人機(jī)工程學(xué)課程設(shè)計(jì)--教學(xué)用課桌椅的人機(jī)工程分析與改進(jìn)

1、<p><b>　　人機(jī)工程學(xué)報(bào)告</b></p><p>　　教學(xué)用課桌椅的人機(jī)工程分析與改進(jìn)</p><p>　　摘要：課桌椅是學(xué)生學(xué)習(xí)的重要工具之一，對(duì)學(xué)生的書寫習(xí)慣、坐姿有很大影響，同時(shí)又與學(xué)生不良姿勢(shì)的形成、近視的發(fā)生、脊柱彎曲、身體的發(fā)育有很大關(guān)系。當(dāng)前我國(guó)學(xué)校課桌椅設(shè)計(jì)有些方面不符合人機(jī)工程學(xué)原理，不能充分適合不同地區(qū)、不同年齡、不同性別、不同

2、身高、不同體型的學(xué)生的身體情況。因此對(duì)課桌椅進(jìn)行基于人機(jī)工程原理的設(shè)計(jì)改進(jìn)十分必要。本文在了解當(dāng)前問(wèn)題，進(jìn)行人機(jī)工程學(xué)分析并借鑒其他專家學(xué)者的研究成果，提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施，并加入了本人的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：人機(jī)工程，課桌椅，分析，改進(jìn)，創(chuàng)新設(shè)計(jì)</p><p>　　On the Ergonomic Analysis and Improvement of teachin

3、g Desks and Chairs</p><p>　　Abstract: Desks and chairs not only play an important role on students’ studies, but also have a very important influence on students' writing habits, sitting gesture. What’s

4、more, desks and chairs also play a crucial role on the cultivation of bad posture, the occurrence of myopia, the curvature of the spine, and physical development of the students. Nowadays, the design of school desks and

5、chairs have some inconsistent with ergonomic principles at some aspects in our country, them can’t fully </p><p>　　Key words: ergonomics, desks and chairs, analysis, improvement, innovative design</p>

6、<p><b>　　1. 引言</b></p><p>　　課桌椅是學(xué)校的主要設(shè)備之一【1】，也是學(xué)生學(xué)習(xí)所需要的用具之一。它不僅對(duì)學(xué)生的書寫習(xí)慣有較大影響，而且與學(xué)生不良姿勢(shì)的形成、近視的發(fā)生、脊柱彎曲、身體的發(fā)育有很大關(guān)系。</p><p>　　課桌椅的設(shè)計(jì)，除了要考慮實(shí)用、經(jīng)濟(jì)、美觀等要求外，更要考慮適合學(xué)生的使用。于是必須要應(yīng)用人機(jī)工程學(xué)原理，設(shè)計(jì)

7、課桌椅的外形尺寸符合不同年齡段、不同地區(qū)、不同性別、不同身高、不同體型的學(xué)生的人體動(dòng)作尺度。給學(xué)生提供使用舒適，功能多樣，外形美觀的課桌椅，從而有利于減少疲勞和不舒適感，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，同時(shí)保證學(xué)生有一個(gè)健康良好的坐姿，促進(jìn)身體的健康發(fā)育，預(yù)防和減少近視。</p><p>　　目前我國(guó)大、中、小學(xué)校很大程度上采用的是統(tǒng)一規(guī)格的課桌椅，沒(méi)用充分考慮到不同地區(qū)、不同年齡、不同性別、不同身高、不同體型學(xué)生的身體情況

8、；導(dǎo)致了許多方面的問(wèn)題，比如影響視力，導(dǎo)致不良的坐姿，甚至影響了青少年的健康發(fā)育。</p><p>　　比如對(duì)合肥市中小學(xué)課桌椅與學(xué)生身高符合情況的調(diào)查【2】中發(fā)現(xiàn):課桌與身高符合率為12.19%，課椅符合率為26.66%，課桌椅符合率為7.26%；中學(xué)課桌平均符合率為32.18%，小學(xué)為17.92%；有學(xué)者對(duì)不合適的課桌椅與學(xué)生近視率之間的關(guān)系調(diào)查研究【3】發(fā)現(xiàn)：坐不合適的課桌椅的學(xué)生得近視眼的可能性是正常者的

