动物细胞工程是基于现代细胞生物学与实验技术发展起来的一门新兴学科,是理论与实践紧密结合的学科,在高等院校生命学科的课程设置中占有重要地位。下面是我为大家整理的动物细胞工程论文，供大家参考。
摘 要 动物细胞工程是基于现代细胞生物学与实验技术发展起来的一门新兴学科，是理论与实践紧密结合的学科，在高等院校生命学科的课程设置中占有重要地位，本文就如何提高学生对本门课程的学习兴趣作一探讨，以为动物细胞工程这门课程的教学改革提供参考。
关键词 动物细胞工程 教学 兴趣教学
中图分类号：G424 文献标识码：A
Interesting Teaching of Animal Cell Engineering
XU Yipeng
(Zhejiang Biometric Quarantine and Inspection and Technology Laboratory，
College of Life Sciences， China Jiliang University， Hangzhou， Zhejiang 310018)
Abstract Based on the development of modern cell biology and technology of an emerging discipline， animal cell engineering is a course that closely integrate theory and practice and that plays an important role in the curriculum of life sciences in institutions of higher learning. This article discusses how to improve the students' interest in the animal cell engineering course， in order to provide a reference for the teaching reform of the animal cell engineering course.
Key words animal cell engineering; teaching; interesting teaching
细胞工程是指按照一定的设计方案，通过在细胞、亚细胞或组织水平上进行实验操作，获得具有目的性状的细胞、组织、器官或者个体的综合性生物工程，是理论与实践相结合的典范，在现代生命科学的研究中，细胞工程是生物技术应用于产业一个技术公用平台，代表着现代生物工程最新的发展前沿，在医药、食品、农林等各领域发挥着越来越重要的作用，在高校生命学科及相关学科的课程设置中占有重要地位。动物细胞工程是细胞工程的重要组成部分，主要内容包括：细胞培养、细胞融合与单克隆抗体、胚胎工程、干细胞与组织工程、核移植技术与动物克隆、转基因动物与动物生物反应器和动物染色体工程等。通过学习动物细胞工程这门课程可以为学生今后从事与细胞工程有关的生物技术产业工作奠定良好的理论和技术基础。通过近两年的教学实践和改革，笔者就如何应用兴趣教学法提高学生学习效率和教学质量进行探讨。
1 合理定位课程，让学生充分认识到本课程的重要性
我校动物细胞工程这门课程是在第6个学期开设，学生已经完成对生物学导论、动物生物学、分子生物学、细胞生物学等必修课程的学习，这非常有利于学生对动物细胞工程课程中一些知识进行认知结构的迁移。而动物细胞工程在本校既然是选修课程，其教学目的也必然有别于必修课程。因此，教学目的的侧重点不再是让学生掌握一般的概念和原理，而是更多地让学生领悟和学会如何利用所学知识进行创造，让学生充分认识到动物细胞工程并非一门理论性学习为主的课程，而是一门理论和实践结合非常强的课程，是一门学好可以走向工作岗位的课程。笔者认为，在教授此课程时，需紧紧围绕细胞水平的技术创新和技术应用为中心，联系现代生物技术产业，使学生了解动物细胞工程各主要技术领域的原理和 方法 及其应用。
2 上好第一节课，吸引学生眼球
上好第一节课，也就为本课程的整个教学过程定下了基调。第一节课的内容无非是绪论部分，大多老师可能会对本课程的发展、地位等娓娓道来，但是却不能引起学生的兴趣，笔者尝试提问式教学代替讲述式教学收到了良好的效果。比如在讲述动物细胞工程的研究领域时，笔者就在教学PPT中列出“多莉”羊、 “人耳鼠”、“试管婴儿”、发光猫等图片尝试让学生对位入座，以激起学生的兴趣。
3 紧跟时代步伐，更新教学内容
目前细胞工程相关的教材有安利国版《细胞工程》(科学出版社)、杨吉成版《细胞工程》(化学工业出版社)、__勇版《细胞工程》(高等 教育 出版社)、庞俊兰版《细胞工程》、叙永华版《动物细胞工程》等，笔者所用的参考教材是安利国版《细胞工程》。虽然相关教材众多，但生物技术发展日新月异，教材的更新速度根本无法赶上，因此，必须及时查阅相关文献或信息，传授学生最新的知识。比如讲解胚胎工程可引入人类早期胚胎的成功培养;讲到转基因动物可引入中南大学的“供体猪”;讲到干细胞可以引入“人工肾”等。
4 以社会问题或社会需求为切入点传授理论知识
单纯理论的讲课效果，或者先理论讲解再到实际应用讲解的效果其实并不如从实际需求到理论讲解的效果好，因此笔者在讲解每个章节时尽量先引入社会问题或社会需求再来讲解理论知识，这样一来，学生课上的专注度明显提高，收到的讲课效果也非常好!比如在讲解细胞融合与单克隆抗体这章时，笔者就抛出杭州下沙企业期望与浙江高校合作解决的一些项目，其中就有不少抗体制备技术，这即刻引起学生的关注;比如在讲解干细胞这章节时，引入 “儿子严重烧伤 父亲拒用麻药割皮救子”的新闻事件，让学生重视干细胞研究的重要性;在讲解胚胎工程时，引入广州“代孕事件”。
