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1、基于驾驶仿真的人因试验教学的探索 论文关键词：驾驶仿真 人因工程 试验教学 虚拟现实论文摘要：人因工程是工业工程关键的专业方向之一，驾驶仿真是基于虚拟现实技术、研究驾驶安全的主要手段和方法。该文介绍了基于驾驶仿真开展综合型开放的人因教学试验的设计和实施，和所取得的教学效果，为人因教学试验的设计和实施提供了能够借鉴和参考的试验教学经验。人因工程 (human factors engineering或 ergonomics)是研究人和系统其它元素之间的交互作用的学科，是一个利用理论、标准、数据、方法进行设计，以提升人类福利并优化整体系统表现的专业。人因工程包括 的领域广，应用性和实践性很强。培养学
2、生具有人因学的眼光，去发觉问题和处理现实问题的能力和灵活利用人因理论方法和技术的能力，仅靠传统的人因工程教学试验是不够的。传统的人因工程教学大多侧重于某项内容的测定，形式比较单一，比如环境噪声的测定、环境照明的测定、心率和耗氧量的测定、劳动强度的测定等。仅这些测定内容，对于学生创新能力、综合能力的培养是远远不够的。伴随中国机动车的增加和交通系统的发展，道路交通形势极为严峻，应用人因工程专业知识处理道路及汽车驾驶问题是十分主要和必须的。而且，学生对现实生活中的交通系统问题感同身受，易于学生对问题的认识和了解。为此，我们以驾驶仿真为基础，经过开设试验培养学生从人因的角度去发觉问题的能力，培养学生综
3、合、系统地应用人因理论知识去分析和处理实际问题的能力，使学生加深对人因理论和方法的了解和掌握。1 试验实施基础11 硬件基础清华大学工业工程系人因工程试验室自行研制了多通道宽屏幕固定式驾驶仿真系统，见图 1所表示。该系统由真车改造，含有可用性、柔性、整体性好和成本低等特点。系统的多个模块含有可配置性，能灵活地利用于多种驾驶仿真任务的模拟，可随时依据试验任务和研究对象的改变对系统的各个软硬件进行调整，以适用不一样研究课题或试验教学的设计需要。经过驾驶仿真系统能够对驾驶员在驾驶过程中的行为、感知、认知、决议和态度进行观察、测量和分析，含有安全性、可控制性、可反复性、易于采集客观数据等特点。12 软
4、件及仿真场景模型库驾驶仿真系统的关键组成部分之一是虚拟驾驶场景的仿真，它基于虚拟现实技术，含有沉醉、交互、构想的特征，使驾驶员身临其境，和驾驶仿真的场景环境自然交互。驾驶场景的构建关键是依据科研或教学内容，结构交通场景的三维模型或再现真实的交通场景。能够采取 Muhigen Paradigm企业的 Creator建模软件或常见的3DS MAX造型软件进行虚拟驾驶场景的建模，采取 Muhigen Paradigm企业Vega软件构建模拟驾驶的仿真平台。我们现在已拥有含有一定素材，可用性强的仿真场景模型库，图2所表示，含有多个形象逼真的交通环境、车辆和行人模型，具有多种机动车辆等可配置交通模块，还
5、具有模拟特殊天气下的交通环境，如雪天、雾天、夜间等驾驶环境。这些丰富的仿真场景设计元素大大增加了系统的柔性和可用性，方便研究人员及学生依据试验目标，设计和开展多种相关驾驶员行为的研究。13 知识基础基于驾驶仿真的人因试验教学要求学生已经具有一定人因工程基础理论和方法的基础，比如反应时的测定、标识的设计理念、人因设计的基础思绪及应用的方法等。另外，还需学生具有一定的计算机软件应用的基础和经验，方便能更加快地学会相关模型软件的使用。2 人因试验教学的设计和实施结合驾驶仿真所设计的人因教学试验，使学生的实践内容愈加贴近实际应用，以培养学生的综合素质、创新精神和实践能力为目标，我们在设计试验时，关键着
6、重于以下多个方面。21 发挥学生的自主性以交通标志设计和评定试验为例，交通标牌的字体大小、图样设计，直至放置实施均由学生以团体的组织形式分工协作，独立完成。要求交通标牌设计合理，易于道路使用者识别；模型设计后，能够直接使用驾驶仿真系统进行实车、实路驾驶；对设计结果进行有效、合理的评定。学生在做试验的过程中充满了挑战性，所以大大地激发了学生的爱好和主动性 。22 试验的开放性试验室仅提供驾驶仿真系统及配套模型软件，模型的设计和对模型评定的方法和手段全部由学生依据需要自行确定，这为学生的发明性思维发展提供了很大的自由度。比如，针对驾驶安全某个专题的研究，学生能够自行设计模型，自行设计调查问卷，组织
