多媒体教室人机分析.doc

淮 海 工 学 院人机工程设计说明书 题 目： 多媒体教室设计 系（院）： 艺术学院 专 业： 工业设计 班 级： D设计091 姓 名： 朱晓洁 学 号： 510930643 2011年11月15日多媒体教室人机分析D设计091 朱晓洁 510930643进入二十一世纪以来，我国高校的硬件设施已经上了一个新的台阶，绝大多数大中专院校都建立了多媒体教室，这是令人欣慰的。一方面，多媒体教室中存在的种种设计和安装上的不完善却大大限制了其功能的发挥，给教学和学习带来了诸多不便，为了保证良好的教育教学效果，使多媒体教室的硬件设备物尽其用，因此有必要对多媒体教室中存在的人机工程问题进行分析研究。一 多媒体教室布局设计的人机工程学原则1.科学高效性原则：按照已掌握的科学原理办事，使各种设计设施符合人的生理、心理特征，确保人、机、环境之间的关系协调、运作灵敏、效果显著。2.安全可靠性原则：能够保证设计设计正常运行使用，一般不会发生故障；空间环境的照明方式，分布合理；温湿度条件、噪声、色彩、自然采光等都处于工业卫生标准和人机工程原理允许的范围内，没有危险不会造成伤害。3.健康原则：通过研究学生对环境中各种物理因素的反应和适应能力，确定学生在学习过程中所处环境的舒适范围和安全限度，确保学生在这种环境中活动和学习时身体各种器官感受良好，人体机能处于正常状态，不会受到损害。4.舒适实用性原则：多媒体教室应该营造具有现代气息、和谐舒适的教学氛围。使教师和学生在多媒体教室里能以轻松愉悦的心情开展教学活动。多媒体教室还应重视照明环境和声学环境的建设。二多媒体教室布局设计中的人机工程学问题1.授课空间存在的人机工程学问题，见图1。图1 多媒体教室授课空间主要存在的问题：（1）授课台过于狭窄，教案资料多的时候无处摆放；（2）授课台下净空深大大低于国家规定标准300mm的最低值，没有放腿的空间，为了看清屏幕，教师要吃力的将身体前倾；（3）没有配套的授课椅，授课台过高，当教师坐下时授课台挡住了教师的视线，教师和学生教学中的互动就存在了问题。2.听课空间存在的人机工程学问题，见图2、3。 图2、3 多媒体教室听课空间 主要存在的问题：（1） 课桌椅的高度不协调，坐姿不舒服，并且影响腿的放置；（2）课桌面过于狭窄，桌面宽度只有300mm,同学们的学习资料不够摆放；（3）第一排课桌离黑板过近，只有230mm,坐在第一排的同学看黑板要仰头很费劲；（4）此教室非阶梯教室，上课时后排学生的视线很容易被前排同学挡住。3.视觉显示界面存在的人机工程学问题，见图4、5。 图4、5 多媒体教室显示界面主要存在的问题：（1）电脑显示器镶嵌在授课台中，显示器与人的视线成一个较小锐角，个子矮小的老师看显示器时要向前倾，比较费力； （2）投影幕的位置太偏于教室的前门处，距离门边只有40mm,使很多同学无法清楚的看到屏幕；（3）投影幕与第一排学生的距离太近，第一排的学生如果长时间仰头看布幕将严重影响身心健康；（4）黑板的位置过低，老师书写不适，同时黑板的高度也会影响同学们观看的效果。4.采光在人机工程学中存在的问题，见表6、7。 表6、7 多媒体教室的采光主要存在的问题：（1）教室安装的两排日光灯在过道中间，采光问题受到严重影响；（2）教室只有一面有窗户，影响教室的采光度；（3）教室前部的日光灯可以撤掉，因为前排的日光灯影响布幕内容的清晰显示；（4）灯光的选用不能根据天气或者教师的需要进行调整。5.多媒体教室存在的其他人机工程学问题，见图8、9。 图8 多媒体教室的声音环境 图9多媒体教室的色彩环境（1）声音环境存在的人机工程学问题：老师在授课过程中没有麦克风，后排同学听不清上课内容，并且音响的悬挂位置不合理，坐在音响下面的同学听到播放的声音过大，而离得远的同学却听不清楚。（2）温度环境存在的人机工程学问题：教室内没有安装电扇，夏季教室内温度会很高。良好的环境因素会使师生在较为愉快的氛围中进行教与学的交互。（3）色彩环境存在的人机工程学问题：室内色彩暗淡，不能给师生一个舒适的心情进行工作学习。三多媒体教室存在的人机工程学问题的解决方法1.授课空间存在的人机工程学问题的解决方法: 多媒体教室中教师大多数时间是面向显示屏进行授课，因而要求授课台具有合理的形状和尺寸，以避免教师肌肉、颈、背、腕关节疼痛等职业病。