5 合理利用多媒体技术
动物细胞工程是一门综合性很高的课程，传统的“粉笔+板书(或PPT)”的方式已经难以满足新形势下对这门课程教学的要求。现代教育技术在高等院校中已得到普及应用，通过多媒体技术，我们可以给学生展示除课本外更多的图片和视频信息，甚至可以直接在上课时在网上搜索相关信息给学生看。这些多媒体技术的应用在提高学生学习兴趣的同时，可以发散学生思维，不但可以补充书本内容，也可以提高学生对书本内容的学习效果。比如在讲解实验室的安全性时，可引入电影《生化危机》片段;在讲解细胞融合时，可引入《人兽杂交》这部电影;在讲解胚胎工程时，可辅以3D动画演示婴儿从受孕到诞生全过程;讲干细胞可引入“八戒的肝救活孙猴子”的新闻。每次课讲授时适当适量适时地引入一些多媒体图片、视频或动画信息，可以在上课之初即刻吊起学生对即将要学的知识的胃口，也可以在课中学生注意力不集中时再次把他们的注意力拉回来，多媒体图片或视频可以说是调动学生学习兴趣的一把利剑。但是这把利剑不能过度应用，否则就主次不分，学生把握不住重点，效果就会适得其反。
6 在讨论中实践实验
笔者所授的动物细胞工程有8个学时实验，实验内容为细胞培养的基本过程，基本为验证性实验，但这并不妨碍学生对知识的学习，这主要在于讨论式学习的引入。实验课之前，笔者在课堂上放映培养基过滤操作视频、细胞原代培养操作视频、小鼠心肌细胞培养操作视频等，让学生思考视频中实验人员的操作规范问题，让学生知道实验操作中的注意事项及其对实验结果的影响。在实验课中，引导学生对比实验前后结果，得出自己的结论，比如在做细胞培养基过滤实验时，教学生用倒置显微镜观察未过滤培养基的受污染情况，判断污染微生物的类型，从而让他们知道正确过滤的重要性以及如何处理受污染的培养基。
7 结语
动物细胞工程是一门综合性非常强的课程，唯有调动其学习的兴趣，学生才有学习积极性，才有可能得到好的教学效果。通过这两三年的兴趣教学法，笔者所教授的动物细胞工程深受学生喜爱，学生有时更简称笔者为“细胞老师”。当然，对于动物细胞工程课程，除了兴趣教学法外应当还有 其它 教学方法 与之相辅相成，共同达到良好的教学效果。
摘要对生物工程专业的动物细胞工程实验进行了开放式实验教学模式探讨,通过实验方案设计、方案讨论、实验操作、实验论文 报告 、实验 总结 等5个教学环节的实施,达到了较好的教学效果。同时分析了此种教学模式存在的问题与改进 措施 ,以为切实搞好开放实验教学活动提供参考。
关键词动物细胞工程;开放实验教学;教学模式;西南科技大学
AbstractThe opening experiment teaching mode in animal cell engineering experiment of bioengineering specialty was discussed in this paper. Five teaching links such as experiment project design,project discussion,experiment operation,experiment report andexperiment summary were actualized. The teaching effect was turned out fine. While,existing problems and improvement measures about this teaching mode were pointed out to provide reference for better opening experiment teaching.
Key wordsanimal cell engineering;opening experiment teaching;teaching mode;Southwest University of Science and Technology
西南科技大学地处四川省绵阳市,是中国西部的一所重点建设学校。西南科技大学生命科学与工程学院现共有7个专业,其中包括生物工程专业。由于生物工程专业是一门实验性、实践性非常强的学科,对该专业人才培养的要求是要具有较深厚的理论基础和较宽广的知识面,较强的实验、实践能力和创造能力。因此,笔者在优化理论教学的同时,也在积极思考如何加强生物工程专业的实验教学,强化实验与实践能力的训练,培养学生的动手能力,激励学生学习兴趣和创新精神,提高学生综合素质。传统的生物科学专业实验项目大多属于单一的验证性实验,且内容多是依附于各门课程的理论授课而开设,实验方法刻板,学生上实验只是被动应付、机械操作。这种“照方抓药”的实验形式极不利于学生智力的开发,限制了创造性思维的发展,不能充分调动学生的积极性和能动性。因此,生物工程专业的实验体系改革势在必行。近年来,西南科技大学加大了对本科教育的实验建设投入,大大改善了本科生实验条件。2010年,生命学院抓住学校迎接本科教学水平评估的契机,根据实际情况,申报了一个实验室建设项目“生物工程实验室建设”,得到了学校的批准并立项。在项目的实施过程中,不仅考虑了实验室软、硬条件的改善,同时也把实验教学模式的改革放到了重要的位置[1-2]。
1课程简介
《生物工程大实验》是生物工程专业的一门必修实验课,主要包括发酵工艺学、植物细胞工程、动物细胞工程3部分,在课程的教学过程中,动物细胞工程的实验周期相对稍短一些,同学们对动物细胞工程兴趣会更浓一些,因此,在动物细胞工程实验教学上应率先进行开放教学模式摸索。
2教学形式
教学共分为5部分内容,包括实验方案设计、方案讨论、实验操作、实验论文报告、实验总结。
2.1实验方案设计
