教室中的人機工程學研究

.6/6教師評語評閱等級；評閱人教室人機工程學的應用摘要：運安全人機工程學作為一門集合各種學科的綜合學科,對安全起著至關重要的作用,其研究方法具有科學性、流程性。而基礎設施是我校學生與教職工生活學習中很普遍的直接或間接接觸的,更是我們安全生活的一種保障,跟人體也是息息相關的。因此,安全人機工程學在其中的應用也是顯得異常重要。用人機工程學的有關原理,探討了大學院校里教室中的設施〔黑板、講臺、課桌、課椅的布置和尺寸與人〔教師、學生的功能尺度相協(xié)調的關系,得出了一組合理的數據,從而達到減少教師和學生上課時的疲勞,提高教學效果的目的。關鍵詞：人機工程人體測量課桌課椅講臺一引則1安全人機工程學〔1安全人機工程學定義安全人機工程學是從安全的角度和著眼點出發(fā)來研究人與機的關系的一門學科,其立足點放在安全上面,對在活動過程中的人實行保護目的,主要闡述人與機保持什么樣的關系,才能保證人的安全。也就是說,在實現(xiàn)一定的生產效率的同時,如何最大限度地保障人的安全健康與舒適愉快。這主要是從活動者的生理、心理、生物力學的需要與可能等諸多因素,去著重研究人從事生產或其他活動過程中實現(xiàn)一定活動效率的同時最大限度地考慮外界因素的機理和預防與消除危害的標準與方法提供科學依據,從而達到實現(xiàn)安全衛(wèi)生的目的,確保人類能在安全健康、舒適愉快的條件與環(huán)境中從事各項活動。人類社會進步的重要標志,就是創(chuàng)造一個適合人類生存與發(fā)展的優(yōu)美舒適的勞動條件和生活、生存環(huán)境。即讓人類勞動、生活、生存在一個安全衛(wèi)生和諧的社會之中。所以從安全的角度和著眼點來說,即以人類活動效率為條件和以人的身心安全為目標,將安全人機工程學從安全人機工程學中分解出來,并作為安全工程學的一個重要分支學科而自成體系。這就是現(xiàn)代科學技術發(fā)展的必然趨勢,是文明生產、生活生存的象征。〔2安全人機工程學研究方向在任何一個人類活動場所,總是包括人和機〔此處的機是廣義的,即系統(tǒng)中除人之外、與人有關聯(lián)的其它因素兩大部分。這兩種性質截然不同的要素——人與機,彼此之間存在著物質、能量和信息不停的交換〔即輸入、輸出和處理上的本質差異。而人機結合面起著人機間溝通的作用,各自發(fā)揮功能,提高系統(tǒng)的效率,保證系統(tǒng)的安全。因此,人機系統(tǒng)是一個有機的整體。2教室概況教室是學校從事教學活動的一個重要的基地,是教師和學生工作、學習的場所。如何創(chuàng)造一個宜人的教室環(huán)境是關系到教師教學和學生學習效果的一個重要因素。由于人體各部位的尺度因人而異,為使各種與人體尺度有關的教室設施〔黑板、講臺、課桌、課椅的設計,能符合人的生理特性,讓人在使用時處于舒適的狀態(tài)和適宜的環(huán)境之中,就必須在教室設施的布置和尺寸設計過程中,運用人機環(huán)境之間相互關系的系統(tǒng)理論來進行分析研究和設計。在人機工程學中,人體尺度的測量數據常以百分位數來表示,最常用的是第5%、第50%、第95%三種百分位數。其中第五百分位是代表‘小’身材,是指有5%的人群身材尺寸小于此值,而有95%的人群身材尺寸大于此值;第五十百分位是代表‘中’身材,是指大于和小于此人群身材尺寸的各為50%；第九十五百分位代表‘大’身材,是指有95%的人群身材尺寸均小于此值,而有5%的人群尺寸大于此值。二黑板尺寸的設計黑板是教師上課時板書、掛圖及學生注視的地方。在當前的講課或作報告的過程中,傳統(tǒng)的黑板還是主要的教學設施之一,黑板高度設置的合理性,對于教師充分利用黑板的空間,減少書寫的不適性,以及板書的工整、學生清晰地觀看到黑板上的板書或掛圖,都具有實質上的意義。