教室使用电子白板尺寸人机因素分析.docVIP

教室用电子白板尺寸的人机因素分析徐力1 姚玉琴1 艾伦2(1首都师范大学教育技术系 北京 1000482首都师范大学物理系 北京 100048)摘要： 关键字：电子白板 人机因素 尺寸设计Measure Design on the Whiteboard in the Classroom on the Basis of Ergonomics TheoryXuLi, Yao Yu-qin AiLun(Department of Educational Technology, Capital Normal University, Beijing 100048Department of Physics, Capital Normal University，Beijing 100048)Abstract:Key words: whiteboard； ergonomic； measure design随着我国教育信息化的推进和教育教学改革的发展，电子白板作为解决课堂面授教学信息化需要的特殊综合技术，受到教育教学研究人员的普遍关注，并被推广到教学的应用之中。当电子白板推广到教育系统后，人们开始对其教育功能进行研究，目前研究主要集中在电子的产品、功能信息，电子白板的教学应用研究，电子白板相关的技术开发研究，电子白板应用中的教学设计，电子白板的应用发展趋势等方面，且对于电子白板的教学应用研究主要集中于基础教育应用，特别是小学教育的应用中。而忽视了其诞生时的使用条件与现在学校教室的情况差别的研究。常常对图1中圈出的学生不便的状况熟视无睹。图1 常见的学生不便的状况虽然在向教育领域推进的过程中进行了大量的研究，但是却忽视了教学使用过程中教室环境与商务使用环境的差别，缺少对涉及到的与师生相关的人机因素研究。一、电子白板简析电子白板的诞生源于商务沟通的需要，其设计主要基于以下使用条件：商务会议室使用；人数不多的小型会议。体现的是体现的是“计算机资料显示记录并存储板书批注”为主要功能的设计理念，因此形成了电子白板的功能特点和结构尺寸。电子白板是由硬件电子感应白板和软件白板操作系统集成。它的核心组件由电子感应白板、感应笔、计算机和投影仪组成。电子感应白板是一块具有近似黑板的尺寸、在计算机软硬件支持下工作的大感应屏幕，其作用兼顾计算机显示器、操作器和传统的黑板。电子感应笔承担电子白板书写笔和计算机鼠标的双重功用，其作用代替传统的粉笔。教师或学生直接用感应笔在白板上操作(相当于传统教学中师生用粉笔在黑板上操作)：写字或调用各种软件然后通过电磁感应反馈到计算机中并迅速通过投影仪投射到电子白板上。电子白板可以分为复写式、外围式、交互式三类，目前应用于基础教育的课堂教学的白板基本上是交互式电子白板 陈青，陈丽 电子白板在中小学应用的现状和趋势，中国现代教育装备J,2007(11)59，其外形尺寸根据不同品牌各有不同，但是用于显示和书写的实际尺寸一般为1500*1100mm。二、学校教室常用电子白板有效尺寸人机因素分析电子白板显示内容是以视觉传达为主，兼有显示屏和黑板的功能特点。电子白板应用时首先体现黑板功能，需要考虑尺寸因素，包括有效尺寸、布置尺寸和文字尺寸等；另外电子白板还具有显示屏功能，使用时需要考虑显示屏的显示特征。电子白板在进入中小学教室，安装时一般都是在现在已有多媒体教室的基础上加装的。教学中使用时，会受到原有教室装备的影响。教室中使用电子白板的有效书写和现实尺寸应该满足如下要求：上边缘高度需要满足学生垂直视野要求和教师站立书写时可以够得着的高度；下边缘应该满足第一排学生避开讲台（或中控台）的边缘干涉点能够看到展示内容的要求。左边缘满足最右边学生可以看得到，右边缘满足最左边学生能够看得到的要求。2.1下边缘高度尺寸首先按照“看得见”的要求计算高度。控制台高度可能遮挡学生的视线，形成干涉点，使学生无法全部看到白板上的内容，影响学习效果。