发布时间：2024-01-22 14:57:48
序言：写作是分享个人见解和探索未知领域的桥梁，我们为您精选了8篇的人体工程学的意义和目的样本，期待这些样本能够为您提供丰富的参考和启发，请尽情阅读。
人体工程学主要是研究人、环境和机具之间关系的安全问题和工作性能。在人体工程学的研究中应该始终坚持以人为本的宗旨，将人放在主导地位，所有的机具和环境都是服务于人的。在室内设计的教学中，人体工程学的应用十分广泛。
关键词：
室内设计；教学；人体工程学
一、人体工程学及室内设计的综述
（一）人体工程学综述
随着社会经济的飞速增长，如何满足人们的需求变得尤为重要。人体工程学作为一门较为先进的学科，对人、物和环境之间的关系进行综合的考虑和评估，从而实现三者的有机结合，在工程学的发展中具有至关重要的意义。随着人们对设计要求日益提高，人体工程学在室内设计中始终将人作为研究的主要对象，不但要加强室内的视觉效果，还应注意对物理环境以及人们的心理环境进行研究和设计。
（二）室内设计综述
室内设计主要是根据建筑物的使用性能不同，按照相应的设计标准，考虑到建筑所处的环境和功能，利用建筑美学的有关原理和一些技术手段，设计出功能合理、优美舒适的生活环境，以此来满足人们日益增长的物质生活和精神生活需求。室内设计的空间环境不仅要满足建筑使用要求，还应该体现出建筑的使用价值，在此基础上尽量设计出具有一定的建筑风格、历史文化以及具有特色的环境氛围的室内设计方案。人体工程学在室内设计中的应用主要表现在精神功能以及室内设计的实用功能两个方面。人们的心理环境的变化会受到室内环境的影响，好的室内设计方案在一定程度上有利于提高人们的心理健康程度。另一方面，室内设计最根本的目的就是为了满足人们的使用要求，所以在设计时必须控制好建筑的实用性。
二、室内设计教学中人体工程学的运用
人体工程学在室内设计教学中的应用就是始终坚持以人为本的思想理念。
（一）室内设计教学中生理计测的运用
人体在活动的过程中，其生理变化的状况是不同的，采用生理计测的方式能够科学、客观的测量出人体在活动时的负荷情况及能量的消耗状况。通常的计测方式有能量代谢率法和肌电图法。因为人体在消耗能量的过程中会产生一定的耗氧量，活动时的耗氧量和平时的相比，强度状态会发生一定的变化，通过能量代谢率公式进行计算就能计算出人体在不同情况下的代谢率。肌电图法是利用活动过程中电流图和肌肉伸缩的情况来确定人体的负荷和活动强度的。在教学中，我们应该根据不同的生理计测的结果，使学生提高室内设计中对人体活动情况的注意力，尽可能保证设计的合理性。
（二）人体工程学的基础数据在室内设计教学中的运用
人体工程学中的基础数据有三个方面：人体尺度、人体构造、人体的动作域。这些方面在室内设计教学中都会被运用。其中，人体工程学研究的基本数据之一就是人体尺度，加强室内设计教学中对人体尺度的研究对保证设计方案的实用性具有深刻的意义。其次人体构造是和人的运动系统联系最紧密的部分，如人体的肌肉、关节和骨骼，分别通过神经系统的分配，使人体各部分顺利的完成运动。骨骼是人体的支柱，通过四肢骨、躯干骨以及颅骨这三个部分进行运动，再通过骨关节的连接加强活动，最后由神经系统向骨骼肌传递信号，形成肌肉的舒张或收缩，从而协调人体的工作。人体活动的区间以及生活的空间范围就是人体的动作域。人体的动作域的大小和人体的活动情况息息相关，所以，准确的动作域的分析对确定室内空间的尺寸十分重要。在室内设计的过程中，我们应该尽可能的采用多种计测方式测定出人体的动作域，为人体工程学的研究提供基础的数据。
（三）室内设计教学中心理计测的运用
心理计测的方式主要有尺度法和精神物理学法等。尺度法主要是在心理学中按照一定的顺序进行划分。精神物理学测量的方式就是采用物理的方式测量出最小的人体神经刺激量，以保证在设计中加以注意。在室内设计教学中，应该尽可能让学生进行实践、合作，组织相应的团队，将学生作为教学的中心，通过自评、组评、互评以及团体评的方式进行教学，最大限度的激发学生的潜力，提高学生的积极性，从而获得良好的教学效果。
三、结语
在室内设计的教学中，如何应用人体工程学的概念对提高室内设计的水平至关重要，因此，在教导学生的过程中，教师应尽量提高学生学习的主动性和创造性，充分利用人体工程学的相关理念教导学生进行室内设计。
作者：于丽伟 单位：青岛农业大学艺术学院
参考文献：
[1]曹会波．小议模型制作在室内设计教学中的作用[J]．美与时代(中)，2011，（06）：52-53．
关键词：人机工程学
汽车人机工程学是人机工程学是人机工程学知识、理论和方法在汽车工业及相关领域中的应用。汽车人机工程学的主要研究方向和内容则是通过揭示人、车、环境之间相互关系的规律，以达到确保人――机――环境系统总体性能的最优化。汽车人机工程设计的主要工作任务，就是利用人机工程因素解决汽车（车身）设计中的“空间几何”和“人机界面问题”。
1 定义
“空间几何”的含义是指，汽车的车室空间设计尺寸和造型设计尺寸应该满足驾驶员和乘员的主观与客观要求，能够“容纳”他们。例如，车室的空间设计（如车顶）与室内设施的布置设计（如座椅和踏步布局）应该考虑对人体尺寸的容纳与适应（如伸腿空间、进出车门）；整车的总体设计和造型设计应该满足驾乘人员对道路等环境的视野需求。
“人机界面”的设计目标是优化和减轻驾驶员的工作负荷（如对外部环境和仪表的关注所造成的视觉疲劳和因操作杆件的操作力度及伸及所造成的操作疲劳）。
2 现状
目前，还有很多汽车制造公司还没有一个正式的部门来处理产品开发和设计上的人机工程问题，起因则是对汽车人机工程设计的使用和价值方面有错误的认识。随着人们日益增长的舒适性要求及新增需求，必将对车辆人机工程学的发展提供新的机遇和更加广阔的前景。
3 意义
随着机动车辆用途的日益扩大、形态的日益多样化、功率和工作速度的不断增加、自动化程度不断提高、行驶道路和交通化境条件的日益复杂，驾驶员的工作越来越繁重，因而对改善驾驶员劳动条件的要求越来越迫切。这就使得应用人机工程学的原理设计机动车辆的重要性更为突出。
4 车辆工程领域的人机工程学研究
4.1 机动车辆驾驶操纵系统人机界面的优化匹配
机动车辆驾驶操纵系统是一种有驾驶员参与的反馈控制系统，其人机界面是典型的第一类人机界面。这类人机界面的优化匹配问题，在人机工程学领域最具有代表性，是人机工程学应当研究和解决的基本技术之一。
4.2 机动车辆的行车安全性及车内乘员的人体保护技术
机动车辆的撞车、翻车事故是行车安全事故的主要形态，频繁的撞车、翻车事故严重地威胁着人们生命和财产的安全。行车事故是在人――车――环境系统中产生不稳定或不平衡时发生的。
4.3 机动车辆乘员的乘坐舒适性
机动车辆驾驶员和乘员的乘坐舒适性，主要取决于座椅和人体的人机界面能否为人提供舒适而稳定的坐姿、驾驶员（或乘员）――座椅――车辆系统能否有效地隔离或衰减来自路面不平度的激励而产生的振动，以使驾驶员（或乘员）所承受的全身振动负荷低于规定的限制；驾驶员――座椅――驾驶室系统的几何位置关系能否为驾驶员提供良好的视野和相对于各种操纵机构与显示装置的舒适位置。
4.4 机动车辆的噪声控制
机动车辆噪声控制的目的是保证车内驾驶员和乘员的耳旁噪声满足人的听力保护允许标准，车外噪声满足动态环境噪声允许标准。
4.5 机动车辆内小环境气候的宜人化控制
对车内小环境气候宜人化控制的具体要求因机动车辆的类型、使用条件和运行环境的不同而异，依据人的热舒适性评价标准。
4.6 机动车辆驾驶员的驾驶适宜性
驾驶员是引起事故的主要因素。所谓驾驶适宜性，是指人具备圆满、不出差错地完成驾驶工作的素质。开展驾驶适宜性研究并制定科学的驾驶适宜性检查方法，对于驾驶员的选拔和科学化管理具有重要的指导意义。