笔者在进行《动物细胞工程》理论教学中,发现学生对动物细胞培养特别感兴趣。利用学生的这种好奇心理,在课程结束时,安排学生做了一个实验方案设计——小鼠××细胞系的建立,该设计既是理论课程的一个结课报告,也是本实验的一个实验指导。为节省材料,将学生分成几个大组,每个大组8个人,然后每个大组再分成4个小组,每小组2个人。每个大组发放1只小白鼠,每个小组的学生根据自己的兴趣,可自由选择目的细胞,包括肌肉细胞、肾脏细胞、肝脏细胞、肺细胞、骨髓干细胞等。这样在一个大组内就可做不同的细胞,便于同学之间的相互交流和学习,同时也节约了材料。
该次实验方案是一个完整的有关动物细胞系建立的具体方案,包括实验准备工作、培养基的配制、原代细胞培养、细胞的纯化与传代、细胞生长曲线的测定、细胞的冻存与复苏。在方案中,要求学生详细写出实验目的、实验原理、实验材料、方法与过程及注意事项,这就要求学生认真思考自己所需要的材料,因为每组学生所做的细胞不同,采用的培养及纯化方法也不相同,所需要的材料也不相同,包括需要哪些药品、试剂怎样配制、需要多少吸管,甚至连废液缸都要考虑到。这样培养了学生的主动思考能力和积极参与性,而不再像以前一样由老师准备好所有器材,自己只需要按照老师指定的步骤,将老师已准备好的试剂一一的加进去即可。
2.2方案讨论
方案设计好以后,教师进行修改,主要指出一些原则上的错误,让学生进行改进,然后进行交流。挑选一个比较典型的小组,向大家汇报,让同学来指出其设计上的不足,再在老师的指点下,比较自己的方案,这样在讨论中让学生对自己的目的和要求更加清晰。最后,给大家播放有关动物细胞培养方面的教学录像,详细介绍在操作中的注意事项,特别是一些细节问题,让同学们事先有所了解。
2.3实验操作
大家的方案在讨论和看完录像后再一次进行修改,经老师修订同意后就可进行实验操作环节。学生按大组领用所需的器材,自己进行清洗、包装和灭菌处理,配制所需的试剂,按照设计的实验方案进行实验操作。在实验过程中,由于细胞生长的进度不同,同学们需要在不同的时间来进行处理。为解决这个矛盾,实验室采取了全天开放、学生预约登记的形式,保证学生可以在预定的时间进行实验。在实验进行过程中,要求学生每天来观察细胞生长情况。
2.4实验论文报告
该实验报告采用科技论文报告的形式代替传统的实验报告,要求学生严格按照科技论文格式写出题目、前言、材料与方法、结果与分析、讨论与建议。前言部分要求学生简单介绍实验的原理与目的,由于动物细胞原代培养与细胞纯化的方法很多,多种方法大多可以使用,学生甚至可以同时使用不同的实验方法进行,但要求必须写出选择此方法的依据。材料与方法部分要尽可能详细,以锻炼学生自己动手准备实验的能力。实验结果要实事求是地记录下来。讨论为重点部分,要求结合理论知识对实验结果进行分析、综合、归纳和推理。若结果与预期不符,应分析原因,列出改进措施。最后,要求学生对此次实验教学提出自己的看法和意见。
2.5实验 总结
课程结束后要对此次实验的情况进行总结,对出现的一些典型的情况进行分析。比如染菌严重等。分析其可能的染菌环节,及操作上的一些不正确的地方,让学生明白自己的不足之处。
3教学效果
此次开放实验教学,总体来说还是取得了较为满意的效果,与以前传统的实验教学方式相比,该教学主要达到了以下目的[3-4]:
3.1真正做到了理论和实践相结合
由于《动物细胞工程》是一门理论与实践结合非常紧密的课程,在课程讲授过程中,会涉及到许多与实验操作有关的知识,而学生以前并没有相关知识的积累,讲解起来非常空洞。比如,在讲授原代细胞的制备方法中,会包括酶消化法和组织块法2种方法,这2种方法有何优缺点,应怎样根据实际情况进行选用等,这类知识教师通常在课堂讲授时只讲一些基本的理论知识,而具体情况需同学们通过自己的实践和相互交流就得到深刻的认识。
另外,由于要求学生自己动手设计实验方案,而方案的设计必须建立在踏实的理论知识基础上,这就要求学生在实验方案设计的同时,必须理清楚方案设计的理论依据,同时也培养了同学们查阅资料、阅读 文献的能力。
3.2有效培养了学生的动手能力、思维能力,训练了从事科研工作的基本功
由于实验带教老师仅指出实验的名称,提供与本实验相关的实验器材、试剂、动物等,其余由学生通过阅读教材、查阅资料,明确实验目的、实验方法与步骤、注意事项等内容,并在此基础上按步骤进行操作。在教学过程中,学生始终处于主体位置,教师则处于主导位置。学生在实验中必须充分应用所学的理论和已掌握的技能,完成整个实验,包括实验的设计、操作的步骤、仪器和材料的选择、结果的分析等。其中每一步骤对学生来说都是全新的,充满了挑战性,试验结果不是预先知道的,学生必须对实验中出现的异常现象及时分析,并提出相应解决办法,这就要求学生要有严密的实验思路和严谨的 科学态度,调动学生的主动性。比如器材的清洗、包装、灭菌等工作,平时大家都不太重视,而通过实验,就有了切身体会,有的同学在做过滤除菌制备培养基时,由于无菌工作未作好,导致培养基染菌变浑浊而只能重做。由于各小组的实验材料和结果都不相同,也进一步拓宽了学生的知识面,充分挖掘了学生的创造才能,促进学生科学素质的提高,培养学生的综合能力。
实验结束后要求学生按照 论文的格式和规范撰写实验报告。对于普通高校的大多数学生来说,撰写论文是一件遥不可及的事情,现在他们具有了论文的素材,就可以模仿科技论文的写作要求去完成,使学生获得了撰写科研论文的训练,掌握了从事科研工作的基本功。
3.3加强了老师和学生之间的交流,增进了师生感情
由于学生频繁出入实验室,与老师接触的时间增多,师生之间可广泛的进行交流,可以加深学生对老师的理解、对教师行业的尊重。
3.4培养了责任心和科学态度,提高了兴趣,增强了自信心
