基于人體工學的中小學課桌椅機械安全分析

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

(1.4.南京林業大學家居與工業設計學院，江蘇南京 210037；2.3.浙江省家具與五金研究所，浙江杭州 310000）

課桌椅是學生在學生時代使用的主要家具，作為學習環境下與學生直接接觸的物品，要求課桌椅在設計過程中要做到絕對的安全，即要求結構穩定，邊角平滑，材料環保。因此，在保證課桌椅機械安全基礎上,從人體工學角度深入設計中小學課桌椅，這對于提升中小學課桌椅的設計質量,促進青少年身心健康發展有著積極的意義。

1 使用人群特點分析

1.1 中小學學生生理情況分析

中小學學生在不同成長階段有很多共同特點。他們的骨骼彈性好，易發生變形，并且脊柱彎曲較成年人小。男女生在小學階段身體發育速度差異不是很大，身高體重相對平衡。他們對質感、粗糙度、環境、色彩等視觸覺感知更為明顯[1]。

同時在不同成長階段也有不同特點，低齡段小學生（小學一年級到三年級）身高體重胸圍發展穩定，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，在不良姿勢下會產生變形，影響身體成長。與此同時他們的神經發育過程興奮占有優勢，因此造成了小學生的活潑好動、注意力不集中等行為特點。

高齡段小學生（小學四年級到六年級）身體發育更為明顯，身高也相應增加10cm～15cm左右，骨骼生長也較低齡段學生更為健壯。他們在10歲左右視覺感知能力最好，并且開始有目的地觀察周圍事物，具有良好的空間知覺感[2]。

初中階段的學生身體形態和身體機能都得到了迅速的發展，該階段下肢長勢最快，增大了下肢在身高中的比例，因此，擴展下肢的活動范圍就顯得尤為必要。

高中階段的學生在身高體重、胸圍等都已經接近成人，生長發育逐漸緩慢下來，骨骼也已經基本骨化，同時自我控制能力有明顯提高。相比小學階段的學生，他們對課桌椅的破壞力要降低很多。

1.2 中小學生心理情況分析

中小學學生的心理情況是逐漸變化的，客觀環境會給他們的心理帶來一定影響。課桌椅不僅為學生提供一個作業寫作空間，同時也提供了個人領域和心理空間。如果這種“個人領域”被“侵占”，那么學生就會產生抵御心理，或將“侵占者”驅逐。在這樣的一種狀態下，學生的心理狀態會受到一定的影響。因此課桌椅作為學生的“個人領域”對學生產生的心理影響是不容忽視的。

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

高齡段小學生的情感仍然是以快樂為導向，但同時他們的自我意識逐漸增加，對于周圍環境的設計特點更為敏感，良好的學習氛圍能使他們感到輕松自在。同時他們的“個人領域”意識逐漸建立起來。因此不僅要關注學生身體發育造成的各項尺寸的變化，同時要關注到兒童心理層面的變化。

初中階段學生的心理狀態逐漸表現出一種“成熟感”，逐漸形成自己的判斷力和決策力。同時自尊感明顯增強。在學校中渴望擁有輕松的學習環境，而對于許多強制性管教和呆板的環境顯得無奈和消極。

高中生已進入青少年末期，此時學生的心智已經趨于成熟化，由于掌握的知識經驗更加豐富，認知能力不斷提高，情緒控制也更加穩定，抗壓能力也顯著增強。但由于考試的壓力，他們的心態長期處于緊張狀態，不易放松，設計良好的課桌椅可以很大程度上對他們學習心理壓力產生積極影響。

2 材質和老化對課桌椅機械安全的影響

課桌椅根據材質分類可分為木質課桌椅、鋼木課桌椅和鋼塑課桌椅。木質課桌椅的原材料由于是木材，對于環境有相對較高的要求，不能暴曬也不能過于潮濕，否則會影響其使用壽命。鋼塑課桌椅比鋼木課桌椅有一些改進，鋼塑課桌椅一般可調節高度，鋼材的厚度也相對提高，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銳利邊緣等情況，具體如下：①危險銳利邊緣：鋼木結構課桌椅主要有外露鐵制件邊緣沒有經過倒圓角處理，存在銳利邊緣的現象。由于課桌椅經過長時間使用，桌面和椅面膠合強度不足，單板之間形成剝離。課桌椅管口沒有經過封口處理，經過長時間磨損，便形成銳利邊緣。出現以上情況的課桌椅長時間使用對學生有刺傷、刮傷、挫傷的風險[5]。②危險突出物：對于連接木質板件和金屬件的螺釘尾端一般比較銳利，容易對人產生刮傷的危險。對于安裝在課桌側面的掛鉤，由于厚度偏薄，邊緣未經合理的倒角處理，經長時間磨損形成銳利突出物，具有潛在的危險性。③老化變形：對于具有高度調節功能的課桌椅，經常調節高度會使螺絲松動，螺絲孔的位置變大、變形、不易維修，導致桌椅晃動，穩定性不強。

