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人體工程學(xué)的基本概念范文第1篇

關(guān)鍵詞：人機(jī)工程學(xué)　課堂教學(xué)　教學(xué)成果

中圖分類號(hào)：G64　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A　文章編號(hào)：1007-3973(2011)005-163-02

工業(yè)設(shè)計(jì)是以工學(xué)、美學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)為基礎(chǔ)對(duì)工業(yè)產(chǎn)品進(jìn)行的設(shè)計(jì)，其理念是在符合各方面需求的基礎(chǔ)上兼具特色。工業(yè)設(shè)計(jì)是一門綜合性、應(yīng)用性很強(qiáng)的交叉性學(xué)科，它旨在形成和諧的實(shí)物環(huán)境，最充分的滿足人的物質(zhì)需要和精神需要。工業(yè)設(shè)計(jì)在企業(yè)中有著廣闊的應(yīng)用空間。

1.　人機(jī)工程學(xué)教學(xué)的重要性

人機(jī)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)等方面的各種因素；研究人和機(jī)器及環(huán)境的相互關(guān)系；研究在工作中、家庭生活中及休閑時(shí)怎樣統(tǒng)一考慮工作效率，人的健康，安全和舒適等問題的學(xué)科。本課程是工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)的重要組成部分，它為設(shè)計(jì)安全可靠、便于使用的產(chǎn)品提供了人機(jī)關(guān)系方面的理論依據(jù)和方法指導(dǎo)。

我國的工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)教學(xué)，形成了兩種基本知識(shí)體系：一種是工程技術(shù)體系；另一種藝術(shù)美學(xué)體系。根據(jù)工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)辦學(xué)基本要求，無論哪種知識(shí)體系，都必須學(xué)習(xí)人機(jī)工程學(xué)、工業(yè)設(shè)計(jì)工程基礎(chǔ)等課程。從人機(jī)工程學(xué)教學(xué)方面來說，傳統(tǒng)的理論知識(shí)灌輸過程所涉的工科知識(shí)較大，面對(duì)大量的原理和數(shù)據(jù)公式，藝術(shù)類學(xué)生聽起來費(fèi)解，也容易產(chǎn)生疲勞和厭學(xué)情緒。課程的教學(xué)成效關(guān)系到后續(xù)課程教學(xué)是否能順利展開，而死記硬背、不加理解的學(xué)習(xí)方法和模式起不到應(yīng)有的效果。

通過人機(jī)工程學(xué)的課程學(xué)習(xí)，應(yīng)該讓學(xué)生理解設(shè)計(jì)是什么，怎樣設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)達(dá)到的效果。具體來說，轉(zhuǎn)變成人機(jī)工程學(xué)課程中要解決的3個(gè)目標(biāo)，就是“尋找產(chǎn)品問題、正確分析原因、重新改良設(shè)計(jì)”，再簡化一下可表達(dá)為設(shè)計(jì)上常用的述語：發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題。這3個(gè)教學(xué)目標(biāo)實(shí)際上就是設(shè)計(jì)的三個(gè)階段。本文將從教學(xué)實(shí)際出發(fā)，探討人機(jī)工程學(xué)教學(xué)改革中的實(shí)踐與體會(huì)。

2.　人機(jī)工程學(xué)課程的教學(xué)目的

工業(yè)設(shè)計(jì)教育不應(yīng)該試圖把學(xué)生教成每一方面都精通，能在事先熟知的所要設(shè)計(jì)的產(chǎn)品的各個(gè)方面的專家，事實(shí)上也不可能做到這一點(diǎn)；而應(yīng)該把設(shè)計(jì)教育的重點(diǎn)放在讓學(xué)生學(xué)會(huì)這門學(xué)科的基本理論和基本研究方法以及培養(yǎng)他們對(duì)知識(shí)的應(yīng)用和與再生能力上，使學(xué)生能夠舉一反三，在面對(duì)新問題時(shí)能夠迅速把握實(shí)質(zhì)，靈活運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)并以創(chuàng)造性的方法解決這些問題。

由于工作對(duì)象的多樣性和復(fù)雜性，設(shè)計(jì)師必須經(jīng)常面對(duì)各式各樣的人機(jī)問題，這種情況給人機(jī)工程學(xué)的教學(xué)工作帶來了一定的困難。人機(jī)工程學(xué)研究內(nèi)容的涉及面廣，涉獵的學(xué)科繁多，再加之信息技術(shù)的不斷發(fā)展，甚至可以延展出界面設(shè)計(jì)這樣獨(dú)立的設(shè)計(jì)課程，因此作為工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)的學(xué)生不可能真正全面地掌握人機(jī)工程學(xué)各個(gè)領(lǐng)域的所有內(nèi)容。人機(jī)工程學(xué)的教學(xué)目的也絕非是讓學(xué)生認(rèn)真背誦書本的概念與數(shù)字，而是教會(huì)學(xué)生具有基本的人機(jī)工程學(xué)觀念，提高其人機(jī)意識(shí)，了解基本概念、內(nèi)容和方法，在以后的設(shè)計(jì)實(shí)踐中能夠自覺查閱相關(guān)資料，深入學(xué)習(xí)，使其設(shè)計(jì)更科學(xué)和全面。

3.　人機(jī)工程學(xué)教學(xué)改革的探索

人機(jī)工程學(xué)教學(xué)方法的得失和教學(xué)內(nèi)容的安排，往往直接影響到教學(xué)效果的成敗。因此，實(shí)際的課堂教學(xué)中，科學(xué)的教學(xué)方法、先進(jìn)的教學(xué)手段和合理的教學(xué)安排，能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生積極思考和解決問題的能力，牢固地掌握并靈活運(yùn)用知識(shí)。

3.1　聯(lián)系實(shí)際生活，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)

傳統(tǒng)的人機(jī)工程學(xué)教學(xué)，為了引起學(xué)生對(duì)課程的重視，在課程之初會(huì)用很多時(shí)間來探討課程的重要性。人機(jī)工程學(xué)興起的直接原因是二戰(zhàn)中大量因人機(jī)設(shè)計(jì)失誤而導(dǎo)致的飛機(jī)失事。軍事領(lǐng)域的人機(jī)設(shè)計(jì)問題讓學(xué)生覺得很新奇，但畢竟離我們的現(xiàn)實(shí)生活太遠(yuǎn)了。

那么到底在我們的日常生活中，需不需要人機(jī)工程學(xué)，有沒有值得我們?nèi)ジ倪M(jìn)的設(shè)計(jì)方面呢。教學(xué)中，我把這個(gè)問題作為第一次課后作業(yè)留給同學(xué)完成，并給了兩個(gè)學(xué)時(shí)的課堂討論時(shí)間。通過討論，同學(xué)們發(fā)現(xiàn)了很多在生活中運(yùn)用人機(jī)工程學(xué)的例子，有正面的，也有反面的。正面的例子有：階梯教室的座位高低錯(cuò)落，保證了各個(gè)位置同學(xué)的視野；電腦腕墊設(shè)計(jì)有效緩解了手腕疲勞；椅子的腰靠設(shè)計(jì)有效緩解了腰部不適；高低可調(diào)的課桌椅適應(yīng)了不同身高的客戶需求等等。反面的例子有：公寓床的長度不適合于身高過高者；固定式課桌椅不能滿足所有同學(xué)的身高尺寸；公用衛(wèi)生間門后不設(shè)掛鉤，給入廁者帶來不便等等。

通過設(shè)置思考題并結(jié)合課堂討論的形式，引導(dǎo)學(xué)生思考本門課程的重要性和實(shí)用性，既避免了傳統(tǒng)教學(xué)反復(fù)說道的枯燥乏力，又調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極性，真實(shí)地感受到了課程的重要性感和實(shí)用性，從而提高學(xué)習(xí)的自主性。