黑板高度的設計,涉及兩個尺寸的定位,一個是黑板下緣的高度,根據人機工程原理和人體的生理結構特點,在人體保持正常的站立姿勢時,手執(zhí)握粉筆板書的最低高度應是人立姿肘部高度,也即人上臂下垂、前臂水平前伸時肘高〔上臂與前臂形成90°夾角。若此高度低于肘高,這時上臂與前臂之間的夾角大于90°,則書寫時筆形很難掌握。根據我國GB10000-88《中國成年人體尺寸》所提供的數據〔見表1,黑板下緣高度應按男性第九十五百分位的肘高來設計,同時考慮鞋高及學生坐姿觀察的高度,所以黑板下緣的高度以1100~1200mm為宜。另一個是黑板上緣的高度,需要考慮兩個方面因素：一是教師手執(zhí)握粉筆上舉的高度,二是黑板板書的容量。從表1可見,我國成年女性平均手上舉高度為1900mm〔表中數據加鞋高左右,男性為2100mm左右,所以黑板上緣高度以2000~2100mm為宜。當然,此高度為滿足個子較矮的女性教師的需要,還需加200~250mm左右的腳墊。三講臺設計尺寸講臺是教師上課的舞臺,是教師上課時擺放書籍和教案的地方。教師在上課時有時要翻閱講臺上的教案,從人機工程學角度來講,當人站著工作時,桌面高應與人的肘部相平或稍低于人的肘部高時,人體最不易疲勞講臺高度若過高,則個子較矮的人翻閱教案時,手臂外展較大,使人不舒服若講臺過低,則個高的教師眼睛到教案距離過遠不易看清教案,需彎腰弓背方能看清,這樣極易造成腰酸背痛的感覺。綜合分析,講臺高度以較矮女性站立時肘高設計較好見表1,此高度為900~1000mm。這樣可滿足個矮人的需要,對于個子較高的人眼睛至講臺面的距離在710mm左右,此距離在人的正常視距范圍之內。講臺的長度以人肘部上展與肩峰同高時,兩肘之間的距離為宜,通常在900~1100mm之間。講臺的寬度以人前臂向前平伸〔上臂下垂時的長度〔包括手長為宜,通常為400~500mm。四桌椅的設計總體要求學生用座椅的設計應以穩(wěn)定性為主。人體重量要均勻分布于座面上,設計不能過于舒適,以免學生精力不集中,產生懶散的感覺。座面應有適當的硬度,使其有助于體重壓力均勻分布在坐骨結節(jié)區(qū)域,同時座椅設計還應結構簡單、節(jié)省材料并應有利于地面清掃。為便于學生正向觀看黑板傾聽教師講課,現(xiàn)就教室連排固定座椅的尺寸設計作一分析。1桌面高度設計適宜的椅面高度應使就坐者大腿近于水平,小腿自然垂直,腳掌平放在地面上。座面不能過高,否則矮身材的人小腿懸空時,使大腿受椅面前緣壓迫,坐者感到不適,長時間這樣坐,則使小腿血液循環(huán)受阻,產生麻木腫脹感。如座面過低,則高身材的人坐時骨盆后傾,正常腰椎曲線被拉直,增加背部肌肉負荷,易產生腰酸背痛感。所以椅面高度以矮身材的人的小腿加足高的數值來設計〔見表2,此高度以380~400mm為宜。2桌面寬度設計椅面的寬度必須能容納身材粗壯的人,對于單人使用的座椅,通常以女性臀寬尺寸的第九十五百分位數值進行設計,同時還要考慮冬季著裝的需要對于教室中成排相鄰放置〔固定的座椅,則常以肘間距群體上限值為設計基準,以避免擁擠壓迫感。同時考慮扶手的寬度,使人的雙臂得到支承,如座寬太大,則肘部必須向兩側外伸展以尋求支承,這樣會引起肩部疲勞,所以座寬以400~450mm為宜。對于扶手椅其扶手寬應以500~550mm為宜〔見表2。3椅面設計要求椅面深度是指椅面的前后距離,其尺寸應滿足三個條件：使臀部得到充分的支持,腰部得到靠背的支持,椅面前緣與小腿之間留有適當的距離,以保證大腿肌肉不受擠壓,小腿可以自由活動。