對體力勞動負(fù)荷與疲勞測定實驗的思考和設(shè)計

廖 斌，楊 琴，魯 茂，馮海榮

(四川師范大學(xué) 商學(xué)院，四川 成都 610101)

隨著科技的進(jìn)步、社會的發(fā)展和人類文明的不斷提高，人們對工作和生活質(zhì)量的要求也越來越高。這也導(dǎo)致現(xiàn)代社會越來越重視人的因素，強(qiáng)調(diào)以人為本，一方面重視發(fā)揮人的主觀能動性，提高工作效率；另一方面強(qiáng)調(diào)為人提供舒適的工作環(huán)境，確保勞動者的身心健康。人因工程是實現(xiàn)這一目標(biāo)的重要學(xué)科[1-3]。

人是工作系統(tǒng)中最活躍且最具不確定性的因素，是否具有良好的生理和心理狀態(tài)便成為工作系統(tǒng)能否可靠、高效運行的重要條件[4]。由此，研究作業(yè)者勞動過程中的生理和心理參數(shù)與勞動負(fù)荷、勞動能力之間的關(guān)系便成為人因工程學(xué)科中重要的基礎(chǔ)性內(nèi)容之一。在人因工程的教學(xué)過程中，通過開設(shè)“勞動負(fù)荷與疲勞測定”實驗指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握該部分內(nèi)容。一般情況下，隨著體力勞動負(fù)荷的增加，作業(yè)者的疲勞程度相應(yīng)提高，繼而導(dǎo)致工作效率、精度都會有所下降，比如反應(yīng)時增加、兩點刺激敏感閾限增加、閃光融合值上升等[5]，但是在多年的教學(xué)過程中獲得的實驗數(shù)據(jù)卻與這一理論存在較大的矛盾。本文對相關(guān)因素進(jìn)行分析，并對該實驗進(jìn)行重新設(shè)計，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中能真正實現(xiàn)理論和實踐的結(jié)合。

1 原實驗存在的問題及分析

1.1 原實驗方案

疲勞分生理疲勞和心理疲勞(本文討論的為生理疲勞)。隨著體力勞動負(fù)荷的增加，人的疲勞程度會有相應(yīng)的提高。迄今為止，人們?nèi)匀粺o法清楚地解釋疲勞的本質(zhì)，所以還沒有一種方法能直接測定疲勞程度[6-8]。但是疲勞產(chǎn)生后會引起相關(guān)生理和心理指標(biāo)的變化，基于這一點，一般通過測定生理和心理指標(biāo)的變化來間接測定疲勞程度。常用的生理和心理指標(biāo)一般有：反應(yīng)時(簡單和選擇)、兩點刺激敏感閾限、心率、記憶實驗、注意廣度、購銷實驗、閃光融合閾限、膝腱反射機(jī)能等[9-10]。

(1) 原實驗方案中選取測定指標(biāo)：簡單反應(yīng)時、兩點刺激敏感閾限、心率。

(2) 實驗設(shè)備：勞動負(fù)荷的發(fā)生裝置選用澳瑞特多功能電動跑步機(jī)JS-5047M，通過調(diào)節(jié)跑步機(jī)速度來實現(xiàn)控制被試負(fù)荷大小的目標(biāo)；手腕式心率計wi81845，可以將瞬時心率值準(zhǔn)確測量；EP202/203反應(yīng)時測定儀，可以測量簡單反應(yīng)時和選擇反應(yīng)時；EP506兩點閾測定儀，測量兩點刺激敏感閾限值。

(3) 被試：分男女各6組，每組4人，為大三學(xué)生。

(4) 實驗步驟和內(nèi)容：在實驗室內(nèi)，每名被試需要測試3 km/h、5 km/h、7 km/h、9 km/h共4個負(fù)荷等級的測試。每名被試每次測試前需要測量其安靜狀態(tài)下的心率、反應(yīng)時、兩點刺激敏感閾限值。勞動者在從事體力作業(yè)時，大約經(jīng)過4～5 min即可到達(dá)與勞動強(qiáng)度相適應(yīng)的水平，進(jìn)入作業(yè)階段的穩(wěn)定期[11]，所以本實驗較為保守地確定每次負(fù)荷測試時間為8 min。被試測試某個速度負(fù)荷過程時(趨于穩(wěn)定后)記錄瞬時心率值10次，計算出本次負(fù)荷測試的平均心率值。該次測試完成后，馬上在休息的同時進(jìn)行反應(yīng)時(簡單反應(yīng)時)和兩點閾的測定(兩點閾測量被試右手手背)，分別測試10次，取其平均值記錄下來。