为了保证学生能够看得到白板的垂直方向的全部内容，电子白板底边高度确定的示意图见图3图3白板底边高度确定示意图高度k可由下式计算： （3）式中：k电子白板底边高度；d为干涉点到白板的投影距离，为控制台宽度与地台宽度之和，控制台宽度经实际测量一般为700mm 耿亚坤 多功能教室讲台控制系统的人机学评述与改进设计，首都师范大学本科生毕业论文，2007.6 P8，其中地台宽度为650-800mm 张宗尧 李志民 中小学建筑设计M，北京：中国建筑出版社2000.6 P48，故d取为1500mm；h干涉点高度此处为控制台面距离地面高度，实地测量一些控制台后，h取值1080mm耿亚坤 多功能教室讲台控制系统的人机学评述与改进设计，首都师范大学本科生毕业论文，2007.6 P9；H学生坐姿眼高，由于目前我国未成年人体尺寸国家标准尚未颁布，依据经验按接近学生尺寸的P1百分位成年女性（身高值1449mmm）坐姿眼高为计算数值，取值 国家技术监督局 .中国成年人人体尺寸GB10000-88，北京：中国标准出版社678mm，加上座椅高度360mm国家技术监督局 .学校课桌椅功能尺寸GB3976-83，北京：中国标准出版社，得H值为1038mm；D为干涉点与第一排学生的投影距离，由于黑板与第一排学生距离一般大于2500mm国家技术监督局 中小学校建筑设计规范.GBJ99-86，北京：中国标准出版社，课桌宽度一般为600mm 张宗尧 李志民 中小学建筑设计M，北京：中国建筑出版社2000.6 P48，故D=2500-1500+600=1600mm。将上述值带入式（3）得到k=1119.375mm。即白板显示内容的下边缘最低不得低于1120mm.2. 2上边缘高度计算黑板与第一排学生距离一般大于2500mm，由图4我们可以看到人体最大视区为水平线以上50，即第一排学生眼睛与黑板垂直面上边缘形成的夹角大于50，可以计算出上边缘高为4017mm。图4 最佳观察视野 丁玉兰 人机工程学（第三版）M, 北京：北京理工大学出版社2005.1上边缘尺寸还要考虑教师“够得着”的问题，这一尺寸属于男、女共用，不涉及什么安全问题故为产品小尺寸产品设计问题，取女子的小百分位数人体尺寸。根据小尺寸产品设计人体尺寸百分位选择 阮宝祥 邵祥华. 工业设计人机工程M. 北京：机械工业出版社，2005.2 P57，有G1J10女Xx1+X x2 （1）式中： G1由“够得着”要求确定的上边缘高度；J10女女子“上举功能高”的10百分位，查得国家技术监督局 . 工作空间人体尺寸GB/T 135471992，北京：中国标准出版社：J10女 = 1766mm（18-55岁）Xx1女子穿鞋修正量，设取Xx1 = 20mmX x2地台高，一般为150mm带入（1）式得G11766mm + 20mm+150mm = 1930mm （2）比较教师“够得着”与学生上边缘“看得见”两个尺寸，可以看出并不相同，为了保证教师的书写和操作要求应该取小尺寸设计，故上边缘有效高度不能超过1930mm。从上计算可以得到电子白板在垂直方向有效使用尺寸为： 1930-1119=811(mm)。2.3左右方向尺寸研究按照对物体辨认的清晰程度和辨认速度，可分为四个视区：中心视区、最佳视区、有效视区、最大视区。有研究表明从人眼的生理机能来看，能够清晰辨别形体的范围很小，在水平和铅垂两个方向都只有1.53人眼要看清楚被视对象上的更大范围，需要靠目光进行“巡视”。从表1中可以看到作为教室的显示装置至少应该满足“有效视区”的范围。由此确定合理的水平视角应该是：前排边座学生与白板远端所形成的水平视角不小于30如图3所示。表1 不同视区的空间范围及辨认效果阮宝祥 邵祥华. 工业设计人机工程M. 北京：机械工业出版社，2005.2 P101视区范围辨认效果铅垂方向水平方向中心视区1.5-31.5-3辨别形体最清楚最佳视区视水平线下1520在短时间内能辨认清楚物体有效视区上10，下3030需要集中精力才能够辨认清楚形体最大视区上60，下70120可以感到形体存在，但轮廓不清楚当第一排学生距离教室前部墙面2500mm远时，可以计算得出白板远端有效展示边缘与学生的投影距离为4330mm。