例如，交通管理部门或交通运输企业可以通过驾驶适宜性检查，对申请驾驶工作的人的身心素质有一个基本的了解，可及时采取相应的预防或针对性指导训练措施。
4.7 机动车辆的道路交通适应性
人――车――路应作为一个系统来研究，设计车辆性能时，既要充分考虑人的因素，又要充分考虑现在及将来的道路交通特性；应当从用户主要是驾驶员的角度出发，评价车辆对道路交通条件的适应性，用以指导车辆的设计，使其协调一致。
4.8 人――车――路系统的综合优化
综合运用人机工程学，吸收国内外最新研究成果，提出一种科学的、以“驾驶员――车辆――道路一体化设计概念”为指导、研究驾驶员――车辆――道路交通环境系统的综合优化方法。
5 汽车人机工程学的未来
随着车辆使用者群体特征的变化，车辆设计与制造技术的进步、道路交通环境的改善以及社会大环境的变化，车辆人机工程学面临的研究课题必将不断发生变化。
1、由于医学科学新成就的不断出现和社会公共卫生事业的发展，使得驾驶群体的平均年龄逐步提供，车辆乘用群体覆盖范围进一步扩大，必将对车辆的“用户适用性”水平提出更新、更高、更多样化的要求。
2、基于计算机和电子技术的各种控制系统、辅助装置在轿车上的大量采用和不断完善，轿车的智能化程度越来越高，因此轿车驾驶操纵的人机系统功能分配、人机系统特性调和人机界面优化匹配的内容、方法必将随之发生新的变化。
3、随着能源与环境问题的备受关注，车辆技术发展的趋势可能从石油燃料车辆转变为电动汽车，将对驾驶者带来许多新的操纵特性，需要人机工程学更好的去平衡、协调、优化设计工作。
参考文献
[1] 杜子学， 汽车人机工程学，2011，第1版
关键词:人机工程学;机械工程;人性化设计
中图分类号:F8 文献标识码:A 文章编号:1672-3198(2010)06-0314-02
0 前言
人机工程学是一门运用系统科学理论和方法,正确处理人、机、环境之间的关系,研究人――机――环境系统相互作用及最优组合的工程技术科学。其研究的对象是人在某种工作环境中的解剖学、生理学和心理学等方面的各种因素;其研究的内容是人和机器及环境之间的相互作用;其研究的目的是提高工作效率,保证人的健康、安全和舒适性等问题。
机械设计是一项极其复杂的工程,在设计过程中不仅需要设计人员考虑机械的材料、力学、温度、工作环境、工作强度和频率等因素外,还要求充分考虑人 ――机――环境之间的关系。因而人机工程学在机械工程领域,扮演着非常重要的角色。人们在设计机械产品的时候会因为所设计的作业空间的不同,颜色、温度、亮度等因素考虑角度的不同,对人的作业效能和作业疲劳等方面考虑的不同,使同一种机械产品在工作中产生不同的效果。这些效果可能表现在工作效率的不同,工作者安全的保障与否,工作者工作时间的长短差异等等。因此,在机械工程中,我们一定要综合考虑人、机、环境三者之间的关系,不仅要注重工作效率,还要注重作业人以及环境。
1 人机工程学的应用技术
人机工程学是一门新兴的边缘学科。它是运用人体测量学、生理学、心理学和生物力学及工程学等学科的研究方法和手段,综合地进行人体结构、功能、心理以及力学等问题研究的学科。通过人机工程学的研究与应用,可为机械设计中考虑“人”的因素提供人体尺寸参数;为机械设计中考虑“物”的功能合理性提供科学依据;为机械设计中考虑“环境”因素提供设计准则;为进行人、 机、环境系统设计提供理论依据。
1.1 人体尺度在机械工程中的应用
为了使各种与人体尺度有关的设计对象能符合人的生理特点,让人在使用时处于舒适的状态和适宜的环境之中,就必须在设计中充分考虑人体的各种尺度。在进行各种机械、设备、设施和工具等的设计时,首先要考虑的问题就是如何使它们适合于人的形态和功能的范围的限度。例如,所有的作业动作都必须在人的肢体活动所能及的范围之类,其高低位置必须与人体相应部位的高度位置相适应;同时还要考虑将其布置在人操作方便,反应最灵敏的范围之内。其目的是为了提高设计对象的宜人性,让使用者能够安全、健康、舒适、高效率的工作,从而有利于减少人体的疲劳和提高人机系统的效率。
人体不同部位的尺寸在机械设计中扮演着不同的角色,现举一些人体主要尺寸的应用原则:
(1)肘部高度:对于确定柜台、梳妆台、厨房案台、工作台、以及其他站着使用的工作表面的舒适高度,肘部高度数据是必不可少的。通过科学研究发现,最舒适的高度是低于人的肘部高度7.6cm。休息平面的高度大约应该低于肘部高度的2.5-3.8cm。
(2)大腿厚度:这是设计柜台、书桌、会议桌、课桌、家具及其他一些室内设备和为人们提供座位的设备的关键尺寸。要是大腿和大腿上方的物体有一定间隙。
(3)立姿垂直手握高度:可用于确定开关、控制器、拉杆、把手、书架以及衣帽架等等的高度。
以上只是列举了一部分。在设计过程中要充分考虑人体的各种尺寸,使设计出来的产品让人用着舒服,并尽量减轻人的疲劳感;同时还要注重工作效率的提高。
1.2 人体机能的应用
人主要有9个子系统,其中与外界直接发生联系的主要有三个系统,即感觉系统、神经系统和运动系统。人在人机系统中作用过程大致如图1。
图1由图可知,要使系统有效运行,要求人体各部位协调工作。感觉器官感受外界的信息;大脑理解和决策信息;运动器官执行相应的动作。
1.2.1 感觉系统
不同的感觉通道有不同的适应场合。例如视觉通道适合传递比较复杂或抽象的信息,比较长或需要延迟的信息,与空间方位、空间位置有关的信息等;听觉通道传递比较复杂的信息,短的或无需延迟的信息,与时间无关的信息,快速响应的信息等;触觉通道适合非常简明的、需要快速传递的信息,经常用受触摸的机器或装置的场合等。
当我们的信息用视觉通道传递时,我们设计机械装置时,要综合考虑人的视角与视力,视野与视距,中央视觉和周围视觉,色觉与色视野,暗适应和明适应等各方面的因素。例如眼睛沿水平方向运动比沿竖直方向运动快而且不宜疲劳;视线的变化习惯从左到右,从上到下;颜色对比与人眼也有一定关系,所以危险等信号标志都用红色。
当信息用听觉通道传递时,要综合考虑声音的频率,动态范围,人耳的方向敏感度,掩蔽效应等。同时,还要注意考虑人耳的安全。
1.2.2 神经系统
通过感觉通道传入的信息,在大脑中枢进行复杂的处理。大脑处理信息的速度以及对信息的记忆活动等都具有很重要的意义。对于人脑反应的速度,我们在设计产品的过程中不能使之快于人脑的速度。同时,我们又要充分利用人脑的记忆功能,进行复杂只能活动的能力,来合理设计,从而提高效率,创造价值。
1.2.3 运动系统
运动系统是人体完成各种动作和从事生产劳动的器官系统。骨的功能,各种关节的活动范围,肌肉的强度与力度等,都是我们设计机械器件时应该考虑的。例如关节必须处在一定的舒适调节范围内。对于肢体的运动,要考虑肢体的出力范围,运动范围,动作速度与频率等。
因此为了使操作者可以灵活、方便、快捷地执行动作,我们要考虑作对象的空间与操作者肢体所能及的范围的关系,完成工作所需要的力与操作者可以提供的力之间的关系等。
2 环境因素的影响
在机械设计中经常要考虑的环境因素很多,如温度、湿度、照明、噪声、振动、粉尘、风力及有毒物质等;随着人类生产活动领域的扩大,影响因素还有失重、超重、异常气压、加速度及电离辐射等。设计者必须全面考虑各种条件和要求,将环境因素和人的因素与机器的所要达到的要求结合起来进行综合分析和决策,求得正确的解决方案。
3 结束语
综上所述,现代机械工程的设计阶段要充分考虑人机工程学原理,进行人性化的设计。综合考虑环境因素,人的因素在设计中的影响。在保证工作者舒适、安全、健康、方便、快捷、灵活工作的同时,保证工作效率,寻求更优更高效的方法,找到人――机――环境间的最佳组合。
参考文献
[1]丁玉兰.人机工程学(第三版)[M].北京:北京理工大学出版社,2005.