实验分小组,做到任务到人,每个人对自己培养的细胞都爱护有加,这种负责任的心态是在做别的实验时看不到的。与以往实验不同,同学之间是用自己的劳动成果做比较,都格外努力。成功的同学根据自己的想法做设计、做实验,获到了很好的结果,会产生一种自豪感和自信心。而失败的同学虽然有一些丧气,但在认真总结教训和向成功同学取经的基础上,在第2次实验中还是会得到满意的结果。另外,由于实验过程中需要同学之间相互合作、协调进行,增进了同学的团结、互助、协调的精神。
3.5提高了师资队伍水平和实验教学质量
开放式教学中一些实验内容反映了当代科学技术的 发展水平,涉及的知识面广。教师不仅要有本学科扎实的理论基础、较好的实验技能,还要加强业务学习,不断更新自己的知识,这在新实验开设和学生科技创新活动中显得尤其重要。可以说开放教学提高了师资队伍业务水平。从传统的实验教学到开放性实验教学的转变不仅对教学双方产生巨大影响,对提高实验室的建设和管理水平也会起到不可估量的作用,这种改革无疑会使实验室的各项工作发生质的飞跃。开放实验维护了学生的原创精神,能使学生在宽松的实验环境中实现从被动学习到主动学习的转变。可以说开放实验是实验教学中实现因材施教的必由之路,是培养学生创新能力的必备条件。
4存在的问题与改进措施
4.1实验室配套设施不完善
由于实验人数剧增、延续时间较长,仪器设备接待能力明显不足。因为细胞培养严格要求无菌操作,所以,大部分操作都在超净台上进行,这样就造成对超净台需求的矛盾。而且,因为同学们大多是新手,操作时非常小心、谨慎,这样也常常导致不能按照预定的时间结束实验,设备流动速度慢,同学们等待时间较长。另外,由于学生人数多,人流量大,导致无菌室有名无实,也由此使一些同学的实验材料被污染。
4.2增加了教师的实际工作量
设计性实验教学比单项实验教学工作量大、持续时间长。为了充分利用设备,缓解实验室设备紧张的压力,在一个规定的时间段,采用了学生预约、全天开放的实验模式。为了做好实验,同学们无论中午、晚上,只要有时间就可以到实验室做实验,由于学生以前没有受过这样的训练,教师必须随时在场给学生提供帮助,这就要求教师做出更多的奉献。另外,由于学生采用了各种各样的材料,教课老师需要查阅大量的资料,自己做一些预备实验,这样才能更好地指导学生。
4.3加大了实验费用开支
实验要求学生自己准备实验材料和试剂,这比教师统一准备要消耗更多的实验试剂和材料,从而加大了实验费用开支。而且由于大家所采用的实验材料不一致,虽然老师在审阅设计方案时,取消了一些耗费较大的项目,但是仍然需要准备各种实验相关试剂和材料,也造成了实验开支的大大增加。
5结语
与课堂理论教学相比,实验教学更有利于培养学生的创新能力,实验室是让学生学会从实践中发现问题、解决问题和将所学知识运用到实际中去的重要场所,是培养具有创新能力的科学研究和应用人才的实践基地。而要真正上好实验课并非易事,综合性、设计性实验教学仍有待进一步完善。
6 参考文献
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工业工程在国内企业，尤其是大型企业的应用研究，作为一个具有很强的理论和实际意义的课题，被推到前所未有的显要位置。下面是我为大家整理的工业工程系研究 毕业 论文，供大家参考。
任务导向工业工程实践研究
1实践过程
小组成员进入企业生产现场实地观察、观测、搜集与企业相关的文档资料，并多次与企业相关部门负责人讨论，通过与企业生产现场6S管理的标准做对比(例如生产现场作业地面和容器货架的标准要求：地面物品摆放时应有定位、标识，地面应无污染、无积水、无油污、无卫生死角、无杂物、主干通道畅通，标志线清晰、区域划分合理，区域线与标识清晰无剥落、安全警示区划分清晰并有明显的警示标志、容器、货架本身标识明确，无过期及残余标识等、容器、货架无破损及严重变形等)，发现生产现场生产线工位器具定置以及生产线功能区域划分等方面存在很大的问题，因此企业生产现场成为我们的重要目标，经过反复研究最终我们把调查对象锁定在生产现场的中层领导和生产现场基层工作人员。
1.1基层工作人员调查
根据对企业负责人的访谈，我们发现生产现场存在问题具有代表性的有以下几个部门，机加车间、装配车间、连杆车间、动力处和物流处。我们小组分别针对这几个重点部门，并且运用工业工程基础、精益生产、统计学的相关知识，设计了6S管理问题调查问卷。对调查问卷做出以下要求：问卷设计的方面有整理、整顿、清扫、素养、办公室清洁和安全。对于整理方面，主要从作业场所、休息区和物品摆放情况展开;整顿方面，从物品的定位、标识问题进行调查;清扫重点从作业场所、设备完好情况、通道线、周转车、周转器具和动力总成出库、零部件入库进行;素养，主要从工作人员的着装、个人行为习惯、休息室的环境和工作人员食堂就餐环境就行调查;办公室清洁从工作室的固定物品摆放情况、文件资料的摆放以及室内的卫生等进行;而安全问题主要从工作人员的 安全 教育 知识掌握情况进行调查。问卷设计内容，一部分是属于被调查者能够直接回答比较浅显的内容;另一部分是需要被调查者经过仔细思考才能得到的内容，这部分的问卷设计就是符合5W2H的应用 方法 。之后分别对五个典型部门的生产现场基层工作人员进行问卷调查，成功发放调查问卷，并对问卷进行统计汇总，与企业生产现场6S管理的标准做对比。
1.2企业相关负责人调查
对现场工作人员展开问卷调查的同时，我们小组成员对机加车间、装配车间、连杆车间、动力处和物流处五个典型部门相关负责人进行了交谈。通过交谈，了解企业生产现场管理中存在的问题：上级任务下达的及时性、基层工作人员完成作业的有效性之间存在的矛盾，生产现场管理政策执行力度不到位，管理制度不完善、检查部门之间的互检性差、作业现场无效劳动人员普遍存在，生产无计划以及物料浪费严重等。并依据企业相关文件资料介绍，更深层次的发现问题，以便提出高质量的解决对策。
2 总结
本次调研达到了6S管理改善管理的目的，企业在实施改进 措施 时取得了一定的效果。这次实践提高了学生的 社会实践 能力，增强了运用知识解决实际问题的能力，有利于对理论知识的转化和拓展。
