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专业教室课桌椅设计及人机分析摘要运用人机工程学的知识，探讨设计艺术学院教室中的设施（黑板、讲台、课桌、课椅）的布置和尺寸与人（教师、学生）的功能尺度相协调的关系，然后分析现用教室存在的问题，根据人机工程学原则设计适合我们使用的教室，从而达到减少教师和学生上课时的疲劳，提高教学效果的目的。关键词：人机工程、人体测量、课桌、课椅、布局、设计1 引言 专业教室是学校从事教学活动的一个重要的基地，是教师和学生工作、学习的场所。宜人的教室环境和人机设计是影响老师教学及学生学习效果的一个重要因素。由于人体各部位的尺度因人而异，为使各种与人体尺度有关的教室设施（黑板、讲台、课桌、课椅）的设计，能符合人的生理特性，让不同的人在使用时都处于舒适的状态和适宜的环境之中，就必须在教室设施的布置和尺寸设计过程中，运用人机环境之间相互关系的系统理论来进行分析研究和设计。在人机工程学中，人体尺度的测量数据常以百分位数来表示，产品设计中最常用的是第5%、第50%、第95%三种百分位数。要设计出让人满意大的产品就必须有可靠地数据统计及分析。 这个项目我们主要研究和设计的项目主要有： 一.学生椅子 二.学生课桌 三.讲台 四.黑板 五.课桌椅的布局 设计要以人为本，应该从人的需求方向出发。为了了解学生对教室环境的感受和要求，方便研究分析和设计，我做了30份问卷调查，调查题目如下： 设计院专业教室问卷调查教室是我们学习、答疑解问的地方，和我们的生活密切相关，为了调查我们设计院教室的现状，了解同学们的意见和建议，更为了设计良好的学习环境，下面做出了一些问题调查，希望同学们配合参与。1.请问您的性别（ ）。A.男 B.女2.您的年级（ ）。A.大一 B.大二 C.大三 D.大四3.您满意你现在所用的专业教室吗（ ）。A.满意 B.一般 C.不满意4.您对教室桌椅的布局满意吗（ ）。A.满意 B.一般 C.不满意5.您认为你所用的教室应容纳多少人合适：6.您上课时视线是否被前面同学挡住（ ）。A.是 B.否7.您所用的课桌椅是什么材质的（ ），您希望是什么材质的：A.木质 B.铁质 C.其他8.您觉得教室采光情况如何（ ）A.好 B.一般 C.不好9您觉得你现在用的课桌大小合适吗（ ）A.合适 B.不合适 C.无所谓10.您觉得现在用的课桌高度和容腿空间合适吗( ).A.合适 B.不合适 C.无所谓11.您觉得黑板的高度合适吗（ ）。A.合适 B.不合适 C.无所谓12.您觉得教室的过道宽度合适吗（ ）。A.合适 B.不合适13.您觉得有有必要设置老师的讲台吗（ ）。A.有必要 B.没必要 C.无所谓14.上课时喜欢单人单桌还是多人一起坐（ ）。A.单人 B.多人15.你觉得上课时前臂压着桌子边沿难受吗（ ）。A.难受 B.没感觉 16.你觉你现在用的课桌椅高度合适吗（ ）。A.合适 B.一般 C.不合适17.你坐上椅子后有没有感觉到椅子边沿压着大腿（ ）。A.有 B.没有 18.当你下课后想站起来离开座位时有没有觉得桌子腿阻碍了你的动作（ ）。A.有 B.没有19.你觉得你现在用的桌子存贮空间足够吗（ ）。A.够 B.不够20.要是你坐在前排的边角上，你会觉得看黑板有困难吗（ ）。A.有 B.没有 C.无所谓21.你对我们的教室设计有什么建议呢：下面进行五大内容分析及设计。1 学生椅子学生用座椅的设计应以稳定性为主。人体重量要均匀分布于座面上，设计不能过于舒适，以免学生精力不集中，产生懒散的感觉。座面应有适当的硬度，使其有助于体重压力均匀分布在坐骨结节区域，同时座椅设计还应结构简单、节省材料并应有利于地面清扫。为便于学生正向观看黑板倾听教师讲课，现就教室连排固定座椅的尺寸设计作一分析。1. 椅面高度设计 适宜的椅面高度应使就坐者大腿近于水平，小腿自然垂直，脚掌平放在地面上。座面不能过高，否则矮身材的人小腿悬空时，使大腿受椅面前缘压迫，坐者感到不适，长时间这样坐，则使小腿血液循环受阻，产生麻木肿胀感。如座面过低，则高身材的人坐时骨盆后倾，正常腰椎曲线被拉直，增加背部肌肉负荷，易产生腰酸背痛感。所以椅面高度以矮身材的人的小腿加足高的数值来设计（见表2），此高度以380400mm为宜。2. 椅面宽度设计 椅面的宽度必须能容纳身材粗壮的人，对于单人使用的座椅，通常以女性臀宽尺寸的第九十五百分位数值进行设计，同时还要考虑冬季着装的需要对于教室中成排相邻放置（固定）的座椅，则常以肘间距群体上限值为设计基准，以避免拥挤压迫感。同时考虑扶手的宽度，使人的双臂得到支承，如座宽太大，则肘部必须向两侧外伸展以寻求支承，这样会引起肩部疲劳，所以座宽以400450mm为宜。对于扶手椅其扶手宽应以500550mm为宜（见表2）。3. 