3.2　通過課程實(shí)踐，理解科學(xué)數(shù)據(jù)的由來

人體尺寸的測(cè)量，是人機(jī)工程學(xué)中人體尺寸獲得的基礎(chǔ)，更是產(chǎn)品尺寸確定的重要參考。傳統(tǒng)教學(xué)中，對(duì)于該部分內(nèi)容，教師們會(huì)對(duì)照人體尺寸表格和圖示一一講解，以幫助學(xué)生理解。這種教學(xué)模式可能出現(xiàn)的問題就是：一旦離開書本，學(xué)生很快就忘記了測(cè)量項(xiàng)目的名稱和具體測(cè)量的人體部位，更難以在產(chǎn)品尺寸的設(shè)計(jì)中，快速、有效地找出人體尺寸的參考值。

為了提高教學(xué)效果，在教學(xué)中我們?cè)诖瞬糠衷O(shè)定了實(shí)踐環(huán)節(jié)：在同學(xué)配合下，測(cè)量自身的人體主要尺寸、立姿和坐姿尺寸，畫出尺寸圖，并進(jìn)行1：2的人體模板制作。同學(xué)們對(duì)實(shí)踐課題表現(xiàn)得非常興奮，測(cè)量自身的人體尺寸讓他們覺得很親切。很多同學(xué)測(cè)量中發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)各部分尺寸相加高于或低于身高，而十分不解。最后在老師的協(xié)助下，通過測(cè)點(diǎn)標(biāo)記和輔助測(cè)量基準(zhǔn)面都得到了解決。實(shí)踐環(huán)節(jié)進(jìn)行的盡然有序，充滿歡聲笑語。

在完成人體尺寸圖和人體模板時(shí)，同學(xué)們都掌握了這部分的知識(shí)，很有成就感，并興奮地表示記憶深刻，十分難忘。由此可見，合理的實(shí)踐環(huán)節(jié)設(shè)置，對(duì)學(xué)生深入理解和靈活掌握知識(shí)，起到了巨大的推動(dòng)作用。

3.3　分析設(shè)計(jì)案例，提高分析問題的能力

顯示與控制設(shè)計(jì)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的應(yīng)用極為廣泛，教材中設(shè)置了大量圖例來講解該部分的重要性與應(yīng)用。在傳統(tǒng)理論教學(xué)的基礎(chǔ)上，為了進(jìn)一步提高同學(xué)的分析問題能力，實(shí)際教學(xué)中引入了櫥柜設(shè)計(jì)的案例，讓大家學(xué)會(huì)客觀地評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)的優(yōu)劣。

案例中，新櫥柜設(shè)計(jì)的主題是“生活如此簡單”，產(chǎn)品的使用方式非常方便。當(dāng)我們用身體的任何部位輕輕觸碰柜門時(shí)，相應(yīng)的抽屜就能迅速彈出，所有的餐具快速展現(xiàn)于眼前。在輕松愜意的背景音樂配合下，主人游刃有余地穿梭在廚房中，寵物狗也舔開了其中一個(gè)抽屜，享受屬于自己的美食?？赐臧咐?，同學(xué)們都很興奮，紛紛夸獎(jiǎng)設(shè)計(jì)太棒了，操作方便，技術(shù)先進(jìn)，十分完美。討論的最后，我肯定了大家的正面評(píng)價(jià)，并提醒大家分析一下設(shè)計(jì)有沒有什么問題呢?同學(xué)們頓時(shí)安靜了，在積極地引導(dǎo)下，同學(xué)們靜下心來，開始思考設(shè)計(jì)方案華麗外表之下存在的問題，并得到了正確的結(jié)論。

面對(duì)新的設(shè)計(jì)，大家已經(jīng)習(xí)慣了給予高度的評(píng)價(jià)和贊許，而設(shè)計(jì)中還有沒有可改進(jìn)之處，很多人都會(huì)忽略。而作為設(shè)計(jì)人員的我們，對(duì)產(chǎn)品的評(píng)價(jià)不應(yīng)該限于此，我們還要看到比常人更深刻的方面，為后續(xù)的設(shè)計(jì)研究找到方向。因此，教學(xué)中除了教會(huì)學(xué)生現(xiàn)成的理論知識(shí)以外，要引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)分析實(shí)際問題，任何問題都存在兩面性，我們要學(xué)會(huì)科學(xué)、客觀地對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行評(píng)價(jià)。

4.　結(jié)束語

人機(jī)工程學(xué)是一門技術(shù)性學(xué)科，其相關(guān)理論知識(shí)在生活中隨處可見，在教學(xué)中應(yīng)該突出其科學(xué)性和實(shí)用性，通過各種方式方法，引導(dǎo)學(xué)生積極思考和實(shí)踐，杜絕死記硬背和填鴨式的教學(xué)模式。在工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)的人機(jī)工程學(xué)的教學(xué)過程中，應(yīng)該突出基本原理、工程程序和研究方法，這樣既能確保設(shè)計(jì)師具有較扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，又能使設(shè)計(jì)師在解決問題時(shí)具備正確的思路和開展工作的手段。

注釋：

①汪惠芬，劉婷婷，《人機(jī)工程學(xué)》課程教學(xué)模式探索與實(shí)踐[J]，應(yīng)用研究，2007，36(9)：71－75.

②丁玉蘭，人機(jī)工程學(xué)[M]，北京理工大學(xué)出版社,2005年8月：2.

人體工程學(xué)的基本概念范文第2篇

關(guān)鍵詞：高校；無機(jī)化學(xué)；現(xiàn)狀；改革策略

中圖分類號(hào)：G652　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A　文章編號(hào)：1671-0568(2012)41-0102-03

無機(jī)化學(xué)是一門專業(yè)的基礎(chǔ)學(xué)科，涉及的范圍很廣，包括了環(huán)境工程學(xué)、食品工程學(xué)、生物工程學(xué)等，是向整個(gè)高校工科類一年級(jí)本科學(xué)生開設(shè)的化學(xué)基礎(chǔ)學(xué)科，更是學(xué)生踏入高校后學(xué)習(xí)的第一門化學(xué)基礎(chǔ)學(xué)科。所以，高校要特別注意相關(guān)銜接工作，重視銜接教學(xué)，實(shí)現(xiàn)更好的過渡，讓學(xué)生能更快地從中學(xué)化學(xué)轉(zhuǎn)移到大學(xué)化學(xué)中來，并且為他們今后學(xué)習(xí)相關(guān)課程打下堅(jiān)實(shí)的化學(xué)基礎(chǔ)。高校領(lǐng)導(dǎo)也要特別重視無機(jī)化學(xué)這門課程，充分發(fā)揮無機(jī)化學(xué)教研組所有教師的力量，通過大量的時(shí)間，對(duì)課程進(jìn)行改革。臨滄師范高等?？茖W(xué)校(以下簡稱“我校”)經(jīng)過一系列的改革，無機(jī)化學(xué)逐漸把“必需、適用、實(shí)用”這些原則體現(xiàn)了出來。在面對(duì)學(xué)習(xí)時(shí)間壓縮的情況下，也能最大限度地使學(xué)生更好地掌握無機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)，更好地領(lǐng)悟無機(jī)化學(xué)的精髓，實(shí)現(xiàn)理想的教學(xué)目的，獲得良好的學(xué)習(xí)效果。通過不斷完善教學(xué)方法，對(duì)無機(jī)化學(xué)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行更好的精選，合理地安排教學(xué)，加之利用多元化的教學(xué)手段，促進(jìn)了教學(xué)質(zhì)量的提升和教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