神经人因实验工业工程论文
一神经人因实验在工业工程学科中的应用
Kim等将影响生产系统的因素主要分为四大类，即人的因素、技术因素、结构因素和任务因素，并认为其中人的因素处于系统中四大因素之首的地位。当今的生产系统要能在新的复杂环境下进行有效决策和响应，应当对人的因素投入更多新的研究技术。这其中就包括神经人因实验的技术。神经人因实验以其能深入人的大脑思维和身体的生理反应层面所表现出的优势在工业工程领域备受瞩目。目前，各国学者在尝试运用神经人因实验来研究工业工程学科中的各项主题，神经人因学的提出者Parasuraman将神经人因实验的发展方向主要归纳为:多任务下脑力负荷的研究、个体认知差异的研究等。工业工程学科的实验教学与研究正由过去主要运用传统的行为学的研究方法向主要运用现代的神经人因实验的研究方法转变。
1神经人因实验在多任务脑力负荷研究中的应用
脑力负荷，是指工作者为达到作业标准而付出的注意力大小，其影响因素包括工作任务量的大小、工作时间要求、工作者素质和能力要求、工作者工作意愿以及工作环境和由环境引发的工作情绪等。在当今高度现代化的生产中，生产人员从过去大部分需要自己手工操作机器设备到现在更多地是监控自动化系统的运行。分布式的大型生产系统要求监控者管理更多的机器设备，各种工作任务以并行的方式将各种信息传送给高级的人机交互集成系统，人机交互集成系统将信息融合后以各种通道的方式呈现给监控者。在这种分布式的多任务并行处理的生产模式中，监控者需要监控大量的机器设备，感知和分析各种类型的数据信息，其脑力负荷较过去成倍增长，传统的行为学实验已经难以对多任务下的平行加工进行研究，而神经人因实验恰能对由过去经典的聚焦型注意转向分散型注意的多任务下脑力负荷进行有效测量。神经人因实验针对工作者在多任务监控过程中涉及到的对多种工作信息的自动感知、选择性注意以及敏捷操控，能够有效度量同时应对多项工作任务的脑力负荷。近年来，在工业工程的人的因素研究领域中，北京航空航天大学的人机与环境工程系运用神经人因实验系统地开展了多模式飞行模拟任务下飞行员的脑力负荷测量与评价。实验人员使用脑电的事件相关电位实验技术，选取听觉失匹配负波脑电成分为实验指标，采用oddball的神经人因实验范式，将听觉失匹配理论用于飞行员的脑力负荷评价中，在9种模式的飞行模拟任务条件下进行飞行员的脑力负荷测量，通过让被试者完成模拟飞行任务的同时，测试非注意条件下飞行员的听觉失匹配指标，得到脑力负荷与脑电的听觉失匹配负波同向变化的规律，为飞机座舱显示界面的设计提供了依据。除了航空领域，神经人因实验也能应用于道路交通、船舶航行、高危行业工作人员的脑力负荷度量。
2神经人因实验在个体认知差异研究中的应用
工业工程学科的主要任务是要对生产及服务系统中的人、机器、物料、环境和信息进行整体设计、评价和优化，在这些过程中，个体认知差异在感觉、动作和情绪过程中形成对各项任务的胜任力和局限性，由此产生的人的不同行为作用于技术系统和环境系统，最终影响整个系统的工作绩效。Karwowski从“人—技术—环境”3个系统之间的关系出发，认为人的不同行为是整个系统工作的核心，因此个体认知的差异是工业工程研究的重点。由于过去受实验技术条件的限制，对于人体认知的差异只能从外在行为学观察的角度进行实验。随着对被试的无损伤的神经测量技术的进步，神经人因实验现在能在大脑思维的层面从人的内在生理数据采集出发，进行基于人的生理与心理分析的个体认知差异实验。近年来，众多学者开始引入神经人因实验的技术，针对个体认知差异开展工作过程中个体和群体的心理与行为反应规律的研究。浙江大学神经工业工程团队通过采用神经人因实验中的事件相关电位技术，进行工作人员对安全标志信号词的感知和评价的神经过程实验。研究发现:人对安全标志信号词的处理过程分为早期感知和信息评价两个阶段，安全标志信号词的主观风险感知存在差异，不同的安全标志信号词能够传递不同的风险信息，人对安全标志信号词的认识会受到情绪的影响。这些研究结果为安全管理中的安全培训、安全标志信号词的设计及使用提供了依据。神经人因实验将在 系统安全 、产品可用性、职业安全等领域的个体认知差异研究方面有着广泛的应用前景。
二神经人因实验实例神经人因实验的过程
一般分为实验前的实验设计、实验实施和实验后的数据处理和分析。相较于以往的工业工程实验，神经人因实验的不同之处在于:在实验前的设计阶段，要根据实验目的选取合适的神经实验技术，比如事件相关电位技术、生物反馈技术、眼动技术、功能性核磁共振技术、脑磁技术、近红外脑成像技术等。在明确了具体的神经实验技术后，采用相应的实验范式设计实验，比如go-nogo范式、oddball范式、等概率范式、n-back范式等。在实验过程中，需要严格按照神经实验的国际规范开展神经人因实验。实验后要根据神经实验的统计分析方法进行神经测试数据的统计分析，在此基础上进行讨论并得出神经人因实验的结论。下面以笔者开展的一例关于船舶数字化界面测试的神经人因实验来展现神经人因实验的一般过程和方法。该实验使用真实的海洋工程船拖缆机的自动化控制界面作为刺激材料，通过模拟拖缆机的现实工况，让被试者在执行监控拖缆机卷筒转速变化任务的同时，感知自动化控制界面中的事故报警信号的变化，通过认知神经实验测试应急人员对事故报警信号的反应能力，从大脑思维的层面直接揭示船舶操作人员在事故信号变化下的应急反应机理。
1实验前准备