9、1.87倍，坐不合適的課桌椅的時(shí)間越長(zhǎng)，視力越差；又如上海某學(xué)校一個(gè)班級(jí)學(xué)生，對(duì)課桌椅不滿意的占52.5%，深圳某學(xué)校學(xué)生對(duì)課桌椅不滿意的為36.11%，北京某小學(xué)學(xué)生對(duì)課桌椅不滿意的占24%；江蘇海安縣某小學(xué)學(xué)生覺(jué)得課桌椅不合適的占57%，浙江開(kāi)化縣的農(nóng)村學(xué)校統(tǒng)計(jì)中，對(duì)課桌椅不滿意的學(xué)生占60%等等。</p><p>　　基于現(xiàn)狀，課桌椅的人機(jī)工程改進(jìn)設(shè)計(jì)顯得十分必要。本文即在了解當(dāng)前我國(guó)學(xué)校課桌椅設(shè)計(jì)中存在的

10、一些問(wèn)題，運(yùn)用人機(jī)工程學(xué)原理進(jìn)行分析，提出改進(jìn)設(shè)計(jì)措施。</p><p>　　2.基于人機(jī)工程的分析</p><p>　　人機(jī)工程學(xué)主要研究人、機(jī)器、環(huán)境之間的聯(lián)系【4】，基于對(duì)人的身體測(cè)量和心理研究，對(duì)機(jī)器和環(huán)境進(jìn)行符合人的特性的設(shè)計(jì)，以提高人的舒適感，減少疲勞，提高工作效率。在提高工作的效率的方法中，基于人的因素（Human Factors）而設(shè)計(jì)的工具是重要部分【5】。因此要運(yùn)用人機(jī)

11、工程學(xué)原理分析學(xué)生的身體情況，課桌椅的設(shè)計(jì)尺寸必須要符合學(xué)生的身體情況，并執(zhí)行一定的標(biāo)準(zhǔn)。唯此才能設(shè)計(jì)出適合不同學(xué)生的使用需求。</p><p>　　2.1課桌椅的設(shè)計(jì)原理</p><p>　　學(xué)生課桌椅的尺寸設(shè)計(jì)要對(duì)學(xué)生身體的主要尺寸、立姿尺寸及坐姿尺寸進(jìn)行測(cè)量。這些測(cè)量數(shù)據(jù)提供了人體各部分的基本尺寸、人體各部分在活動(dòng)時(shí)的相互關(guān)系以及肢體可觸及的范圍。同時(shí)還要分析在使用過(guò)程中學(xué)生的視覺(jué)（

12、課桌椅的互相遮擋對(duì)視野的影響）、聽(tīng)覺(jué)（課桌椅的互相碰撞、摩擦對(duì)聽(tīng)覺(jué)的影響)、觸覺(jué)(桌椅的材質(zhì)選擇對(duì)觸覺(jué)的影響)、嗅覺(jué)(桌椅材質(zhì)散發(fā)的氣味對(duì)嗅覺(jué)的影響)的機(jī)能特征; 分析在學(xué)習(xí)過(guò)程中學(xué)生的生理、心理變化對(duì)學(xué)習(xí)效率的影響, 以及在學(xué)習(xí)過(guò)程中學(xué)生的能量消耗、疲勞程度、對(duì)各種學(xué)習(xí)負(fù)荷的適應(yīng)能力。因此, 人體測(cè)量學(xué)為學(xué)生桌椅設(shè)計(jì)全面考慮/ 人的因素0提供了人體的結(jié)構(gòu)尺度、人體的生理尺度和人的心理尺度等數(shù)據(jù), 是學(xué)生桌椅的設(shè)計(jì)的重要組成部分。<

