基于人體工學(xué)的中小學(xué)課桌椅機(jī)械安全分析

曹艷超，胡天怡，鐘文翰，于 娜 Cao Yanchao & Hu Tianyi & Zhong Wenhan & Yu Na

(1.4.南京林業(yè)大學(xué)家居與工業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)院，江蘇南京 210037；2.3.浙江省家具與五金研究所，浙江杭州 310000）

課桌椅是學(xué)生在學(xué)生時(shí)代使用的主要家具，作為學(xué)習(xí)環(huán)境下與學(xué)生直接接觸的物品，要求課桌椅在設(shè)計(jì)過(guò)程中要做到絕對(duì)的安全，即要求結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，邊角平滑，材料環(huán)保。因此，在保證課桌椅機(jī)械安全基礎(chǔ)上,從人體工學(xué)角度深入設(shè)計(jì)中小學(xué)課桌椅，這對(duì)于提升中小學(xué)課桌椅的設(shè)計(jì)質(zhì)量,促進(jìn)青少年身心健康發(fā)展有著積極的意義。

1 使用人群特點(diǎn)分析

1.1 中小學(xué)學(xué)生生理情況分析

中小學(xué)學(xué)生在不同成長(zhǎng)階段有很多共同特點(diǎn)。他們的骨骼彈性好，易發(fā)生變形，并且脊柱彎曲較成年人小。男女生在小學(xué)階段身體發(fā)育速度差異不是很大，身高體重相對(duì)平衡。他們對(duì)質(zhì)感、粗糙度、環(huán)境、色彩等視觸覺(jué)感知更為明顯[1]。

同時(shí)在不同成長(zhǎng)階段也有不同特點(diǎn)，低齡段小學(xué)生（小學(xué)一年級(jí)到三年級(jí)）身高體重胸圍發(fā)展穩(wěn)定，男女差異不大。男生身高在113 cm～148cm之間，女生身高在112cm～148cm之間。他們的骨骼韌性大而硬度小，在不良姿勢(shì)下會(huì)產(chǎn)生變形，影響身體成長(zhǎng)。與此同時(shí)他們的神經(jīng)發(fā)育過(guò)程興奮占有優(yōu)勢(shì)，因此造成了小學(xué)生的活潑好動(dòng)、注意力不集中等行為特點(diǎn)。

高齡段小學(xué)生（小學(xué)四年級(jí)到六年級(jí)）身體發(fā)育更為明顯，身高也相應(yīng)增加10cm～15cm左右，骨骼生長(zhǎng)也較低齡段學(xué)生更為健壯。他們?cè)?0歲左右視覺(jué)感知能力最好，并且開始有目的地觀察周圍事物，具有良好的空間知覺(jué)感[2]。

初中階段的學(xué)生身體形態(tài)和身體機(jī)能都得到了迅速的發(fā)展，該階段下肢長(zhǎng)勢(shì)最快，增大了下肢在身高中的比例，因此，擴(kuò)展下肢的活動(dòng)范圍就顯得尤為必要。

高中階段的學(xué)生在身高體重、胸圍等都已經(jīng)接近成人，生長(zhǎng)發(fā)育逐漸緩慢下來(lái)，骨骼也已經(jīng)基本骨化，同時(shí)自我控制能力有明顯提高。相比小學(xué)階段的學(xué)生，他們對(duì)課桌椅的破壞力要降低很多。

1.2 中小學(xué)生心理情況分析

中小學(xué)學(xué)生的心理情況是逐漸變化的，客觀環(huán)境會(huì)給他們的心理帶來(lái)一定影響。課桌椅不僅為學(xué)生提供一個(gè)作業(yè)寫作空間，同時(shí)也提供了個(gè)人領(lǐng)域和心理空間。如果這種“個(gè)人領(lǐng)域”被“侵占”，那么學(xué)生就會(huì)產(chǎn)生抵御心理，或?qū)ⅰ扒终颊摺彬?qū)逐。在這樣的一種狀態(tài)下，學(xué)生的心理狀態(tài)會(huì)受到一定的影響。因此課桌椅作為學(xué)生的“個(gè)人領(lǐng)域”對(duì)學(xué)生產(chǎn)生的心理影響是不容忽視的。

低齡段小學(xué)生的心理特征主要表現(xiàn)為模仿能力強(qiáng)，試圖去觀察世界并給出反饋[3]。他們的行為不受約束，對(duì)于單調(diào)、呆板的環(huán)境易產(chǎn)生厭煩情緒。他們的注意力易分散，對(duì)于新奇有趣的事物充滿好奇心，同時(shí)也具備一定的破壞性[4]。