[2]李建中,曾维鑫,李建华主编.人机工程学[M].南京:中国矿业大学出版社,2009.
[3]严杨.人机工程学设计应用[M].北京:中国轻工业出版社,1993.
关键词：人机工程学;农业机械化及其自动专业;教学改革
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）41-0119-03
国际人机工程学学会（IEA，International Ergonomics Association）将人机工程学定义为：“人机工程学是研究人在某种工作环境中的解剖学、生理学和心理学等方面的因素（研究对象）;研究人和机器及环境的相互作用（研究内容）;研究在工作中、家庭生活中与闲暇时怎样考虑人的健康、安全、舒适和工作效率的学科（研究目的）。”简言之，人机工程学是研究“人―机器―环境”系统中人、机械和环境三个要素之间关系的一门学科[1，2]。在现在的全球化竞争中，以解决人的“安全、高效、舒适、省力”问题和人、机器、环境相互协调为目的的人机工程学的相关理论和方法已经被运用在工业设计的各个方面。作为农业机械化及其自动专业的一门专业课程，人机工程学的主要目的是让学生熟悉并掌握人机工程学的基本理论和方法，培养学生在产品设计中运用人机工程学知识的能力[3]，为学生在农业机械化装备研究、设计、制造、试验鉴定、推广应用、系统规划和企业经营管理等方面工作奠定基础。
一、人机工程学传统教学的弊端
1.教学内容缺乏针对性。现行的人机工程学教材均面向工程设计、工业设计等专业，教材编写者大都考虑本专业的培养目标、教学内容、学生背景知识、就业方向以及在本专业内部人机工程学与其他课程的衔接，例如，工业设计专业以培养具有创新性产品设计能力的工业设计专业人才为目标，人机工程在工业设计专业就更加注重实用性和应用性，而弱化理论。现行教材中出现的案例在工程设计等专业较为常用，而农业机械化及其自动化专业学生熟悉和关心的农业机械设计相关内容在人机工程学教材中很少体现。因此，学生在使用教材时感觉到“人机工程学”这门课和其他课程无法很好地联系和衔接，在以后工作中没有实际应用价值，对学生个人能力培养和未来发展帮助不大，这就直接导致学生在上课时缺少主动思考和积极学习的动力。
2.教学方法陈旧。教学过程是学生、教师及教学内容相互作用、相互协调的一个过程，最终目标是让学生这个教学“中心”学习到本课程的概念、理论，并学会在实际设计中使用本课程的理论方法。然而，目前我国人机工程学课程教育模式仍然是“以教师为中心，以课堂为中心，以教材为中心”[4-6]，教学过程中以教材的知识讲授为重点，忽略学生使用知识的能力培养，造成学生只懂“理论”不懂“实践”的奇怪现象。在实际人机工程学教学活动中，虽然教师以多媒体教学为主，但事实上仅仅是将板书内容搬到了电脑屏幕上，教学内容依然是教材上的内容，教学方法依然是传统的知识灌输方法。这样的结果致使学生被动接受，减少了教师和学生互动的内容，压抑了学生主动思考、主动学习的能力，使得学生出现负面情绪，直接导致课程的内容不能被学生学习和理解，也偏离了教学目标。
3.考核方式单一。传统的人机工程学课程考核方式不注重学生的实践能力，单纯以理论知识为考核目标，以闭卷考试为考核手段，造成学生在课堂上不积极，临考前几天把课本的知识点死记硬背下来，而这种短时间记忆很快又被遗忘。显然，这种考核方式不能促使学生积极学习、主动思考，无法检测学生的实践动手能力，也达不到构建科学理论知识结构和培养实践能力这一重要教学目标。
二、“人机工程学”教学改革方法探索
1.教学内容建设。人机工程学涉及人、机械和工作环境，要求学生不仅要具有深厚的工程技术学科的基础还必须广泛学习生理学、心理学、人机解剖学、人体测量学、人体运动学以及环境保护等相关学科。农业机械化及其自动化专业的“人机工程学”教学内容建设要求针对本专业学生的知识背景、培养目标和就业方向结合本课程的特点对现有教学资料进行整合，突出人机工程学在农机产品设计的应用，删减部分工业设计等内容，增加具有农业机械特点的设计案例。因此教学任务重，各部分跨度大，重难点多。本课程的突出难点是在教学内容安排上，既要突出融知识传授、能力培养、素质教育于一体，又要体现人机工程学在农业机械化及其自动化学科的最新研究应用情况。因此，在课程建设中应采用理论教学―实验教学―单项实验―小课题设计―课程设计的教学链。课程教学中以农业机械设计为主线，着重讲述人体测量数据、人的生理和心理特性及其在农机产品设计中的具体应用，并尽可能地阐明问题最原始的出发点及其应用的可能性和局限性。另外，人机工程学作为一门迅速发展的学科，新的理论方法不断涌现，而且越来越多地被运用在包括农业机械产品在内的许多工业产品设计领域。因此，在教学过程中需要不断关注人机工程学的最新文献动态，了解最新的理论和方法，同时与其他院系、研究机构保持联系密切，关注本学科的最新技术和发展方向，不断更新充实教学内容。
2.教学方法建设。积极采用参与互动式、体验式、现场教学、案例教学法和项目实训法等现代教学方法进行教学。通过对课程重要概念进行课堂讨论，加深学生对人机工程学基础概念理解，重视引导学生积极思考，激发学生创新思维。通过案例教学，分析人机工程学在农业机械产品的应用，增强课程的实用性，让学生能更深刻地理解人机工程学在本学科中的应用途径和未来方向，充分锻炼学生分析和解决实际问题的能力，在案例教学过程中注重使用现代化教学手段，包括视频、教学软件和计算机辅助设计软件等。通过课堂练习、单项实验、小课题设计和大课堂设计四个实践环节，动态检验教学质量，培养学生的设计实践能力。在某些章节之后，组织对某些案例或问题进行专题讨论，鼓励学生提出自己的观点、看法，对学生的讨论、作业、设计等进行评价、辅导和展示，提高学生的学习热情。另外，充分利用学校其他专业的资源和校外合作企业，结合优秀实例进行讲解，积极调动学生的积极性。提高学生的创意构思，养成团队协作意识，注重设计质量、讲求工作效率的良好工作作风。这样通过教、学、练、交流、验证一系列的环节，让学生真正理解、掌握、运用人机工程学。
3.实验教学建设。实验教学是培养学生运用理论方法解决实际问题的最重要环节，也是人机工程学课程教学的一个重要环节。实验教学应基于人机工程学学科特点，结合本专业学生的知识背景，以培养学生理论与实践相结合的创新意识，促使学生系统学习本学科理论方法并运用于实际设计中为目的，采用循序渐进的原则，根据教学进度安排相应课题。本课程通过实验室实验和社会实践调研两方面完成实验教学。实验室实验以综合性和设计性实验为主，主要包括人体静态特征尺寸测量与分析、人体动态特征尺寸测量与分析、农业机械化装备的座椅、显示装置及操纵装置人机学设计、农机机械化安全人机学设计等。社会实践调研主要需要深入到市场、田间、农村一线，调研并分析现有农业机械装备在人机工程学方面存在的问题，并提出改进方案。通过实验教学内容和体系建设，完善具有农业机械化及其自动化专业特色的人机工程学实验教学大纲和实验方案体系。
4.考核体系建设。考核体系是检验教学质量，促进教学相长的一个重要手段。如果要剔除传统教学的弊端，就必须首先改革以闭卷考试为主的传统单一考核体系，建立一种注重知识结构和实践能力的多维考核体系。根据课程中理论知识、设计方法和综合应用不同阶段的不同特点，以培养学生科学的知识结构和解决实际问题的实践动手能力为目标，设计不同的课堂作业和课后练习，例如收集文献资料、观察人机工程学在农机产品设计中的应用等。在每一章结束后设计一个小课程设计，小课程设计是学生将课堂所学知识进行内化的一个必不可少的过程，重点考查学生对本章知识的运用。在期末将传统的闭卷考试改为大课程设计，大课程设计需要学生融合本课程所学重要理论知识，综合运用多种设计方法，个人独立完成一个完整的设计，包括文献、调研、设计图纸和最后答辩。
三、师资队伍和教学团队建设
