基于人機工程學的手持產品健康設計專題教學研究

祝小林

【摘要】手持產品的人機關系是人機工程學課程的重要內容之一，以健康使用為目的手持產品形態(tài)來源于人的自然狀態(tài)與健康的人體運動。在專題教學實踐中，以健康設計概述、手系統(tǒng)分析、手持產品設計分析以及手持產品設計方法等四大知識板塊為教學內容，結合模擬演示、數(shù)理分析與案例講解等教學方法，有助于培養(yǎng)學生科學理性的設計思維，提升其產品設計的綜合能力。

【關鍵詞】人機關系 健康設計 課程內容 教學方法

【基金項目】浙江師范大學行知學院2016年度教學改革研究項目——設計數(shù)學在《人機工程學》課程教學中的實踐研究。

【中圖分類號】TB472 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2017）50-0219-02

一、前言

隨著人們生活水平的提高，“人生最大的財富是健康”已經成為國際社會的普遍共識。然而，人們很多的不健康是因為外界因素，其中包括一些設計不良產品對其所造成的傷害。在這一背景下，產品設計界提出了“健康工業(yè)設計”的設計理念，意為產品設計要符合人體的自然運動規(guī)律，以健康使用為原則，使人在使用產品時達到一種自由的狀態(tài)[1]。

手持產品作為與人的身體接觸最直接、最頻繁的產品，在保證功能實現(xiàn)的前提下實現(xiàn)手的操作自然、健康是相關設計師所追求的目標。在生活與工作中，長期使用不舒適的手持產品不僅會增加勞動負荷，降低勞動效率，而且會引發(fā)肌肉骨骼失調癥，破壞了人的健康。因此，在產品設計專業(yè)課程《人機工程學》的教學中著重設置手持產品的設計專題，能使課堂教學回歸生活，讓學生快速掌握這一科學理性的知識內容與設計方法，提升產品設計創(chuàng)新能力。然而，對產品設計專業(yè)人才培養(yǎng)進行“健康工業(yè)設計”教育能否起到上述作用關鍵在于其課程內容的設定與教學方法的選擇。

二、手持產品健康設計專題教學內容設置

《人機工程學》是一門專業(yè)性與實用性較強的應用型設計課程，要以人機關系的內在邏輯把所需的知識貫穿起來，其綱要如圖1所示。為了保證課程知識學有所用，在最后可設置一個大的實訓項目，制定相應的項目指導書，既重視理論知識教育，又重視設計實踐訓練。

1.健康設計概述

大健康概念的提出，相關數(shù)據(jù)的分析，發(fā)展趨勢的預判有助于學生了解健康設計的社會背景與現(xiàn)實意義，激起其求知欲與創(chuàng)新欲。而對于健康設計進行理論性的解讀（包括定義、目標、原則等）是進行知識鋪墊的過程，其內容貫穿于整個專題教學實踐中，所提出的“形式來源健康”更像是航海中的燈塔，指引著設計者為實現(xiàn)設計最高境界而不斷努力。手不僅延續(xù)思維，而且通過手的實踐能不斷完善人的思維；手不僅能做出各種精細與延續(xù)動作，而且能感知各種物體的冷熱、軟硬、粗滑等屬性。因此，手是人認知世界，改造世界，生存與生活最重要的身體器官。從人的健康角度出發(fā)，利用手——手臂——肩主體的生理構造與運動特點，結合使用者的心理與行為特征，進行關鍵點與角度的定位設計，有助于保護使用者的身心健康與提升設計者的科學設計能力[2]。

2.手系統(tǒng)分析

對于人來說，日常生活中大量的精細工作都是由手系統(tǒng)最終完成。認知手系統(tǒng)（包括手——手臂——肩主體的構成與運動規(guī)律）是設計出優(yōu)良手持產品的前提條件。手系統(tǒng)功能結構分析主要包含上肢系統(tǒng)的活動角度分析，腕關節(jié)舒適狀態(tài)分析以及手掌肌肉與骨胳結構分析。而掌握手系統(tǒng)的運動規(guī)律，如作業(yè)姿勢與肌肉靜力負荷關系，施力與能耗關系，手運動的速度與準度規(guī)律，并在設計中加以應用會使作品的形式更有科學依據(jù)。手持產品大部分是通過重復使用發(fā)揮其功能作用，由此影響人的健康主要體現(xiàn)在手系統(tǒng)相關組織的積累性損傷，通過案例與數(shù)據(jù)進一步分析失調癥狀及原因有助于預判設計作品可能存在的缺陷并進行細節(jié)優(yōu)化。

