高校教室布局的人机因素分析

姚玉琴 吴 硕 徐 力 艾 伦

摘要 基于人机工程学,分析高校信息化建设中多媒体教室在设计和布局上存在的问题,并提出解决方案,对提高教学效率和保障师生的身体健康都十分有益。

关键词 人机工程学;教室;信息化;布局

中图分类号:G481 文献标识码:A 文章编号: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

伴随信息技术的发展,投影机、白板等多媒体设备引入到教学中已经成为现代教育中非常普遍的教学现象。它们可以准确、方便、快捷地将信息传递给学生,使教师、学生之间的交流更加便捷、生动和直观。但是目前普遍使用的这种教学方式不仅要考虑教学效果,同时不容忽略其使用中对师生身体健康的影响。如果这些问题不予重视和解决,将会在很大程度上降低多媒体教学中教与学的效率。目前我国学生的近视率已从1998年的世界排名第四位上升到目前的第二位。研究发现,近视的形成有2大原因:先天遗传性和后天用眼不当。北京大学儿童青少年卫生研究所研究证实,真正遗传性近视眼只占全部近视的40%左右,环境改善是预防近视的着眼点。据统计,学生大约有60%的学习时间在教室度过。因此,教室照明环境良好与否,教学设备安装位置科学与否,对预防学生近视至关重要。这里面蕴含着一些应该引起人们重视的相关科学问题,即人机工程学。

针对此种情况,通过对现在高校中所使用的教室进行的大量的数据测量、分析和计算,以一典型的个体教室为研究基础,综合分析,根据人机工程学原理,考虑多种人机关系,着重对几个典型的人机工程问题进行研究并给出相应的改良方法和参数,以期各方能采取相应措施,彻底解决现代设备与教室科学布局和照明问题,让学生在尽情通过书本、电脑、电视、投影获取大量知识的同时,摆脱教室“光污染”的困扰,使教学中教与学的交互更加高效、方便和舒适。

1 教室布局设计中的人机工程学原理

人机工程学的核心思想是从系统论的观点来研究人(操作者、使用者)—机器(包括人操作和使用的工具、机器、设备及工程系统)—环境(人和机器所处的环境)所组成的系统,以及三要素之间的相互关系和影响。它研究的重点是人,从人的生理和心理特征考虑,使系统中的三要素相互协调,保证人的身心健康,提高工作效率。按照人机工程学的观点,教室中的读者就是系统中的人,电脑、设备、工具和用品等手段就是系统中的机,而人、机共处的学习条件就是系统中的环境,整个教室就是一个“人—机”系统。在设计教室的时候,要整体考虑人、机、环境三要素及其相互关系和系统的整体效果。教室设备的布局设计要符合以下几条原则。

1.1 科学高效性原则按照已掌握的科学原理办事,运用国内外科技的最新成果,使各种相关设施的设计符合人的生理、心理特征,确保人、机、环境之间的关系协调,运作灵敏,效果显著,并符合时代潮流。

1.2 安全可靠性原则框架结构牢固,不会倾倒或损坏;墙面、物体等表面光滑,没有可能使读者致伤的利口、毛刺、尖物;所使用的建筑材料、涂料等不含有危害人体的有害物质,如甲醛、苯、酚和放射性物质,或已经过处理,不会影响学生的身体健康;所使用的设备、家具、用品的各部件组合严密,没有松动、开裂、脱胶的现象,在规定的使用期限内,能够保证正常运行使用,一般不会发生故障;空间环境的照明方式、照度分布合理,温湿度条件、噪声、色彩、自然采光等都处于工业卫生标准和人机工程原理允许的范围内,对读者没有危险,不会造成伤害。

1.3 健康原则通过研究学生对环境中各种物理因素的反应和适应能力,确定学生在学习过程中所处环境的舒适范围和安全限度,确保学生在这种环境中活动和学习时身体各器官感受良好,人体机能处于正常状态,不会受到损害。

2 多媒体教室设备分布问题

教室通常分为3个功能区,即中央控制区、学生区和投影区。引用人机工程学分析,发现传统教室中设备的选择以及这3个功能区的布局和相关设计存在一定缺陷。

2.1 教室中3个功能区的布局通常教师在讲课时与学生面对面,投影屏正好在教师的后侧(图1)。在讲课过程中,教师看不到投影屏幕,使教与学的互动变得有些被动;同时,中央控制台一般在讲台的右前方,这必然会遮挡左端前排学生的视线。当然,投影屏幕的大小问题也需要考虑,但在本文暂不作分析。