教学团队是教学工作的核心，是学科教学质量的基本保证，也是师资队伍的重要组成部分[7，8]。利用优秀的教学团队以农业机械化及其自动化专业培养目标为中心，对人机工程学的教程进行修订，使其更加符合农业机械化及其自动化专业的培养目标和本专业学生的知识结构，对课程内容进行优化，丰富课程内容，协调与其他专业课的关系，最终提高本课程的教学质量。人机工程学本身作为一门独立课程以外，也是其他机械类专业课程的补充，因此可以联合其他专业课教师，共同组成专业课程教师群，共同建设人机工程学及其相关专业课程。同时，建立公平高效的团队运行和激励机制，健全青年教师培训机制，吸引更多青年教师加入到人机工程学课程建设队伍。
本文分析了传统人机工程学教学内容、教学方法和考核方式，提出传统教学的弊端。根据作者多年在人机工程学课程的一线教学实践，结合农业机械化及其自动化专业的培养目标、专业特点和学生的背景知识结构，总结探索出人机工程学在农业机械化及其自动化专业教学方面需要改革的方向，具体从教学内容建设、教学方法建设、实验教学建设、考核体系建设及教学团队建设等几个方面进行论述，对今后的人机工程学在农业机械化及其自动化专业的教学计划制定及教学任务安排方面均具有重要指导意义。
参考文献：
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[8]俞祖华，等.本科高校教学团队建设的理论与实践探索[J].鲁东大学学报，2008，（25）：90-96.
关键词：生物医学工程专业；理工院校；解剖生理学
作者简介：李小慧（1980-），女，黑龙江铁力人，南京邮电大学地理与生物信息学院，副研究员；吴建盛（1979-），男，江西抚州人，南京邮电大学地理与生物信息学院，讲师。（江苏 南京 210003）
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）10-0161-02
生物医学工程（Biology Medical Engineering，简称BMI）是综合生物学、医学和工程学的理论与方法而发展起来的新兴交叉学科，其主要是运用工程技术手段，在多层次上研究生物体特别是人体的结构、功能和其他生命现象，研究用于防病治病、人体功能辅助及卫生保健的人工材料、制品、装置和系统的工程原理的学科。[1]自20世纪70年代末以来，国内许多综合或理工科大学、医学院校及相关科研机构都设立了生物医学工程专业，涵盖了生物信息、医疗仪器、生物材料、生物工程等多个专业方向，课程设置主要包括工程类课程和医学类课程，旨在培养具有各方面能力的复合型人才。[2]
生物医学工程专业作为一门为生物学和医学服务的交叉学科，生物学和医学知识的学习就具有非常重要的作用。现在大多数院校的生物医学工程专业都开设了解剖学、生理学、生物化学、分子生物学、基础生物学等必修基础生物学或医学课程，旨在让学生了解生物体的基本构造及生命现象的本质，掌握一定的医疗常识，为学习如何把工程技术应用于医学领域打下基础。
人体解剖生理学是研究人体各部分正常形态、结构及人体生命活动的规律或生理功能的科学。[3]作为生物医学工程专业的一门重要专业基础课，它包含了解剖学和生理学两门学科的内容，并且涉及到组织学、胚胎学、细胞学和分子生物学等多个学科的知识，内容广泛并且复杂抽象，对于缺乏生物学相关知识基础的生物医学工程专业的学生来说，是一个难题。南京邮电大学是以工科为主，信息科学为特色的理工科院校，生物和医学知识的教学相对薄弱。如何扬长避短，使解剖生理学知识与学生工程类的专业知识有机融合，是摆在教师面前的一项重要任务，也是教学过程中需要不断思考和努力解决的问题。
一、教学现状及存在问题
1.教学基础薄弱
南京邮电大学是以理工科为主的高校，生物医学工程专业在南京邮电大学起步较晚，工程类课程依托南京邮电大学理工教学和科研的工作积累，具有良好的基础。然而，生物和医学类课程基础较为薄弱，教学基础和实验条件与医学或者综合院校相比都有很大差距。
2.课时有限
生物医学工程专业属于前沿的交叉学科，专业囊括的知识面广，专业所学课程较多，数学、电学、计算机科学相关课程占了很大比例的学时，给生物和医学理论知识分配的学时有限，例如人体解剖生理学课程只有48个学时，但这门课程包含了解剖和生理两门学科，教学内容丰富，学时相对不足。学生的生物和医学类知识薄弱，也给教学带来了一定困难。
3.学生兴趣缺乏
信息科学是南京邮电大学的特色和优势，生物医学工程专业正是依托于南京邮电大学通信与信息工程学院的教学和科研基础而创建的，学校通信、电子和计算机等信息领域的学习与研究氛围浓厚，加之上述专业找工作容易，在这种环境下，学生会自觉将兴趣转移到通信、电子和计算机等方向，无法建立对人体解剖生理学的学习兴趣。另外，人体解剖生理学知识多、复杂抽象的学科特点，也容易让学生产生畏难和厌学的情绪。
二、教学体会和思考
在学时有限和学生兴趣缺乏的情况下，如何利用有限的课堂讲授时间，使学生更好地掌握解剖生理学知识，是摆在授课教师面前的突出问题。笔者针对在人体解剖生理学教学中遇到的实际问题，结合南京邮电大学生物医学工程专业的培养目标，根据教学过程中的体会，提出以下几点思考。
1.引导和培养学生兴趣
解剖生理学是专讲正常人体形态、结构和功能的课程，向学生强化学习解剖生理学就是认识自己、了解自己的观念。但是如果单纯讲解课本上解剖和生理学的知识，学生仍然是被动接受，缺乏兴趣。因为解剖生理学的一些知识与学生日常生活密切相关，在课堂教学中可以穿插讲授一些卫生保健的知识或者一些学生感兴趣的问题，让学生知道课堂知识能够在日常生活中学以致用，自然而然会产生兴趣，主动去学习。例如，在讲到呼吸系统时，就结合生活现状，介绍吸烟的危害、雾霾天气呼吸系统疾病的预防等；在讲到循环系统时，可以介绍如何预防心血管疾病。对于女生感兴趣的减肥和护肤的话题，在讲授消化系统和皮肤章节时，适时介绍节食减肥的危害和正确保养皮肤的方法。此外，身体是解剖生理学最好、最直接的“教具”，在课堂教学中，可以增加互动，让学生参与进来，这样不仅可以加深学生的直观印象，还可以活跃课堂氛围，从而激发学生的兴趣。例如，在讲授解剖学知识和常用方位术语时，可以请学生到讲台上来做示范，使学生轻松掌握这些知识。
2.课程教学与专业结合
生物医学工程专业的目的是运用工程技术手段解决医学中的有关问题，保障人类的健康，为疾病的预防、诊断、治疗和康复服务。在讲解解剖生理学知识的同时，一定要将生物医学工程专业的目标和意义贯穿其中，不仅能加深学生对专业的认可度，而且有助于对解剖生理学知识的巩固。例如，在讲解运动系统的关节内容时，介绍完关节结构和功能后，可以向学生系统介绍人工关节的相关知识，包括人工关节的发展历史、使用的材料及应用疾病等。在讲解呼吸系统和循环系统时，可以介绍人工心肺装置的构造以及在外科手术中的重要意义。总之，在解剖学教学中，应结合知识点介绍相应的器官是如何人工制备，如何实现相应的解剖和生理功能等内容。通过将解剖学知识与工程学知识有机结合，不仅可以拓展学生的知识面，还可以促进学生对专业方向的理解，培养学生发现问题和解决问题的能力。
3.简化课程内容
解剖生理学课程存在学时少、实验少、内容多等问题，在课时的安排上要符合生物医学工程专业的需求。基于上述考虑，将课程重点放在解剖学上，有选择地介绍生理学内容，对于未介绍的知识，建议学生自学。对于解剖学部分，对运动系统、内脏学和心血管系统重点讲授，对神经系统、感觉系统和内分泌腺部分有所删减，目的是为了加深学生对人体结构的掌握和了解。此外，我们精心钻研教材并设计教学大纲，了解课程的教学重点、难点，在课前对学生较难理解的部分设计好教学方法和模式，力争用简练、易懂的语言讲解课程内容，消除学生畏难、厌学的情绪。
4.充分发挥多媒体教学的优势
解剖生理学教学需要向学生展示很多人体结构，涉及名词非常多，很多学生反映较难记忆。制作集合声音、文字、图片、动画、视频等多种媒体信息的课件来辅助教学，可将人体结构直观化，人体功能原理图像化和动态化。从视听的角度强化学生的理解和记忆，提高学生课堂的学习效率。另外，使用多媒体课件也能弥补理工科院校实验条件的缺乏和教学标本的不足。但在使用多媒体教学方法的时候，教师不能脱离传统的教学方式，因为多媒体教学资料虽然直观易于理解，但知识零散且容量大，会影响学生的系统理解和记忆。教师应适时进行必要的讲解， 对于重点、难点应在课堂上充分讨论，并征求学生意见，控制好教学的节奏。
参考文献：
[1]邓玉林，李勤.生物医学工程学[M].北京：科学出版社，2007.