一、優(yōu)化體系

我校從無機(jī)化學(xué)課程的內(nèi)容和體系上出發(fā)，改進(jìn)了教學(xué)內(nèi)容，改變了原有課程的體系設(shè)置，將與中學(xué)化學(xué)或者其它化學(xué)課程相重復(fù)的內(nèi)容進(jìn)行適當(dāng)?shù)膭h減，堅(jiān)持“必需、適用、實(shí)用”的原則，增添了實(shí)用性強(qiáng)的新內(nèi)容。在教學(xué)過程中，提升基本理論的內(nèi)涵、加強(qiáng)基本原理的理解、靈活多用的基本方法、計(jì)算與操作。以無機(jī)化學(xué)的基本理論作為出發(fā)點(diǎn)，將四大化學(xué)的平衡原理作為主線，注重應(yīng)用，加強(qiáng)實(shí)踐，打造全新的無機(jī)化學(xué)課程體系結(jié)構(gòu)，層層遞進(jìn)地開展，使學(xué)生更容易接受。還加強(qiáng)改革課程結(jié)構(gòu)體系，提高了教學(xué)效率。面對(duì)課程結(jié)構(gòu)體系改革的不斷深入，自然會(huì)給傳統(tǒng)的無機(jī)化學(xué)教學(xué)帶來諸多問題，若要更好地改善傳統(tǒng)教學(xué)確非易事。因此，教師想盡辦法，瀝盡全力，將教學(xué)大綱的基本要求為出發(fā)點(diǎn)，徹底改善傳統(tǒng)的教學(xué)方式，從而達(dá)到提高教學(xué)效率、增效的目的，做到“減學(xué)時(shí)，不降質(zhì)量”。通過長期的教學(xué)實(shí)踐，根據(jù)高?；瘜W(xué)專業(yè)與學(xué)生的特性，大規(guī)模、系統(tǒng)地完善和修訂了課程的理論教學(xué)大綱和實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱，讓其呈現(xiàn)出高校獨(dú)有的教學(xué)特色。根據(jù)不同專業(yè)的不同特點(diǎn)，還提出了分層教學(xué)的兩種大綱模式：《新大學(xué)化學(xué)》和《無機(jī)化學(xué)》。為了更好地適應(yīng)不同專業(yè)對(duì)化學(xué)的不同要求，合理地調(diào)整了各個(gè)層次的課程：《新大學(xué)化學(xué)》108學(xué)時(shí)，《無機(jī)化學(xué)》72學(xué)時(shí)。

無機(jī)化學(xué)課程的主要目的是：讓學(xué)生掌握化學(xué)平衡、化學(xué)反應(yīng)速率、物質(zhì)結(jié)構(gòu)、元素周期定律以及化學(xué)熱力學(xué)等相關(guān)基礎(chǔ)理論與概念，更好地理解元素以及化合物的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、反映規(guī)律，掌握其用途，激發(fā)思維能力，培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)及其訓(xùn)練分析和解決問題的能力，引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用正確的學(xué)習(xí)方法，初步掌握科研方法，樹立正確的人生觀、價(jià)值觀、世界觀、辯證唯物觀，為以后的學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。根據(jù)教學(xué)大綱的要求，還需要采用學(xué)習(xí)參考書《無機(jī)化學(xué)習(xí)題與自測(cè)題》，針對(duì)每章的課堂授課內(nèi)容的要求以及進(jìn)度而設(shè)計(jì)的課后練習(xí)與自測(cè)題進(jìn)行課后練習(xí)，目的是幫助學(xué)生及時(shí)掌握和鞏固知識(shí)。自測(cè)題具有各式各樣的特性，有助于學(xué)生在每章完成后檢查自己的學(xué)習(xí)情況。通過對(duì)參考書的使用，不僅可以引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)，還能激發(fā)他們的思維能力。

新的教學(xué)大綱從宏觀的角度詮釋了學(xué)生掌握知識(shí)的深度與廣度，符合教學(xué)規(guī)律和高校學(xué)生的學(xué)習(xí)特征。新的教學(xué)大綱要求，必須掌握基礎(chǔ)理論和基本概念，把握重點(diǎn)，詳細(xì)講解，刪減重復(fù)內(nèi)容，提升教學(xué)層次。根據(jù)專業(yè)特點(diǎn)的差異性與計(jì)劃課程的要求，對(duì)內(nèi)容進(jìn)行篩選，將比較簡單、易理解的內(nèi)容劃分為自學(xué)內(nèi)容，將傾向于理科及理論性較強(qiáng)的內(nèi)容劃分為選修內(nèi)容，符合學(xué)科專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)。新教學(xué)大綱明確指出，對(duì)每一章節(jié)需要理解、掌握、熟練，課程在部分章節(jié)中安排了比較簡單的自學(xué)內(nèi)容。高校學(xué)生經(jīng)過高中階段的學(xué)習(xí)，適應(yīng)大學(xué)學(xué)習(xí)方法后，初步形成自學(xué)和獨(dú)立理解問題的能力。對(duì)學(xué)生進(jìn)行自學(xué)安排的時(shí)候，可以引導(dǎo)他們參考更多資料，適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)一些思考題，點(diǎn)燃學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

為了使一味灌輸、面面俱到、平均分配的傳統(tǒng)教學(xué)模式得以突破，在相對(duì)較少的學(xué)時(shí)中，本學(xué)科新知識(shí)、新成果、新信息要進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑黾?，拓寬知識(shí)面，加強(qiáng)應(yīng)用。要增加與專業(yè)密切相關(guān)的知識(shí)，例如：生物技術(shù)與化學(xué)的關(guān)系、細(xì)胞核內(nèi)蛋白質(zhì)動(dòng)態(tài)變化研究進(jìn)展、人體生命元素功能，等等，不僅加強(qiáng)專業(yè)與課程的密切關(guān)系，還致力于提升學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)學(xué)習(xí)能力。

二、無機(jī)化學(xué)教學(xué)方法的改革

新時(shí)代倡導(dǎo)素質(zhì)教育，倡導(dǎo)以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)。高校無機(jī)化學(xué)主要應(yīng)用啟發(fā)式的教學(xué)方法，注重實(shí)踐，充分應(yīng)用全方面、多元化的教學(xué)手段，提升教學(xué)質(zhì)量。教學(xué)設(shè)計(jì)要堅(jiān)持學(xué)生為主體，引導(dǎo)和啟發(fā)學(xué)生，貼近學(xué)生生活，選取學(xué)生較為關(guān)心的話題。例如，有關(guān)綠色化學(xué)、大氣污染等課題的討論，都可望調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高學(xué)生的自學(xué)能力。在進(jìn)行綠色化學(xué)相關(guān)討論時(shí)，部分來自農(nóng)村的學(xué)生通過閱讀大量資料，明確今后的學(xué)業(yè)中會(huì)以回到家鄉(xiāng)發(fā)展綠色產(chǎn)業(yè)為目的。教師應(yīng)該掌握學(xué)生的心態(tài)，做好循序漸進(jìn)的引導(dǎo)，讓學(xué)生從被動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)。教師要在課堂上掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，針對(duì)他們的基礎(chǔ)差異性，做好分層教學(xué)。分層教學(xué)的目的不是為了選出尖子生，是要讓學(xué)生都能得到發(fā)展和進(jìn)步，讓學(xué)生感到教學(xué)目標(biāo)就在他們身邊，從而能更好地實(shí)施教學(xué)手段，實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)，促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展。

在進(jìn)行無機(jī)化學(xué)教學(xué)時(shí)，為了鞏固課堂教學(xué)質(zhì)量，理論結(jié)合實(shí)際，需要加強(qiáng)基本訓(xùn)練和平時(shí)考核。為了緊貼課堂教學(xué)內(nèi)容，讓學(xué)生能及時(shí)掌握和鞏固知識(shí)，我校采用了學(xué)習(xí)參考書《無機(jī)化學(xué)習(xí)題與自測(cè)題》，實(shí)施兩節(jié)課布置一頁參考書的作業(yè)。教師認(rèn)真檢查作業(yè)，仔細(xì)批改，對(duì)作業(yè)情況進(jìn)行評(píng)分，整個(gè)學(xué)期作業(yè)評(píng)價(jià)得分以20％納入總成績。通過對(duì)作業(yè)的批改，教師能及時(shí)掌握問題，方便下次在課堂上進(jìn)行講解。針對(duì)個(gè)別問題則對(duì)學(xué)生進(jìn)行解答，促進(jìn)學(xué)生更好掌握本章的難點(diǎn)和基本概念。每章完成以后，督促學(xué)生做自測(cè)題。自測(cè)題題型多樣化，且有注解，有助于學(xué)生更好地檢查自己對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容的掌握程度。