高齡段小學(xué)生的情感仍然是以快樂(lè)為導(dǎo)向，但同時(shí)他們的自我意識(shí)逐漸增加，對(duì)于周圍環(huán)境的設(shè)計(jì)特點(diǎn)更為敏感，良好的學(xué)習(xí)氛圍能使他們感到輕松自在。同時(shí)他們的“個(gè)人領(lǐng)域”意識(shí)逐漸建立起來(lái)。因此不僅要關(guān)注學(xué)生身體發(fā)育造成的各項(xiàng)尺寸的變化，同時(shí)要關(guān)注到兒童心理層面的變化。

初中階段學(xué)生的心理狀態(tài)逐漸表現(xiàn)出一種“成熟感”，逐漸形成自己的判斷力和決策力。同時(shí)自尊感明顯增強(qiáng)。在學(xué)校中渴望擁有輕松的學(xué)習(xí)環(huán)境，而對(duì)于許多強(qiáng)制性管教和呆板的環(huán)境顯得無(wú)奈和消極。

高中生已進(jìn)入青少年末期，此時(shí)學(xué)生的心智已經(jīng)趨于成熟化，由于掌握的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)更加豐富，認(rèn)知能力不斷提高，情緒控制也更加穩(wěn)定，抗壓能力也顯著增強(qiáng)。但由于考試的壓力，他們的心態(tài)長(zhǎng)期處于緊張狀態(tài)，不易放松，設(shè)計(jì)良好的課桌椅可以很大程度上對(duì)他們學(xué)習(xí)心理壓力產(chǎn)生積極影響。

2 材質(zhì)和老化對(duì)課桌椅機(jī)械安全的影響

課桌椅根據(jù)材質(zhì)分類可分為木質(zhì)課桌椅、鋼木課桌椅和鋼塑課桌椅。木質(zhì)課桌椅的原材料由于是木材，對(duì)于環(huán)境有相對(duì)較高的要求，不能暴曬也不能過(guò)于潮濕，否則會(huì)影響其使用壽命。鋼塑課桌椅比鋼木課桌椅有一些改進(jìn)，鋼塑課桌椅一般可調(diào)節(jié)高度，鋼材的厚度也相對(duì)提高，桌面可防潮且耐水。

課桌椅的老化主要有桌面（坐面、椅背）表面裝飾層剝離或邊緣翹起、桌面芯層單板剝離或邊緣開裂形成的危險(xiǎn)銳利邊緣等情況，具體如下：①危險(xiǎn)銳利邊緣：鋼木結(jié)構(gòu)課桌椅主要有外露鐵制件邊緣沒(méi)有經(jīng)過(guò)倒圓角處理，存在銳利邊緣的現(xiàn)象。由于課桌椅經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間使用，桌面和椅面膠合強(qiáng)度不足，單板之間形成剝離。課桌椅管口沒(méi)有經(jīng)過(guò)封口處理，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間磨損，便形成銳利邊緣。出現(xiàn)以上情況的課桌椅長(zhǎng)時(shí)間使用對(duì)學(xué)生有刺傷、刮傷、挫傷的風(fēng)險(xiǎn)[5]。②危險(xiǎn)突出物：對(duì)于連接木質(zhì)板件和金屬件的螺釘尾端一般比較銳利，容易對(duì)人產(chǎn)生刮傷的危險(xiǎn)。對(duì)于安裝在課桌側(cè)面的掛鉤，由于厚度偏薄，邊緣未經(jīng)合理的倒角處理，經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間磨損形成銳利突出物，具有潛在的危險(xiǎn)性。③老化變形：對(duì)于具有高度調(diào)節(jié)功能的課桌椅，經(jīng)常調(diào)節(jié)高度會(huì)使螺絲松動(dòng)，螺絲孔的位置變大、變形、不易維修，導(dǎo)致桌椅晃動(dòng)，穩(wěn)定性不強(qiáng)。

因此，基于中小學(xué)學(xué)生活潑好動(dòng)、自我保護(hù)意識(shí)不高的特點(diǎn)，課桌椅在材料選擇上，要考慮所用材料的機(jī)械安全性能和耐老化性能是否達(dá)到相關(guān)要求，從而保證學(xué)生使用的安全性[6]。

3 課桌椅機(jī)械安全要求

良好的課桌椅是保證學(xué)生有正確坐姿和提高學(xué)生身體素質(zhì)的物質(zhì)條件。不同年齡段的學(xué)生對(duì)于課桌椅的要求有所不同。從關(guān)于課桌椅的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看，內(nèi)容包括安全要求和試驗(yàn)方法，安全要求包括材料、結(jié)構(gòu)等[7]，不太涉及到人與課桌椅的關(guān)系。由于中小學(xué)生不同階段生理心理特點(diǎn)具有差異性，因此課桌椅要同時(shí)滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的機(jī)械安全要求和人體工學(xué)方面要求。

