高校教室布局的人機因素分析

姚玉琴 吳 碩 徐 力 艾 倫

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

關鍵詞 人機工程學;教室;信息化;布局

中圖分類號:G481 文獻標識碼: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

伴隨信息技術的發展,投影機、白板等多媒體設備引入到教學中已經成為現代教育中非常普遍的教學現象。它們可以準確、方便、快捷地將信息傳遞給學生,使教師、學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方式不僅要考慮教學效果,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中教與學的效率。目前我國學生的近視率已從1998年的世界排名第四位上升到目前的第二位。研究發現,近視的形成有2大原因:先天遺傳性和后天用眼不當。北京大學兒童青少年衛生研究所研究證實,真正遺傳性近視眼只占全部近視的40%左右,環境改善是預防近視的著眼點。據統計,學生大約有60%的學習時間在教室度過。因此,教室照明環境良好與否,教學設備安裝位置科學與否,對預防學生近視至關重要。這里面蘊含著一些應該引起人們重視的相關科學問題,即人機工程學。

針對此種情況,通過對現在高校中所使用的教室進行的大量的數據測量、分析和計算,以一典型的個體教室為研究基礎,綜合分析,根據人機工程學原理,考慮多種人機關系,著重對幾個典型的人機工程問題進行研究并給出相應的改良方法和參數,以期各方能采取相應措施,徹底解決現代設備與教室科學布局和照明問題,讓學生在盡情通過書本、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,使教學中教與學的交互更加高效、方便和舒適。

1 教室布局設計中的人機工程學原理

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

1.1 科學高效性原則按照已掌握的科學原理辦事,運用國內外科技的最新成果,使各種相關設施的設計符合人的生理、心理特征,確保人、機、環境之間的關系協調,運作靈敏,效果顯著,并符合時代潮流。

1.2 安全可靠性原則框架結構牢固,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,如甲醛、苯、酚和放射性物質,或已經過處理,不會影響學生的身體健康;所使用的設備、家具、用品的各部件組合嚴密,沒有松動、開裂、脫膠的現象,在規定的使用期限內,能夠保證正常運行使用,一般不會發生故障;空間環境的照明方式、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衛生標準和人機工程原理允許的范圍內,對讀者沒有危險,不會造成傷害。

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

2 多媒體教室設備分布問題

教室通常分為3個功能區,即中央控制區、學生區和投影區。引用人機工程學分析,發現傳統教室中設備的選擇以及這3個功能區的布局和相關設計存在一定缺陷。

2.1 教室中3個功能區的布局通常教師在講課時與學生面對面,投影屏正好在教師的后側(圖1)。在講課過程中,教師看不到投影屏幕,使教與學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生的視線。當然,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 功能區的布局改進建議調整中央控制區的位置(圖2),調整后,教師在教學過程中不僅可以看到學生區的動態,也可以輕松地看到投影屏幕,使教與學的互動變得積極;而且中央控制臺不再遮擋左端學生的視線,3個功能區布局相對合理。

3 教室中學生視角與投影屏幕之間的關系

學生觀看投影屏幕,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,出現干澀、流淚等癥狀,對學習效率和身體健康造成極大的影響。

3.1 垂直視角的人機缺陷在垂直平面視野中,標準水平視線為0°,人眼向上最大轉動角度為25°,向下最佳轉角為30°,眼睛在這個范圍內觀察事物是準確和清晰的。因此, 教室中任何座位學生的視角向上不應大于25°。而現在使用的大多數多媒體教室中前2排學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。

同時還會發現在多媒體教室上課時,后排學生的視線經常被前排學生遮擋,后排的學生為看清投影屏幕只能側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計,現用教室的臺階高度在180 mm～250 mm之間。經分析計算,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整第一排座位距投影屏幕距離,根據實驗和計算得出:第一排學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該在4 300 mm～4 500 mm 之間。當第一排視角小于25°,后面各排的視角均小于此值。

根據理論分析,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。如要設計10～12排的教室,則對應的臺階總高度在3 500 mm～4 200 mm之間,那么教室的高度應該在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,不易設得太高,一般不應超過350 mm;同時,臺階的高度設定也應考慮女性舒適抬腿高度,一般為140 mm～170 mm;排數越靠后,教室階梯的臺階高度值越大。如果一味追求完全符合人機條件,加高臺階高度,不僅極大地增加經濟成本,而且也超出人的身體極限,反而使階梯臺階設計更不實用和宜人。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有140 mm～150 mm的輔助臺階,以滿足學生舒適抬腿高度。

3.3 水平視角的人機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,進入“盲區”。教室最左邊學生直到第七排水平視角才能達到30°之內。眼睛超出這個角度去看投影屏幕時,就會轉動頭部和身體,但長時間保持這樣的姿勢會使背部肌肉拉伸以致出現疲勞、酸痛癥狀,也會由于長時間的扭轉使脊椎受力不均,產生變形。

為緩解這種現象,可以將左右兩側的桌椅向教室中心偏轉一定角度。經實驗、計算,推薦向中心偏轉15°～17°(圖5)。

4 教室的環境設置

教室環境包括照明、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容的不同色彩對教室其他設備和教室主體色調的協調問題;增加的大量視聽設備需要考慮音量、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 結束語

人機工程學問題,在日常生活、學習中無處不在。教育裝備在設計和使用中,決不能忽視這一科學,它關系到學生的身心健康,應該引起設計制造者及使用者的高度重視。只有綜合考慮,合理運用,才能最大限度地提高現代信息技術在教學中的使用效率。

參考文獻

[1]從春俠.大學和諧文化建設與學習空間設計[J].高校教育管理,2008(1)

[2]丁玉蘭.人機工程學[M].北京:北京理工大學出版社,2005

[3]阮寶湘,郡祥華.工業設計人機工程[M].北京:機械工業出版社,2005

[4]王繼成.產品設計中的人機工程學[M].北京:化學工業出版社,2004

[5]陳毅然.居室裝潢與家事活動中工效學的應用[J].人類工效學,2003,9(2)

[6]曲敏.高校多媒體教室的人機工程學研究[D].南昌:南昌大學藝術與設計學院,2006

[7]王曉東,王述洋,王顯芳,張萬里.基于人機工程學的新型多媒體教室的研究與設計[J].機電產品開發與創新,2007,20(1)

[8]何芳.教室的教育學意義與資源再造[J].新課程,2007(12)

[9]熊興福.教室中的人機工程學研究[J].南昌大學學報:工科版,1995,17(3)