13、;/p><p>　　三大設(shè)計(jì)原則【6】：（1）極限設(shè)計(jì)原則: 即是最大尺寸和最小尺寸的設(shè)計(jì)原則。設(shè)計(jì)的最大尺寸參考人體尺寸的低百分位, 設(shè)計(jì)的最小尺寸參考人體尺寸的高百分位。前者適用于控制器最大間距一類的設(shè)計(jì); 后者適用于安全出口最小高度一類的設(shè)計(jì)。（2）可調(diào)原則: 調(diào)節(jié)范圍從第5百分位到第95 百分位。設(shè)計(jì)優(yōu)先采用可調(diào)式結(jié)構(gòu)。（3）平均尺寸原則: 設(shè)計(jì)中采用平均尺寸計(jì)算。</p><p>　

14、　2.2 課桌椅的設(shè)計(jì)要素</p><p>　?。?）造型要素。造型設(shè)計(jì)是產(chǎn)品設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。桌椅的構(gòu)成最主要的是桌椅面、桌椅腿和椅背。對(duì)于桌椅的設(shè)計(jì), 穩(wěn)固、牢靠是最重要的。桌子、椅子其支撐腿受力必須均勻, 無(wú)論是點(diǎn)支撐還是面支撐, 平穩(wěn)安全是最重要的。因此, 首先我們?cè)谠O(shè)計(jì)桌椅的過(guò)程中, 應(yīng)該圍繞這兩個(gè)面展開(kāi)造型設(shè)計(jì)。其次, 椅腿與基座的夾角以及人坐下去后椅腿和座面的角度是否使坐者的脊椎與身體保持平衡及處于自然狀

15、態(tài), 較好地適應(yīng)人體的生理結(jié)構(gòu)和特性,進(jìn)行造型設(shè)計(jì)的要點(diǎn)。</p><p>　?。?）材料要素。同樣造型的產(chǎn)品采用不同的材質(zhì), 能帶給人視覺(jué)上不同的感受, 從而引發(fā)人們不同的心理感覺(jué)。如金屬材料, 廣泛用于諸如桌腿、椅腿、支撐腳等需要較大支撐強(qiáng)度的地方。它的強(qiáng)度和硬度大, 不易變形, 焊接彎曲都較容易, 不僅可滿足實(shí)際需要而且可隨意變換形狀和結(jié)構(gòu); 塑料材料, 給人的感覺(jué)輕便、靈巧、加工容易; 木質(zhì)材料給人的感覺(jué)

16、自然、厚重。因此, 我們可以根據(jù)需要選用不同材質(zhì)進(jìn)行桌椅設(shè)計(jì)。</p><p>　?。?）色彩要素。色彩能夠表達(dá)人的情感, 啟發(fā)人的思想, 具有重要的心理功能。人們對(duì)色彩的心理感受有一定的相似性, 如紅色給人的感覺(jué)是熱烈、活潑、充滿激情; 綠色能讓人感受到自然的氣息, 充滿生機(jī); 而黃色讓人想起碩果累累的大豐收, 具有刺激神經(jīng)系統(tǒng)和消化系統(tǒng)的功用, 有助于提高邏輯思維能力; 藍(lán)色讓人聯(lián)想到浩瀚的大海, 使人感到幽

17、雅、寧?kù)o, 有緩解緊張情緒、失眠的功用, 有助于調(diào)節(jié)體內(nèi)平衡。因此根據(jù)色彩的心理功能進(jìn)行色彩的選用也是桌椅設(shè)計(jì)的要素之一。</p><p>　　（4）工藝要素。桌椅設(shè)計(jì)的加工工藝也是不容忽視的要素。不同的加工技術(shù)會(huì)在視覺(jué)上、觸覺(jué)上和心理上給人不同的感受。利用現(xiàn)代工業(yè)技術(shù), 可以增加桌椅造型的自由度、完整性, 給桌椅設(shè)計(jì)帶來(lái)多樣化的風(fēng)格與情趣。</p><p>　　2.3 課桌椅的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)&

18、lt;/p><p>　　國(guó)家對(duì)學(xué)校的課桌椅尺寸有一定的規(guī)定，在《學(xué)校課桌椅功能尺寸》標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 3976-2002）【7】 中做出了有關(guān)規(guī)定：（見(jiàn)表-1，表-2）</p><p>　　表-1中小學(xué)課桌椅尺寸</p><p>　　表-2高校固定式座椅的主要尺寸</p><p>　　經(jīng)過(guò)人機(jī)工程原理的分析，掌握了人體尺寸與課桌椅設(shè)計(jì)的關(guān)系，了解了