7、试验的实施，并分析试验的结果。23 试验内容的综合性试验的设计思想是让学生在课程学习的同时，培养理论联络实际，灵活应用人因工程理论处理实际问题的思绪及方法的能力。正如学生在试验汇报里所说：“在整个试验中，从发觉问题、提出问题到处理问题，我们全部遵照了在人因学中起关键作用的以人为本的思想。试验中我们面正确是一个现实生活中的复杂问题，我们实践了一个完整的应用人因学原理到实际系统设计的全过程，即确定设计目标和绩效评价标准一系统定义一基础设计一界面设计一测试评定一方案改善的过程，课堂上学习到的理论知识在此得到了实践和巩固。”24 试验教学模式的创新性我们应用驾驶仿真系统的相关软件和硬件，给学生全新的集
8、成体验，加深理论知识的学习，并感知复杂的系统和理论。使学生的方案设计和改善方法愈加符合实际，利于学生的实践实施，使学生对试验充满爱好和主动性。学生在试验汇报中说到：“我们体会到了虚拟现实技术在系统研究中的巨大作用。就这次试验来说，我们利用现有的模型，屏幕上谈兵，就完成了系统的分析和再设计。虚拟现实技术已经成为现在我们研究现实世界的有力工具。我们学习到了很多应用案例，也愈加深入地了解了人因课上所讲到的部分理论和标准性的知识。理论结合实践，是学习知识的最好方法。不过，我们的实践，不是传统意义上的实践，而是在虚拟的现实世界中进行的实践。”我们针对不一样的教学需求，能够开设以下不一样类型、不一样形式的
9、人因教学试验。(1)体验式教学。能够把复杂的难于了解的人因工程理论经过驾驶交互体验来领会和学习。(2)研究型教学。学生自主设计试验场景或测试方案，开展针对特定理论或标准的试验研究。比如，有准备的反应模式和无准备的反应模式区分，有分神或无分神的反应模式区分，疲惫和正常精神状态下的反应模式区分等。(3)专题教学。比如：交通险情专题试验关键针对险情反应模式、反应时间的测定，学生也可进行交通险情的体验；交通标识专题试验能够对交通路标进行主观、客观的评定。3 试验教搜集和整理，感谢原作者。学效果基于驾驶仿真，我们已经开设了人机系统仿真体验式试验、汽车贴膜研究型试验和以北京西直门为案例开展了交通标志设计和
10、评定的专题试验等。这些试验贴近生活实际的应用，培养了学生综合应用理论知识分析和处理实际问题的能力。教学试验很好地达成了预期效果，受到了学生的肯定和好评。(1)学生感受到人因理论方法和技术在实际生活中的主要地位，真正了解了人因工程的内涵，有利于学生在实践中加深对理论知识的了解和利用，加强了对所学知识的感性认识。(2)利于创新能力的培养，提升了学生的创新意识和发明性处理问题的能力。(3)培养了团体协作能力。试验需要学生合理分工，相互协作，进行有效的团体沟通，共同处理问题，才能成功地完成。(4)提升了学习的爱好。实践教学内容目标性强，贴近实际应用，给学生充足的自由度，学生学习热情高，自主、主动地查阅
11、资料，确定处理方法。(5)提升了实践教学效果。利用驾驶仿真系统使教学环境生动、逼真、安全，学生能够多方体验，吸引了学生学习和研究的爱好，也有利于学生对方案结果的检验和评定。4 结束语基于驾驶仿真，我们开设了多个类型的自主性、综合性、开放型的试验，并得以顺利实施让学生有机会尝试、体验、研究并处理人因工程的实际问题，受到了学生的广泛赞誉。试验锻炼了学生综合利用理论和方法处理实际项目问题的能力，为她们后续的学习和去企业实习打下了良好的基础。以后，我们还将不停总坚固验教学的经验，不停地完善和提升试验教学的水平，不停丰富试验教学内容，为培养创新型、综合型高素质人才而服务。参考文件：1张绪柱工业工程试验和
12、实习教程 M北京：机械工业出版社 ，20212Ying Wang，Endong Zhang，Wei ZhangDevelopment of a lowcodriving simulation system for safety study and trainingc/Prceeding of Driving Simulation Conference AsiaPacificTsukubaJapan ，20213严京滨，林亨，张伟人因工程试验室的建设 J试验技术和管理，2021，22(6)：l3l54王力威培养大学生主动性和独立性之思索 J江苏工业学院学报，2021，8(4)：83855张劲利用虚拟现实技术创立教学新模式 J常州工程职业技术学院学报，2021，3(53)：26286北京市交通安全教育学校机动车驾驶员交通法规和相关知识M北京：群众出版社，20217裴玉龙，王炜道路交通事故成因及预防对策 M北京：科学出版社，搜集和整理，感谢原作者。