每名被試分別測試4種速度負(fù)荷，4名被試依次測試完一個速度負(fù)荷后按順序進(jìn)入下一個速度負(fù)荷等級的測試。所以，每名被試在一個負(fù)荷等級測試完后之后休息24 min，進(jìn)行下一個速度負(fù)荷等級的測試。

通過對被試在實驗前和實驗中測定指標(biāo)值變化情況的分析，確定其疲勞程度。

1.2 原實驗存在問題分析

心率是衡量體力勞動強(qiáng)度的一個非常重要的指標(biāo)，勞動強(qiáng)度越大，心率越快[12]。反應(yīng)時和兩點刺激敏感閾限是衡量體力勞動之后疲勞程度的常用指標(biāo)，隨著勞動負(fù)荷的增加，疲勞程度也會有相應(yīng)程度的增加。在原實驗方案的3 km/h、5 km/h、7 km/h、9 km/h 4個測試負(fù)荷等級中，每個等級分別獲取了男、女組心率值、反應(yīng)時和兩點刺激敏感閾限數(shù)據(jù)72組，分別取平均值后見表1。

表1 原實驗方案心率、反應(yīng)時、兩點閾測試數(shù)據(jù)表

1.2.1 心率測試數(shù)據(jù)分析

從表1數(shù)據(jù)可見，男性和女性在運動后的心率值隨著測試負(fù)荷等級的增加，其值也在相應(yīng)增長，這一結(jié)果與理論并不矛盾。另外，男性和女性測試前的平均心率值也是比較穩(wěn)定的。

1.2.2 反應(yīng)時測試數(shù)據(jù)分析(具體分析男性)

首先分別橫向比較表1中(實驗順序1～4)被試測試前和測試后的數(shù)據(jù)，其不是很穩(wěn)定，表現(xiàn)出先減后增的變化趨勢(1>2>3<4>1)，表明：

(1) 實驗安排過程中被試的休息時間不夠；

(2) 在一定的疲勞程度內(nèi)，被試興奮度的提高會提高被試的反應(yīng)性。

然后縱向比較表1中每次實驗前后的數(shù)據(jù)變化。第2次和第3次實驗時，被試測試后反應(yīng)時相對于測試前還略有下降，這個結(jié)果與疲勞理論相矛盾。出現(xiàn)這種矛盾的原因：每次測試前后，由于被試疲勞的出現(xiàn)導(dǎo)致反應(yīng)時增加一定的量，設(shè)為+△1；由于測試的進(jìn)行使得被試興奮度提高，思維更加活躍，從而導(dǎo)致測試前后反應(yīng)時減少一定的量，設(shè)為-△2；另外由于測試的進(jìn)行，學(xué)習(xí)效應(yīng)會使得被試對EP202/203反應(yīng)時測定儀更加熟悉，提高其反應(yīng)性，這也導(dǎo)致測試前后反應(yīng)時減少一定的量，設(shè)為-△3。由于這3個方面的綜合影響，導(dǎo)致實際測試前后反應(yīng)時數(shù)據(jù)不增反減，與疲勞理論相悖。而第4次測試前后反應(yīng)時均大幅度增加，是由于此次測試的負(fù)荷強(qiáng)度最大，而且被試在經(jīng)過前面3次的測試后產(chǎn)生了一定的疲勞累積。這從某種程度上說明測試間的休息時間不能按理論時間安排。

女性數(shù)據(jù)表現(xiàn)出來的問題和男性相似。

兩點刺激敏感閾限值測試數(shù)據(jù)分析與反應(yīng)時測試數(shù)據(jù)分析類似。

綜上，該實驗原方案主要存在的問題：第一，被試實驗過程中的休息時間過短導(dǎo)致疲勞累積效應(yīng)的影響；第二，實驗中被試生理和心理興奮性影響實驗數(shù)據(jù)；第三，學(xué)習(xí)效應(yīng)影響實驗數(shù)據(jù)。