3.手持產品設計分析

通過前面的知識鋪墊之后進一步分析手持產品的人機設計原則、設計要素、設計評價能構建較為完整的知識。人機設計原則包括健康使用原則與尺寸選取原則，如保持手腕自然順直、避免靜力負荷等是設計過程中應著重考慮與遵循的，雙限值、單限值、均值等尺寸限值與滿足度是以人機關系作為設計切入必備分析與剖解，而眾多產品設計要素中主要影響人機健康使用的有三個：形態(tài)、材料、色彩。通過正反案例的分析對比教學有助于學生提升認知能力與設計應用能力。任何關于人——機關系最終都是圍繞數(shù)據(jù)展開，數(shù)據(jù)測量的準確度需要量化工具與科學方法，數(shù)據(jù)應用的有效性需要統(tǒng)計學計算方法，這一過程肯定會用到平均值、標準差、百分位數(shù)求解等數(shù)學知識，也可能會用到樣本精確法與三維空間坐標法來確定數(shù)據(jù)點，在課堂上讓學生理解這些數(shù)學方法與知識有助于后續(xù)設計實踐的展開。

4.手持產品設計方法

人通過各個“接觸點”實現(xiàn)人對手持產品的控制，因此，在動作初步分析的基礎上，以接觸點為核心的關鍵點設計方法是較為實用與高效的手持產品設計方法，其中包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)應用等三個環(huán)節(jié)。數(shù)據(jù)準確采集是整個設計方法的基礎，有條件的可以借用三維掃描設備，沒有相關儀器設備可以用視圖拍攝法來獲取數(shù)據(jù)，這一方法要注意拍攝的角度、測量值與實際值的轉換關系；數(shù)據(jù)分析是關鍵，每個對象數(shù)據(jù)匯總之后要求求解每個關鍵點的平均值、標準差，并根據(jù)行為分析確定其滿足度與百分位數(shù)值；數(shù)據(jù)應用是目的，依據(jù)分析得到的百分位數(shù)結合空間坐標系確定各個關鍵點的空間位置點，以此為依據(jù)，借助三維軟件構造人機接觸面，從而實現(xiàn)良好的產品形態(tài)界面，達到設計實踐目的。

三、手持產品健康設計專題教學方法

以往針對產品設計專業(yè)的《人機工程學》課程教學大部分課時都是傳統(tǒng)的教學模式——以理論講授為主填鴨式教學，教學質量較低。為了打破傳統(tǒng)這一教學模式，實施教學時應采用“一講點一練習”的教學模式并結合“知識講授、應用示范和實踐指導”三位一體的教學方法。具體來講，大健康概述以國際或大數(shù)據(jù)形成的報告為主體，通過數(shù)據(jù)變化比較教學激起學生的學習激情與動力；手系統(tǒng)分析關注自身，通過自我模擬與知識點闡述相結合的方法實現(xiàn)情景再現(xiàn)，強化記憶，深挖細節(jié)；手持產品設計分析知識內容可采用邊講邊練的方式提高教學質量；專題核心內容——關鍵點設計方法則需要教師通過細講典型案例的方法促使學生構建知識網絡，然后在其項目設計實踐過程中全程跟蹤，對學生所提出的問題運用示范法進行解決。通過對2015級2個班的教學改革試驗，“一講點一練習”的教學模式收效良好：學生專注力大大提高，課堂氛圍活躍，設計作品方案質量大大提高。

四、結論

任何基于人機關系的手持產品健康設計創(chuàng)新都是一項復雜性、綜合性的工程，分析已有相關產品的使用操作行為并分析可能導致身體積累性損傷的原因能夠明確設計目標與設計方向，再結合對手系統(tǒng)結構功能與運動規(guī)律的理解，能夠快速發(fā)現(xiàn)問題。實踐證明，嘗試對產品設計專業(yè)學生所開設的《人機工程學》進行手持產品專題設計項目研究，是一種針對性、專業(yè)性與綜合性相互融合課程教學改革的有益探索，擺脫產品設計專業(yè)人機教育困境的同時增強了未來產品設計師的創(chuàng)新與設計能力。

參考文獻：

[1]王艷群.健康工業(yè)設計理念之兒童產品設計研究[D].湖北工業(yè)大學，2007.05：7-8

[2]張丙辰、過偉敏、王艷群等.基于關鍵點的兒童鼠標外形設計[J].機械工程學報，48（15）：158-163endprint