按照人机工程学原理，授课台应符合人体各部位尺寸。在设计授课台的时候，将桌面设计的宽一些，使老师的教学资料有足够的地方放置；将授课台的高度设计的合理些，不能过高，以免当教师坐下授课时，前方的视线授课台遮住。下图，图1是依据人体尺寸确定的授课台主要尺寸，该人体尺寸是从大量调查资料中获得的平均值。图1 人体平均尺寸很多高校建设多媒体教室使，授课台和授课椅不同时进购，桌椅完全不配套，严重违背了人机工程学原则。可以采用课调节式的椅子，以满足不同身高的教师。尽量使老师可以坐在椅子上并将椅子尽量贴近授课台。另外，也可以把讲台设计成可以动的，这样可以根据上课的具体情况使用讲台，提高使用讲台的灵活性。2. 听课空间存在的人机工程学问题的解决方法:（1）根据国家标准GB/T39762002（学校课桌椅功能尺寸）的规定，在高等院校中只设一种高度的课桌椅，男女通用。1）固定式课桌椅，适用于阶梯教室，也适用于坡面或平面教室。课桌椅固定于教室地面。多人用。主要尺寸，见表1。表1 高校固定课桌椅的主要尺寸2）非固定式课桌椅，适用于平面教室，课桌单人用或双人用。课椅单人用，由于高校多媒体教室多为阶梯教室。第一排课桌距离黑板的距离因为黑板高度的2倍，使坐在第一排的同学能舒适清晰的看到黑板。并且课桌的宽度应设计的合理一些，使同学们有足够的空间摆放学习用品。（2）教室可采用阶梯型，见图2，使后排学生的视线不被前排同学所遮挡。图2 阶梯教室的座位1）要求视线不被遮挡，这取决于教师讲台、黑板或屏幕与座位的高度关系。黑板比座位低，就要考虑水平以下的视线。事实上，在同一教室里，越靠后的座位高于黑板的越多，观看黑板的视线下斜的角度也越大，因此为了视线不被前排同学遮挡，阶梯教室高度也需要更大。但设计时可用水平视线作基础分析，对后面几排的阶梯高度，逐级适当的予以加大。2）前后排的间距I对阶梯高度D也有影响：对于水平以下视线，D需要随I的加大而加大。设计时一般是先把I确定下来D就能计算出来。确定I的基本条件是：坐在里边位置的同学需要通行进出时，其他人仍然可以坐在座位上而不必起立避让，如上图虚线画的那样。3.显示界面存在的人机工程学问题的解决方法：（1）显示屏的改进方案。根据人机工程学的理论，授课桌上的显示屏应与观察者的视线垂直，以便操作者观察。有可能的话，选购较大的显示器，不要把屏幕字体设的太小，让你就算舒适地靠在靠背上也能轻松地观看。显示器的放置位置在正前方，距头部的距离大约是成年人的一臂长。显示器的屏面位置，应该最佳观察角进行设计，即屏面应与观察者的实现垂直，以便操作者观察。其视距最好处于710mm左右，太原和太近都不理想。对于特殊的大屏幕，视距可按实际情况增大。（2）投影幕的改进方案。选择最佳屏幕尺寸，要选择最佳的屏幕尺寸主要取决于使用空间的面积和观众座位的多少以及位置的安排。首要的规则是选择适合学生的屏幕而不是选择适合投影幕的屏幕，要把学生的视觉感受放在第一位。投影机用屏幕（4:3）规格尺寸对应情况见表2：表2 投影机用屏幕（4:3）规格尺寸屏幕（英寸） 对应屏幕尺寸（米） 宽高50 1.00.75601.20.9721.51.1841.71.21002.01.51202.41.81503.02.22004.03.0选择屏幕尺寸方面的几点参考：1)屏幕高度要让每一排的观众都能清楚地看到投影画面的内容。2)屏幕到第一排座位的距离应大于2倍屏幕的高度，布幕与最后一排学生的距离不能太远，若距离太远将导致后排学生看不清屏幕，屏幕底边距离地面1.5m左右。3)选择适合的投影设备需求的格式（画面比例）常见格式见表3：表3 投影设备常见格式影像格式屏幕比例（宽：高）VGA信号4:3投影仪1:1NTSC制式4:3PAL制式4:3HDTV(高解像电视)16:9宽银幕1.854)选择屏幕材料：选择的屏幕材料要适合投影机以及学生的需要。由于本教室的投影幕距离教室门边距离只有40mm，使另一侧同学们无法清楚的看到，可以将投影幕移置黑板的中央，见图3：图3 投影屏幕移至黑板中央（3）黑板的改进方案。黑板的设计要求，黑板是教室的主要固定教具，其设计要求应满足：书写流畅、无眩光、易擦拭、书写时不产生噪音、构造简单。黑板主要满足不同身高教室的书写，后排学生观看不受前排学生的遮挡。黑板高度的设计，涉及两个尺寸的位置。