关键词：工程机械 人机工程学 实验
一、工程机械定义与分类
机械工业出版社出版的《工程机械》一书对“工程机械”的定义是：工程机械是为城乡建设、铁路、公路、港口码头、农田水利、电力、冶金、矿山等各项基本建设工程施工服务的机械；凡是土方工程、石方工程、混凝土工程及各种建筑安装工程在综合机械化施工中，所必需的作业机械设备，统称为工程机械。
按主要用途分类，工程机械可以大致分为九个类别。
二、国内外研究现状及研究意义：
国际工程机械驾驶室，主流市场和制造商主要分布在欧洲、北美和亚洲三大地域。由于文化背景和的地域环境差异，不同地域的驾驶室具有独特的地域特点和鲜明的技术特征。目前欧洲顶级的工程机械驾驶室代表了当今世界最高的设计水平。其应用了世界上最先进的技术，追求舒适性和安全性，模块化和系列化设计程度高。
如果能有效改善工程机械操作者工作条件恶劣的情况，增强其工作的舒适度，减少劳动者的疲劳损伤，减少机械的人为故障，保证操作者长时间集中注意力，降低安全事故发生率，提高工作效率。国外新型工程机械不但达到了人机布置的科学性，还普遍采用全封闭式驾驶室，而且十分注意调节驾驶室内的温度、湿度和气流速度，不论在什么样的气候条件下作业，驾驶员在驾驶室内始终感到舒适。美国工程机械研究推荐的驾驶室内舒适的微气候参数为：空气相对湿度为30%～70%，驾驶室温度为18～24℃，空气流速为0.1～0.3m/s，通风量为0.37～0.57m3/min。
因此，选择该课题有以下目的和意义：
1 可以提高工程机械驾驶室人机工程学应用水平，扩展人机工程学的应用领域；
2 可以将人机工程学的实验方法引用到工程机械的驾驶室设计中，提高国内工程机械驾驶室人机设计水平；
3 可以提高工程机械的驾驶舒适度，降低操作人员的疲劳度；
4 进一步提高设计的工作效率，设计适合中国人体形的机械设备，改进常规的落后设计手段。
总之，对于国内学术而言，许多工程机械设计缺乏人机工程的相关理论，在人机工程学方面的研究也不多（有的相关研究还停留在经验人机工程学的基础上），所以在该课题上进行研究，就是只对其中一个人机项目（如操作舒适区域）进行研究就可以取得比较有意义的成果。
由于工程机械的范围很广，笔者无法对每种机械的驾驶室进行细致的实验研究。在经过大量调查分析发现，在工程机械中，挖掘机是使用范围最广并且操作具有一定代表性，所以在本文中笔者仅以挖掘机为主要研究对象进行研究。在挖掘机驾驶室中，座椅的人机工程学方面可以借鉴汽车座椅，而且国内学者也进行了一些研究，但对操作方面的人机工程学研究还比较少。挖掘机的操作主要依靠位于座椅两侧的操作杆来实现的，所以这个操作杆是人机工程学参数，直接影响操作人员的舒适度以及工作效率等。所以笔者将在本文中通过人机工程学实验对挖掘机的操作杆进行细致的人机工程学分析。利用美国BIOPACMP150生理多导仪，进行实验分析，得出结论，为以后的研究人员提供一种更有说服力的研究方法，使对工程机械驾驶室的人机工程学研究不仅仅停留在经验的基础上。
三 实验概述
通过美国BIOPAC MP150生理多导仪，对被试者使用挖掘机操纵杆完成规定任务时的生理参数（主要是肌电图，前臂与手腕的弯曲等）以及被试者的主观评价，经过分析得出最符合人机工程学的挖掘机操作杆的外观。
实验测评指标及影响各指标的因子
1 舒适度
（1）握杆的直径
（2）握杆的弯曲度
（3）握杆的长度
（4）握杆的高度
（5）握杆的材质
（6）握杆的摩擦力
2 疲劳度：连续工作而致使肌体能量消耗的生理疲劳程度。
（1）握杆的摆放位置
（2）握杆的操作范围
3 工作效率
（1）完成同一任务时的工作时间
（2）单位时间能完成的工作任务
4 安全性能
完成工作过程中的误操作率
5 心理感受（主观评价）：操作过程中对被试者心理的影响。
（1）舒适程度
（2）简单程度
（3）美观程度
（4）轻巧程度
肌电图（electromyography），应用电子学仪器记录肌肉静止或收缩时的电活动，及应用电刺激检查神经、肌肉兴奋及传导功能的方法。英文简称EMG。通过此检查可以确定周围神经、神经元、神经肌肉接头及肌肉本身的功能状态。实验将采集实验过程中被试者有效的肌电图、弯曲角度并通过统计学软件进行统计分析，得出哪种操纵杆更符合人机工程学。
实验设备：
美国BIOPAC公司MP150系统
这套系统可以用普通个人电脑工作，可将生理信号存入计算机，无需连续纸记录仪，系统维护简便。可以在办公室或家中用个人电脑装入ACK软件分析实验室内MP150系统记录的生理信号。
用来放大常规的和骨骼的肌电活动。EMG100C可以用来监测单个纤维的、运动部位的和外周神经的电活动，因为它可以快速反应和定时。AcqKnowledge软件可以执行实时EMG测量。可以匹配所有的2mm电极插头，包括用于高灵敏测量带屏蔽的电极插头。
TSD109C三轴角加速度换能器
TSD109C与HLT100C相连提供三个输出，同时测量XYZ三个轴线方向的加速度。TSD109C可以用于身体上的各个部位。TSD109C适于测量慢速动作，例如走动。TSD109C适于测量快速动作，例如打网球时摆臂。
挖掘机模拟软件 一套
挖掘机模拟器 一套
被试者：经调查99%以上的挖掘机驾驶员为男性，且年龄在20岁以上，所以被试者选择为8名健康男性，年龄22岁以上。
当工程机械驾驶人员在利用操纵杆完成工作的时候，其三角肌、肱二头肌、前臂屈肌群会在大脑的支配下做出动作，最容易疲劳的也正是这些肌肉，所以肌电图的采集将主要集中在这三组肌肉上。操作时手腕需要经常转动，所以将三轴角加速度换能器安装在被试者的手腕部，用以采集工作时手腕弯曲程度，从而分析其疲劳状况。肌电采集点如上图所示：
实验前期准备工作：
1 安装调试实验设备。将操作杆固定在仿真座椅两侧，模拟真实挖掘机驾驶环境，打开电脑中的模拟软件；
2 将BIOPAC MP150生理多导仪主机与放大器按照使用说明安装好，打开数据采集软件，进行调试，连接电极采集线；
3 对被试者进行简单讲解，使其了解在实验过程中，被试者应该完成的工作。但对实验要采集的数据与结果要对被试者保密，以免在实验过程中，被试者的主观意识影响实验数据的准确性；
4 根据事先选好的采集点，在被试者身上安装贴片电极，并将生理多导仪的电极线与其连接；
5 实验人员将计时秒表归零。
实验过程：
1 被试者按实验要求利用操纵杆控制模拟软件中的挖掘机，从地点A移动至地点B，并在地点B处，用挖掘机的铲斗将右侧土堆的土移动至左侧（需要重复5次操作）。同时实验人员进行计时，记录每个被试者完成同样操作所利用的时间。
2 更换形状的操作杆进行同一实验，为避免被试者由于多次反复操作，对操作的熟练程度而影响实验结果，操作杆的使用排序采用随机排列。
3 操作完成后，秒表计时完毕，实验人员进行数据记录，将设备采集出来的肌电图等进行存储。
