駕駛仿真人因實(shí)驗教學(xué)的論文
1實(shí)驗實(shí)施基礎
1．1硬件基礎
清華大學(xué)工業(yè)工程系人因工程實(shí)驗室自行研制了多通道寬屏幕固定式駕駛仿真系統，見(jiàn)圖1所示。該系統由真車(chē)改造，具有可用性、柔性、整體性好和成本低等特點(diǎn)。系統的多個(gè)模塊具有可配置性，能靈活地運用于各種駕駛仿真任務(wù)的模擬，可隨時(shí)根據實(shí)驗任務(wù)和研究對象的變化對系統的各個(gè)軟硬件進(jìn)行調整，以適用不同研究課題或實(shí)驗教學(xué)的設計需要。
通過(guò)駕駛仿真系統可以對駕駛員在駕駛過(guò)程中的行為、感知、認知、決策和態(tài)度進(jìn)行觀(guān)察、測量和分析，具有安全性、可控制性、可重復性、易于采集客觀(guān)數據等特點(diǎn)。
1．2軟件及仿真場(chǎng)景模型庫
駕駛仿真系統的主要構成部分之一是虛擬駕駛場(chǎng)景的仿真，它基于虛擬現實(shí)技術(shù)，具有沉浸、交互、構想的特性，使駕駛員身臨其境，與駕駛仿真的場(chǎng)景環(huán)境自然交互。駕駛場(chǎng)景的構建主要是根據科研或教學(xué)內容，構造交通場(chǎng)景的三維模型或再現真實(shí)的交通場(chǎng)景�？梢圆捎肕uhigenParadigm公司的Creator建模軟件或常見(jiàn)的3DSMAX造型軟件進(jìn)行虛擬駕駛場(chǎng)景的建模，采用MuhigenParadigm公司Vega軟件構建模擬駕駛的仿真平臺。
我們目前已擁有具有一定素材，可用性強的仿真場(chǎng)景模型庫，如圖2所示，具有多種形象逼真的交通環(huán)境、車(chē)輛和行人模型，具備各種機動(dòng)車(chē)輛等可配置交通模塊，還具備模擬特殊天氣下的交通環(huán)境，如雪天、霧天、夜間等駕駛環(huán)境。這些豐富的仿真場(chǎng)景設計元素大大增加了系統的柔性和可用性，方便研究人員及學(xué)生根據實(shí)驗目的，設計和開(kāi)展各種有關(guān)駕駛員行為的研究。
1．3知識基礎
基于駕駛仿真的人因實(shí)驗教學(xué)要求學(xué)生已經(jīng)具備一定人因工程基礎理論和方法的基礎，例如反應時(shí)的測定、標識的設計理念、人因設計的基本思路及應用的方法等。另外，還需學(xué)生具備一定的計算機軟件應用的基礎和經(jīng)驗，以便能更快地學(xué)會(huì )相關(guān)模型軟件的使用。
2人因實(shí)驗教學(xué)的設計與實(shí)施
結合駕駛仿真所設計的人因教學(xué)實(shí)驗，使學(xué)生的實(shí)踐內容更加貼近實(shí)際應用，以培養學(xué)生的綜合素質(zhì)、創(chuàng )新精神和實(shí)踐能力為目標，我們在設計實(shí)驗時(shí)，主要著(zhù)重于以下幾個(gè)方面。
2．1發(fā)揮學(xué)生的自主性
以交通標志設計與評估實(shí)驗為例，交通標牌的字體大小、圖樣設計，直至放置實(shí)施均由學(xué)生以團隊的組織形式分工協(xié)作，獨立完成。要求交通標牌設計合理，易于道路使用者識別；模型設計后，可以直接使用駕駛仿真系統進(jìn)行實(shí)車(chē)、實(shí)路駕駛；對設計成果進(jìn)行有效、合理的評估。學(xué)生在做實(shí)驗的過(guò)程中充滿(mǎn)了挑戰性，因此大大地激發(fā)了學(xué)生的興趣和主動(dòng)性。
2．2實(shí)驗的開(kāi)放性
實(shí)驗室僅提供駕駛仿真系統及配套模型軟件，模型的設計以及對模型評估的方法和手段都由學(xué)生根據需要自行確定，這為學(xué)生的創(chuàng )造性思維發(fā)展提供了很大的自由度。例如，針對駕駛安全某個(gè)主題的研究，學(xué)生可以自行設計模型，自行設計調查問(wèn)卷，組織實(shí)驗的實(shí)施，并分析實(shí)驗的結果。
2．3實(shí)驗內容的綜合性
實(shí)驗的設計思想是讓學(xué)生在課程學(xué)習的．同時(shí)，培養理論聯(lián)系實(shí)際，靈活應用人因工程理論解決實(shí)際問(wèn)題的思路及方法的能力。正如學(xué)生在實(shí)驗報告里所說(shuō)：“在整個(gè)實(shí)驗中，從發(fā)現問(wèn)題、提出問(wèn)題到解決問(wèn)題，我們都遵循了在人因學(xué)中起核心作用的`以人為本的思想。實(shí)驗中我們面對的是一個(gè)現實(shí)生活中的復雜問(wèn)題，我們實(shí)踐了一個(gè)完整的應用人因學(xué)原理到實(shí)際系統設計的全過(guò)程，即確定設計目標和績(jì)效評價(jià)標準一系統定義一基本設計一界面設計一測試評估一方案改進(jìn)的過(guò)程，課堂上學(xué)習到的理論知識在此得到了實(shí)踐與鞏固�！�
2．4實(shí)驗教學(xué)模式的創(chuàng )新性
我們應用駕駛仿真系統的相關(guān)軟件和硬件，給予學(xué)生全新的集成體驗，加深理論知識的學(xué)習，并感知復雜的系統和理論。使學(xué)生的方案設計和改進(jìn)措施更加符合實(shí)際，利于學(xué)生的實(shí)踐實(shí)施，使學(xué)生對實(shí)驗充滿(mǎn)興趣和積極性。學(xué)生在實(shí)驗報告中說(shuō)到：“我們體會(huì )到了虛擬現實(shí)技術(shù)在系統研究中的巨大作用。就這次實(shí)驗來(lái)說(shuō)，我們利用現有的模型，屏幕上談兵，就完成了系統的分析以及再設計。虛擬現實(shí)技術(shù)已經(jīng)成為現在我們研究現實(shí)世界的有力工具。我們學(xué)習到了很多應用案例，也更加深入地理解了人因課上所講到的一些理論與原則性的知識。理論結合實(shí)踐，是學(xué)習知識的最佳方式。不過(guò)，我們的實(shí)踐，不是傳統意義上的實(shí)踐，而是在虛擬的現實(shí)世界中進(jìn)行的實(shí)踐�！�
我們針對不同的教學(xué)需求，可以開(kāi)設如下不同類(lèi)型、不同形式的人因教學(xué)實(shí)驗。
(1)體驗式教學(xué)�？梢园褟碗s的難于理解的人因工程理論通過(guò)駕駛交互體驗來(lái)領(lǐng)會(huì )和學(xué)習。
(2)研究型教學(xué)。學(xué)生自主設計實(shí)驗場(chǎng)景或測試方案，開(kāi)展針對特定理論或者原則的實(shí)驗研究。例如，有準備的反應模式與無(wú)準備的反應模式區別，有分神或者無(wú)分神的反應模式區別，疲勞和正常精神狀態(tài)下的反應模式區別等。
(3)專(zhuān)題教學(xué)。例如：交通險情專(zhuān)題實(shí)驗主要針對險情反應模式、反應時(shí)間的測定，學(xué)生也可進(jìn)行交通險情的體驗；交通標識專(zhuān)題實(shí)驗可以對交通路標進(jìn)行主觀(guān)、客觀(guān)的評估。
3實(shí)驗教學(xué)效果
基于駕駛仿真，我們已經(jīng)開(kāi)設了人機系統仿真體驗式實(shí)驗、汽車(chē)貼膜研究型實(shí)驗和以北京西直門(mén)為案例開(kāi)展了交通標志設計與評估的專(zhuān)題實(shí)驗等。這些實(shí)驗貼近生活實(shí)際的應用，培養了學(xué)生綜合應用理論知識分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。教學(xué)實(shí)驗很好地達到了預期效果，受到了學(xué)生的肯定與好評。
(1)學(xué)生感受到人因理論方法與技術(shù)在實(shí)際生活中的重要地位，真正理解了人因工程的內涵，有助于學(xué)生在實(shí)踐中加深對理論知識的理解和運用，加強了對所學(xué)知識的感性認識。
(2)利于創(chuàng )新能力的培養，提高了學(xué)生的創(chuàng )新意識和創(chuàng )造性解決問(wèn)題的能力。
(3)培養了團隊協(xié)作能力。實(shí)驗需要學(xué)生合理分工，相互協(xié)作，進(jìn)行有效的團隊溝通，共同解決問(wèn)題，才能成功地完成。
(4)提高了學(xué)習的興趣。實(shí)踐教學(xué)內容目的性強，貼近實(shí)際應用，給學(xué)生充分的自由度，學(xué)生學(xué)習熱情高，自主、積極地查閱資料，確定解決方法。
(5)提高了實(shí)踐教學(xué)效果。利用駕駛仿真系統使教學(xué)環(huán)境生動(dòng)、逼真、安全，學(xué)生能夠多方體驗，吸引了學(xué)生學(xué)習和研究的興趣，也有利于學(xué)生對方案結果的檢驗和評估。
4結束語(yǔ)
基于駕駛仿真，我們開(kāi)設了多種類(lèi)型的自主性、綜合性、開(kāi)放型的實(shí)驗，并得以順利實(shí)施讓學(xué)生有機會(huì )嘗試、體驗、研究并解決人因工程的實(shí)際問(wèn)題，受到了學(xué)生的廣泛贊譽(yù)。實(shí)驗鍛煉了學(xué)生綜合運用理論和方法解決實(shí)際項目問(wèn)題的能力，為他們后續的學(xué)習和去企業(yè)實(shí)習打下了良好的基礎。
今后，我們還將不斷總結實(shí)驗教學(xué)的經(jīng)驗，不斷地完善和提高實(shí)驗教學(xué)的水平，不斷豐富實(shí)驗教學(xué)內容，為培養創(chuàng )新型、綜合型高素質(zhì)人才而服務(wù)。
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