一个是黑板下缘的高度。根据人机工程学原理和人体的生理结构特点，在人体保持正常的站立姿势时，手执握粉笔板书的最低高度应是人立姿肘部高度，也就是人上臂下垂、前臂水平前伸时肘高（上臂与前臂形成90夹角）。若此高度低于肘高，上臂与前臂之间的夹角大于90，则书写时很难掌握笔形。根据我国GB/T100001988中国成年人人体尺寸所提供的数据，所以黑板下缘的高度应按男性第95百分位的肘高来设计，同时考虑鞋高及学生坐姿观察的高度，所以黑板下缘的高度以11001200mm为宜，另一个是黑板上缘的高度，需要考虑两个方面的因素：一是教师手执粉笔上举的高度，二是板书的容量。我国成年女性平均手上举高度为1900mm左右（加鞋高修正量），男性为2100mm左右，所以黑板上缘高度以20002100mm为宜。黑板面应采用耐磨和无光泽的材料，避免产生眩光，黑板颜色应为深色，以墨绿色和黑色为主。4. 采光在人机工程学中存在问题的解决方法：1.天然彩光：天然彩光既要满足桌面阅读、书写、笔记等传统的使用要求，而且要保证投影屏幕的清晰度，详细指标如下：（1）桌面水平照度：满足阅读、书写、笔记，参照建筑彩光设计标准及建筑照明设计标准，需彩光系数Cmin大于等于2%或桌面水平照度大于等于300lx。（2）投影屏幕的清晰度：投影仪亮度、屏幕的尺寸、屏幕到投影仪的距离等决定着屏幕亮度。环境亮度的存在会降低屏幕亮度对比系数C（C=L/l,其中L为目标和背景的亮度差，l为背景亮度），使屏幕投影的清晰度变差。环境亮度越高，即l越大，L越小，亮度对比系数C降低，当教学建筑中投影设备选定时，必须控制环境亮度。（3）黑板：设黑板的教室应满足视看要求，参照建筑照明设计标准，垂直面照度大于等于500xl。对教室的窗户进行适当调整，适当对室外天然光加以控制可以明显改善屏幕的清晰度，教室的采光经过科学设计完全可以避免目前照明能耗浪费的问题。2.人工照明：对于目前教室的光环境而言，灯具的排放位置需要改善。目前的灯光排放位置无法满足学生在看清屏幕内容的同时看书、做笔记，这将大大影响学生的学习效率。前排教师处的日光灯可以撤掉，其原因是前排的日光灯影响幕布内容的清晰显示。因为需要保证屏幕的观看效果，光线不能太亮，也不能太暗，影响学生书写笔记。改善方法：灯光的设计应该考虑与黑板和屏幕平行，分组控制灯光。多媒体教室也可以采用栅栏灯，保证多媒体教室的亮度。除了以上需要解决的问题外，目前的多媒体教室的灯光设计还存在以下几个问题：灯光的选用不能根据天气或者教师的需要进行调整。在进行多媒体教室灯光设计时应注意：（1） 避免高亮度点落到多媒体屏幕上而引起图像以及背景亮度的损失；（2）避免被照物体的反射光照到投影幕上；（3）提供教学的过程中学生必要的照明。 照度是衡量物体明亮程度的间接指标，照度与视觉效果有密切关系，在一定范围内增加照度可以提高视力，提高效率，但照度也不是越高越好，太高会刺眼，产生眩光，对媒体教室而言，找出适合的照度值是多媒体教室照明设计的关键。根据多媒体教室的照明特点，多媒体教室可以设置调光装置来满足不同的照明需求，教师课根据不同的教学目的采用不同照度，调光范围在150350lx之间。5.体教室存在的其他人机工程学问题的解决方法（1）声音环境存在人机工程学问题的解决方法：每个授课台上应配备麦克风，最好是可移动的麦克风，可以佩戴在老师身上，那样老师在教室内授课时可以走动教学。音箱位置的确定是保证良好多媒体教室声学环境的关键。要使语音清晰，就要获取良好的中高音频。音箱适宜悬挂，并且扬声器轴线对准学生听音区域，音箱不宜靠的太近，保持一定的距离，音箱高度最好水平，学生座位排列应尽可能有利于教室声音的传播。此外，进行多媒体教学中的声学设计应充分考虑到混响时间、噪音隔绝、音箱高度以及声音传播特性等方面的因素，使多媒体教室中的声学效果达到最佳。（2）温度环境存在人机工程学问题的解决方法： 教室没有安装电扇或者空调，有些教室即使安装了电扇，也没有估计讲台处的老师，夏季的时候老师同学将忍受酷暑的煎熬。介于这个原因，需要安装电扇或调整电扇的位置，使其兼顾到老师和同学，保证师生享受风扇带来的舒适感。（3）色彩环境存在人机工程学问题的解决方法： 色彩对人的生理和心理作用是明显的，在不同的色彩环境里，人的脉搏、血液循环、消化系统等有不同的变化。