基于因子分析法的人机课程实践教学应用研究
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摘要：本论文主要研究因子分析法在《人机工程学》课程中验证性实践教学项目的应用，尤其是针对产品人机设计因素的验证分析项目进行应用实践的研究。通过两轮以上的课程实践应用，总结出因子分析法在实践项目中的适用范围、应用方法、实践步骤等操作性较强的实践指导准则，并在实际教学中取得良好效果，是《人机工程学》课程实践教学的有益探索。
关键词：因子分析;人机工程;验证性实验;量化;项目化
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）42-0094-02
一、概述
人机工程学是一门研究人、物及其使用环境之间相互作用的科学，它的目标是使物、环境更加易用、适用[1]。在人机工程学发展的过程中，主要致力于解决人在劳作过程中的安全性和舒适性问题，许多人机工程的改进都是建立在惨痛的事故教训上，因此，人机工程学的研究和应用需要更为客观、严谨的分析和评价，数据量化成为人机评价和设计中的重要依据和标准。因子分析法正是提供了这样一种客观的、量化的设计分析方法，是将主观的设计评价、设计建议量化的重要工具。因子分析的主要目标是用少数因子来描述许多因素或指标之间的联系[2]，通过量化比对和排序，能够较为客观地描述因子的权重及其相互关联作用。此前，因子分析法被广泛应用于消费者心理学、产品市场分析和产品设计研究领域等，为设计人员和决策者提供了由客观数据描述的评判依据。将因子分析法应用于《人机工程学》的研究和实践教学中，能够提高学生对于产品人机设计因素的理解和认识，掌握客观、量化的人机分析方法，培养科学、严谨的人机研究和设计素养。
在目前国内工业设计专业的《人机工程学》教学中，基本以理论实践相结合的方式展开，其中的实践教学尤以验证性实验和设计性实践为主。验证性实验大多需要借助专业的实验仪器，通过特定的指标和数据测量，来验证基础理论。而设计性实践往往需要学生理性分析产品、环境的人机设计因素，评价其优缺点，根据所学知识和经验给出人机改良的建议。这两类实践各有特点，又互为补充（如表1），是人机工程学课程实践教学的常用项目。
从以上的对比中不难发现，验证性实践重在数据量化，可进行量化对比，但只涉及基础理论，而重在应用理论的设计性实践则更多依靠学生对知识的综合分析评判能力，很难做到量化对比。因此，在实际教学过程中，学生往往会感到理论与实践脱节，发现很难将严谨量化的基础理论的结论应用于实际项目的设计实践中去。在此，引入因子分析法这一量化分析的工具，使得学生能更好地衔接理论知识和应用实践，为产品的人机学分析和改良设计找到更加可靠、量化的评价依据。
三、因子分析法在实践项目中的应用实例
因子分析法在实践项目中的应用，主要目的是评测产品的人机设计因子并根据对比数据提出人机改良的设计方案。经过两轮的教学实践，积累了一些因子分析法在实践教学中应用的较为成熟的案例，在此就“筷子”的人机工程学分析项目为例对应用方法、步骤、注意事项以及可供参考的项目等进行探讨。
1.应用方法与步骤。应用因子分析法进行人机分析实践教学项目的步骤大致可分为以下几步：
a.分小组，确定人员。其中的人员包括组织实验的人员和参与实验的人员。其中组织实验的人员需要在前期准备实验材料，布置实验环境，筛选参与实验的人员，在实验中对参与人员进行引导培训，记录实验数据，以及之后对实验数据进行分析处理和探讨结论等工作。参与实验的人员依据不同的项目而定，其性别、年龄等属性要兼顾该产品使用人群的普遍特征。参与人员越多，实验结论越准确，实验规模越大。以筷子的人机工程学分析项目为例，组织实验人员为3～4人，参与实验的人员为2名男生、2名女生。
b.分析产品的人机设计因子，确定测试因子。一般产品的人机设计因子包括产品形态、材质、重量、表面材质、特定结构、作业范围等，需要根据不同的产品进行具体分析。以筷子产品为例，影响用户使用筷子的因素主要是筷子的截面形状、整体长度、材质和重量等。作为实践教学的项目，宜确定2～3个因子作为测试因子，在此确定为筷子的材质和整体长度作为分析因子展开实验。
c.收集制作被测模型，制定测试流程。根据确定的测试因子，可参照常用的产品类型，收集制作被测产品的模型。根据控制变量的思想，除了测试因子外，其他设计因子应尽量保持相同。以筷子为例，为模拟用户在实际使用筷子时的场景，确定了两个长度、两种材质共四种筷子（如图1）进行测试，筷子的种类和截面形状基本保持一致。
制定测试流程时，重点在于选择合适的测试内容。测试内容的设定要接近产品实际的使用场景。以筷子为例，在使用过程中，用户一般会夹取片状、条状以及球形的物品。
d.开展测试，记录数据。测试数据一般以时间、数量等可以量化的指标为主，但在过程中需要注意记录错误或者失误的次数。以筷子的人机分析项目为例，实验主要记录固定时间内夹取的物品数量，若参与实验人员将物品掉落就记为一次失误。
e.分析实验数据，得出结论。分析实验数据主要采用对比分析的方法，可以绘制线形图、柱状图等进行实验数据的对比。下图即为不同筷子长度对使用的影响。
通过数据的对比，不难发现较长的筷子夹取食物的效率更高，但失误率也更高;两种筷子在夹取片状物品时的准确率较高。究其原因在于较长的筷子控制距离也较长，导致失误率增高，而移动角度相对较小，因子总体的效率更高。
相同的实验过程应用于不同材质的筷子测试，可以发现较为光滑的材质在夹取物品时失误率较高，但效率更高。分析原因在于与手部接触的光滑材质可以在使用过程中较为灵活，但容易使物品在夹取时打滑。
综上所述，在设计筷子时，材质对手部的使用灵活性和夹取灵活性的影响不同，可以考虑增大筷子手部接触部分的摩擦力，而使筷子前段较为光滑;筷子的长度适宜取中间值，这样可以兼顾使用效率和准确率。
2.可参考的实验项目。在设计实验项目时，选择适当的实验对象尤为重要。实验对象可选择人们使用较多的工具、家具、界面等产品，这些产品适宜分析人机因素。经过两轮的实践教学，积累了以下的实验项目：
四、结论
人机工程学作为一门交叉学课，在产品设计、环境设计、机械装备设计、交通工具设计中得到广泛应用，也逐渐发展成工业设计专业必学的重要学科内容。人机工程学的优点在于能够以量化的数据作为依据，准确严谨地改善产品的易用性和适用性。在教学中，要将科学严谨的设计思想传达给学生，需要让学生在理论学习和实践教学中充分理解和实践应用。因子分析法在实践项目中的应用，可以缩小理论学习和实际应用的差距。在实际的教学项目中，因为要在有限的课时内控制实验条件和找到适当的实验对象，实验的规模不宜过大，而重在传达科学的实验过程及严谨的设计理念。
参考文献：
[1]丁玉兰，人机工程学[M].北京理工大学出版社，2011.
[2][美]金在温，米勒.因子分析：统计方法与应用问题[M].上海：格致出版社，2012.
[3]何伟.《人机工程学》实践式教学模式初探[M].科技资讯，2010，（4）.
[4]罗剑英.方差分析在人机工程学课程实验中的应用[M].科技资讯，2010，（15）.
[5]苏胜.人机工程学课程实践教学改革研究[M].科教纵横，2010，（10）
[6]Fong-Gong Wu.Performance study on touch-pens size in three screen tasks[Z].Applied Ergonomics，2006.