高校教室布局的人機(jī)因素分析

姚玉琴 吳 碩 徐 力 艾 倫

摘要 基于人機(jī)工程學(xué),分析高校信息化建設(shè)中多媒體教室在設(shè)計和布局上存在的問題,并提出解決方案,對提高教學(xué)效率和保障師生的身體健康都十分有益。

關(guān)鍵詞 人機(jī)工程學(xué);教室;信息化;布局

中圖分類號:G481 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1671-489X(2009)33-0001-03

Analysis about Distribution of University Classroom on Basis of Ergonomics Theory//Yao Yuqin, Wu Shuo, Xu Li, Ai Lun

Abstract Ergonomics based on analysis of information technology in colleges and universities in the multimedia classrooms in the design and layout problems and proposed solutions. For improving teaching efficiency and to protect the health of students and teachers are very helpful.

Key words ergonomics theory; classroom; information; distribution

Authors address Capital Normal University, Beijing, 100048, China

伴隨信息技術(shù)的發(fā)展,投影機(jī)、白板等多媒體設(shè)備引入到教學(xué)中已經(jīng)成為現(xiàn)代教育中非常普遍的教學(xué)現(xiàn)象。它們可以準(zhǔn)確、方便、快捷地將信息傳遞給學(xué)生,使教師、學(xué)生之間的交流更加便捷、生動和直觀。但是目前普遍使用的這種教學(xué)方式不僅要考慮教學(xué)效果,同時不容忽略其使用中對師生身體健康的影響。如果這些問題不予重視和解決,將會在很大程度上降低多媒體教學(xué)中教與學(xué)的效率。目前我國學(xué)生的近視率已從1998年的世界排名第四位上升到目前的第二位。研究發(fā)現(xiàn),近視的形成有2大原因:先天遺傳性和后天用眼不當(dāng)。北京大學(xué)兒童青少年衛(wèi)生研究所研究證實,真正遺傳性近視眼只占全部近視的40%左右,環(huán)境改善是預(yù)防近視的著眼點。據(jù)統(tǒng)計,學(xué)生大約有60%的學(xué)習(xí)時間在教室度過。因此,教室照明環(huán)境良好與否,教學(xué)設(shè)備安裝位置科學(xué)與否,對預(yù)防學(xué)生近視至關(guān)重要。這里面蘊(yùn)含著一些應(yīng)該引起人們重視的相關(guān)科學(xué)問題,即人機(jī)工程學(xué)。

針對此種情況,通過對現(xiàn)在高校中所使用的教室進(jìn)行的大量的數(shù)據(jù)測量、分析和計算,以一典型的個體教室為研究基礎(chǔ),綜合分析,根據(jù)人機(jī)工程學(xué)原理,考慮多種人機(jī)關(guān)系,著重對幾個典型的人機(jī)工程問題進(jìn)行研究并給出相應(yīng)的改良方法和參數(shù),以期各方能采取相應(yīng)措施,徹底解決現(xiàn)代設(shè)備與教室科學(xué)布局和照明問題,讓學(xué)生在盡情通過書本、電腦、電視、投影獲取大量知識的同時,擺脫教室“光污染”的困擾,使教學(xué)中教與學(xué)的交互更加高效、方便和舒適。

1 教室布局設(shè)計中的人機(jī)工程學(xué)原理

人機(jī)工程學(xué)的核心思想是從系統(tǒng)論的觀點來研究人(操作者、使用者)—機(jī)器(包括人操作和使用的工具、機(jī)器、設(shè)備及工程系統(tǒng))—環(huán)境(人和機(jī)器所處的環(huán)境)所組成的系統(tǒng),以及三要素之間的相互關(guān)系和影響。它研究的重點是人,從人的生理和心理特征考慮,使系統(tǒng)中的三要素相互協(xié)調(diào),保證人的身心健康,提高工作效率。按照人機(jī)工程學(xué)的觀點,教室中的讀者就是系統(tǒng)中的人,電腦、設(shè)備、工具和用品等手段就是系統(tǒng)中的機(jī),而人、機(jī)共處的學(xué)習(xí)條件就是系統(tǒng)中的環(huán)境,整個教室就是一個“人—機(jī)”系統(tǒng)。在設(shè)計教室的時候,要整體考慮人、機(jī)、環(huán)境三要素及其相互關(guān)系和系統(tǒng)的整體效果。教室設(shè)備的布局設(shè)計要符合以下幾條原則。