課桌椅應(yīng)滿足以下幾點(diǎn)機(jī)械安全要求：①在課桌椅物理安全性測(cè)試方面，可利用有限元分析方法在產(chǎn)品的開發(fā)階段進(jìn)行仿真，保證課桌椅結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定性[8]。②課桌椅零部件要求為以下幾點(diǎn):課桌椅零部件應(yīng)保證完好，無(wú)損壞；金屬件端口封口完好，悶蓋應(yīng)不易脫落；課桌椅的結(jié)構(gòu)需要保證在人為操作下不被任意拆卸，結(jié)構(gòu)要求需達(dá)到只能使用專門的拆卸工具進(jìn)行拆裝[9]。③課桌椅危險(xiǎn)銳利邊緣及尖端要求為以下幾點(diǎn)：課桌椅與人接觸的部位、存放物品的部位應(yīng)保證平滑，不應(yīng)有毛刺及尖銳物。并且課桌椅封邊要求需要高于板式家具[10]。④課桌椅與人接觸部位的倒角要求：與人接觸的座面、椅背和扶手等邊緣倒角的半徑應(yīng)不小于2mm，產(chǎn)品高地面高度1600mm以下位置的可接觸危險(xiǎn)外角應(yīng)經(jīng)過(guò)倒角處理，且倒圓半徑不小于10mm，或倒圓弧長(zhǎng)不小于15mm[11]，過(guò)小半徑的邊緣仍具有刮傷的危險(xiǎn)。⑤課桌椅的孔洞及間隙要求：所有無(wú)覆蓋的孔洞直徑應(yīng)≤5mm或≥25mm。與此同時(shí)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械裝置部件與人體接觸部位的間隙應(yīng)≤5mm或≥25mm[12]。

在桌椅的功能尺寸方面，由于不同階段學(xué)生生理特點(diǎn)的差異性，從人體工學(xué)角度來(lái)講需要考慮以下幾點(diǎn)因素：①要在不影響其他功能尺寸條件下，使學(xué)生達(dá)到合理的視距。②要滿足不同年齡段學(xué)生手臂和下肢的活動(dòng)空間，方便學(xué)生進(jìn)行無(wú)障礙書寫，并且可以適當(dāng)調(diào)整身體姿勢(shì)。③桌面最好有一定的傾角,可以改善學(xué)生由于長(zhǎng)時(shí)間低頭學(xué)習(xí)引起的頸部不適，有效保護(hù)頸椎。當(dāng)需要將課桌拼接在一起使用時(shí)，桌面最好為水平面[13]。④可以根據(jù)不同階段學(xué)生身高特點(diǎn)，設(shè)計(jì)成可調(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu)，達(dá)到對(duì)課桌使用的理想狀態(tài)。

基于不同階段學(xué)生不同的心理狀態(tài)，從人體工學(xué)角度也需要考慮以下幾點(diǎn)：①中小學(xué)生對(duì)色彩感知度也略有不同，因此，可以針對(duì)不同階段學(xué)生的教室環(huán)境采用不同的色彩方案進(jìn)行搭配。對(duì)于低齡段的學(xué)生來(lái)說(shuō)，可以通過(guò)調(diào)節(jié)色彩達(dá)到令學(xué)生愉悅、歡快的氛圍。對(duì)于高齡段的學(xué)生，可以營(yíng)造沉穩(wěn)安靜的教室氛圍，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。②桌椅之間需要合理配合來(lái)保證學(xué)生的“個(gè)人空間”，例如可以設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)钠琳系取?/p>

課桌椅設(shè)計(jì)的好壞影響到學(xué)生的身心發(fā)展和學(xué)習(xí)效率，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，以人體工學(xué)為依據(jù)，從發(fā)展的角度來(lái)看課桌椅的健康設(shè)計(jì)，挖掘出更多的隱性問(wèn)題，如“個(gè)人空間”的姿勢(shì)糾正等[14]，并根據(jù)國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)提供的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)試與評(píng)估，以此達(dá)到設(shè)計(jì)最適合學(xué)生的課桌椅的目的[15-16]。

4 結(jié)語(yǔ)

本文主要分析了中小學(xué)學(xué)生在不同年齡段的生理及心理特點(diǎn)，同時(shí)分析了材料老化對(duì)于中小學(xué)生課桌椅的影響，并根據(jù)國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)從人體工學(xué)的角度提出中小學(xué)學(xué)生課桌椅的相關(guān)要求。為現(xiàn)有課桌椅朝著更加人性化的方向發(fā)展提供相關(guān)的理論基礎(chǔ)。