参考神经人因实验中关于视觉失匹配的论文，实验被试的数量分布在8～12名。本实验选择12名健康人员参加实验(6位男性，6位女性，年龄24～30岁，平均年龄25.5岁，均为右利手)，所有被试者实验前24h内未曾服用镇静催眠药物或者精神活性类物质。均向每位参加实验人员支付了被试费(20元/h)。每位被试均具有正常的视觉敏锐度和正常的色彩分辨力。本实验遵守《赫尔辛基宣言》，每位被试在实验前均签署了实验信息的知情同意书。被试在充分理解实验内容和进行练习后进行正式实验。实验刺激材料由E-Prime0软件编写和呈现，刺激材料采用的是海洋工程船拖缆机的自动化控制界面，显示于19寸液晶 显示器 中央。所有刺激材料的大小、亮度、对比度等指标一致。在实验刺激材料中，界面中央的数字表示拖缆机在正常工作情况下的卷筒速度为7.5m/min，界面两侧的图形符号代表拖缆机的系统压力报警信号，正常状态下为绿色，形成实验的标准刺激。异常报警时为红色，形成实验的偏差刺激。界面中的报警信号有5种类型的变化，分别为颜色、持续时间、朝向、形状和大小的不同变化。5种类型刺激融入一个完整的oddball实验范式中，在同一实验环境下测试这5种类型刺激变化下被试者的视觉失匹配指标。
2实验过程
实验在隔音、光线事宜和电磁屏蔽的房间中进行，被试者取舒适坐位，距离显示器1m。被试者被要求注视屏幕中的拖缆机控制界面。界面中央为拖缆机在工作情况下的卷筒速度，正常状态下为7.5m/min，超过允许的速度范围后，要求被试者尽快和尽可能准确地进行相应的反应动作，规则为:当速度由7.5增大为7.9时按键盘“Z”键，当速度由7.5减小为7.1时按键盘“/”键。这一工作任务代表拖缆机的监控者对卷筒工作速度的实时调整。在实验的过程中，被试者被要求专心完成拖缆机卷筒速度的监控工作，忽视界面两侧系统压力报警信号的变化。界面中央数字的变化与两侧报警信号的变化无关联性。通过这一设定，形成对报警信号的非注意，真正做到对任务不相关的刺激材料变化的视觉失匹配的检测。实验包括3个块(Block)，每个块开始的前15个刺激为标准刺激，以形成一个记忆模板。每个块之间有一个休息过程，中间休息的过程由屏幕中的休息提示呈现，被试休息好后，按空格键继续。整个实验用于记录和分析的标准刺激有450个，每种类型的偏差刺激各有90个。整个实验大约用时18min。
3实验后数据处理和分析
使用脑电分析软件对实验数据进行离线分析。首先对原始脑电数据进行DC校正，然后进行脑电预览，拒绝具有明显漂移或杂质的脑电数据。接着去除眼电对 其它 导联数据的影响。然后进行脑电分段，分析时程为刺激后400ms，基线为刺激前100ms。接着进行基线校正，然后去除伪迹，波幅大于±100μV者被视为伪迹去除。接着分别对标准刺激和各类偏差刺激的脑电进行分类叠加平均，然后进行20Hz无相移低通数字滤波，最后将偏差刺激与标准刺激相减，得到视觉失匹配脑电波形(时间窗口:150～200ms)。统计分析时采用SPSS17.0统计软件对视觉失匹配数据采用重复测量方差分析，因素分别为视觉失匹配类型(颜色、朝向、持续时间、形状、大小)×大脑半球(左、右)。可采用Greenhouse-Geisser法进行校正。分别列出了五种视觉失匹配的均值、标准误差和95%置信区间。描述性统计结果显示，视觉失匹配脑电波幅由大到小排列依次为:朝向偏差引起的失匹配、形状偏差引起的失匹配、颜色偏差引起的失匹配、持续时间偏差引起的失匹配和大小偏差引起的失匹配。根据球形检验(Mauchly’sTestofSphericity)的统计结果，Mauchly的W=0.451，Sig.=0.592，表示各组间的方差矩阵接近相等，故接受球形假设，应接受“SphericityAssumed”的分析结果:各类型视觉失匹配脑电数据的重复测量结果之间的差异显著(F=193，p<0.05);大脑左右半球间的差异不显著(F=336，p>0.05);“视觉失匹配类型”与“大脑半球”的交互作用差异不显著(F=1.296，p>0.05)。根据实验的重复测量方差分析结果和脑电图(见图1)，五种类型的视觉失匹配的主效应差异显著。实验结果说明采用oddball实验范式在同一个刺激序列中，不同类型的自动化控制界面的报警信号分别成功诱发出相应的视觉失匹配脑电波;各种类型的视觉失匹配之间的差异显著，视觉失匹配脑电波幅由大到小排列依次为:朝向偏差引起的失匹配、形状偏差引起的失匹配、颜色偏差引起的失匹配、持续时间偏差引起的失匹配和大小偏差引起的失匹配。2D脑电电位分布图可看出，视觉失匹配在人脑的颞枕区最为明显。根据实验结果，可以指导设计人员在设计自动化控制界面时，优先选用视觉失匹配强的信号作为自动化控制界面的安全报警信号，以提高安全报警信号的感知效果，从而提升人—机系统的应急反应能力。
三结语
神经人因实验以其能深入探究生产作业中人的生理和心理的技术优势而在第三代工业工程的实验教学中占据重要地位。相较于以往工业工程以行为观察和问卷调查为主要手段的实验技术，神经人因实验不仅能有效将人的认知过程与行为过程相分离，避免认知与行为两者在实验测度上互相混淆，而且能研究工作中的人的内隐行为，解除人类内部认知过程的黑箱，通过神经人因实验揭示生产信息加工中各环节内隐行为的认知机理。因此，神经认知实验借助最新的神经测量技术手段和设备，突破过去工业工程实验教学的局限，满足第三代工业工程的教学与研究要求。随着当今生产自动化的程度日益提高，人机系统中的人的因素逐渐成为系统优化的瓶颈，随之而来的是人的注意力分散、警戒水平下降、人误概率增加等一系列问题凸现。神经人因实验能有效进行多任务下脑力负荷、个体认知差异等研究，揭示上述问题形成的机理，提供测度和评价指标，为改进和优化薄弱的人的因素提供客观依据。神经人因实验有其自身独特的研究方法和过程。本文通过一例具体的关于船舶数字化界面测试的神经人因实验展现了该类实验的实验范式选择、实验数据采集与分析等一般过程和方法。
本科生培养模式下工业工程论文
1国内外工业工程本科生培养模式对比
1.1国外工业工程专业本科生培养模式