課堂教學(xué)中，充分發(fā)揮多媒體教學(xué)的作用，使教學(xué)內(nèi)容形象化，將傳統(tǒng)與先進(jìn)有機(jī)結(jié)合，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行輔助教學(xué)，將知識(shí)動(dòng)態(tài)化，將微觀轉(zhuǎn)化為宏觀，變抽象為直觀，實(shí)現(xiàn)整個(gè)課程的最優(yōu)化。例如，學(xué)習(xí)原子結(jié)構(gòu)時(shí)，多媒體的加入讓學(xué)生更容易理解這類抽象的知識(shí)。理論課實(shí)施啟發(fā)式、參與式教學(xué)，組織學(xué)生討論，教師解答疑難，將原本枯燥無味的無機(jī)化學(xué)變得更有生命

力，提升了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

三、激發(fā)學(xué)生動(dòng)手和動(dòng)腦的能力

無機(jī)化學(xué)課程具有豐富的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，對(duì)實(shí)驗(yàn)選題要準(zhǔn)確、恰當(dāng)。改革過后的無機(jī)化學(xué)，具有20個(gè)實(shí)驗(yàn)、72學(xué)時(shí)。引導(dǎo)學(xué)生養(yǎng)成良好的實(shí)驗(yàn)素質(zhì)，通過測(cè)定、原理、現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)，對(duì)學(xué)生的觀察能力、總結(jié)能力、判斷能力、動(dòng)手能力、概括能力進(jìn)行基本操作訓(xùn)練。用“微量實(shí)驗(yàn)”代替原來的“硫酸亞鐵銨的制備常量實(shí)驗(yàn)”，降低了實(shí)驗(yàn)成本，減少了實(shí)驗(yàn)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)目標(biāo)。開放性實(shí)驗(yàn)《三氯化六氨合鈷的制備和組成測(cè)定》，是讓學(xué)生在掌握基本概念和理論的基礎(chǔ)上，靈活運(yùn)用化學(xué)原理和試驗(yàn)方法，從開始收集資料、制定實(shí)驗(yàn)方案、準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)儀器到實(shí)驗(yàn)結(jié)束后的數(shù)據(jù)處理與討論，都要求獨(dú)立完成，其重點(diǎn)在于激發(fā)學(xué)生善于動(dòng)手、動(dòng)腦，敢于發(fā)現(xiàn)、分析、解決問題，全面提升無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量。

四、完善試題庫建設(shè)

學(xué)生成績的總體狀況要堅(jiān)持考教分離，對(duì)評(píng)分實(shí)施統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，考卷及標(biāo)準(zhǔn)答案存檔。要應(yīng)用試題庫，提高教學(xué)質(zhì)量，提高課程水平，上升到更高的層次。根據(jù)高校專業(yè)和學(xué)生的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)多套《無機(jī)化學(xué)》試卷及標(biāo)準(zhǔn)答案，構(gòu)建試卷庫，降低試題的重復(fù)率?？偨Y(jié)學(xué)生最后的綜合成績，其目的是為了讓學(xué)生重視無機(jī)化學(xué)的每一個(gè)環(huán)節(jié)，盡量堅(jiān)持上課，認(rèn)真學(xué)習(xí)，避免臨考搞突擊的現(xiàn)象，促進(jìn)學(xué)生學(xué)好化學(xué)基礎(chǔ)課，為今后的相關(guān)課程打下必要的基礎(chǔ)。

五、完善課程考試改革與教學(xué)管理制度的建設(shè)

人體工程學(xué)的基本概念范文第3篇

關(guān)鍵詞：人機(jī)工程學(xué)；數(shù)控機(jī)床；設(shè)計(jì)

1.數(shù)控機(jī)床的基本概念

數(shù)控機(jī)床是一種用數(shù)字和符號(hào)構(gòu)成的數(shù)值信息控制的自動(dòng)化機(jī)床數(shù)控機(jī)床具有以下主要特點(diǎn)：①提高加工零件的精度，穩(wěn)定產(chǎn)品的質(zhì)量。②能完成普通機(jī)床難以完成或根本不能加工的復(fù)雜零件加工。③生產(chǎn)率高。④對(duì)產(chǎn)品改型設(shè)計(jì)的適應(yīng)性強(qiáng)。⑤有利于制造技術(shù)向綜合自動(dòng)化方向發(fā)展。⑥減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度、改善勞動(dòng)條件。⑦數(shù)控機(jī)床具有屏幕顯示功能。2.數(shù)控機(jī)床的造型與人機(jī)工程的關(guān)系

2.1人機(jī)問題

高科技是我們認(rèn)識(shí)世界和改造世界的一種手段，高科技產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，人機(jī)分析是其中必不可少的也是最重要的環(huán)節(jié)，其目的是把一切可能給使用者造成危險(xiǎn)或者不便的因素消滅在設(shè)計(jì)過程中，使系統(tǒng)安全高效地運(yùn)作。人機(jī)問題要放入整個(gè)系統(tǒng)中加以權(quán)衡、考慮，不可片面地強(qiáng)調(diào)一方面忽視其他方面。

2.2 人機(jī)關(guān)系

數(shù)控機(jī)床作為一種高科技產(chǎn)品，一種人類進(jìn)行生產(chǎn)加工的重要工具，人機(jī)因素在整個(gè)系統(tǒng)中占有重要地位。設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床時(shí)，在不斷完善功能的過程中，設(shè)計(jì)師越來越多的目光集中到了人機(jī)問題中，設(shè)計(jì)過程著重研究“機(jī)”與“人”之間的關(guān)系。人機(jī)關(guān)系在數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)中的作用如圖2-1所示。

圖2-1 人機(jī)關(guān)系在數(shù)控加工中的作用

2.3 人機(jī)造型

數(shù)控機(jī)床的使用環(huán)境發(fā)生了變化。在現(xiàn)代化生產(chǎn)中，生產(chǎn)環(huán)境整齊干凈、有條理，人對(duì)機(jī)床的直接操作非常少，主要是控制面板上的操作，因此機(jī)床的造型應(yīng)該與環(huán)境和諧。造型清新優(yōu)美和人性化，給人以心理上的鼓勵(lì)。下圖2-2為德瑪吉的數(shù)控機(jī)床，給人以高雅、清新的感覺。

圖2-2 德瑪吉公司的數(shù)控機(jī)床

數(shù)控機(jī)床的工作臺(tái)、操作面板等是供人觀察、操作用的，它們的尺寸、位置、高度等均應(yīng)符合“平均人”的尺寸。操作面板是人機(jī)交互的主要界面，人在上面進(jìn)行細(xì)致的信息化控制操作，它的位置、傾斜角度及它上面的顯示、控制裝置的大小、位置等，都應(yīng)使人在觀察和操作時(shí)處于舒適、準(zhǔn)確和高效的工作狀態(tài)。操作面板的位置形狀可多種多樣，它與床身的相對(duì)位置有貼合式、懸掛式、下伸式、分離式。操作面板的定位應(yīng)根據(jù)機(jī)床的造型和操作要求來決定。

2.4 人機(jī)安全

數(shù)控機(jī)床的安全感對(duì)于使用有重要意義。安全感體現(xiàn)在使用者的心里和生理兩個(gè)方面。通過造型語言，例如渾然飽滿的整體造型、精細(xì)的制作工藝、沉穩(wěn)的著色處理給人以心里上的安全感；通過人機(jī)工程設(shè)計(jì)，例如合理的尺寸、設(shè)計(jì)能夠避免無意間觸動(dòng)的按鈕開關(guān)等，給人以生理上的安全感。

3.數(shù)控機(jī)床造型和人機(jī)工程的應(yīng)用

3.1外觀造型設(shè)計(jì)思路及特點(diǎn)

（1）數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)的方法采用模塊設(shè)計(jì)，首先將整體劃分為機(jī)身和控制面板，機(jī)身又分為機(jī)座、機(jī)架、機(jī)窗等。采用弧線形流線設(shè)計(jì)是流行的趨勢(shì)。采用弧線型機(jī)窗，美觀大方。

（2）機(jī)座色彩選擇穩(wěn)重的黑色，機(jī)身部分采用純凈的白色。

（3）現(xiàn)代機(jī)床的流行趨勢(shì)之一是透明化，直觀化，機(jī)窗設(shè)計(jì)采用寬敞的玻璃視窗，給操作者操作時(shí)提供大面積的可觀察范圍，便于監(jiān)控生產(chǎn)過程，同時(shí)清楚地顯示了這是工作處理區(qū)。