椅面深度设计 椅面深度是指椅面的前后距离，其尺寸应满足三个条件：使臀部得到充分的支持，腰部得到靠背的支持，椅面前缘与小腿之间留有适当的距离，以保证大腿肌肉不受挤压，小腿可以自由活动。如果坐深大于身材矮小的学生大腿长（表2中坐深），则座面前缘将压迫膝窝处压力敏感部位，这样坐的时间长了会不舒适，因此椅面深度的设计应以坐深的第五百分位数值进行设计（表2）这样，身材矮小的学生坐着舒服，而身材高大的学生，只要臀部能得到支持，也不会在大腿部位引起压力疲劳。 综上分析，椅面深度应以400mm左右为宜。2 学生课桌设计1.课桌高度设计 课桌高度通常应与学生坐姿肘高相近或稍高于坐姿肘高。一旦椅座面的高度决定了，则坐姿肘高取决于椅高。因此，课桌高度应与一定的椅高相适应。学生用课桌主要用于记笔记及放置课本，其高度的设计应满足学生记笔记时手臂肘部很舒服地得到依靠。如桌面过低，又要保持身体较正常的腰椎曲线，则必悬臂书写，这时，虽然笔的重量很轻，但是由于力臂较长（笔到肩部的距离），手臂肌肉需同时支持手臂本身重量和笔的重量，使人的肌肉很易疲劳，若寻求肘部依靠在桌面上，则必弯腰弓背，引起腰部不适。如果课桌过高，则桌面的前沿压着前臂，或者手的上臂在肩部外展角度过大，都会造成不舒服。 设计课桌高度时，需从两个方面加以考虑。一是当座椅高度未定时，通常是以群体坐姿肘高的上限数来设计，这样的设计高度可使手臂肘部得到依靠，减少学生书写时的疲劳；二是当座椅高度一定时，桌面下缘至座椅面的距离，应以群体坐姿大腿厚的上限值来设计，并考虑使膝部有一定的上下活动的余地。而桌面上缘至下缘的距离则考虑学生放书包、书籍用。若以前面分析的椅面高度400mm来设计，见表3，大百分位坐姿大腿厚为151mm，着装修正量加13mm，同时考虑膝部上下活动需要，取170180mm。桌面上下缘距取150mm，则课桌高度以720730mm为宜。2. 桌面宽度设计 桌面宽度的设计一般以学生前臂长加手长下限来设计，通常以350400mm为宜。3.课桌前后排的间距设计 此间距设计常以坐深加上大腿厚的上限数值为设计依据，这样可以使人较方便地进出，一般以550600mm为宜。4.桌面长度设计 以稍大于坐宽，即以500550mm左右为宜。3 讲台设计 讲台是教师上课的舞台，是教师上课时摆放书籍和教案的地方。教师在上课时有时要翻阅讲台上的教案，从人机工程学角度来讲，当人站着工作时，桌面高应与人的肘部相平或稍低于人的肘部高时，人体最不易疲劳讲台高度若过高，则个子较矮的人翻阅教案时，手臂外展较大，使人不舒服若讲台过低，则个高的教师眼睛到教案距离过远不易看清教案，需弯腰弓背方能看清，这样极易造成腰酸背痛的感觉。综合分析，讲台高度以较矮女性站立时肘高设计较好见表1，此高度为9001000mm。这样可满足个矮人的需要，对于个子较高的人眼睛至讲台面的距离在710mm左右，此距离在人的正常视距范围之内。 讲台的长度以人肘部上展与肩峰同高时，两肘之间的距离为宜，通常在9001100mm之间。 讲台的宽度以人前臂向前平伸（上臂下垂）时的长度（包括手长）为宜，通常为400500mm。4 黑板设计黑板是教师上课时板书、挂图及学生注视的地方。在当前的讲课或作报告的过程中，传统的黑板还是主要的教学设施之一，黑板高度设置的合理性，对于教师充分利用黑板的空间，减少书写的不适性，以及板书的工整、学生清晰地观看到黑板上的板书或挂图，都具有实质上的意义。 黑板高度的设计，涉及两个尺寸的定位，一个是黑板下缘的高度，根据人机工程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，也即人上臂下垂、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，这时上臂与前臂之间的夹角大于90，则书写时笔形很难掌握。 根据我国GB10000-88中国成年人体尺寸所提供的数据（见表1），黑板下缘高度应按男性第九十五百分位的肘高来设计，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，需要考虑两个方面因素：一是教师手执握粉笔上举的高度，二是黑板板书的容量。从表1可见，我国成年女性平均手上举高度为1900mm（表中数据加鞋高）左右，男性为2100mm左右，所以黑板上缘高度以20002100mm为宜。当然，此高度为满足个子较矮的女性教师的需要，还需加200250mm左右的脚垫。五布局设计 1.讲台靠黑板一侧与黑板的距离 此空间距离主要是考虑教师转身板书伸展自如，及教师具有较舒适的活动空间。在具体的设计过程中，以人的手臂前伸长度的上限来设计。讲台后缘距黑板距离以上臂长加前臂长再加手长的第九十五百分位为设计依据，此距离以8001000mm为宜。2. 讲台靠课桌一侧与前排的距离 此距离以一个人通过方便为设计参考，一般取500600mm。综上所分析，前排至黑板距离应为上两项数据加上讲台宽