　　因此对于产品设计专业，人机工程学的教学应该注重应用，而且应该将人机学知识的学习融入完整设计过程之中，并逐渐将对知识的应用转化为自觉的设计理念和设计方法。

　　二课程特点

　　（一）教学思路

　　在作者所在的院校产品设计专业为艺术类招生，学生的优势在于感性思维和形象思维，而大部分学生的逻辑思维能力较差。作为工程学科的人机工程学的教学，如果以理论讲授和人机实验为主要内容，会显得枯燥且学习效果不佳，难以达到预期的学习结果。因此“工课艺学”成为这门课程教学的总体思路。即在教学中引进合适的课题，由学生自定题目进行产品设计实践，在实践过程中应用人机工程学的基本原理和研究方法。理论学习的内容和进度也围绕项目流程而展开，进行相应的讲授和指导。

　　（二）教学内容与教学方法

　　人机工程学是一门独立的学科，有完备的理论体系，知识内容广泛。而对产品设计来说，主要是对其理论和原理的应用，所涉及的相关知识只是其中的一部分。为了更好的把握教学内容，有必要在了解整体理论体系的基础上，从产品设计的一般流程出发，结合产品设计不同阶段对人机工程学不同层次的应用，对教学内容进行取舍和重新组织。

　　产品设计是一个复杂的非线性的过程，而且在不同企业其开发流程也有所区别。为了便于讨论，这里将产品设计流程根据工作内容简化为以下几个阶段，即：立项、设计调研、分析定位、概念方案设计、方案细化和模型制作。在设计过程的不同阶段，人机工程学皆有不同层次的应用，如（图1）所示。

　　1设计立项。对于课程设计，主要是教师拟定主题，学生再选定具体的产品类型或方向。在第一次课通过讲授“人机工程学与产品设计”的内容，帮助学生认识人机系统，识别产品使用过程中的人机交互关系，也为正确选题作准备。

　　2设计调研与分析定位，对应的教学内容为“产品设计中的人机分析”。首先需要强调的是，人机工程学从理念和方法上，为设计师提供了关注用户及其使用行为的视角，但并不是所有项目都需要进行人机调研与分析。因此在项目开始时，需要考量产品的人机系统关系，当人机关系的改进可以成为创意点或创新的突破口时，或者改进产品的可用性成为设计的主要目标时，才需要将人机关系的调研与分析作为设计调研的重点。

　　在人机调研分析阶段，首先需要对限制条件进行分析。所谓限制条件，是指由人机系统的工作目标决定的那些影响人机关系的外界因素。凡是在系统目标规定内无法改变的因素，都是设计的限制条件。分析清楚了限制条件，也就给人机问题的研究和解决划定了明确的目标和界线。

　　其次是对使用者的调查分析，包括：对使用者的生理特征、心理特征、动作特征以及产品使用环境的调查与分析。

　　人机调研与分析是重要内容，在教学过程中，这一部分内容采用了“设计师的方式”进行。如用摄影法进行人的尺度的调查，或通过影像记录产品的使用环境、使用过程以及使用者的动作特征等。甚至可以在调查的基础上，模拟并记录典型的使用情境，以便更好的发现人机问题，将其与设计方案对接。

　　3概念方案设计。在调研分析阶段，已经逐渐明确主要的人机问题，形成初步的设计定位和解决方案。在进行概念设计时，就需要将人机分析与产品形态的构建相结合，将抽象的或文字描述的解决方案，转化为表达产品形态的手绘草图或简单的实物模型，可称之为概念的视觉化。

　　4方案细化。在草图方案的基础上，利用计算机软件按比例绘制2D效果图或建立3D数字模型，结合相关的人体测量数据和人体模板，对产品形态的尺寸进行调整。随着虚拟现实技术的发展，利用计算机进行人机交互分析也成为可能。但限于教学条件，该部分的教学内容主要还是利用人体测量数据绘制二维人体模板，用来对产品尺寸进行调整与确认。所以从概念设计后期开始讲授“人体测量与设计应用”、“应用人机学的一般参考准则”、“设计案例分析”等内容。

