駕駛仿真人因實驗教學的論文
1實驗實施基礎
1．1硬件基礎
清華大學工業工程系人因工程實驗室自行研制了多通道寬屏幕固定式駕駛仿真系統，見圖1所示。該系統由真車改造，具有可用性、柔性、整體性好和成本低等特點。系統的多個模塊具有可配置性，能靈活地運用于各種駕駛仿真任務的模擬，可隨時根據實驗任務和研究對象的變化對系統的各個軟硬件進行調整，以適用不同研究課題或實驗教學的設計需要。
通過駕駛仿真系統可以對駕駛員在駕駛過程中的行為、感知、認知、決策和態度進行觀察、測量和分析，具有安全性、可控制性、可重復性、易于采集客觀數據等特點。
1．2軟件及仿真場景模型庫
駕駛仿真系統的主要構成部分之一是虛擬駕駛場景的仿真，它基于虛擬現實技術，具有沉浸、交互、構想的特性，使駕駛員身臨其境，與駕駛仿真的場景環境自然交互。駕駛場景的構建主要是根據科研或教學內容，構造交通場景的三維模型或再現真實的交通場景。可以采用MuhigenParadigm公司的Creator建模軟件或常見的3DSMAX造型軟件進行虛擬駕駛場景的建模，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，可用性強的仿真場景模型庫，如圖2所示，具有多種形象逼真的交通環境、車輛和行人模型，具備各種機動車輛等可配置交通模塊，還具備模擬特殊天氣下的交通環境，如雪天、霧天、夜間等駕駛環境。這些豐富的仿真場景設計元素大大增加了系統的柔性和可用性，方便研究人員及學生根據實驗目的，設計和開展各種有關駕駛員行為的研究。
1．3知識基礎
基于駕駛仿真的人因實驗教學要求學生已經具備一定人因工程基礎理論和方法的基礎，例如反應時的測定、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，還需學生具備一定的計算機軟件應用的基礎和經驗，以便能更快地學會相關模型軟件的使用。
2人因實驗教學的設計與實施
結合駕駛仿真所設計的人因教學實驗，使學生的實踐內容更加貼近實際應用，以培養學生的綜合素質、創新精神和實踐能力為目標，我們在設計實驗時，主要著重于以下幾個方面。
2．1發揮學生的自主性
以交通標志設計與評估實驗為例，交通標牌的字體大小、圖樣設計，直至放置實施均由學生以團隊的組織形式分工協作，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行實車、實路駕駛；對設計成果進行有效、合理的評估。學生在做實驗的過程中充滿了挑戰性，因此大大地激發了學生的興趣和主動性。
2．2實驗的開放性
實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生根據需要自行確定，這為學生的創造性思維發展提供了很大的自由度。例如，針對駕駛安全某個主題的研究，學生可以自行設計模型，自行設計調查問卷，組織實驗的實施，并分析實驗的結果。
2．3實驗內容的綜合性
實驗的設計思想是讓學生在課程學習的．同時，培養理論聯系實際，靈活應用人因工程理論解決實際問題的思路及方法的能力。正如學生在實驗報告里所說：“在整個實驗中，從發現問題、提出問題到解決問題，我們都遵循了在人因學中起核心作用的`以人為本的思想。實驗中我們面對的是一個現實生活中的復雜問題，我們實踐了一個完整的應用人因學原理到實際系統設計的全過程，即確定設計目標和績效評價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的過程，課堂上學習到的理論知識在此得到了實踐與鞏固。”
2．4實驗教學模式的創新性
我們應用駕駛仿真系統的相關軟件和硬件，給予學生全新的集成體驗，加深理論知識的學習，并感知復雜的系統和理論。使學生的方案設計和改進措施更加符合實際，利于學生的實踐實施，使學生對實驗充滿興趣和積極性。學生在實驗報告中說到：“我們體會到了虛擬現實技術在系統研究中的巨大作用。就這次實驗來說，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。虛擬現實技術已經成為現在我們研究現實世界的有力工具。我們學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。理論結合實踐，是學習知識的最佳方式。不過，我們的實踐，不是傳統意義上的實踐，而是在虛擬的現實世界中進行的實踐。”
我們針對不同的教學需求，可以開設如下不同類型、不同形式的人因教學實驗。
(1)體驗式教學。可以把復雜的難于理解的人因工程理論通過駕駛交互體驗來領會和學習。
(2)研究型教學。學生自主設計實驗場景或測試方案，開展針對特定理論或者原則的實驗研究。例如，有準備的反應模式與無準備的反應模式區別，有分神或者無分神的反應模式區別，疲勞和正常精神狀態下的反應模式區別等。
(3)專題教學。例如：交通險情專題實驗主要針對險情反應模式、反應時間的測定，學生也可進行交通險情的體驗；交通標識專題實驗可以對交通路標進行主觀、客觀的評估。
3實驗教學效果
基于駕駛仿真，我們已經開設了人機系統仿真體驗式實驗、汽車貼膜研究型實驗和以北京西直門為案例開展了交通標志設計與評估的專題實驗等。這些實驗貼近生活實際的應用，培養了學生綜合應用理論知識分析和解決實際問題的能力。教學實驗很好地達到了預期效果，受到了學生的肯定與好評。
(1)學生感受到人因理論方法與技術在實際生活中的重要地位，真正理解了人因工程的內涵，有助于學生在實踐中加深對理論知識的理解和運用，加強了對所學知識的感性認識。
(2)利于創新能力的培養，提高了學生的創新意識和創造性解決問題的能力。
(3)培養了團隊協作能力。實驗需要學生合理分工，相互協作，進行有效的團隊溝通，共同解決問題，才能成功地完成。
(4)提高了學習的興趣。實踐教學內容目的性強，貼近實際應用，給學生充分的自由度，學生學習熱情高，自主、積極地查閱資料，確定解決方法。
(5)提高了實踐教學效果。利用駕駛仿真系統使教學環境生動、逼真、安全，學生能夠多方體驗，吸引了學生學習和研究的興趣，也有利于學生對方案結果的檢驗和評估。
4結束語
基于駕駛仿真，我們開設了多種類型的自主性、綜合性、開放型的實驗，并得以順利實施讓學生有機會嘗試、體驗、研究并解決人因工程的實際問題，受到了學生的廣泛贊譽。實驗鍛煉了學生綜合運用理論和方法解決實際項目問題的能力，為他們后續的學習和去企業實習打下了良好的基礎。
今后，我們還將不斷總結實驗教學的經驗，不斷地完善和提高實驗教學的水平，不斷豐富實驗教學內容，為培養創新型、綜合型高素質人才而服務。
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