美国佐治亚理工学院在1924年建立了工业与系统工程系。他们认为，在当今信息社会中，传统的工业工程专业技术已经不能满足现代制造业和服务信息系统等企业的分析、设计和改善等多方面需求，只有借助计算机技术才能更好地发展工业工程技术。通过调整工业工程本科生的培养模式，更好地为社会提供具有复杂系统的监测控制和优化能力的工业工程师。该校重点培养学生的专业技术，开设众多具有特色的专业课程，其中包括:基础统计方法学、工程经济学、质量工程、随机制造与服务系统、仿真系统、供应链建模概论、工业工程建模、工程优化、健康系统概念、人机集成系统设计、物流学、技术预测与评价、机器人与自动化数据采集应用等课程。英国诺丁汉大学的工业工程专业主要开设制造工程和管理专业有关课程，他们致力于培养制造和管理工程师，使之能够通过生产和管理等措施达到降低生产成本、改进产品质量和提高生产率的目标，从而保持并提高企业的竞争力。第一学年主要安排制造工程和管理的基础课程以及分析方法的课程。第二学年制造工程领域的课程包括基于制造的设计模块，自动化模块和制造过程模块;管理领域的课程主要有工业关系模块，质量工程模块以及商业会计模块。在第三学年，学校安排了广泛的选修课程，使学生可以根据各自的 兴趣 爱好 选择所修课程。而在第四学年，诺丁汉大学加强了实践教学，通过与众多企业建立合作关系，为学生安排与本专业相关的实践活动，对实际研究项目进行调研、分析和答辩，进一步培养学生应用专业理论知识解决实际问题的能力。
1.2国内工业工程专业本科生培养模式
上海交通大学的工业工程专业设置在工科院系，学生具有扎实的专业技术，有较好的工科基础，不仅掌握工程专业技术还掌握计算机、管理和工业工程专门技术，是社会急需的既懂技术又擅长管理的复合型专业技术人才，主要研究方向包括:
(1)生产与服务系统工程;
(2)现代物流工程;
(3)生产与服务系统规划、设计与控制;
(4)质量与可靠性工程。但是，学校安排的实践课程和去企业实习课程少，学生动手实践能力不足。天津大学工业工程专业隶属于管理学院，这种模式的专业基础为管理学、管理经济学、系统工程学、运筹学和一门工程学科(以机械工程为主)。本科毕业生需掌握工作研究、生产计划与控制、先进制造系统、物流工程、质量管理与控制、工程经济学、成本控制、人因工程和管理信息系统等工业工程专业知识和技能，成绩合格毕业授予管理学学士学位。其专业培养目标是旨在培养具有管理学、经济学和系统工程理论与方法的坚实基础，懂得自然科学和社会科学的基本理论，拥有扎实的专业工程技术。
主修课程:管理学、 市场营销 学、运筹学、应用统计学、经济学、企业 财务管理 、会计学、管理信息系统、经济法、工程经济学、系统分析、机械设计基础、现代制造技术、基础工业工程、质量管理、成本控制、生产计划与控制、精益生产、物流工程、可靠性工程、人机工程学、实验设计、制造系统仿真、工业工程应用与实践等。由此可见，学校基础课程比例高，而专业工程类课程比例较少。
由上述典型高校工业工程培养模式可知，我国高校工业工程专业的课程设置中管理类课程所占比重较高，而国外高校的工业工程专业课程安排大多以工程学科内容为主，管理类内容为辅。从专业实践能力来看，美国高校的工业工程专业更注重培养学生的实践动手能力。许多学校都安排了与机械有关的工厂实习和实际项目研究等方面的学习，使学生有机会获得生产第一线的基础 经验 ，不仅为以后工作打下了良好的基础，也使学生对所学专业内容有了具体的认识，对以后学习工作都有很大帮助。学习最终是为了投入实践，我国的工业工程专业也应该进一步加强学生实践能力的培养，真正做到理论与实践相结合，为国家和社会培养出优秀的工业工程专业人才。
2对国内高校的几点教学建议
根据各大高校的调查研究，我国现存教学方案存在以下不足: 教学方法 古板;教学实践环节薄弱;课程结构不合理;学生学习目标不明确。针对以上不足，现提出以下改革建议:(1)大力推行以学生为主体的启发式教学，改变学生思维模式。在国外经济发达国家，实行以学生为中心的启发式教学，以启发学生的思维为核心，促进他们生动活泼地学习，而我国采取的是以教师为中心的灌输式教学。启发式教学的特点是调动学生的主动性，启发学生独立思考，发展学生的 逻辑思维 能力。美国本科教育采取启发式互动教学方法，教师提问，学生分组讨论。只有每个学生都积极地进行讨论，才能真正参加到学习过程中。他们把学生在课堂上的活跃度作为平时考核很重要的一部分;
(2)将课程设计作为考核科目，锻炼动手能力。首先，手的操作不仅可以促进视觉、触觉、感知能力的发展，还可以增加身体协调性。其次，通过动手设计，可以掌握其产品原理和方法，对理论的理解更加深刻。再次，通过具体的实践操作把知识从课堂延伸到具体研究项目的执行、完成，为未来的学习、工作做好准备;
(3)实施开放式教学，完善课程结构。开放式教学的核心是学生自主探究，主动参与学习到过程中，突出展现了学生的主观能动性。教师在教学过程中不只是注重学习内容，重要的是从学生的实际需求和兴趣爱好出发，让学生选择所学内容，培养积极价值观。目前，开放式教学主要采用案例教学、项目教学和模拟教学等多种开放性的教学方法。案例教学法，一般来源于真实的生活环境，通过相似的组织结构、人员关系与时间，运用同样的资源约束、竞争压力、数据和信息，从总体战略的角度出发，培养学生的政策观点和解决实际问题的能力。
项目教学法，由学校和企业合作组成小组，深入实践第一线，在解决实际问题的同时，学习如何运用已有的知识，在实际操作中获取解决问题的能力。模拟教学法是计算机虚拟现实技术的使用，通过模拟企业实际的情况以及所面临的市场环境的复杂流动，来制定相应的营销策略，以培养学生解决问题的能力。在国外，一些知名大学几乎没有统一教材，学生也没有统一的课本。