2.2 功能区的布局改进建议调整中央控制区的位置(图2),调整后,教师在教学过程中不仅可以看到学生区的动态,也可以轻松地看到投影屏幕,使教与学的互动变得积极;而且中央控制台不再遮挡左端学生的视线,3个功能区布局相对合理。

3 教室中学生视角与投影屏幕之间的关系

学生观看投影屏幕,眼睛与屏幕间的视觉范围如果不合适,长时间观看就会感觉到不适,出现干涩、流泪等症状,对学习效率和身体健康造成极大的影响。

3.1 垂直视角的人机缺陷在垂直平面视野中,标准水平视线为0°,人眼向上最大转动角度为25°,向下最佳转角为30°,眼睛在这个范围内观察事物是准确和清晰的。因此, 教室中任何座位学生的视角向上不应大于25°。而现在使用的大多数多媒体教室中前2排学生的视角向上均大于25°(如图3所示),上课时他们的眼睛基本上处于疲劳状态。

同时还会发现在多媒体教室上课时,后排学生的视线经常被前排学生遮挡,后排的学生为看清投影屏幕只能侧身或仰头去看投影屏幕。提高后排桌椅的高度可以解决前后排视线遮挡的问题,通常采用桌椅分阶设计,现用教室的台阶高度在180 mm～250 mm之间。经分析计算,这个尺寸偏小,不能完全解决遮挡问题。

3.2 改善垂直视角建议调整第一排座位距投影屏幕距离,根据实验和计算得出:第一排学生与投影屏幕之间的视角为25°时,第一排距投影屏幕的距离应该在4 300 mm～4 500 mm 之间。当第一排视角小于25°,后面各排的视角均小于此值。

根据理论分析,教室台阶高度的确定如图4所示,350 mm的台阶高度可以完全解决遮挡问题。如要设计10～12排的教室,则对应的台阶总高度在3 500 mm～4 200 mm之间,那么教室的高度应该在5 500 mm～6 500 mm之间。而一般的教室高度为4 000 mm～5 000 mm之间,所以台阶的高度与教室的高度密切相关,不易设得太高,一般不应超过350 mm;同时,台阶的高度设定也应考虑女性舒适抬腿高度,一般为140 mm～170 mm;排数越靠后,教室阶梯的台阶高度值越大。如果一味追求完全符合人机条件,加高台阶高度,不仅极大地增加经济成本,而且也超出人的身体极限,反而使阶梯台阶设计更不实用和宜人。综合考虑以上因素,建议给出的台阶高度为280 mm～320 mm之间,其中行走台阶之间设有140 mm～150 mm的辅助台阶,以满足学生舒适抬腿高度。

3.3 水平视角的人机缺陷人眼水平识字视角在5°～30°之间,超出这个范围的字和字母就趋于消失,进入“盲区”。教室最左边学生直到第七排水平视角才能达到30°之内。眼睛超出这个角度去看投影屏幕时,就会转动头部和身体,但长时间保持这样的姿势会使背部肌肉拉伸以致出现疲劳、酸痛症状,也会由于长时间的扭转使脊椎受力不均,产生变形。

为缓解这种现象,可以将左右两侧的桌椅向教室中心偏转一定角度。经实验、计算,推荐向中心偏转15°～17°(图5)。

4 教室的环境设置

教室环境包括照明、色彩、声音等。多媒体教室不同于普通教室,存在不少人机工程问题。例如:人眼看清事物所需要的照度与投影播放时所需的照度是不一致的,这一矛盾需要解决;同时需要考虑多媒体播放内容的不同色彩对教室其他设备和教室主体色调的协调问题;增加的大量视听设备需要考虑音量、噪声等,这都是人们不容忽视的问题。由于篇幅所限,这里就不一一具体分析。

5 结束语

人机工程学问题,在日常生活、学习中无处不在。教育装备在设计和使用中,决不能忽视这一科学,它关系到学生的身心健康,应该引起设计制造者及使用者的高度重视。只有综合考虑,合理运用,才能最大限度地提高现代信息技术在教学中的使用效率。

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