基于安全人机工程学的多媒体教学设备改进
时间：2022-08-09 09:15:45
摘要:近年来,随着电子科技与计算机技术的发展,越来越多的多媒体产品开始参与到人们生活的方方面面。而在校园里我们也可以看到它们的身影,尤其是多媒体教学设备,已经成了众多大学校园里不可或缺的教学设备。甚至,越来越多的高中校园,也采用这种新颖的技术用来丰富教学的内容,激发学生的兴趣。因此,利用人机工程学的有关知识,对校园内的多媒体设备进行调查研究,并作出相应的设计改进,就显得尤为重要了。
1、引言
随着现代信息技术和通讯技术的迅猛发展,教学模式也发生了根本性的变化,多媒体教学已经成为现代教学的一种重要形式。多媒体讲台以其功能多样操作简单等特点,广泛应用在多媒体教室、语音室以及学术报告等各种教学以及学术交流场所,并逐渐成为了大学课堂内必不可少的教学设备。多媒体教学越来越频繁,重要性愈加显现,我们看到了多媒体教学设备的身影越来越多的出现在大学的教学过程中,但是多媒体设备大规模的投入使用势必会伴随着大量问题的产生,而这些问题可能会影响到教学的正常进行,反作用于教学质量。因此,针对多媒体设备进行调查研究,并提出有创新性和建设性的改进方案,利用人机工程学的原理,对多媒体教学设备进行改进,优化组合方案,提高利用率十分有必要。
2、研究背景
多媒体讲台又称多功能讲台与传统讲台相比:它克服了传统讲台外形笨重、功能单一、防盗功能弱等缺点;多媒体讲台内可置多种多媒体设备和中央控制系统,能够智能控制投影仪的开关和幕布的升降,极大地改善了教学环境,提高了教学质量和教学效率;为现代教学的信息化创造了有力的条件。
2.1 多媒体讲台的功能要求
多媒体讲台是集讲台、电脑、功放、中控系统等为一体的教学设备,基本功能有:
2.1.1 人性化中央控制台
多媒体平台所有设备的操作均可在中央控制台上完成,（如电脑开机按键,投影开机按键、手提电脑外接音视频设备、网络联接等）,使用起来应简单、方便,不用弯腰低头即可实现。
2.1.2 大容量内部空间
讲台内应能合理放置电脑主机（或手提电脑）、键盘鼠标、中控系统、显示器、话筒、音频功放、教学终端等多媒体设备。
2.1.3 一台多用
多媒体讲台应能在所有设备使用的状态下,仍能在台面上放置教材、教具、教学仪器等以及进行实验演示。
2.2 现今多媒体讲台的主要规格
现在市面上的多媒体讲台虽然具体细部结构不尽相同。有封闭式的,有开放式的;有翻盖式的,有推拉式的;有功能高度集中的,也有简约型的;鼠标键盘有放在台面上的,也有放在专门托盘上的等等。在产品规格上,长度从840～1400mm 不等,宽度为700~770mm,高度绝大部分是900mm,也有1000mm 的。从外形上,可以分为两大类型:
2.2.1 卧式讲台
所谓卧式讲台,既是讲台的长度尺寸比高度尺寸大的多媒体讲台。大部分学校使用的是此类多媒体讲台。
结构特点:导轨导向,轻轻推开即可使用;有足够的平面放置笔记本电脑、教案教具,还能做演示实验。
使用分析:这类讲台功能齐全,台面上设有中控面板,使用方便,而且台面面积较大,可以放置各种教学用具和笔记本电脑。电脑显示屏倾斜设置,便于教师站立授课时观看和操作。但是,这类讲台的外型高度都只有900mm,且键盘和鼠标只能放置在讲台内部的离地高度只有不到700mm 的平面上。这个高度对于坐姿工作者来说是符合人体工程学的,但是对于需要站立讲课（便于与学生互动交流）的教师来说确是太矮了,这就致使教师不得不弯腰驼背或者侧腰低肩去使用鼠标和键盘来进行教学,结果是给上课的教师带来腰、背、肩、颈部酸痛甚至劳损,危害教师身体健康。
2.2.2 立式讲台
所谓立式讲台,既是讲台的长度尺寸比高度尺寸小的多媒体讲台。
结构特点:桌面空间设计紧凑,键盘置于内嵌式盖板内,鼠标置于台面。且讲台高度较高。
使用分析:这类多媒体讲台总体体积较小,与卧式讲台相比,台面面积较小,不适合摆放些教学用具。但其鼠标和键盘均放置在足够高的台面上,故站立使用时无需弯腰或者侧腰,自然抬手就能操作,比较符合人体工程学。故此类型讲台不太适合日常教学,更适合做报告。
3、调查研究
通过初期的调查研究,我们遴选出了最细代表性的10个问题,以调查问卷的形式进行针对性研究。以下是调查问卷相关数据的统计汇总整理分析以及在使用过程中,使用者对于多媒体设备曾出现的问题进行的反馈（如图1）:
(1)投影仪存在受到灯光干扰的情况,在投影使用过程中,需要关闭照明灯光或是窗帘配合;
(2)多媒体设备存在设计不合理,使用不方便,部分功能缺失,以及容易造成意外伤害的问题,建议对部分结构进行重新设计;
(3)多媒体人机交互界面需要改进,兼容性差,故障率高,系统的智能性和可靠性需要提高;
(4)多媒体设备存在易老化,抗疲劳能力差的问题,部分设备出现过短路烧毁的极端情况,在使用的过程中需要特别注意,避免被伤害。
可以发现,大部分的人对于多媒体设备的工况都不满意,多媒体教学设备的改进空间很大。
4、问题分析
4.1 多媒体设备易出现的问题
查阅相关资料,通过研究资料和第一手的数据,并对所有的多媒体教学设备进行分析后,结论如下:
多媒体讲台最易出问题的地方是:
(1)合页。由于合页是活动连接件,较重和经常开启的使用特点要求固定合页的板材必须进行加强设计,而且要使用高强度的合页,而高强度的合页价格要高出许多,所以很多厂家都未采用,而使用小的、便宜的合页;
(2)滑道。主要体现在使用滑道的大小、厚度、强度及工艺上,价格差距也较大,好滑道经久耐用,不好的滑道常出问题。其结果是使用不到一年就开始损坏。
(3)门锁。锁的设计结构千差万别,质量差距较大,价格也同样,选用不同结构及质量的锁直接影响到本产品的质量;
(4)加工时粗制滥造,由于虚焊或假焊造成产品的脱焊;
(5)喷塑工艺较差,质量不过关,使用一段时间后表面脱落。
4.2 校园内多媒体设备常见问题分析
在对校园内的多媒体设备进行了调查研究之后,从安全人机学的角度分析了他们的优缺点,得出如下结论:
校园内的各型号多媒体设备普遍存在的问题:
(1)显示器设置角度不合理,不能使教师看清屏幕,教师需要弯腰阅读和操作,比较费力;
(2)鼠标和键盘的使用不方便,操作时间久了使用者会感觉很累;
(3)版面设置不合理,存在部分功能键失效的情况,按键太多,主次不分明,操作不方便;DVD的使用很不方便,需要打开底下的机柜,才能够使用;
(4)讲台下部容纳脚的空间不够,坐姿站姿都不舒服;
(5)多媒体讲台设置不合理,学生来回跑动时易被磕碰,造成安全隐患;
(6)机柜的门开合很不方便,有缝隙,存在将U盘,钥匙等物品掉入机柜内部的情况,同时存在机柜门过重,使用不方便,易出现安全隐患的问题;
(7)投影仪的投影效果受到环境因素影响很大,尤其会受到光线,风以及所投射内容的影响,部分投影仪被灯挡住,会部分影响到投影的质量;
(8)滑道结构在使用一年后,很多都会损坏,损坏率较高;
(9)部分投影仪在使用的过程中需要进行手动操作,步骤繁琐,有受伤风险。
5、改进设计
考虑到必须提高多媒体设备的实用性,耐用性,融合性,通用性,易操作性等多方面性能,我们对多媒体设备做了部分修改,并重新设计设别,加入新鲜元素进行搭配,整个系统的设计主要针对多媒体设备的机箱和输出显示系统进行改动,以求达到最大程度得符合人机工程学相关参数的目标。
在对外输出显示方面,我们决定取消投影仪,以数码板代替投影仪。多媒体上的内容可以通过数码版显示,同时数码板上可以用马克笔写字,这样就可以部分代替黑板的功能。通过这种设计,我们就能克服多媒体信息输出显示的问题,同时能够提高黑板的利用率,突出人机交互性和多功能性。
在针对机箱的改进设计中,我们将机箱变得轻巧,坚固,实用,耐久。对显示器的位置和角度进行重新设计,对整个机箱的尺寸及角度设计都在人机工程学的背景下进行。力图确保对人机学的最大实现,保证舒适性和实用性同时兼顾。
5.1 数据分析
我们的所有人体数据全部参考国际GB3975-83《人体测量术语》和GB5703-85《人体测量方法》。
所需数据（单位mm）:
身高:1678
肩高:1367
臂长:775.236
立姿眼高:1568
肩宽:375
手功能举高:2003
注:以上数据为全国男性人体参数均值。
5.2 尺寸设计
5.2.1 机箱设计(如图2）
Step1:计算屏幕面AB倾斜角度。
在设计斜面角度时,需要用到人体学参数视野,这里我们以静视野为准。查阅相关资料,人眼在垂直面内的静视野最大范围角度为120°,以水平线为准,最大仰角50°,最大俯角70°;最佳有效视野为俯角40°。在此,我们取俯角分别为30°和60°,既在视野范围内,也在最佳俯角附近。经过计算,我们得到斜面倾斜角度为45°。在此角度下视野范围较大,较为符合人体学参数。
Step2:计算BC面长度x3.