教师总是想方设法地挑选最新的、最有发展前途的、就业率最好的内容来进行教学。毫无疑问，不局限于教材、注重实践能力培养的开放式教学更容易培养出适合社会需要的人才;(4)加大工厂实习力度，明确学习目标。注重理论教育的高校，很多学生不知道所学习的知识到底可以用在何处，以致最后渐渐失去了兴趣，没有了学习目标和学习动力。学校可以结合学生的就业，有针对性地选择典型的行业和企业，尝试建立校外实习基地。在学习过程中引导学生对企业生产经营中存在的实际问题进行分析，提出改革方案，实现校企共赢。
3结语
通过对国内外高校工业工程本科专业人才培养模式的对比研究，从而了解到国内外在工业工程专业人才培养上存在课程设计、培养目标等方面的差异，找出我国高校现存的工业工程专业人才培养模式的不足之处。从而调整现有工业工程专业的培养计划，不断优化培养方案，为制定和完善符合现代工业工程发展的专业人才培养模式提供参考。
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MATLAB在化学工程与工艺
实验数据处理中的应用*
摘要]本文对MATLAB在化学工程与工艺实验中的应用进行了初步的尝试,传统的化工实验的数据
处理是相当复杂的,需要花费大量的人力物力,由于化工实验需要平行实验,数据处理过程的重复性也
非常大。借助MATLAB软件的应用,可以使人们从大量的数据处理当中解脱出来。本文以“化工原
理”实验为例,利用MATLAB软件编写一个数据处理程序:只需输入任意一组原始数据,就可以把实验
结果,数据模型以及作图一起显示出来。
[关键词]化学工程与工艺;专业实验;数据处理;Matlab
一、引言
化学工程与工艺专业实验是初步了解、学习
和掌握化学工程与工艺科学实验研究方法的一个
重要的实践性环节。专业实验不同于基础实验,
其目的不仅仅是为了验证一个原理、观察一种现
象或是寻求一个普遍适用的规律,而应当是为了
有针对性地解决一个具有明确工业背景的化学工
程与工艺问题。[1]化工实验的特点流程较长,规模
较大,数据处理也较为复杂。因此依靠计算机处
理数据会使繁琐的数据处理过程变得简单快捷,
大大提高工作效率。
数据处理是每一个化学工程实验必不可少的
步骤,也是至关重要的一个步骤。通过实验可以
建立过程模型、分析工艺技术的可行条件。但是
化工实验数据的处理往往并不是那么简单,它需
要通过复杂的数学计算,若仅仅依靠手工计算则
需要花费大量的时间,而且化工实验数据的处理
量很大、重现性很高,因此应用计算机来处理实验
数据可以大大提高工作效率。
化学工程与工艺专业是一个以实验为基础的
专业学科。实验的目的是通过有限的实验点去寻
找某一对象或某一过程中各参数之间的定量关
系,从而揭示某化工过程所遵循的客观规律。由
于人力、物力、时间等条件的限制,任何实验所能
完成的实验点都是有限的,如何根据这些有限的
实验点归纳出各参数之间的关系,便是实验数据
的处理问题。
由于化工过程的复杂性,实验过程中各参数
之间的关系往往是非线性的,数据处理或数据拟
合的工作量往往比较大,且计算过程也比较繁琐。
若能利用计算机进行数据处理,不仅处理结果的
准确度很高,而且还会省下很多不必浪费的人力
和时间,大大提高了工作效率。
Matlab是集数学计算、结果可视化和编程于
一身,能够方便地进行科学计算和大量工程运算
的工程软件。它具有简单易用、人机界面良好,能
使繁琐的科学计算和编程变得日益简单和准确有
效。[2]
本文以两个化工原理实验为例,阐述利用
Matlab软件处理化工实验数据与人工处理相比
较带来的方便,而且数据的结果更精确,误差更
小。
Matlab软件是一种简单易学的编写语言。
它具有支持多平台操作系统(Windows、Unix
等)、编写效率高、用途广泛、功能超强、程序极容
易维护等等优点。
二、数据处理程序的设计
(一)程序框图
由于化工实验有很多,而且每一个实验数据
的处理的步骤、公式都不一样,所以很难用一个程
序来描述。但是,每一个实验都有类似之处,因此
每一个程序都可以用如图2-1来描述。
这样则可以利用Matlab中的polyfit()函数
进行线性拟合,此即为本文编写数据处理程序的
基本原理。
3.基本数据库
从文献中只能查出特殊温度下的物性数据。
例如:10℃、20℃、30℃等。但是工业生产中的温
度就不可能那么凑巧和文献符合,因此,需要我们
进行计算。平时学习中遇到这样的问题,我们往
往是选两个相近的数据近似认为它们是线性关
系,然后采用内插或外推法计算出工作温度下的
物性常数。
本文中所编写的程序把温度与密度、温度与
粘度进行多项式拟合,使它们之间有两两对应关
系。即在程序运行后,只需输入工作温度,程序就
可以得到该温度下所需的物性常数。
(三)程序的调试与运行结果
1.流体阻力原始数据输入
三、结论
在化学工程与工艺实验中用Matlab软件处
理实验数据是很有必要的。以本文中的化工原理
实验为例,每一次实验都有大量的数据要处理,我
们只要处理自己的原始数据,但教师在批改时就
要把我们所有的实验数据都要计算,这个工作量
是很大的。有了数据处理程序,教师只需要输入
原始数据,运行程序后,就可了解学生的实验是否
做得好、实验数据处理结果是否准确,这就可以节
省很多的时间。在实际工程中,需要处理的数据
更多,计算公式更加复杂,有时为了导出计算公
式,还需要建立复杂的数学模型,手工计算基本是
不可能完成的。因此,把Matlab软件应用到化学
工程与工艺实验中进行实验数据的处理是十分必
要的。(责任编辑:张明德)
参考文献:
[1]房鼎业,乐清华,李福清主编.化学工程与工艺专业实
验[M].北京:化学工业出版社,2000.
[2]李丽,王振领编著.MATLAB工程计算机应用[M].
北京:人民邮电出版社,2001.
[3]黄华江编著.实用化工计算机模拟———MATLAB在
化学工程中的应用[M].北京:化学工业出版社,2004.
[4]姚玉瑛主编.化工原理(新版)(上册)[M].天津:天津
大学出版社,2003.