（4）數(shù)控機(jī)床的繪制產(chǎn)品的設(shè)計(jì)完成要通過三維設(shè)計(jì)軟件實(shí)現(xiàn)，主要應(yīng)用SOLIDWORKS軟件設(shè)計(jì)，此款軟件功能強(qiáng)大，具有直觀、精細(xì)等優(yōu)點(diǎn)。

3.2 機(jī)床門的造型設(shè)計(jì)

機(jī)床門在設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮到與機(jī)床操作人員接觸過多的問題，尺寸、結(jié)構(gòu)是否能有利于操作者是在設(shè)計(jì)時(shí)考慮的重要因素，門的寬度和高度也會(huì)對(duì)外觀造成影響，門若太窄，工件放不進(jìn)去，門若太寬，增加了制造成本。此外門的高度也應(yīng)引起設(shè)計(jì)者的重視。大型的加工中心，由于體積大，重量大，門的高度一定要比普通機(jī)床高，以方便工件進(jìn)出。所以，掌握好門的尺寸與比例，要重復(fù)需要符合人機(jī)工程學(xué)原理。

3.3 觀察窗的造型設(shè)計(jì)

觀察窗是操作者在工作時(shí)，對(duì)內(nèi)部工作過程的監(jiān)測(cè)與反饋。觀察窗的高度應(yīng)按照五十百分位的人體的視高尺寸來設(shè)計(jì)，以適應(yīng)不同身高的人群。人的視線一般是水平的，最佳的視野范圍是視線上下10度。觀察窗的高度和大小要把人的最佳視野區(qū)域包括在內(nèi)，以保證操作者觀察的方便。

3.4 把手的人機(jī)造型設(shè)計(jì)

把手的長度在設(shè)計(jì)中需要重視，現(xiàn)有的數(shù)控機(jī)床把手造型多采用長把手設(shè)計(jì)，一方面是為了造型的需要，另一方面也可以適合不同身高的人群抓握。但也有不少機(jī)床采用短把手，短把手的設(shè)計(jì)就要考慮把手長度對(duì)人體抓握的影響。國家標(biāo)準(zhǔn)的操縱器一般人類工程學(xué)要求手掌把手的長度尺寸應(yīng)大于75mm。因此，短把手的設(shè)計(jì)需要考慮把手長度，要與人手尺寸相符合，使得操作者抓握舒適。把手的設(shè)計(jì)除了要考慮造型尺寸，還要考慮機(jī)床上的安裝位置。

4.小結(jié)

數(shù)控機(jī)床外觀造型進(jìn)行人機(jī)工程學(xué)分析中，從整體與局部的觀點(diǎn)出發(fā)，對(duì)數(shù)控機(jī)床的造型風(fēng)格和形態(tài)進(jìn)行深入的研究。針對(duì)數(shù)控機(jī)床人機(jī)界面和產(chǎn)品外型在使用過程中闡述了生理、心理等方面的影響。在設(shè)計(jì)過程中，主要考慮舒適、便捷、安全和高效性，希望可以促進(jìn)人機(jī)交互的應(yīng)用與發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]丁曉東.從人機(jī)工程角度談機(jī)械產(chǎn)品的造型設(shè)計(jì)[J].機(jī)械研究和應(yīng)用，2000，13（3），52―54

[2]石金濤，顧琴軒.安全人機(jī)工程[M].上海：上海交通大學(xué)出版社，1998

人體工程學(xué)的基本概念范文第4篇

廣州第一軍醫(yī)大學(xué)衛(wèi)生處　（510515）

關(guān)鍵詞　脊椎推拿　手法研究　生物力學(xué)　重要性

脊柱推拿是以各種力學(xué)，特別是生物力學(xué)為其理論和假說依據(jù)的。與脊柱源性致病的相關(guān)學(xué)說有很多，較為認(rèn)同的有脊柱各節(jié)段的固定學(xué)說、椎體的偏歪學(xué)說和由于脊柱內(nèi)外的平衡失調(diào)所致的神經(jīng)傳導(dǎo)障礙學(xué)說等。雖然脊柱推拿可緩解患者脊柱的功能障礙，但脊柱推拿治療的治療機(jī)理仍不十分清楚。由于無法確定脊柱或椎體的位置異常與脊柱功能改變之間的關(guān)系，因此，將與之相關(guān)的臨床表現(xiàn)（現(xiàn)象）都統(tǒng)稱為"半脫位"（Subluxation）。

半脫位包含了"骨錯(cuò)縫"，即脊柱的偏歪學(xué)說和"骨固定"，為脊柱的固定學(xué)說的兩種。脊柱的固定學(xué)說認(rèn)為脊柱固定或僵硬可導(dǎo)致脊神經(jīng)的功能障礙。這些半脫位概念是臨床上使用脊柱推拿手法的理論依據(jù)。脊柱是由骨骼、肌肉、血管和神經(jīng)組成，具有許多機(jī)構(gòu)力學(xué)和生物力學(xué)性質(zhì)，其功能類似于船桁、發(fā)動(dòng)機(jī)和液壓裝置等，許多臨床現(xiàn)象都證實(shí)有關(guān)脊柱關(guān)節(jié)半脫位的假說是成立的、合理的。這種將脊柱結(jié)構(gòu)簡單化的描述對(duì)脊柱推拿者來講是很容易接受的。作為研究探索極度復(fù)雜脊柱功能和性質(zhì)的一種有效方法，機(jī)械工程模型在生物體（包括人體）中的應(yīng)用正在被廣泛地接受。這并不是說脊柱的結(jié)構(gòu)和功能完成等同于簡單的結(jié)構(gòu)，因?yàn)閱我坏募怪Y(jié)構(gòu)或功能是無法完成脊柱復(fù)雜和精確的運(yùn)動(dòng)和負(fù)重等功能。

在推拿界一些人將脊柱病變只是簡單的分為靜力下移位和動(dòng)力下的功能障礙，對(duì)此可采用各種脊柱推拿手法來治療，然而這種看法未免有些膚淺。臨床應(yīng)用的各種脊柱推拿手法，如一些上頸段的推拿手法是根據(jù)脊柱移位的方向來設(shè)計(jì)的。臨床醫(yī)師根據(jù)患者頸椎的活動(dòng)度將頸椎的功能障礙分為頸椎活動(dòng)度增大或頸椎活動(dòng)度減少。

根據(jù)推拿臨床和基礎(chǔ)研究所提供的資料，有關(guān)研究小組在對(duì)此進(jìn)行深入研究后得出的結(jié)論是："目前，尚無法證明一些脊柱病變，如半脫位的確切病理機(jī)制和病變過程。"著名的生物力學(xué)專家white和Panjabi在對(duì)脊柱推拿的基礎(chǔ)研究進(jìn)行綜合分析后于1978年發(fā)表了"脊柱推拿療法的研究狀況"一文。文章對(duì)脊柱推拿的核心問題如半脫位進(jìn)行了評(píng)價(jià)，認(rèn)為："目前，不同學(xué)科的專家尚無法定量或定性地重復(fù)出由推拿醫(yī)師所介紹的脊柱半脫位的征象，因此，僅就現(xiàn)有的資料無法使人信服推拿的治療機(jī)制。"

脊柱推拿的生物力學(xué)致力于研究脊柱推拿理論上不足，它是用科學(xué)的觀點(diǎn)和方法，客觀地研究脊柱內(nèi)在的生物力學(xué)關(guān)系、脊柱整體的力學(xué)系統(tǒng)和基本的生物力學(xué)特性。運(yùn)用生物力學(xué)的方法和觀點(diǎn)來闡述脊柱推拿的基本概念和作用機(jī)制，如半脫位的確切定義等。如何將脊柱移位的功能障礙的關(guān)系有機(jī)的結(jié)合在一起，將是脊柱基礎(chǔ)研究所面臨的難題之一。