如果坐深大于身材矮小的學生大腿長〔表2中坐深,則座面前緣將壓迫膝窩處壓力敏感部位,這樣坐的時間長了會不舒適,因此椅面深度的設計應以坐深的第五百分位數值進行設計〔表2這樣,身材矮小的學生坐著舒服,而身材高大的學生,只要臀部能得到支持,也不會在大腿部位引起壓力疲勞。綜上分析,椅面深度應以400mm左右為宜。4背靠設計人正坐足踏地時,倘若軀干得不到支持,則背部肌肉緊張,很易疲勞為了減輕正坐下的背肌緊張,必須使軀干得到支持,最常用方法就是用靠背?？勘车母吆蛯捙c坐姿肩高和肩寬有關。對于有兩個支承面的靠背,一個應為肩靠,另一個為腰靠。而對于只有一個支承面的靠背,則必須支承于腰部,并使靠背的凸出壓入腰凹之內,以保證腰部得到充分的支持。對于學生用坐椅,在警覺條件下,只需有腰靠支持即可,而我國成年人腰椎部中心位置約在座位上230~260mm處,為支持背部重量,腰椎支點應略高此尺度,因此,靠背高以350~400mm為宜?？勘硨捯缘诰攀灏俜治患鐚挕惨姳?數據即400mm左右為宜。靠背角度指座面與靠背的夾角,學生用椅,在警覺條件下,以95°~100°為宜。五課桌設計1課桌設計要求課桌高度通常應與學生坐姿肘高相近或稍高于坐姿肘高。一旦椅座面的高度決定了,則坐姿肘高取決于椅高。因此,課桌高度應與一定的椅高相適應。學生用課桌主要用于記筆記及放置課本,其高度的設計應滿足學生記筆記時手臂肘部很舒服地得到依靠。如桌面過低,又要保持身體較正常的腰椎曲線,則必懸臂書寫,這時,雖然筆的重量很輕,但是由于力臂較長〔筆到肩部的距離,手臂肌肉需同時支持手臂本身重量和筆的重量,使人的肌肉很易疲勞,若尋求肘部依靠在桌面上,則必彎腰弓背,引起腰部不適。如果課桌過高,則桌面的前沿壓著前臂,或者手的上臂在肩部外展角度過大,都會造成不舒服。設計課桌高度時,需從兩個方面加以考慮。一是當座椅高度未定時,通常是以群體坐姿肘高的上限數來設計,這樣的設計高度可使手臂肘部得到依靠,減少學生書寫時的疲勞；二是當座椅高度一定時,桌面下緣至座椅面的距離,應以群體坐姿大腿厚的上限值來設計,并考慮使膝部有一定的上下活動的余地。而桌面上緣至下緣的距離則考慮學生放書包、書籍用。若以前面分析的椅面高度400mm來設計,見表3,大百分位坐姿大腿厚為151mm,著裝修正量加13mm,同時考慮膝部上下活動需要,取170~180mm。桌面上下緣距取150mm,則課桌高度以720~730mm為宜。2桌面寬度設計桌面寬度的設計一般以學生前臂長加手長下限來設計,通常以350~400mm為宜。3課桌前后排的間距設計此間距設計常以坐深加上大腿厚的上限數值為設計依據,這樣可以使人較方便地進出,一般以550~600mm為宜。4桌面長度設計以稍大于坐寬,即以500~550mm左右為宜。六前排到黑板的距離1講臺的寬度設計此空間距離主要是考慮教師轉身板書伸展自如,及教師具有較舒適的活動空間。在具體的設計過程中,以人的手臂前伸長度的上限來設計。講臺后緣距黑板距離以上臂長加前臂長再加手長的第九十五百分位為設計依據,此距離以800~1000mm為宜。2講臺前緣〔靠課桌一側距前排距離此距離以一個人通過方便為設計參考,一般取500~600mm。綜上所分析,前排至黑板距離應為上兩項數據加上講臺寬度,以2000mm左右為宜。七結論本文通過以上各部分的分析、研究,得出了一組較合理的數據,即黑板上緣高度以2000~2100mm為宜,下緣高度以1100~1200mm為宜。講臺以高900~1000mm、長900~1100mm、寬400~500mm為宜。座椅以高380~400mm左右為宜。靠背以高350~400mm、寬400mm左右?？勘辰嵌取仓缸媾c靠背的夾角95°~100°為宜。課桌以高720~730mm、寬350~400mm〔前后距為宜。課桌前后排間距以550~600mm為