19、課桌椅的設(shè)計(jì)原理、設(shè)計(jì)要素、和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，接著便可以進(jìn)行對(duì)課桌椅的人機(jī)工程設(shè)計(jì)與改進(jìn)了。</p><p>　　3.基于人機(jī)工程的改進(jìn)</p><p>　　前文已分析過(guò)當(dāng)前我國(guó)學(xué)校課桌椅設(shè)計(jì)中存在的一些問(wèn)題，并且經(jīng)過(guò)了一定的人機(jī)工程原理的分析，由此提出了基于人機(jī)工程學(xué)原理的改進(jìn)措施。</p><p>　　圖-1現(xiàn)有的課桌椅類型：</p><p>

20、<b>　　。</b></p><p>　　3.1 桌子設(shè)計(jì)改進(jìn)</p><p>　　當(dāng)前問(wèn)題：傳統(tǒng)的課桌桌面一般都是矩形的【8】，然而在矩形桌面上讀書寫字時(shí), 桌面對(duì)上肢的支撐多是把雙肘支持在桌面上。按照人類工效學(xué)的原理, 合理的桌面高度應(yīng)當(dāng)與坐姿時(shí)處于自然狀態(tài)的肘部等高或稍低, 即當(dāng)上臂處于人體兩側(cè)的自然下垂位置肘, 肘部可以與桌面相接。而矩形桌面容易導(dǎo)致過(guò)度前傾

21、。</p><p>　　過(guò)度前傾的不良讀寫坐姿還會(huì)使頭部重心前移于脖頸的范圍之外, 頭頸段的重力力臂過(guò)長(zhǎng), 頸部肌肉負(fù)荷加重, 頸部肌肉要挺直來(lái)支持頭部, 這種頸肌靜態(tài)施力會(huì)造成頸肌疲勞與勞損, 以及頸椎病。此外傳統(tǒng)的課桌高度不可調(diào)節(jié)，或者調(diào)節(jié)很麻煩。</p><p>　　改進(jìn)措施：將桌面設(shè)計(jì)改為有一定弧度，并且在桌腿上進(jìn)行改進(jìn)，安裝可調(diào)旋鈕，方便調(diào)節(jié)課桌的高度，以適合不同學(xué)生使用。另外在

22、課桌底下增加可調(diào)節(jié)角度、高度的腳踏板，起到放松腿腳的作用。此外在桌子旁邊增加掛鉤，用于掛雨傘等物品；在桌子底下設(shè)計(jì)一個(gè)可放飲料瓶的部位。（見(jiàn)設(shè)計(jì)圖）</p><p>　　3.2 座椅設(shè)計(jì)改進(jìn)</p><p>　　當(dāng)前問(wèn)題：現(xiàn)有的桌椅高度不可調(diào)或調(diào)節(jié)不方便；坐墊過(guò)硬，而且不符合臀部受力情況，坐的時(shí)間長(zhǎng)了臀部極不舒適，硬板坐墊冬天冰冷不舒服；靠背固定不可動(dòng)，容易導(dǎo)致脖子酸痛，脊柱彎曲；座椅下面

23、空間沒(méi)有有效利用。</p><p>　　改進(jìn)措施：設(shè)計(jì)可調(diào)旋鈕，方便調(diào)節(jié)座椅的高度；坐墊設(shè)計(jì)為有一定弧度，且可根據(jù)坐姿自動(dòng)調(diào)節(jié)角度，適應(yīng)臀部受力，坐墊設(shè)計(jì)為兩面可轉(zhuǎn)換的，一面硬面夏天用，一面為柔軟暖和坐墊冬天用；靠背同樣是弧線，兩面可調(diào)式，安裝彈簧，增加舒適感；座椅下面設(shè)計(jì)一個(gè)抽屜，可存放書籍等物品。</p><p>　　3.3 整體設(shè)計(jì)改進(jìn)</p><p>　　整