4 让被试者填写主观评价表
5 整理实验设备
实验后期：
对采集的实验数据进行分析，通过统计学软件SPSS分析得到实验结果，这样就可以真实有效的利用数据结果评测那种操纵杆更符合人机工程学要求。
总结
[关键词] 骨关节；创伤治疗技术；组织工程学；康复新理念
[中图分类号] R68 [文献标识码] A [文章编号] 1674-4721（2013）02（c）-0016-03
骨骼对人体有着重要作用，如果人体骨骼健康得不到保证，人的健康就会受到巨大影响。随着社会的发展，骨关节创伤的病例也在不断增加，但是骨关节治疗技术伴随着科技的进步得到不断提升。对于骨关节的治疗有了更新的理念，对于骨关节创伤的治疗依然需要引起更多的重视，明确影响骨关节创伤修复的各种因素，不断进行创新、发展新技术，做好相关护理工作，促进骨关节治疗技术的不断提高。
1 骨关节创伤简述
骨骼作为人体的重要部分，同时也是一个十分重要的器官[1]。作为人体结构的一个支架，骨骼有着至关重要的作用，负责人体支持、承重以及造血、贮钙和代谢的相关功能。骨关节创伤较为常见并且较为严重，而且具有较高的伤残率，其主要涉及人体的脊柱、四肢等部位。骨与关节损伤所造成的关节活动受到限制和骨质疏松等一系列问题更是对人的日常生活、学习与工作都有严重的影响[2]。骨关节一旦受到损伤，人体自身的许多活动功能会受到限制，而且所需要的康复治疗周期通常很长，但是只要及时并且有效地治疗，通常可以有最大程度的恢复。随着近几年的医学水平的不断提高，科学技术不断发展，临床对于骨关节创伤的治疗水平也得到了大幅度提高，并且可最大程度地避免并发症和后遗症，特别是术前与术后关节的挛缩和部分功能的受限，减少了以后为改善功能而二次治疗的手术过程。骨关节损伤的恢复过程是循序渐进的，是一个自然的恢复过程，而适当的正确的康复治疗会有助于缩短骨关节的恢复时期。
2 影响骨关节损伤康复效果的因素
骨关节损伤造成的一系列损伤的恢复，需要一个较长的恢复时期，不能够急功近利。骨折愈合因素、关节和软组织的损伤以及不合理的固定与活动都对骨关节的恢复情况有一定的影响。因此，临床应本着减少后遗症及并发症、提高骨关节恢复效果的原则，结合医疗康复和其他的康复措施共同实施的方法，来保证骨关节损伤能够恢复到最佳效果[3]。
2.1 骨折愈合因素
骨折愈合需要经过一个漫长的阶段，首先是肉芽修复，其次是骨痂的形成与成熟，最后是骨折骨的重新塑形。因此，为了确保骨折处的顺利愈合，需要正确的固定为其塑形。目前，我国已经在骨科手术中采用了许多优质的器材，对骨折骨进行固定，但是骨折骨的上、下关节仍会存在活动从而造成二次损害[4]，尤其是靠近关节的骨折，还有关节处的骨折，都是对于骨折肢体的恢复不利的因素。
2.2 关节损伤因素
关节内的损伤包括许多方面，主要是关节内骨折和关节内滑膜的损伤，还有关节面的粗糙所引起的疼痛加剧，关节软骨的损伤加快。特别是软骨盘的损伤，更容易影响关节功能的运转，并会伴随着难以忍受的疼痛；关节的稳定性主要是受韧带的影响，而对于关节的运动功能又由稳定性决定，故关节滑膜的损伤所导致的急或慢性炎症会对关节的运动功能有必然的影响[5]。
2.3 软组织损伤因素
受目前科学技术的限制，临床还不能对软组织损伤的轻重程度做出较为准确的判断，临床医师通常是根据以往的经验与知识来进行判断，因此，误诊及治疗方法不当的情况时常发生。受传统方法的不良诱导，对于软组织损伤的处理方法往往采用外固定，会造成软组织的恢复不完全，为以后再次损伤和运动过程中疼痛埋下了隐患。
2.4 疼痛
关节疼痛有多方面的原因，包括损伤本身、损伤后的关节因创发性而引起的关节炎，还有因组织损伤或修复不完全所导致的慢性炎症，这些都会拖延恢复的过程和影响恢复的效果。
2.5 固定
依靠现在发达的科学技术，在大多数骨科手术中，需要限制关节活动的骨折处明显减少，目的是不影响患者的正常生活，同时，也为创伤处的恢复留下足够的运动空间。但是，临床总是存在特殊病例因关节骨折处受限制而造成生活上的不便[6]。为确保损伤组织的正常恢复，需要在术后对其进行合理的固定，限制其活动，以避免二次损伤。
2.6 不合理活动
对于运动训练，不合理的运动量会造成撕裂的组织得不到恢复，这是造成损伤后功能受到限制的主要原因和引起慢性疼痛的主要因素。如果早期就进行强度大的训练活动，会对组织的损伤恢复起到相反的作用；而在损伤的后期如果为了改善功能，已经被修复的组织可能会因大强度的训练而重新被撕裂，如果产生了新的粘连，相关的关节功能可能就被影响，使得最终的关节恢复陷入了绝境[7]。
3 骨关节创伤治疗技术应用分析
四肢创伤是骨关节创伤中的最为常见的一种伤病，占所有骨关节创伤的60%～70%，其中以四肢骨折以及关节脱位最多见。近年来随着技术的进步和科技的发展，医疗水平有了长足的进步，且治疗观念以及方法都有了很大改善。对于骨关节创伤的治疗，很多都是按照复位、固定以及进行功能恢复相关锻炼进行的。这种治疗方案的核心环节是固定，随着相关技术的发展，这种治疗技术在理论以及相关方法上都得到很大的提升，同时在实践中得到很大的成功[8]。此种治疗方案在治疗过程中也存在一定的问题，这些问题值得研究。首先需要考虑的是应力遮挡效应，应力遮挡效应可以导致钢板下组织缺血，进而引起骨质疏松。交锁髓内钉固定以后，也会在相应的骨折部位出现应力遮挡效应，这就增加了对骨折进行修复的困难。因此，在进行治疗时，需要特别注意局部软组织供血以及加强对骨膜的保护。
非手术治疗技术在临床中得到了大量的应用，包括夹板、支具疗法以及锥点状钢板和支撑式固定等，同时还包括动力式交锁髓内钉以及骨外固定器等相关技术的应用，其不仅可以帮助患者很好地恢复，也解决了很多难题。我国早在20世纪五六十年代就已经开始使用小夹板以及支具疗法，并取得了一定的效果。但是在使用的时候缺乏合理的限制，导致由于滥用出现了很多并发症，同时进一步影响了这一技术的不断深入和发展。20世纪70年代，国内外的知名教授设计出了各具特色的骨外固定器，而且在现代四肢骨折的治疗中起着更加突出的作用。当前，随着骨科微创技术以及骨外固定的治疗技术得到了迅速的发展和提高[9]，骨关节创伤的治疗将会是更加的合理，治疗技术也会不断提高，尽管当前的骨外固定技术依然具有很多不完善的地方，但是，其特点一定会得到很好的推广。
4 组织工程学及基因治疗发展展望
近20年以来，关于细胞生物学以及生物材料学的相关研究都获得了很大的进展，而且随之诞生了一门新兴的学科――组织工程学。组织工程学的发展对骨科疾病的治疗有了很大帮助，可以实现骨的再生以及完成骨损伤的修复，同时也为相关问题的解决提供了全新的思路和方法。