因此，基于中小學學生活潑好動、自我保護意識不高的特點，課桌椅在材料選擇上，要考慮所用材料的機械安全性能和耐老化性能是否達到相關要求，從而保證學生使用的安全性[6]。

3 課桌椅機械安全要求

良好的課桌椅是保證學生有正確坐姿和提高學生身體素質的物質條件。不同年齡段的學生對于課桌椅的要求有所不同。從關于課桌椅的國家標準來看，內容包括安全要求和試驗方法，安全要求包括材料、結構等[7]，不太涉及到人與課桌椅的關系。由于中小學生不同階段生理心理特點具有差異性，因此課桌椅要同時滿足國家標準規定的機械安全要求和人體工學方面要求。

課桌椅應滿足以下幾點機械安全要求：①在課桌椅物理安全性測試方面，可利用有限元分析方法在產品的開發階段進行仿真，保證課桌椅結構的安全穩定性[8]。②課桌椅零部件要求為以下幾點:課桌椅零部件應保證完好，無損壞；金屬件端口封口完好，悶蓋應不易脫落；課桌椅的結構需要保證在人為操作下不被任意拆卸，結構要求需達到只能使用專門的拆卸工具進行拆裝[9]。③課桌椅危險銳利邊緣及尖端要求為以下幾點：課桌椅與人接觸的部位、存放物品的部位應保證平滑，不應有毛刺及尖銳物。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不小于2mm，產品高地面高度1600mm以下位置的可接觸危險外角應經過倒角處理，且倒圓半徑不小于10mm，或倒圓弧長不小于15mm[11]，過小半徑的邊緣仍具有刮傷的危險。⑤課桌椅的孔洞及間隙要求：所有無覆蓋的孔洞直徑應≤5mm或≥25mm。與此同時相對運動的機械裝置部件與人體接觸部位的間隙應≤5mm或≥25mm[12]。

在桌椅的功能尺寸方面，由于不同階段學生生理特點的差異性，從人體工學角度來講需要考慮以下幾點因素：①要在不影響其他功能尺寸條件下，使學生達到合理的視距。②要滿足不同年齡段學生手臂和下肢的活動空間，方便學生進行無障礙書寫，并且可以適當調整身體姿勢。③桌面最好有一定的傾角,可以改善學生由于長時間低頭學習引起的頸部不適，有效保護頸椎。當需要將課桌拼接在一起使用時，桌面最好為水平面[13]。④可以根據不同階段學生身高特點，設計成可調節的結構，達到對課桌使用的理想狀態。

基于不同階段學生不同的心理狀態，從人體工學角度也需要考慮以下幾點：①中小學生對色彩感知度也略有不同，因此，可以針對不同階段學生的教室環境采用不同的色彩方案進行搭配。對于低齡段的學生來說，可以通過調節色彩達到令學生愉悅、歡快的氛圍。對于高齡段的學生，可以營造沉穩安靜的教室氛圍，提高學生的學習效率。②桌椅之間需要合理配合來保證學生的“個人空間”，例如可以設計適當的屏障等。

課桌椅設計的好壞影響到學生的身心發展和學習效率，在設計的過程中，以人體工學為依據，從發展的角度來看課桌椅的健康設計，挖掘出更多的隱性問題，如“個人空間”的姿勢糾正等[14]，并根據國家相關標準提供的相關數據進行測試與評估，以此達到設計最適合學生的課桌椅的目的[15-16]。

4 結語

本文主要分析了中小學學生在不同年齡段的生理及心理特點，同時分析了材料老化對于中小學生課桌椅的影響，并根據國家相關標準從人體工學的角度提出中小學學生課桌椅的相關要求。為現有課桌椅朝著更加人性化的方向發展提供相關的理論基礎。