1、1教室中的人机工程学研究摘要运用人机工程学的有关原理，探讨了大学院校里教室中的设施（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，得出了一组合理的数据，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1 引言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。如何创造一个宜人的教室环境是关系到教师教学和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，让人在使用时处于舒适的状态和适宜的环境之中，就必须在教室
2、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，最常用的是第5%、第 50%、第 95%三种百分位数。其中第五百分位是代表小身材，是指有 5%的人群身材尺寸小于此值，而有 95%的人群身材尺寸大于此值; 第五十百分位是代表中身材，是指大于和小于此人群身材尺寸的各为 50%；第九十五百分位代表大身材，是指有 95%的人群身材尺寸均小于此值，而有 5%的人群尺寸大于此值。2 黑板尺寸的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
3、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。2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
4、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。3 讲台尺寸的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，
5、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 座椅尺寸的设计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
6、，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3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。4.1 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
7、数值来设计（见表 2） ，此高度以380400mm 为宜。4.2 椅面宽度的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） 。4.3 椅面深度的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
8、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4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。4.4 靠背的设计人正坐足踏地时，倘若躯干得不到支持，则背部肌肉紧张，很易疲劳为了减轻正坐下的背肌紧张，必须使躯干得到支持，最常用方法就是用靠背。靠背的高和宽与坐姿肩高和肩宽有关。对于有
9、两个支承面的靠背，一个应为肩靠，另一个为腰靠。而对于只有一个支承面的靠背，则必须支承于腰部，并使靠背的凸出压入腰凹之内，以保证腰部得到充分的支持。对于学生用坐椅，在警觉条件下，只需有腰靠支持即可，而我国成年人腰椎部中心位置约在座位上 230260mm 处，为支持背部重量，腰椎支点应略高此尺度，因此，靠背高以 350400mm 为宜。靠背宽以第九十五百分位肩宽（见表 3）数据即400mm 左右为宜。靠背角度指座面与靠背的夹角，学生用椅，在警觉条件下，以95100为宜。5 课桌尺寸的设计5.1 课桌高度尺寸的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
10、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5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
11、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。5.2 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。5.3 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
12、，一般以 550600mm 为宜。5.4 桌面长度设计以稍大于坐宽，即以 500550mm 左右为宜。6 前排到黑板的距离的设计6.1 讲台后缘（靠黑板一侧）距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。6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。6.2 讲台前缘（靠课桌一侧）距前排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度，以 2000mm 左右为宜。7 结论本文通过以
13、上各部分的分析、研究，得出了一组较合理的数据，即黑板上缘高度以 20002100mm 为宜，下缘高度以 11001200mm 为宜。讲台以高9001000mm、长 9001100mm、宽 400500mm 为宜。座椅以高 380400mm 左右为宜。靠背以高 350400mm、宽 400mm 左右。靠背角度（指座面与靠背的夹角）95100为宜。课桌以高 720730mm、宽 350400mm（前后距）为宜。课桌前后排间距以 550600mm 为宜。课桌前排至黑板距离以 2000mm 左右为宜。以上这些数据试图为学校教室设施的有关尺寸设计，提供人机工程学的理论指导思想。为今后学校教室设施的设计中创造出符合使用要求的、宜人的人（教师、学生）-机（教室、设施）-环境（教室）系统。参考文献：1 赵江洪主编.人机工程学.高等教育出版社，2006.2 康兹 SA，魏润柏合著.人与室内环境 .中国建筑出版社， 1985.73 马江彬主编.人机工程学及应用.机械工业出版社.1993.4 曹琦.人机工程设计.西南交通大学出版社，1988.