当前，基因治疗在创伤性骨折的研究中具有较高的热度，国际上很多学者都在进行相关研究。这种治疗方法的实质就是将目的基因完成向关节骨膜以及软骨细胞中，并以此达到抑制软骨损坏的目的，同时促进软骨合成。这种方法的实施，主要依托于目的基因的精确转入靶细胞，并且在稳定的环境下，准确的表达信息。在相关组织以及骨细胞的修复再生过程中，很多基因治疗成果以及临床研究都来自实验研究，但是已经展示出十分诱人的前景[10]。
虽然通过组织工程学的研究和发展为当前的骨关节以及骨损坏相关问题的解决提出了新方法以及新技术，但是很多问题依然需要继续研究以待解决，如细胞老化和生长因子的恰当发挥以及基因突变的相关问题等。总之，组织工程学以及基因治疗技术治疗方法目前仅仅局限于实验研究阶段，因而基因治疗技术在今后的发展中依然是值得重视的研究课题。可以预计，随着医疗水平的不断发展，骨关节创伤的治疗技术一定会得到很大提升。
5 骨关节功能康复新理念
骨关节功能的修复以及重建主要是为了恢复其原有的生理功能，同时又强调将手术、功能训练以及假肢矫形器进行有机的结合。传统观念缺乏对康复的正确认识，忽视了康复训练过程中的手术作用，而手术治疗是康复过程中的重要环节以及手段。而且康复训练作为一个长期的工作，需要具有过硬的心理素质以及耐心，而且治疗过程也更加复杂，因而在治疗过程中及时的进行准确评估[11]，加强与患者家属的交流和沟通，尽量取得他们的配合以及理解，对治疗的成功有着积极重要的作用。
另一方面，针对现在的科学发展趋势，微创康复的理念已经逐渐开始成为人们关注的焦点，但是在临床上却很少有人提及“微创治疗”。实际上，如何将骨关节功能和重建医疗的损伤降低到最小[12]，使得患者的身、心两方面都受到最小的损害，至今仍是该领域最为重要的研究课题。同样不可忽视的是康复过程中所伴随的疼痛感，利用电刺激来为外周神经定位使之持续置管神经阻滞麻醉是当前最为有效的控制疼痛的选择。简而言之，对于疼痛的控制是个极其复杂的问题，根据最新的临床研究证明，控制骨科疼痛的最有潜力的发展方向就是多学科、多种药物结合，利用生物-心理治疗的模式，这是以后值得重视和研究的方向。
骨关节康复的主要途径除医疗技术外，还必须正视团队合作和患者内心的心理活动以及整个社会对其的影响，并需要站在一个较高的高度，通过正规地系统地确定长期的治疗方案，严谨有序地实施整个的治疗计划。
[参考文献]
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【关键词】:化学工程;系统;和谐;辩证法
自然界中的和谐系统比比皆是,大至宇宙,小到原子;地球生态系统是和谐的,动植物群落是和谐的,人类社会体系是和谐的,健康的人体更是一个绝妙的和谐体。所有这些和谐系统遵循着同样的辩证综合的规律,具体可以归纳出三条:1.统一律;2.层次律;3.进化律;所有和谐系统具有同样的性质:1.开放性;2.自组织性;3.非线性;4.无限发展性[1]。当爱因斯坦把大半生致力于统一场论时,其哲学上的需要相对物理学上而言或许要来得大,面对物理学的系统和谐,理论规则的分立是不能令他觉得满意的。而化学工程的发展是不是因循同样的哲学历程呢?
在化学工程作为学科开始被重视之前,化学工业已具有了相当的规模,各种具体的工程与工艺都被独立开来,在认识上是被分为各门特殊的知识,因此,当国外高等院校在十九世纪末开始设置"化学工程学"时,开设的课程大多是学习当时化学工业的各种工艺学,"化学工程"的概念在当时还是相当模糊的,在理论上充其量是化学与机械的一种混合(amalgam)。然而这种理论混合的模式在德国人看来却是很正统的,即使在今天,他们也避免专论"化学工程",而是称之为"过程工程"(ProcessEngineering),这一名称实际上要比"化学工程"的范畴更广,甚至更为准确,凡是涉及一定流程与工艺的领域都是适用的。但我们习惯上还是沿用"化学工程"的名称。
二十世纪开始,化学工业迅猛发展,在社会经济中占的比重越来越大,客观上需要化学工程学科的发展和支持。随着生产力的发展,人们对事物运动规律性的认识也愈来愈深化,愈来愈有概括性。伴随着其他领域科学技术的快速进步,人们逐渐认识到化学工业中各门看似不相干的工程和工艺中存在着共同的物理特性。1901年,美G.E.的Davis《化学工程手册》的发表,初步提出了"化工物理过程"的原理。1900年始,以合成氨、纯碱、燃料等为代表的近代化工厂出现,如1913年,德哈勃-博施法高压合成氨技术的产业化,星火燎原的,化学工业呈现出巨大的发展前景。到了二十年代,美MIT的一些学者提出:不管化工生产的工艺如何千差万别,它们在众多的典型设备中进行着原理相同的物理过程。1920年,美MIT成立了第一个严格意义上的化工系,时W.K.Lewis任系主任。1922年美国化工学会认同了新的见解,引出了"单元操作"(UnitOperation)的概念,这一概念在苏联时期和我国则广泛称为"化工原理"。
1900年始的"分离工程"研究使"单元操作"的概念日趋成熟。被称为单元操作的过程主要有流体流动、传热、干燥、吸收、蒸发、萃取、结晶和过滤等,以这些单元操作作为研究和学习的主要内容,是化学工程学科在二十世纪前半期发展的核心,其理论迅速成为发展化学工业的重要基石。这种把千变万化、千差万别的过程和工艺概括成"单元操作"是生产力发展到一定水平的反映,是化学工程学从"个性"到"共性"的第一个哲学性概括,是在一个系统整体性把握的高度上建立了一门技术科学,体现了系统科学发展的和谐统一规律。
随着"单元操作"概念的确定,另一方面,化学工程学科中重要支柱之一的"反应工程"亦逐渐浮出水面。从最初的德Winkler流化床煤气化炉的应用到德Bergim-Pier三相液化床煤液化工艺的开发,又到1931年丁纳橡胶和氯丁橡胶的投产,化学工业上发展的高峰持续不绝,1940年美国FCC炼油开发成功,成为石油化工的起点。直到1957年,欧洲第一届反应工程会议,明确提出"反应工程"的概念,成为化学工程学科的重要组成部分,是化学工程学的进一步和谐统一。"反应工程"的建立,乃至今日仍备受困扰的"过程放大效应"问题,及从"逐级放大"到"数模放大"的研究都带动了"化工过程系统工程"的发展,并共同体现了系统科学发展的和谐层次律。
就在"反应工程"发展的同时,"单元操作"得到了更加深刻的认识,人们发现各单元操作之间存在着更为普遍的原理,"过滤只是流体传动的一个特例;蒸发不过是传热的一种形式;吸收和萃取都包含着质量的传递;干燥与蒸馏则是传热加传质的操作……"[2]于是单元操作可以看成是传热、传质及流体动量传递的特殊情况或特定的组合。这种认识的深化过程并没有停止,人们进一步又发现了动量传递、热量传递和质量传递之间的类似性。于是从二十世纪50年代开始,人们综合了以往的成果,开始用统一的观点来研究三种传递过程。1960年,美威斯康辛大学(Univ.Wiscosin)的R.B.Bird教授出版了《TransportPhenomena》一书,系统地采用统一的方法来处理三种传递现象,从此化学工程学科的核心过渡到了"三传一反"的系统性概念。"三传"的研究是系统科学和谐进化律的又一体现,使化学工程学达到了一个新的整体性高度,这种高度的和谐统一是对客观世界本质性的认识,并在学科上反映出了系统科学的基本原理和性质,其影响力是普遍性的,是跨学科的,不仅使"传递原理"成为化学工程学的重要基础,同时在生物工程、机械、航天和土木建筑等工程学科上也具有重要意义,并日益成为工程专业共有的一门技术基础课,只是侧重点有所差异而已。
