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專業(yè)教室課桌椅設計及人機分析摘要運用人機工程學的知識，探討設計藝術(shù)學院教室中的設施（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(diào)的關系，然后分析現(xiàn)用教室存在的問題，根據(jù)人機工程學原則設計適合我們使用的教室，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、布局、設計1 引言 專業(yè)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。宜人的教室環(huán)境和人機設計是影響老師教學及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，讓不同的人在使用時都處于舒適的狀態(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(shù)據(jù)常以百分位數(shù)來表示，產(chǎn)品設計中最常用的是第5%、第50%、第95%三種百分位數(shù)。要設計出讓人滿意大的產(chǎn)品就必須有可靠地數(shù)據(jù)統(tǒng)計及分析。 這個項目我們主要研究和設計的項目主要有： 一.學生椅子 二.學生課桌 三.講臺 四.黑板 五.課桌椅的布局 設計要以人為本，應該從人的需求方向出發(fā)。為了了解學生對教室環(huán)境的感受和要求，方便研究分析和設計，我做了30份問卷調(diào)查，調(diào)查題目如下： 設計院專業(yè)教室問卷調(diào)查教室是我們學習、答疑解問的地方，和我們的生活密切相關，為了調(diào)查我們設計院教室的現(xiàn)狀，了解同學們的意見和建議，更為了設計良好的學習環(huán)境，下面做出了一些問題調(diào)查，希望同學們配合參與。1.請問您的性別（ ）。A.男 B.女2.您的年級（ ）。A.大一 B.大二 C.大三 D.大四3.您滿意你現(xiàn)在所用的專業(yè)教室嗎（ ）。A.滿意 B.一般 C.不滿意4.您對教室桌椅的布局滿意嗎（ ）。A.滿意 B.一般 C.不滿意5.您認為你所用的教室應容納多少人合適：6.您上課時視線是否被前面同學擋?。?）。A.是 B.否7.您所用的課桌椅是什么材質(zhì)的（ ），您希望是什么材質(zhì)的：A.木質(zhì) B.鐵質(zhì) C.其他8.您覺得教室采光情況如何（ ）A.好 B.一般 C.不好9您覺得你現(xiàn)在用的課桌大小合適嗎（ ）A.合適 B.不合適 C.無所謂10.您覺得現(xiàn)在用的課桌高度和容腿空間合適嗎( ).A.合適 B.不合適 C.無所謂11.您覺得黑板的高度合適嗎（ ）。A.合適 B.不合適 C.無所謂12.您覺得教室的過道寬度合適嗎（ ）。A.合適 B.不合適13.您覺得有有必要設置老師的講臺嗎（ ）。A.有必要 B.沒必要 C.無所謂14.上課時喜歡單人單桌還是多人一起坐（ ）。A.單人 B.多人15.你覺得上課時前臂壓著桌子邊沿難受嗎（ ）。A.難受 B.沒感覺 16.你覺你現(xiàn)在用的課桌椅高度合適嗎（ ）。A.合適 B.一般 C.不合適17.你坐上椅子后有沒有感覺到椅子邊沿壓著大腿（ ）。A.有 B.沒有 18.當你下課后想站起來離開座位時有沒有覺得桌子腿阻礙了你的動作（ ）。A.有 B.沒有19.你覺得你現(xiàn)在用的桌子存貯空間足夠嗎（ ）。A.夠 B.不夠20.要是你坐在前排的邊角上，你會覺得看黑板有困難嗎（ ）。A.有 B.沒有 C.無所謂21.你對我們的教室設計有什么建議呢：下面進行五大內(nèi)容分析及設計。1 學生椅子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(chǎn)生懶散的感覺。座面應有適當?shù)挠捕?，使其有助于體重壓力均勻分布在坐骨結(jié)節(jié)區(qū)域，同時座椅設計還應結(jié)構(gòu)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. 椅面高度設計 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(chǎn)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(chǎn)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(shù)值來設計（見表2），此高度以380400mm為宜。2. 椅面寬度設計 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(shù)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(cè)外伸展以尋求支承，這樣會引起肩部疲勞，所以座寬以400450mm為宜。對于扶手椅其扶手寬應以500550mm為宜（見表2）。3. 椅面深度設計 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?shù)木嚯x，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(shù)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。2 學生課桌設計1.課桌高度設計 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(shù)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170180mm。桌面上下緣距取150mm，則課桌高度以720730mm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350400mm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(shù)值為設計依據(jù)，這樣可以使人較方便地進出，一般以550600mm為宜。4.桌面長度設計 以稍大于坐寬，即以500550mm左右為宜。3 講臺設計 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9001000mm。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(nèi)。 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9001100mm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400500mm。4 黑板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(zhì)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(jù)人機工程原理和人體的生理結(jié)構(gòu)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(jù)我國GB10000-88中國成年人體尺寸所提供的數(shù)據(jù)（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11001200mm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(shù)據(jù)加鞋高）左右，男性為2100mm左右，所以黑板上緣高度以20002100mm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200250mm左右的腳墊。五布局設計 1.講臺靠黑板一側(cè)與黑板的距離 此空間距離主要是考慮教師轉(zhuǎn)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(jù)，此距離以8001000mm為宜。2. 講臺靠課桌一側(cè)與前排的距離 此距離以一個人通過方便為設計參考，一般取500600mm。綜上所分析，前排至黑板距離應為上兩項數(shù)據(jù)加上講臺寬