　　5模型制作。对于人机工程学课程来说，制作全比例模型进行使用体验和感性的人机测试是必不可少的。要求用泡沫、油泥或木材等熟悉的材料，制作实物模型，但对于色彩、材质等只在效果图上体现，在实物模型中不作要求。模型完成后，各小组之间进行使用体验并记录，以作为进一步修改的依据。该部分课程内容为“人机测试评价”，主要还是通过设计案例的分析讲解。

　　在课程结束后，会要求学生将设计过程整理PPT进行作业汇报，教师除了点评之外，还会制定评价标准，由学生之间进行互评和答辩。

　　三教学实践

　　（一）课程设计与进度安排

　　在作者所在的院校，人机工程学课程共8周，课内有32学时。以2013年～2014年度秋季学期的人机工程学课程为例，学生为大学本科三年级，已经学习过一些产品设计的专业设计课和专业基础课，在产品造型、材料加工和模型制作方面有较好的基础。在总体教学设计上，采取以学生为主体，以课程设计为导向的课程组织形式。将课程内容按设计流程分阶段，同时也将课程设计分解成若干个阶段性任务，给定完成的时间节点，其余的由学生自主安排。除了课堂上的理论学习和方案讨论之外，学生还需要利用课余时间来完成每次课的作业。

　　在这次课程中，给学生拟定了“手——与手有关的产品研究与设计”课程设计题目。要求学生每2～3人为一组，自定具体产品，应用人机工程学进行调查分析与设计。设计结果可以是对现有产品的改良设计，也可以是探索性的概念设计。

　　此外，还规定了具体的作业内容和完成时间，在每一项内容完成之后进行一次汇报，使教学有序的进行，如（图2）。

　　（二）学生作业分析

　　课程结束后，学生提交了课程设计的汇报PPT。学生在拟定的题目范围内，选择了开瓶器、鼠标、灭火器和雨伞等产品作为研究和设计的对象。这些产品主要是实用工具，注重功能性和可用性。就人机工程学这门课程而言，作业的核心内容在于“人机调研与分析定位”及对应的“人机解决方案”。

　　从作业的结果看，大多能按照设计的需要进行人机关系分析并提出相应的解决方案，达到在设计中应用人机学原理和方法的教学目标。作业中表现出了这些特点：

　　a对产品的使用过程和使用方式进行观察，并用视频或图像的形式进行记录，分析其中的人机关系。或通过情境模拟和故事板的方式再现产品的使用，帮助发现所存在的人机问题。如（图3）所示，是对开瓶器使用方式的调查分析。（图4）为灭火器设计中的情境模拟和故事板。

　　b结合产品的使用过程，用摄影法对手的生理结构、动作特征进行调查，根据所设计的产品进行特定的分析，在调查和分析中指出产品使用过程所存在的人机问题，为产品设计提供依据。有的小组还根据设计的需要尝试了新的研究方式，如用油泥模型研究手的抓握空间。如（图5），用摄影法研究使用开瓶器时手的动作特征，并用油泥模型研究手握空间。

　　c在方案设计时，通过草图、模型等，尝试将人机问题的解决方案通过产品形态表现出来。进而通过查阅人机数据，绘制二维人体模板，进行相关人机尺寸和操作空间的研究，辅助完善设计方案。如（图6），用二维人体模板辅助研究使用鼠标时的动作特征。

　　d设计方案大多是对现有产品的功能、使用舒适度和使用方式等进行改进，提出了产品原型，在造型、色彩、材质和可行性等方面还可以有很大的提升空间。最后的实物模型也比较粗糙，各小组之间进行了简单的使用体验和感性评价，没有就人机测试作进一步的研究。（图7），展示的是开瓶器方案设计阶段的概念草图、效果图、实物模型和使用体验。

　　四教学效果分析

　　整个课程教学着眼于人机工程学在产品设计中的应用，基于设计流程和课程设计组织教学，符合艺术设计类学生的特点。对课程设计的题目设置合理，研究内容和进度安排比较详细，具有较好的可操作性，使大多数学生都能积极投入到课程的学习中。与课程设计同步的相应理论知识的学习，也使理论和原理能够及时应用到实践中，进而转化为自觉的设计理念和方法。当然，仅凭一个课程设计的训练，无法涵盖人机工程学的所有知识和原理。或许可以在课程设计之外，通过一些练习进行有针对性的训练。这也是需要在教学设计中根据专业培养目标仔细衡量的。

　　作者：林小蔚

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