至此化学工程学科自身经历了一系列的演化和发展,并在短短的一个世纪中达到了一个前所未有的高度,涵括了众多的生产和应用领域,如医药、化肥、能源、材料、航天、冶金、日用化学品等,每年为社会提供数以亿吨计的千百万种产品,是人们衣、食、住、行须臾不可离开的物质基础,为社会繁荣作出了巨大贡献。然而事物总是一分为二的,从人类发展最为激动人心的口号"征服自然"到今天庞大的工业化进程,地球自然生态系统遭遇了前所未有的严峻局面,这之中,化学工业是造成大规模环境污染及恶性重复污染的主要过程之一,化学工程学科需要肩负起新的使命。1990年,"生态化工"(Eco-ChemicalEngineering)的概念提出来了,相应在化工生产和过程工艺中提出了"清洁化工"和"绿色化工"的概念,因时应势,化学工程学开始了系统科学的自组织过程,这也是和谐系统对立统一发展的需要。在系统科学看来,自组织是和谐系统的基本性质之一,只有自组织系统能通过外部和自身内部的不断协调、整合,在适应环境的同时保持自己的特性并产生新的功能。从自发到自觉地,化学工程学吸收了自组织的理论,不断在广度和深度上充实、完善和发展。随着新世纪的到来,世界正发生着全球性的变化,经济、社会、环境和技术等领域都面临着新范畴新理念的变更和冲击[3]。化学工程学科需要因应时展而改变传统的限制,不断有新的概念提出来,如化学工程应是伺机而待的专业(aprofessioninwaiting);化学工程师必须"besteepedintechnology",能够创新、开发、变换、调控和适应取代;化学工程学科要从"ProcessEngineering"达到"ProductEngineering"再到"FormulationEngineering"。进一步的综合认为,化学工程学关注着同时发生在非常广泛的时空跨度内的现象,必须具备多尺度、多目标的方法来达到过程的总体优化。涵括了五个方面[4,5]:
①Nanoscale(纳观尺度):研究量子化学、分子过程与分子模拟等。
②Microscale(微观尺度):研究微粒、气泡、液滴、控制界面胶束和微流力学规律等。
③Mesoscale(介观尺度):研究换热设备、反应设备、塔器以及传统的"单元操作"和"三传一反"等。
④Macroscale(宏观尺度):研究生产装置和生产过程等。
⑤Megascale(兆观尺度):研究环境过程和大气生态过程等。
于是化学工程学的核心转变到了"多尺度、多目标择优"的概念,化学工程学科又到达一个新的和谐统一的高度,进入了更高层次的系统工程领域。
新的发展的深度促使化学工程学科作出了一定尺度的"分化",然而这还远未结束,人们对世界的认识还在不断探索不断深入,一个更深刻更普遍也更一般的问题已经触到了化学工程学科的神经,触到了化学工程学的认识本质,并促使化学工程学需要有新的"融合"。这一问题就是"非线性及其包涵的混沌原理",相对于"线性"是人类认识客观世界的基本工具,"非线性"则是客观世界的本质特征,是"线性"反映的目的,是从科学角度看待世界的一种和谐统一;而在对"混沌发展"的研究表明,"混沌运动的普遍存在,揭示了自然界中实际系统发展演化的新行为,混沌态的自相似性使这种时间演化表现为一种空间结构,而且以其不同空间尺度上的相似性,揭示了系统复杂运动的统一性。这种统一性是一个观察"整体"的问题,只有在长时间范围(因为混沌运动是一种长时间行为)和更高层次复杂性中才能显现出来。"[6,7]这一问题涵盖了自然科学和人文社会科学的众多领域,具有重大的科学价值和深刻的哲学方法论意义。马克思曾经预言:"自然科学往后将会把关于人类的科学总括在自己下面,正如关于人类的科学把自然科学总括在自己下面一样:它们将成为一个科学。"从这一角度上,"非线性"问题是这种过程一体化的契合点以及整体认识论上的共性[8]。当站在这种整体性的高度上,化学工程学科获得了全新的视野和更强大的分析解决问题的能力,并最终具有了学科融合的基础。
在整个化学工程学科的孕育、诞生和发展过程中,始终交织着学科的"分化"与"融合",除了上述尺度(scale)上的分化以外还有着所谓的石油化工、精细化工、高分子化工等专业上的分化;另一方面,作为近代工程技术,它又是自然科学(化学、物理等)和技术科学(机械、材料等)的融合。正如物理学家普朗克(Planck)所指出的:"科学是内在的整体,它被分解为单独的部分不是取决于事物的本身,而是取决于人类认识能力的局限性,实际上存在着从物理到化学,通过生物学和人类学到社会学的连续的链条,这是任何一处都不能被打断的链条。"事实上,当化学工程学科的核心发展到"非线性混沌系统"时,实现科学的融合已是其客观系统性的需要,它需要强有力的非线性解算能力和综合分析能力。基于人工智能和神经生物学的人工神经网络(ArtificialNeuralNetworks)技术为这种系统性的融合提供了新的思路和途径。人工神经网络特有的信息处理能力在愈来愈多的领域中展现出广阔的应用前景,它具有如下特点[9,10]:
①学习:神经网络可以根据外界环境修改自身行为,这使它比其他任何方法接受自身感兴趣的外界信息更敏感。
②概括:经过学习训练后,神经网络的响应在某种程度上能够对外界信息的少量丢失或自身组织的局部缺损不再很敏感,反映了神经网络的健壮性(鲁棒性),即工程上说的"容错"能力。
③抽取:神经网络具有抽取外界输入信息特征的特殊功能,在某种意义上可以说它能"创造"出未见的事物。
④模拟:神经网络由众多的神经元组成,以并行的方式处理信息,大大加快了运行速度,可以逼近任意复杂的非线性系统。
当然,神经网络并非十全十美,其自身的发展就曾经历过相当曲折的过程,但是,人工神经网络(ANNs)特性的融合将是化学工程学科发展到非线性核心系统的自组织适应和需要。例如采用神经网络设计的控制系统,适应性、稳定性和智能性均较好,能处理复杂工艺过程的控制问题,也使得化学工程师不但也是机械工程师,还首先是系统工程师,并能从最一般的非线性原理出发,解决实际过程的创新、应用、开发、生产等问题。
生产力的不断发展,科学技术的持续进步,人类认识自然和改造自然的不断深化,化学工程学科必将不断"分化"和"融合",体现出和谐系统的无限发展性质。
参考文献
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