通過科學(xué)的研究方法了解脊柱生物力學(xué)的性質(zhì)，進(jìn)而改進(jìn)脊柱推拿手法的技巧，是脊柱推拿研究的目的之一。它是要將脊柱復(fù)雜的解剖結(jié)構(gòu)、生物力學(xué)性質(zhì)、功能以及脊柱在正常和異常狀態(tài)下的功能特點(diǎn)，介紹給脊柱推拿者。運(yùn)用科學(xué)的定義來闡述脊柱關(guān)節(jié)"半脫位"，而不是簡單地將脊柱看成是機(jī)械裝置。

目前尚無法確切地闡述脊柱推拿的作用機(jī)制，因而研究脊柱推拿，不僅僅是更準(zhǔn)確地描述脊柱關(guān)節(jié)半脫位、脊柱病變時(shí)的神經(jīng)功能障礙，而且也是為了更確切地闡述脊柱推拿的作用機(jī)制，完善和改進(jìn)脊柱推拿手法。通過研究更進(jìn)一步了解脊柱解剖結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和生物力學(xué)性質(zhì)。由于在推拿界對(duì)脊柱關(guān)節(jié)半脫位的描述多是基于抽象思維或是由理論上的推測(cè)而來，醫(yī)學(xué)界對(duì)脊柱推拿普遍存在著一定的偏見或有不同的看法，所以我們要用科學(xué)的方法和術(shù)語，如解剖學(xué)、生物力學(xué)和物理學(xué)等來定義和描述脊柱關(guān)節(jié)半脫位。

一般認(rèn)為脊柱關(guān)節(jié)脫位多是由于脊柱力學(xué)結(jié)構(gòu)的完整性受到破壞所致，所以對(duì)半脫位進(jìn)行準(zhǔn)確的定義必將有助于消除目前有關(guān)脊柱推拿中的某些模糊概念，對(duì)進(jìn)一步理解和掌握脊柱的解剖結(jié)構(gòu)和生物力學(xué)性質(zhì)，提供可靠的、基本的理論依據(jù)。

對(duì)脊柱進(jìn)行科學(xué)地研究，在于要運(yùn)用科學(xué)的觀點(diǎn)來闡述脊柱關(guān)節(jié)半脫位，這樣可擴(kuò)大，而不是限制脊柱生物力學(xué)的臨床運(yùn)用。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到脊柱并不是象計(jì)算機(jī)構(gòu)筑的模型一樣，它是處于不斷地更新和變化著的，雖然這種變化很慢，但與所有活體一樣，脊柱的各個(gè)部分并不是一個(gè)靜止的部件，它是不在斷地變化著、更新著、修復(fù)著和生長著的，是生物體的一部分。正常脊柱的許多生理參數(shù)都不是恒定著的，而是不斷地變化著。根據(jù)一些理論和假說，有人認(rèn)為椎體間只是簡單的聯(lián)結(jié)，并不復(fù)雜，而實(shí)際上，維系椎體內(nèi)穩(wěn)定的各種機(jī)制是相當(dāng)復(fù)雜的。

雖然人體脊柱的整體輪廓和功能基本相同，但沒有兩個(gè)不同的個(gè)體間的脊柱會(huì)是完全相同的。由于脊柱的退行性改變和各種各樣的解剖學(xué)變異，使得我們對(duì)脊柱不同部位間的關(guān)系也不能簡單機(jī)械地推斷。我們所強(qiáng)調(diào)的是研究脊柱基本的生物學(xué)原理和特點(diǎn)，而不是僅研究脊柱運(yùn)動(dòng)節(jié)段的"半脫位"、"關(guān)節(jié)固定"或是僅探討脊神經(jīng)的嵌壓等問題。

與機(jī)械結(jié)構(gòu)不同的是，脊柱的功能是根據(jù)反饋機(jī)制調(diào)節(jié)的，主要是由負(fù)反饋控制的。一般來講，影響負(fù)反饋調(diào)節(jié)的單一因素容易被確定。一般認(rèn)為人體內(nèi)維持體內(nèi)平衡的所有控制系統(tǒng)都是受負(fù)反饋調(diào)節(jié)機(jī)制調(diào)節(jié)的，這是人體很重要的生理功能之一。通過機(jī)體內(nèi)相互聯(lián)系的反饋通道和正負(fù)反饋機(jī)制，許多因素可影響人體的反饋系統(tǒng)。脊柱的非線和脊柱內(nèi)外平衡的統(tǒng)一表明，運(yùn)用脊柱推拿手法來治療脊柱疾患，其機(jī)制是試圖將脊柱病變與影響脊柱功能改變的單一因素聯(lián)系在一起，如脊柱的對(duì)線失調(diào)、脊柱的僵硬固定等，由于將脊柱結(jié)構(gòu)和功能過于簡單化，因而，對(duì)此有很大的爭議。所以在脊柱推拿的研究中應(yīng)盡最大可能地了解和發(fā)現(xiàn)，影響復(fù)雜反饋過程的非正常干擾因素，以避免無效勞動(dòng)和無謂的爭議。

現(xiàn)代醫(yī)學(xué)是根據(jù)疾病的病理狀況來說明和表達(dá)人體異常的解剖結(jié)構(gòu)和功能的。如果將脊柱的各個(gè)部分看成是相互之間沒有聯(lián)系的部件，那必將把人體解剖結(jié)構(gòu)和功能的病理性變化情況用純力學(xué)術(shù)語來定義和表達(dá)。由于機(jī)械應(yīng)力有可能引起脊柱的病變，一些病變可能還會(huì)影響到脊柱結(jié)構(gòu)的完整性，所以應(yīng)當(dāng)用力學(xué)的概念，特別是用生物力學(xué)的概念來描述脊柱的疾病狀況。

脊柱推拿中的許多內(nèi)容，如推拿術(shù)語和操作是很自然地受到力學(xué)概念的影響。如對(duì)橫突和棘突推搬手法的運(yùn)用以及對(duì)推拿手法的分析也是根據(jù)力學(xué)概念進(jìn)行的。由于生物力學(xué)概念的應(yīng)用與現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的內(nèi)涵密不可分，所以對(duì)脊柱推拿手法的評(píng)價(jià)進(jìn)而轉(zhuǎn)向基本的生物力學(xué)，除此，還應(yīng)包括物理學(xué)和工程學(xué)等內(nèi)容，以尋求應(yīng)用新的理論和方法，重新研究脊柱推拿。通過研究使我們能更進(jìn)一步地了解脊柱推拿的作用機(jī)制、創(chuàng)新脊柱推拿手法、淘汰繁瑣和不合理的脊柱推拿手法。

人體工程學(xué)的基本概念范文第5篇

醫(yī)學(xué)工程由于其學(xué)科的高度綜合交叉性，對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)相對(duì)其它學(xué)科更為重要，也更具有探索性。關(guān)于醫(yī)學(xué)工程學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的論文已有很多[3-6]，他們都從不同的角度闡述了醫(yī)學(xué)工程學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的途徑、方法與模式。具體從某一學(xué)術(shù)領(lǐng)域研究對(duì)醫(yī)學(xué)工程創(chuàng)新能力培養(yǎng)的文章還鮮見于文獻(xiàn)，本文嘗試從圖像分割領(lǐng)域入手，首先概述圖像分割的概念和基本算法，接著闡述圖像分割在醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域中的重要作用，最后結(jié)合實(shí)際應(yīng)用重點(diǎn)研討醫(yī)學(xué)工程學(xué)生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)。