1.1 科學(xué)高效性原則按照已掌握的科學(xué)原理辦事,運(yùn)用國內(nèi)外科技的最新成果,使各種相關(guān)設(shè)施的設(shè)計符合人的生理、心理特征,確保人、機(jī)、環(huán)境之間的關(guān)系協(xié)調(diào),運(yùn)作靈敏,效果顯著,并符合時代潮流。

1.2 安全可靠性原則框架結(jié)構(gòu)牢固,不會傾倒或損壞;墻面、物體等表面光滑,沒有可能使讀者致傷的利口、毛刺、尖物;所使用的建筑材料、涂料等不含有危害人體的有害物質(zhì),如甲醛、苯、酚和放射性物質(zhì),或已經(jīng)過處理,不會影響學(xué)生的身體健康;所使用的設(shè)備、家具、用品的各部件組合嚴(yán)密,沒有松動、開裂、脫膠的現(xiàn)象,在規(guī)定的使用期限內(nèi),能夠保證正常運(yùn)行使用,一般不會發(fā)生故障;空間環(huán)境的照明方式、照度分布合理,溫濕度條件、噪聲、色彩、自然采光等都處于工業(yè)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)和人機(jī)工程原理允許的范圍內(nèi),對讀者沒有危險,不會造成傷害。

1.3 健康原則通過研究學(xué)生對環(huán)境中各種物理因素的反應(yīng)和適應(yīng)能力,確定學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中所處環(huán)境的舒適范圍和安全限度,確保學(xué)生在這種環(huán)境中活動和學(xué)習(xí)時身體各器官感受良好,人體機(jī)能處于正常狀態(tài),不會受到損害。

2 多媒體教室設(shè)備分布問題

教室通常分為3個功能區(qū),即中央控制區(qū)、學(xué)生區(qū)和投影區(qū)。引用人機(jī)工程學(xué)分析,發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)教室中設(shè)備的選擇以及這3個功能區(qū)的布局和相關(guān)設(shè)計存在一定缺陷。

2.1 教室中3個功能區(qū)的布局通常教師在講課時與學(xué)生面對面,投影屏正好在教師的后側(cè)(圖1)。在講課過程中,教師看不到投影屏幕,使教與學(xué)的互動變得有些被動;同時,中央控制臺一般在講臺的右前方,這必然會遮擋左端前排學(xué)生的視線。當(dāng)然,投影屏幕的大小問題也需要考慮,但在本文暫不作分析。

2.2 功能區(qū)的布局改進(jìn)建議調(diào)整中央控制區(qū)的位置(圖2),調(diào)整后,教師在教學(xué)過程中不僅可以看到學(xué)生區(qū)的動態(tài),也可以輕松地看到投影屏幕,使教與學(xué)的互動變得積極;而且中央控制臺不再遮擋左端學(xué)生的視線,3個功能區(qū)布局相對合理。

3 教室中學(xué)生視角與投影屏幕之間的關(guān)系

學(xué)生觀看投影屏幕,眼睛與屏幕間的視覺范圍如果不合適,長時間觀看就會感覺到不適,出現(xiàn)干澀、流淚等癥狀,對學(xué)習(xí)效率和身體健康造成極大的影響。

3.1 垂直視角的人機(jī)缺陷在垂直平面視野中,標(biāo)準(zhǔn)水平視線為0°,人眼向上最大轉(zhuǎn)動角度為25°,向下最佳轉(zhuǎn)角為30°,眼睛在這個范圍內(nèi)觀察事物是準(zhǔn)確和清晰的。因此, 教室中任何座位學(xué)生的視角向上不應(yīng)大于25°。而現(xiàn)在使用的大多數(shù)多媒體教室中前2排學(xué)生的視角向上均大于25°(如圖3所示),上課時他們的眼睛基本上處于疲勞狀態(tài)。