24、體上采用合適的材質(zhì)制造課桌椅的不同部位，尺寸在符合標(biāo)準(zhǔn)的情況下，增加高度調(diào)節(jié)功能，滿足不同學(xué)生使用；桌面，和椅子的顏色還可以相應(yīng)選擇，比如用白色顯得更安靜嚴(yán)肅，有利于思考；用淡黃色暖色調(diào)心理上會(huì)感覺(jué)更柔和舒適。</p><p><b>　　3.4 創(chuàng)新設(shè)計(jì)</b></p><p>　　本文提出的創(chuàng)新設(shè)計(jì)在于：桌椅高度可方便調(diào)節(jié)（運(yùn)用調(diào)節(jié)旋鈕），桌面角度可調(diào)，桌面非矩形

25、（有一定弧度，往里凹），坐墊兩面可換（夏天用和冬天用），靠背兩面可換，角度可調(diào)，貼合后背。座椅下設(shè)計(jì)一個(gè)抽屜可存放一定物品。還設(shè)計(jì)了一個(gè)掛鉤和一個(gè)放飲料瓶的圓筒。（見(jiàn)圖-2，圖-3）</p><p><b>　　3.5 設(shè)計(jì)圖</b></p><p>　　在傳統(tǒng)的課桌椅的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，設(shè)計(jì)了一款使用舒適、功能多樣、外形美觀的“人機(jī)工程課桌椅”：（見(jiàn)圖-2，圖-3）

26、</p><p>　　圖-2 人機(jī)工程課桌椅（主視圖）</p><p>　　圖-3 人機(jī)工程課桌椅 （立體圖）</p><p>　　基于人機(jī)工程原理的分析，改進(jìn)課桌椅的設(shè)計(jì)，使之符合學(xué)生的身體情況，給學(xué)生提供使用舒適，功能多樣，外形美觀的課桌椅，從而有利于減少疲勞和不舒適感，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，同時(shí)保證學(xué)生有一個(gè)健康良好的坐姿，促進(jìn)身體的健康發(fā)育，預(yù)防和減少近視。

27、</p><p><b>　　4.結(jié)論</b></p><p>　　課桌椅對(duì)于學(xué)生的讀寫習(xí)慣，坐姿，視力，身體發(fā)育等方面有著重大的影響。課桌椅的設(shè)計(jì)必須符合人機(jī)工程學(xué)原理，充分考慮不同地區(qū)、不同年齡、不同身高、不同體型的學(xué)生的身體情況，基于人機(jī)工程原理進(jìn)行設(shè)計(jì)。本文提出的改進(jìn)措施和創(chuàng)新設(shè)計(jì)，考慮了實(shí)際的情況，符合人機(jī)工程原理。為學(xué)生設(shè)計(jì)了一款使用舒適，功能多樣，外形美

28、觀的“人機(jī)工程課桌椅”，從而有利于減少疲勞和不舒適感，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，同時(shí)保證學(xué)生有一個(gè)健康良好的坐姿，促進(jìn)身體的健康發(fā)育，預(yù)防和減少近視。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 課桌椅的人機(jī)工程學(xué)研究.百度文庫(kù)</p><p>　　[2] 張金霞，高茗，沈慶鳳，賈法芝.中小學(xué)課桌椅與學(xué)生身高符合情況

29、的調(diào)查.安徽預(yù)防醫(yī)學(xué)雜志.</p><p>　　[3] 胡曉東.初中階段不符合衛(wèi)生要求的課桌椅與近視眼的關(guān)系.安徽衛(wèi)生職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào).2002年第1卷第2期</p><p>　　[4] 丁玉蘭.人機(jī)工程學(xué).北京理工大學(xué)出版社,2011.4, 5-6頁(yè)。</p><p>　　[5] The Thematic paper of the EXIRA project.

30、Human Factors. The European Community’s Transport RTD Program, page 7, 2001.8</p><p>　　[6] 楊君順，姜娜.學(xué)生桌椅設(shè)計(jì)中的要素.鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院學(xué)報(bào).2005年6月第24卷第3期</p><p>　　[7] 學(xué)校課桌椅功能尺寸標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 3976-2002）.中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