覃 蕊

基于人體測(cè)量的小學(xué)課桌椅尺寸適用性研究*

覃 蕊

小學(xué)生正處于身體發(fā)育期，人體的形態(tài)特征是決定課桌椅尺寸的重要因素。而目前絕大多數(shù)小學(xué)所使用的課桌椅普遍存在著高度尺寸與人體的適應(yīng)尺寸不匹配的現(xiàn)象。為了提高小學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量，減少設(shè)計(jì)不合理的課桌椅給學(xué)生健康帶來(lái)的危害，本研究通過(guò)非接觸三維人體測(cè)量以及公式運(yùn)算，得到從一年級(jí)至六年級(jí)各年級(jí)的最佳課桌椅高度尺寸。通過(guò)運(yùn)算得到的理論數(shù)據(jù)更加符合小學(xué)生的身體特征，可以為小學(xué)課桌椅的結(jié)構(gòu)優(yōu)化和改良提供一定的理論參考。

人體測(cè)量；課桌椅；尺寸適應(yīng)性

小學(xué)生一天中有1/3的時(shí)間是在學(xué)校度過(guò)的，而其中有5小時(shí)是始終處于坐姿狀態(tài)的[1]。有研究表明，學(xué)生的坐姿會(huì)受到人體本身的形態(tài)結(jié)構(gòu)以及教室課桌椅尺寸規(guī)格的影響[2]。因此，設(shè)計(jì)合理的教室課桌椅有助于小學(xué)生的身心健康，提高學(xué)習(xí)效率，而設(shè)計(jì)不合理的課桌椅會(huì)導(dǎo)致學(xué)生背痛、身體不適、近視，進(jìn)而從心理上產(chǎn)生不滿(mǎn)情緒[3-5]。

我國(guó)目前使用的課桌椅尺寸標(biāo)準(zhǔn)是2002年國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局頒布《學(xué)校課桌椅功能尺寸》(GB/ T3976-2002)，但研究顯示，其達(dá)標(biāo)情況不容樂(lè)觀[6]。課桌椅尺寸規(guī)格的確定是以人體尺寸為基礎(chǔ)的，因此，將人體測(cè)量學(xué)恰當(dāng)?shù)貞?yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)，能夠最大限度地滿(mǎn)足使用者的健康、安全和舒適性需求[7]。

我國(guó)地域遼闊，不同地區(qū)的人體尺寸差異較大。跟成年人相比，由于小學(xué)生正處于身體發(fā)育期，即使是相同年齡的小學(xué)生，其體型的個(gè)體差異也非常明顯。長(zhǎng)春作為中國(guó)的東北地區(qū)，其地域性較為明顯，因此，對(duì)長(zhǎng)春地區(qū)小學(xué)生進(jìn)行系統(tǒng)的人體測(cè)量，并統(tǒng)計(jì)出該地區(qū)小學(xué)生的基本體型特征數(shù)據(jù)，以此為基礎(chǔ)提出小學(xué)生課桌椅尺寸的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，具有一定的現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。

一、研究對(duì)象與方法

1.研究對(duì)象

本研究所針對(duì)的區(qū)域?yàn)榧质￠L(zhǎng)春市，在研究過(guò)程中，選取了長(zhǎng)春市的3所小學(xué)，分別為東北師范大學(xué)附屬小學(xué)、吉林省第二實(shí)驗(yàn)學(xué)校小學(xué)部、吉林大學(xué)第一附屬小學(xué)。為了保證所選擇的樣本具有代表性，在每所學(xué)校的每個(gè)年級(jí)各自隨機(jī)抽取2～3個(gè)班級(jí)，所選擇的班級(jí)中所有樣本都要測(cè)量。最終的實(shí)際測(cè)量樣本數(shù)量為1 020名小學(xué)生(482名女生，538名男生)

小學(xué)生的體型變化較成人大，即使是同年齡的小學(xué)生其個(gè)體差異也較為明顯，因此在本研究中，我們需要按照年級(jí)對(duì)樣本分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和測(cè)量。本次實(shí)驗(yàn)所選擇的3所小學(xué)都屬于六年制，各年級(jí)小學(xué)生的年齡段分類(lèi)見(jiàn)表1。

表1　測(cè)量樣本年齡段分類(lèi)

2.測(cè)量方法

(1)測(cè)量工具

本實(shí)驗(yàn)采用德國(guó)TecMath公司生產(chǎn)的VITUS SmartXXL型非接觸式三維人體激光掃描儀進(jìn)行人體基本數(shù)據(jù)的采集。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，可根據(jù)實(shí)際研究需要對(duì)掃描圖像的任意部分進(jìn)行截取分析，并獲得任何所需部位的長(zhǎng)度、周長(zhǎng)、角度、橫截面積和體積等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)[8]。非接觸測(cè)量精度高，并且極大程度地避免了手工測(cè)量中人為因素可能導(dǎo)致的誤差。另外，在測(cè)量過(guò)程中，它不會(huì)給受試者帶來(lái)任何不舒適感，大大提高了測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確度。