1圖像分割及其基本算法

圖像分割是一種重要的圖像分析技術(shù)。在對(duì)圖像的研究和應(yīng)用中，人們往往僅對(duì)圖像中的某些部分感興趣，這些部分常稱為目標(biāo)或前景，而其他部分稱為背景，前景一般對(duì)應(yīng)圖像定的、具有獨(dú)特性質(zhì)的區(qū)域。為了辨識(shí)和分析圖像中的目標(biāo)，需要將它們從圖像中分離提取出來，在此基礎(chǔ)上才有可能進(jìn)一步對(duì)目標(biāo)進(jìn)行測(cè)量和對(duì)圖像進(jìn)行處理。簡而言之，圖像分割就是指根據(jù)某種均勻性或一致性的原則將圖像分成若干個(gè)有意義的部分，使得每一部分都符合某種一致性的要求，而任意兩個(gè)相鄰部分的合并都會(huì)破壞這種一致性。圖像的分割在很多情況下可以歸結(jié)為圖像像素點(diǎn)的分類問題[7]。目前應(yīng)用較多的圖像分割方法主要有兩種：基于區(qū)域的圖像分割方法和基于邊緣檢測(cè)的圖像分割方法。前者通過檢測(cè)同一區(qū)域內(nèi)的均勻性是否一致來將圖像中的不同區(qū)域識(shí)別出來，主要包括閾值分割法、區(qū)域生長法、聚類分割法以及基于隨機(jī)場(chǎng)的方法等。基于邊緣檢測(cè)的分割法是通過邊緣檢測(cè)技術(shù)把不同區(qū)域分割開來，常用的方法包括微分算子法、形態(tài)學(xué)梯度法、曲面擬合法、邊界曲線擬合法，以及串行邊界查找等[8]。這些分割方法都有自己的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，以及不同的應(yīng)用范圍。經(jīng)過對(duì)這些算法的改進(jìn)以及重新組合，也有人提出了新的算法，盡管這些新的算法對(duì)一些圖像的分割能夠取得好的效果。但對(duì)于背景復(fù)雜的弱邊界醫(yī)學(xué)圖像分割效果不佳。近十年以來，針對(duì)傳統(tǒng)圖像分割方法的局限性，研究重點(diǎn)逐漸放在基于偏微分方程、借助曲線演化模型等數(shù)學(xué)建模方法的圖像分割，其中最具有代表性的就是水平集方法和活動(dòng)輪廓模型[9]。盡管這類方法的分割效果與參數(shù)的選擇有關(guān)，但具有一定的規(guī)律，且只要參數(shù)選擇合理，對(duì)于邊界模糊、對(duì)比度低的醫(yī)學(xué)圖像分割，亦可達(dá)到理想的分割效果[10]。

2圖像分割在醫(yī)學(xué)工程中的重要作用

隨著醫(yī)學(xué)成像在臨床診斷和治療上的作用越來越顯著，醫(yī)學(xué)圖像分割就成為醫(yī)學(xué)圖像分析領(lǐng)域的一個(gè)重要的研究課題。由于手工分割很耗時(shí)，且主觀性強(qiáng)，因此，尋求在計(jì)算機(jī)的幫助下，從CT、MRI、PET以及其它模式醫(yī)學(xué)圖像中提取有關(guān)解剖結(jié)構(gòu)的有用診斷信息成了我們的任務(wù)。盡管現(xiàn)代成像設(shè)備提供了對(duì)內(nèi)部解剖結(jié)構(gòu)的優(yōu)越的觀察條件，使用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)內(nèi)部解剖結(jié)構(gòu)進(jìn)行精確而有效的量化和分析仍然是有限的。醫(yī)學(xué)圖像分割可以提取出準(zhǔn)確的、可重復(fù)的、量化的病理生理數(shù)據(jù)，滿足不同的生物醫(yī)學(xué)研究和臨床應(yīng)用的需要。醫(yī)學(xué)圖像分割的目的是通過提取描述對(duì)象的特征，把感興趣對(duì)象從周圍環(huán)境中分離出來，分析和計(jì)算分割對(duì)象的解剖、病理、生理、物理等方面的信息。圖像分割過程是對(duì)醫(yī)學(xué)圖像進(jìn)行對(duì)象提取、三維重建、體積顯示、圖像配準(zhǔn)、臨床診斷、病理分析、手術(shù)計(jì)劃、治療方案、療效評(píng)估、影像信息處理、計(jì)算機(jī)輔助診斷等處理的一個(gè)必不可少的步驟。醫(yī)學(xué)臨床實(shí)踐和研究經(jīng)常需要對(duì)人體某種組織和器官的形狀、邊界、截面面積以及體積進(jìn)行測(cè)量，從而得出該組織病理或功能方面的重要信息。精確的測(cè)量對(duì)疾病的診斷和治療有重要的臨床意義。在一段時(shí)間內(nèi)多次測(cè)量同一種與某種疾病相關(guān)的組織的體積，可以得到病情發(fā)展的信息或用作治療效果的監(jiān)測(cè)手段[9]。如腫瘤學(xué)的臨床研究經(jīng)常用腫瘤收縮的程度和時(shí)間來評(píng)估治療效果，將腫瘤大小的精確量化數(shù)值作為療效的測(cè)度；肝臟移植供體與受體的肝臟體積測(cè)量與脈管分析是肝臟移植術(shù)前最重要的預(yù)評(píng)估工作；視網(wǎng)膜血管的形狀、寬度、扭曲以及分叉等結(jié)構(gòu)特征的變化可以直接反映各種眼科疾病對(duì)血管網(wǎng)絡(luò)形態(tài)結(jié)構(gòu)的影響，這些特征的變化對(duì)某些眼底疾病的早期診斷有重要的意義[11]等等，這些都與圖像分割及其準(zhǔn)確程度密切相關(guān)。此外，不同模式醫(yī)學(xué)圖像間的配準(zhǔn)、血液細(xì)胞的識(shí)別和分類、血管造影圖像中冠狀動(dòng)脈邊緣的監(jiān)測(cè)、乳腺片中微鈣化點(diǎn)的檢測(cè)、放化治療、神經(jīng)外科手術(shù)的計(jì)劃與圖像引導(dǎo)的手術(shù)等也都要求對(duì)組織成分的位置和大小精確定位和計(jì)算。對(duì)人體各種組織的正確分類不僅可以為臨床組織病變提供計(jì)算機(jī)輔助診斷依據(jù)，而且也是圖像三維重建和醫(yī)學(xué)圖像可視化的基礎(chǔ)。由于人體解剖的個(gè)體差異較大，臨床應(yīng)用對(duì)醫(yī)學(xué)圖像分割的準(zhǔn)確度和分類算法的速度要求又較高，目前雖然已有多種分割算法，但是遠(yuǎn)未達(dá)到完善。因此，醫(yī)學(xué)圖像分割領(lǐng)域的研究仍然是當(dāng)前醫(yī)學(xué)圖像處理和分析的熱點(diǎn)。

3圖像分割與醫(yī)學(xué)工程學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)