斜面BC的设计需要用到人体立姿手功能区域。我们通过查阅相关文献,得到我国男性平均臂长为775.236mm,最适作业区域角度范围为37°~61°.通过解三角形OBC,我们得到斜面BC长为322.36mm。
Step3:计算台面高度。
通过臂长及角度,我们可以算得高度X4=619.13mm,,从而x5=1367-619.13=747.87.最后,x1=x5+x2*=747.87+260*cos（45°）=931.72.
Step4:台面前后厚度的设计。
由以上数据,可以算得x6=x2*cos45°+臂长*(cos37°-cos61°)+补足量30=425.336.
Step5:台面宽度的设计(如图3)。
查阅相关文献,人体侧面作业域最适角度角度为34°,由此我们可以得出宽度=肩宽+2*臂长*sin34°=375+2*775.236*sin34°=1242mm.
5.2.2 数码板及黑板设计
黑板由两部分组成:数码板与教学白板。
(1)黑板长度设计:
以标准教室为例,假设最后一排距黑板9m,查阅相关资料,人眼左右视野范围为15~20,即可计算得到:
黑板长度为2*9*tan20=6.55m
(2)黑板高度设计:
由前文部分得出,黑板下端距地面747.87mm,手功能举高2003mm,故黑板宽度为1255.13mm（如图4）
5.3 材质及特点介绍
为了保证机箱整体的性能以及满足我们赋予其的各项功能,我们在设计时充分考虑到现阶段多媒体设备的使用情况,材料的功能和特点,规模化生产的可行性等多方面因素,特此做出以下要求:
(1)采用优质冷轧钢板,全封闭结构,防尘、防盗、防火、防潮,散热良好,表面经酸洗、磷化后静电喷塑等工艺,平整美观;
(2)结构设计合理,产品开启后无前突,左右水平对开分拉式结构必须采用直线分拉轴承设计,计算机、显示器、笔记本电脑、中控、视频展台、功放、教案等相关设备及物品能够合理摆放,满足用户使用上的要求;
(3)配件质量有保障,配件应为业界知名品牌产品。滑道应采用高强度的三折叠滑道,轴承应采用直径不低于16mm的直线分拉轴承;
(4)产品加工精度较高,各个板面接触面间缝隙不大于2mm且均匀分布,锁的安装孔采用模具加工,与配件间隙不大于1mm;
(5)各门及活动部件灵活、顺畅,开启、关闭容易;上盖缝隙处有密封式设计,防止粉笔灰落入内部;有接地螺丝及内部走线槽设计;
(6)表面处理平整无凹凸,塑模无脱落、有质感;
(7)配套件齐全。有可供选择的多媒体中控版面和一体化多功能接线盒或接线板等,方便笔记本电脑等外接设备使用。
同时,对于整个多媒体的外观质量以及内部质量,我们做以下要求:
(1)要求讲台柜体表面必须保证喷塑均匀、厚薄一致、过渡自然无滴坠现象,同时确保柜体表面无划痕,无颗粒和凝固物;
(2)要求合适的边角,须保证边角打磨均匀、圆润,同时确保边角美观无锐角;
(3)要求孔位的位置和大小不出现遗漏、多开或错开孔位等情况;
(4)要求拼装后整体效果合格,拼装后各构件应紧密,间隙细小且均匀;
(5)要求导轨的质量合格,导轨要伸缩流畅且无杂音。
(6)要求减少磕碰,确保老师在使用时不会受伤,不会有碍事的感觉。同时减少空间使用,使得讲台更加宽敞。
(7)要求显示屏的大小,角度,以及键盘和鼠标的设置位置符合人机工程学原理,以减少使用时的疲劳,增加使用舒适度。
(8)要求考虑人性化设备的设置,增加抽屉,挂钩等便利设施,方便教师使用,提高了设备的舒适性。
6、结语
在现今社会,多媒体的使用越来越广泛,地位越来越重要,这使得老师的授课方式以及学生的学习习惯都受到了很大的影响。所以,将多媒体设备的设计和使用纳入安全人机工程学的考虑范围,将大大增加设备的整体安全性,可靠性以及实用性。
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