(2)測(cè)量項(xiàng)目

本次實(shí)驗(yàn)需要分別對(duì)樣本人群以及教室課桌椅的尺寸進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量項(xiàng)目的選取以及相關(guān)要求分別參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《用于技術(shù)設(shè)計(jì)的人體測(cè)量基礎(chǔ)項(xiàng)目》(GB5703-1999)和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)《家具—教學(xué)用桌椅—功能尺寸》(ISO5970-1979)。

①課桌椅測(cè)量項(xiàng)目。課桌高h(yuǎn)1、座椅高h(yuǎn)2。

②人體測(cè)量項(xiàng)目。H0：身高，H1：坐高，H2：小腿高，H3：坐深，H4：臀膝距，H5：坐姿肩高，H6：坐姿肘高，H7：坐姿膝高，H8：坐姿頸椎點(diǎn)高，H9：坐姿眼高，H10：坐姿下肢長(zhǎng)，H11：上臂長(zhǎng)，H12：前臂長(zhǎng)，H13：大腿長(zhǎng)，H14：小腿長(zhǎng)。

(3)測(cè)量要求

在人體的測(cè)量項(xiàng)目中，主要測(cè)量立姿和坐姿狀態(tài)下人體主要部位的尺寸數(shù)據(jù)。兩種姿勢(shì)的要求如下。

第一，立姿：要求被測(cè)者挺胸直立，眼睛平視前方，肩部放松，上肢自然下垂，手伸直，手掌朝向體側(cè)，手指輕貼大腿側(cè)面，膝部自然伸直，左、右足后跟并攏，前端分開(kāi)，兩足大致成45o夾角，體重均勻分布于兩足。

第二，坐姿：被測(cè)者挺胸坐在被調(diào)節(jié)至腓骨頭高度的平面上，眼睛平視前方，左右大腿大致平行，膝彎曲大致成直角，足平放在地面上，手放在大腿上(如圖1所示)。

圖1　立姿、坐姿測(cè)量示意圖

二、人體尺寸與課桌椅尺寸的適應(yīng)性分析

1.測(cè)量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

通過(guò)對(duì)樣本人群以及課桌椅相關(guān)尺寸的測(cè)量，得到的數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2　各年級(jí)小學(xué)生人體尺寸及課桌椅高度數(shù)據(jù)(單位：cm)

根據(jù)Bendix和日本專(zhuān)家的研究[9,10]：座椅高=小腿高-1，課桌高=椅高+[1/3(坐高-1)]。

轉(zhuǎn)化為本次測(cè)量中的數(shù)據(jù)，可得到如下公式：

將表2中的相關(guān)數(shù)據(jù)代入公式(1)和(2)，可得到符合小學(xué)生身體特征的課桌椅高度的理論運(yùn)算值，見(jiàn)表3。

表3　與人體尺寸相匹配的最佳課桌椅高度尺寸(單位：cm)

(2)人體尺寸與課桌椅尺寸的適應(yīng)性

將實(shí)驗(yàn)過(guò)程中測(cè)得的課桌椅高度的實(shí)際測(cè)量值與通過(guò)公式計(jì)算獲得的課桌椅高度的理論運(yùn)算值進(jìn)行對(duì)比分析，得出各年級(jí)課桌椅相應(yīng)的偏高率，見(jiàn)表4。

表4　不同年級(jí)小學(xué)生課桌椅高度實(shí)際測(cè)量值與理論運(yùn)算值對(duì)比

從表4中可以看出，6個(gè)年級(jí)的小學(xué)課桌椅高度普遍偏高，而且偏高率從一年級(jí)到六年級(jí)呈遞減趨勢(shì)，也就是說(shuō)，越是低年級(jí)的小學(xué)生，其所使用的課桌椅高度越是超過(guò)了人體所適應(yīng)的高度。

三、結(jié)束語(yǔ)

小學(xué)生正處于身體發(fā)育期，人體的形態(tài)特征是決定課桌椅尺寸的主要因素之一[11]。而研究表明，目前小學(xué)所使用的課桌椅普遍存在著高度尺寸與人體的適應(yīng)尺寸不匹配的現(xiàn)象，而且越是低年級(jí)的小學(xué)生，其所使用的課桌椅高度越是超過(guò)了人體所適應(yīng)的高度。這對(duì)于小學(xué)生來(lái)說(shuō)會(huì)造成生理和心理上的雙重傷害。

本研究通過(guò)非接觸三維人體測(cè)量以及公式運(yùn)算，得到從一年級(jí)至六年級(jí)各年級(jí)的最佳的課桌椅高度尺寸，通過(guò)運(yùn)算得到的理論數(shù)據(jù)更加符合小學(xué)生的身體特征，可以為小學(xué)課桌椅的結(jié)構(gòu)優(yōu)化和改良提供一定的理論參考。

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覃蕊，博士，講師。吉林大學(xué)機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院，130051

吉林省科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(青年基金科研項(xiàng)目)(編號(hào)：20140520110JH)。