圖像分割實(shí)踐是培養(yǎng)醫(yī)學(xué)工程學(xué)生創(chuàng)新能力非常有效的途徑。首先，由于醫(yī)學(xué)圖像實(shí)際獲取設(shè)備與條件的不同，引起測(cè)量上的不精確性和不確定性，造成醫(yī)學(xué)圖像數(shù)據(jù)非常復(fù)雜，這給醫(yī)學(xué)圖像分割帶來了極大的挑戰(zhàn)。其次，圖像分割方法靈活多樣，能否熟練地、有針對(duì)性地應(yīng)用這些方法解決醫(yī)學(xué)圖像分割領(lǐng)域的具體問題，是檢查學(xué)生創(chuàng)新能力的非常有效的辦法。第三，圖像分割要求學(xué)生具有扎實(shí)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，熟練的編程能力以及知識(shí)的綜合應(yīng)用能力?，F(xiàn)在的醫(yī)學(xué)成像設(shè)備，如CT、MRT成像設(shè)備，它們自帶的分割軟件一般使用閾值分割的方法，盡管這些設(shè)備尤其是國外設(shè)備使用閾值分割的精度很高，但因閾值分割只是簡單地根據(jù)圖像的灰度值進(jìn)行分類，因此，這一方法對(duì)于具有復(fù)雜背景、形狀不規(guī)則的醫(yī)學(xué)圖像分割來說，具有自身的缺點(diǎn)。如對(duì)于肝臟CT圖像的分割與三維重建，由于肝臟與周圍器官的弱邊界問題，單獨(dú)應(yīng)用閾值分割是很難解決問題的，因此，我們就要激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，從模糊聚類、區(qū)域增長、數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)、水平集方法等角度加以思考。盡管如此，自動(dòng)地分割某一個(gè)人的肝臟CT序列圖像，也會(huì)遇到困難，這是因?yàn)?1)肝臟相鄰器官或組織如腔靜脈、肌肉等的灰度值與肝臟很相近；(2)由于造影劑影響、CT設(shè)備不同模態(tài)的設(shè)定對(duì)不同供體的肝臟和其它組織呈現(xiàn)出不同的灰度值，甚至同一供體不同切片都會(huì)如此；(3)CT圖像不同切片的解剖結(jié)構(gòu)不同，不同供體的肝臟形狀差異顯著，甚至?xí)霈F(xiàn)兩三個(gè)分散的肝臟區(qū)域出現(xiàn)在同一個(gè)切片中；(4)肝臟形狀是不規(guī)則的，它們延伸至腹部左側(cè)與脾臟相連，由于這兩個(gè)器官的灰度值范圍幾乎相同，即便人眼觀察，也無法確定二者邊界，因此，由于檢測(cè)不到脾臟和肝臟的邊界，一般算法無法完成分割。因此，我們可以啟發(fā)學(xué)生應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的智能分割方法，根據(jù)上一切片的分割結(jié)果自動(dòng)分割同一序列的下一切片圖像，這樣又會(huì)涉及到如何將肝臟的灰度信息、分塊信息，以及相鄰切片間的空間信息融合到一起，也就是說，如何構(gòu)造神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的特征向量[12]。在肝臟分割的過程中，還會(huì)涉及到肋脊椎骨與腎臟的分割，這些器官如果單純根據(jù)圖像分割的方法是很難解決問題的，必須借助于醫(yī)學(xué)解剖學(xué)知識(shí)，如對(duì)稱性、連續(xù)性等[13、14]。再如，對(duì)于醫(yī)生非常感興趣的肝靜脈與肝門靜脈的分割與三維重建，由于注射造影劑后它們的灰度與周圍的的肝臟區(qū)別明顯，因此，采用閾值分割的方法就很容易得到所需的結(jié)果，但由于這兩種血管灰度一致，因此，使用醫(yī)院CT設(shè)備自帶的軟件三維重建后，它們是交織在一起的，這就不便于醫(yī)生觀察，甚至?xí)l(fā)生混淆，這個(gè)時(shí)候就要啟迪學(xué)生的醫(yī)學(xué)知識(shí)應(yīng)用能力，結(jié)合解剖學(xué)知識(shí)并應(yīng)用圖像分割方法解決這個(gè)問題。另外，通過對(duì)肝臟圖像的分割，學(xué)生還可以進(jìn)一步將這些知識(shí)和理論應(yīng)用到非醫(yī)學(xué)圖像領(lǐng)域的分割。如結(jié)合單閾值分割，可以引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行多閾值分割，并提出改進(jìn)的方法[15]；結(jié)合CV模型與LBF模型，可以引導(dǎo)學(xué)生通過高斯核函數(shù)改進(jìn)CV模型圖像擬合函數(shù)，得到加權(quán)形式的能檢測(cè)局部區(qū)域灰度不均勻的函數(shù)；并針對(duì)當(dāng)CV模型在低對(duì)比度圖像中檢測(cè)不同灰度目標(biāo)時(shí)出現(xiàn)的誤分割情況，提出一項(xiàng)全局約束函數(shù)，用于調(diào)控曲線在運(yùn)動(dòng)中兼顧檢測(cè)梯度幅值不為零的點(diǎn)，并將改善的方法用于復(fù)雜的紋理圖像分割[16]。

綜上所述，對(duì)于學(xué)生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)，我們?nèi)绻芙Y(jié)合實(shí)際應(yīng)用就能挖掘?qū)W生的潛能，開闊學(xué)生的視野，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，還可以提高學(xué)生理論與實(shí)踐相結(jié)合的能力。在以上肝臟CT圖像的分割例子中，可以看出，學(xué)生不僅需要一定的醫(yī)學(xué)知識(shí)與醫(yī)學(xué)影像基礎(chǔ)，還需要一定的圖像處理理論與智能模式識(shí)別理論，如模糊聚類、水平集方法、區(qū)域增長、數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)[17]、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等，而且，更重要的是，通過肝臟分割這一簡單的課題可以引申出一系列相關(guān)的課題，這些課題不僅具有內(nèi)在的聯(lián)系，也是相對(duì)獨(dú)立的，而且層層深入，要求學(xué)生不僅要知識(shí)全面，尤其要能靈活運(yùn)用，融會(huì)貫通。這對(duì)于學(xué)生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)具有極大的價(jià)值，我們課題組的學(xué)生也通過這條途徑，結(jié)合國家級(jí)、省級(jí)與校級(jí)的創(chuàng)新課題，學(xué)到了很多書本上學(xué)不到的知識(shí)，包括他們的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和科研能力的提高，還發(fā)表了相應(yīng)的學(xué)術(shù)論文[10,12-17]。

再比如，對(duì)于視網(wǎng)膜血管圖像的分割，現(xiàn)在的文獻(xiàn)中已有很多方法，包括傳統(tǒng)的Gabor小波方法，匹配濾波(MatchedFilter,MF)方法以及它的改進(jìn)算法，基于知識(shí)引導(dǎo)的自適應(yīng)閾值分割方法等等，盡管這些方法都比較新穎，也能取得較好的分割結(jié)果，但都對(duì)視網(wǎng)膜中微小血管的分割無能為力。如果能夠引導(dǎo)學(xué)生先對(duì)圖像進(jìn)行直方圖增強(qiáng)，再經(jīng)過二維Gabor小波的平滑處理，學(xué)生就會(huì)發(fā)現(xiàn)被“隱藏”的微小血管得到了呈現(xiàn)。由于水平集方法對(duì)較粗血管分割的優(yōu)勢(shì)，以及區(qū)域增長方法對(duì)微小血管分割的優(yōu)勢(shì)，學(xué)生自然就會(huì)找到最終的分割方法。盡管方法比較傳統(tǒng)，但效果比其他方法都好，這樣不僅加深了學(xué)生對(duì)以上各種圖像分割算法的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)，更大大激發(fā)了學(xué)生的科研熱情，提高了學(xué)生的創(chuàng)新能力。還有，圖像分割往往離不開對(duì)分割結(jié)果的比較與評(píng)價(jià)，高水平學(xué)術(shù)論文中，分割結(jié)果的比較與評(píng)價(jià)往往是一件很重要的事情，也是一件比較困難的事情，并且一般占了大量的篇幅，因此，在圖像分割的學(xué)習(xí)與實(shí)踐中，有意識(shí)地培養(yǎng)學(xué)生這方面的能力，也是值得重視的。這不僅要求學(xué)生有一定的圖像分割知識(shí)積累，敏銳的思維，扎實(shí)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，嫻熟的編程能力，更要有圖像分割結(jié)果評(píng)估這方面的意識(shí)，而且這往往是我們中國學(xué)生最容易忽視的，他們往往認(rèn)為只要分割結(jié)果出來就完成任務(wù)而不去關(guān)注。

譬如，上面所提及的視網(wǎng)膜血管分割，因?yàn)橐延械姆椒ê臀覀兏倪M(jìn)的方法相比，往往相差無幾，甚至肉眼難以觀察，如果不加以定量比較，往往很難體現(xiàn)算法的優(yōu)勢(shì)，或者沒有足夠的說服力，因此，這也是學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的一個(gè)重要領(lǐng)域，我們應(yīng)該加以高度重視。值得一提的是，現(xiàn)在很多學(xué)生看了國際期刊上發(fā)表的醫(yī)學(xué)圖像分割領(lǐng)域的高水平論文之后，一般只關(guān)注它的算法和結(jié)果，甚至感慨論文水平并不怎么樣，為什么別人能發(fā)表，而自己卻不能發(fā)表。熟不知，別人論文的組織水平，知識(shí)體系的全面性，展開討論與結(jié)果評(píng)價(jià)的深入性往往比我們高出一籌。因此，對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)應(yīng)該是全方位的、多領(lǐng)域的，不僅要有意識(shí)地引導(dǎo)學(xué)生深入思考，也要注重對(duì)國內(nèi)外優(yōu)秀成果與經(jīng)驗(yàn)的吸收借鑒。