2 實驗方案改進(jìn)設(shè)計

為了解決原實驗存在的問題，讓學(xué)生真正感受到實踐和理論的結(jié)合，在原實驗方案的基礎(chǔ)上做相應(yīng)改進(jìn)和調(diào)整。

(1) 改變時間安排。原實驗要求4個等級的負(fù)荷測試在一次實驗課時內(nèi)完成，從而導(dǎo)致疲勞累積的影響。為了消除休息時間不夠進(jìn)而產(chǎn)生疲勞累積效應(yīng)的影響，本實驗分4次課完成。每次課每名被試測試1個負(fù)荷等級，讓同一被試在做不同負(fù)荷等級測試間隔期至少在1天以上，消除疲勞累積效應(yīng)。為了充分利用實驗課堂時間，該實驗與其他實驗組合搭配進(jìn)行。

(2) 在每次實驗之前，要求被試自查自己的身體狀態(tài)是否正常，如感覺處于非良好狀態(tài)則該被試本次實驗暫停。另外，每名被試需做充分的準(zhǔn)備活動，比如完成幾分鐘的擴(kuò)胸、踢腿等舒展身體的運動，在進(jìn)行實驗之前使被試的生理和心理興奮度達(dá)到一定的水平，消除其對實驗數(shù)據(jù)的影響。

(3) 原實驗方案反應(yīng)時指標(biāo)的測試使用的是EP202/203反應(yīng)時測定儀。被試發(fā)現(xiàn)儀器指示燈亮后馬上按鈕完成反應(yīng)時的測定。在這個過程中，由于每個信號出現(xiàn)的時間間隔比較固定(基本都是2 sec)，這樣被試經(jīng)過幾次測試后會通過學(xué)習(xí)了解其規(guī)律，從而提高其反應(yīng)時間，產(chǎn)生學(xué)習(xí)效應(yīng)影響。當(dāng)然更改儀器內(nèi)部的程序，讓信號出現(xiàn)的時間間隔在一定的范圍內(nèi)隨機(jī)出現(xiàn)是一種比較理想的方式，但是難度較大。所以，在這個問題上主要做了3點改進(jìn)：第一，每名被試在正式實驗前熟悉EP202/203反應(yīng)時測定儀，讓其對儀器的熟悉程度達(dá)到一定的水平；第二，每名被試測試的反應(yīng)時數(shù)據(jù)由之前的10個變?yōu)?0個；第三，在統(tǒng)計數(shù)據(jù)時，通過±3σ法剔除異常數(shù)據(jù)，把被試由于估計間隔期而提前按鈕或者其他因素，比如注意力不集中而延遲按鈕的異常數(shù)據(jù)剔除掉，然后再算平均值。這樣能較好地消除學(xué)習(xí)效應(yīng)的影響。

3 新實驗方案的實踐

由于課程安排的時間原因，新的實驗方案目前還沒有在課程教學(xué)中實施，為了對比原實驗方案和新實驗方案，安排原大三男生按照新的實驗方案進(jìn)行測試，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行了相關(guān)記錄和統(tǒng)計，如表2所示。

從表2數(shù)據(jù)可以看出，每次實驗前的生理和心理數(shù)據(jù)是比較穩(wěn)定的，而且也比較好地與疲勞理論(隨著體力勞動負(fù)荷的增加，作業(yè)者的疲勞程度應(yīng)該相應(yīng)提高，繼而導(dǎo)致工作效率、精度都會有所下降，比如心率提升、反應(yīng)時增加、兩點刺激敏感閾限增加等)相適應(yīng)。經(jīng)過改進(jìn)后，能讓學(xué)生比較清楚、直觀地體會體力勞動負(fù)荷與生理指標(biāo)以及疲勞之間的關(guān)系。但是，體力勞動負(fù)荷與疲勞程度之間的具體量化關(guān)系還需要使用其他分析工具在實驗數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上做進(jìn)一步分析。

表2 新實驗方案心率、反應(yīng)時、兩點閾測試數(shù)據(jù)表

4 結(jié)束語

實驗是教學(xué)過程中非常重要的環(huán)節(jié)，教師應(yīng)該在設(shè)計實驗方案、指導(dǎo)學(xué)生實驗的過程中不斷地發(fā)現(xiàn)問題，并改進(jìn)之，這樣才能真正讓學(xué)生通過實驗更好地學(xué)習(xí)理論知識、掌握實踐技能、探索新問題。

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