同時還會發(fā)現(xiàn)在多媒體教室上課時,后排學(xué)生的視線經(jīng)常被前排學(xué)生遮擋,后排的學(xué)生為看清投影屏幕只能側(cè)身或仰頭去看投影屏幕。提高后排桌椅的高度可以解決前后排視線遮擋的問題,通常采用桌椅分階設(shè)計,現(xiàn)用教室的臺階高度在180 mm～250 mm之間。經(jīng)分析計算,這個尺寸偏小,不能完全解決遮擋問題。

3.2 改善垂直視角建議調(diào)整第一排座位距投影屏幕距離,根據(jù)實驗和計算得出:第一排學(xué)生與投影屏幕之間的視角為25°時,第一排距投影屏幕的距離應(yīng)該在4 300 mm～4 500 mm 之間。當(dāng)?shù)谝慌乓暯切∮?5°,后面各排的視角均小于此值。

根據(jù)理論分析,教室臺階高度的確定如圖4所示,350 mm的臺階高度可以完全解決遮擋問題。如要設(shè)計10～12排的教室,則對應(yīng)的臺階總高度在3 500 mm～4 200 mm之間,那么教室的高度應(yīng)該在5 500 mm～6 500 mm之間。而一般的教室高度為4 000 mm～5 000 mm之間,所以臺階的高度與教室的高度密切相關(guān),不易設(shè)得太高,一般不應(yīng)超過350 mm;同時,臺階的高度設(shè)定也應(yīng)考慮女性舒適抬腿高度,一般為140 mm～170 mm;排數(shù)越靠后,教室階梯的臺階高度值越大。如果一味追求完全符合人機(jī)條件,加高臺階高度,不僅極大地增加經(jīng)濟(jì)成本,而且也超出人的身體極限,反而使階梯臺階設(shè)計更不實用和宜人。綜合考慮以上因素,建議給出的臺階高度為280 mm～320 mm之間,其中行走臺階之間設(shè)有140 mm～150 mm的輔助臺階,以滿足學(xué)生舒適抬腿高度。

3.3 水平視角的人機(jī)缺陷人眼水平識字視角在5°～30°之間,超出這個范圍的字和字母就趨于消失,進(jìn)入“盲區(qū)”。教室最左邊學(xué)生直到第七排水平視角才能達(dá)到30°之內(nèi)。眼睛超出這個角度去看投影屏幕時,就會轉(zhuǎn)動頭部和身體,但長時間保持這樣的姿勢會使背部肌肉拉伸以致出現(xiàn)疲勞、酸痛癥狀,也會由于長時間的扭轉(zhuǎn)使脊椎受力不均,產(chǎn)生變形。

為緩解這種現(xiàn)象,可以將左右兩側(cè)的桌椅向教室中心偏轉(zhuǎn)一定角度。經(jīng)實驗、計算,推薦向中心偏轉(zhuǎn)15°～17°(圖5)。

4 教室的環(huán)境設(shè)置

教室環(huán)境包括照明、色彩、聲音等。多媒體教室不同于普通教室,存在不少人機(jī)工程問題。例如:人眼看清事物所需要的照度與投影播放時所需的照度是不一致的,這一矛盾需要解決;同時需要考慮多媒體播放內(nèi)容的不同色彩對教室其他設(shè)備和教室主體色調(diào)的協(xié)調(diào)問題;增加的大量視聽設(shè)備需要考慮音量、噪聲等,這都是人們不容忽視的問題。由于篇幅所限,這里就不一一具體分析。

5 結(jié)束語

人機(jī)工程學(xué)問題,在日常生活、學(xué)習(xí)中無處不在。教育裝備在設(shè)計和使用中,決不能忽視這一科學(xué),它關(guān)系到學(xué)生的身心健康,應(yīng)該引起設(shè)計制造者及使用者的高度重視。只有綜合考慮,合理運(yùn)用,才能最大限度地提高現(xiàn)代信息技術(shù)在教學(xué)中的使用效率。

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