距离远端墙角2820mm.图5 教室前部尺寸示意图GBJ99-86规定中小学矩形教室宽度常用的尺寸是7200mm。可以计算出，白板左右两边缘的允许距离为2400mm，其有效尺寸为2400*811。由于电子白板受投影机的影响，现在设计的有效长度尺寸为1500mm，故白板有效书写、显示尺寸为1500mm*811mm。这个尺寸显然比教室前部可以利用的有效书写尺寸2400*811mm小很多。三、电子白板上的文字尺寸电子白板显示内容是以视觉传达为主，视觉传达文字的合理尺寸设计的主要因素有：观看距离（视距）；光照度；字符的清晰度、可辨性；要求识别的速度快慢等。其中清晰度、可辨性又与字体、笔画粗细、文字背景的色彩搭配对比等有关。对于正常视力的人员，在中等光照度，字符基本清晰，稍作定睛凝视即可看清的条件下，人机学给出的基本数据是文字尺寸Z与视距L之比一般应1/150，标题、主题关键字等要适当加大。阮宝祥 邵祥华. 工业设计人机工程M. 北京：机械工业出版社，2005.2 P2143.1使用条件分析电子白板作为教学装备，其使用条件分析如下：使用时需要通过投影机把内容投影到白板上，因此需要减小局部光照程度，属于低级光照；字符基本清晰；由于展示内容以学生学习的知识为主，其内容必须满足最后一排学生看得清楚的要求，因此需要有比较高的可辨性；教学内容需要学生仔细阅读，适当记忆，因而属于非快速阅读。综合考虑后，文字尺寸对于视距应取比较大的比例，故取Z/L=150，且对文字加大。3.2视距分析按照中小学校建筑设计规范（GBJ99-86）普通小学教室长度8440mm9000mm，考虑到后排与后墙面之间要留出通道，故假定最后一排学生到白板板的一般视距取7500mm，可知电子白板使用的最小字符尺寸为Z = 7500 / 150 = 50mm。根据笔者实际测量，这个尺寸相当于使用word软件环境、2号字、100%显示比例投影到白板之后的字高尺寸。考虑到上述分析因素，使用时需要加大一些文字尺寸，因此当以word为文字编辑器时易选用“小1号”以上字号，才能够保证所有学生都可以清楚看到白板上的教学内容。3.3文字及内容容量分析人机学在字体可辨性、识别性优劣研究的一般性结论是：直线笔画和直角尖角的字形优于圆弧曲线笔画的字形、正体字优于斜体字；行距一般取字高的50%100%；笔画宽度对字高的比例（1：5）（1：18）；字间距不小于一个笔画的宽度。阮宝祥 邵祥华. 工业设计人机工程M. 北京：机械工业出版社，2005.2 P216从电子白板使用的目的和条件出发，选择行距为字高的100%，字间距为笔画的1/5,不难算出，在电子白板有效尺寸下，其文字容量338个字。四、现有白板设计及安装尺寸分析电子白板近些年才逐渐推进到教育领域。其使用安装多数是在现有教室条件的基础上加装的。由于学校的使用需求和学校的条件等多种因素影响，其安装形式主要有图6所示几种。a是以替代黑板为目的的安装方式；b、c是希望能够保留一部分黑板的作用；d、e则希望能够完全兼顾白板和黑板的使用。目前在中小学中使用比较多是b、c、d、e四种安装形式。其中采用b、c两种方式的原因之一显然是利用黑板来弥补电子白板书写容量不足，而d、e则是期望能够提高教室的功能兼顾性，教室能够兼顾到只使用黑板、只适用电子白板和黑板与电子白板同时使用几种情况。a b c d e图6 常见白板安装情况从上面计算结果可知，中小学校使用的电子白板其设计尺寸存在的首要问题是使用面积的有效文字容量。338个文字显然不能满足学校多数课堂需要书写的文字容量，因此图6中几乎所有布置形式都选择了保留黑板，用以弥补白板文字容量的不足。显然对于有一定文字书写量要求的课堂，电子白板还不能完全满足要求。电子白板进入教育之后，一些学者结合我国的基础教育改革，进行