高校書法臨摹桌優化設計分析與實踐

文章編號：1671-489X（2025）06-0009-07 DOI：10.3969/j.issn.1671-489X.2025.06.009

0 引言

在教育信息化時代背景下，智慧書法教室正逐漸取代傳統書法教室，而書法臨摹桌作為智慧書法教室的主要載體，成為智慧教室教育裝備新秀。由于我國學校家具由政府招標采購的特殊性，采購者、使用者、生產者之間出現溝通斷層，企業一味生產，卻未能對產品進行優化升級，并存在將小學書法臨摹桌略加改動而直接用于高校的現象。因此，對高校書法臨摹桌進行針對性改良設計顯得尤為重要。

1 問卷調研

調查問卷使用KANO模型制作，調研地址為河南某本科院校教育學院，該學院建設有智慧書法教室兩間，調研對象為該學院使用智慧書法教室上課的學生。

1.1 初步需求訪談

根據大五人格理論，在該校教師建議下選擇10名不同性格的學生進行訪談以獲取用戶對于智慧書法教室和書法臨摹桌的真實想法。訪談提綱如表1所示，訪談要素匯總如表2所示。

1.2問卷制作和數據分析

1.2.1 問卷制作和發放

根據KANO問卷模型和以上訪談要素匯總，以正反向提問的方式制作調查問卷，如表3所示。調研對象涉及該學校小學教育、學前教育專業共12個班級376名學生，回收問卷376份，回收率 100% 篩選出問題問卷14份，剩余有效問卷362份，有效率 96.3% 。

1.2.2 問卷數據分析

根根KANO模型的基本原理，各需求類型在書法臨摹桌改良設計中的優先等級為必備需求 gt; 期望需求 gt; 魅力需求。根據KANO模型和Better-Worse分析法統計分析得出需求清單，見表4。

2 桌體設計

2.1 設計原則

書法臨摹桌設計應以學生為中心，桌體的結構、外觀交互設計應以用戶實際需求為導向，滿足配套性、安全性、工藝性、經濟性等要求。

2.2 求解過程

為了使求解過程更加清晰，筆者將前文需求調查的結果按一級需求進行總結，如表5所示。由于各種要素之間相互關聯、相互影響，以下將采用交叉式分析法進行遞進式求解。

2.2.1 基礎尺寸分析

高校書法臨摹桌屬于教育裝備，這類產品的尺寸設計一般有詳細的國家標準進行規范。因此，尺寸分析在桌體設計求解過程中尤為重要，應首先進行分析。

1）可能影響書法臨摹桌尺寸設計的桌面物品尺寸。高校書法臨摹桌是非傳統課桌椅，其桌面尺寸可能受到桌面物品的影響。根據常識和前文對于用戶需求的調研，筆者將最可能影響桌面尺寸的物品總結為硯臺、筆掛、筆山、毛氈，常見尺寸信息：方形硯臺長 140mm 左右、寬 100mm 左右、高 25mm 左右，圓形硯臺內徑 75mm 左右、外徑 100mm 左右、高 25mm 左右；筆掛底座長 230mm 左右、寬 80mm 左右，高350mm左右；筆山長 80mm 左右、寬30mm左右、高 45mm 左右；電商平臺銷量最高的毛氈尺寸為 700mm×500mm ，該校學生使用最多的毛氈也為該尺寸。

2）高校書法臨摹桌的尺寸依據與分析。根據教育部公布的推薦性國家標準GB/T3976—2014《學校課桌椅功能尺寸及技術要求》（以下簡稱《技術要求》），高校書法臨摹桌屬于非固定式課桌椅，《技術要求》提出的尺寸要求如表6所示[1]。

其中桌體部分的尺寸示意如圖1所示。

高度方面，按照《技術要求》，高校書法臨摹桌高度 h₁ 應在 720～740mm ，選取依據是保證桌面高 h₁ 與座面高 h₄ 的差值 ?320mm ，同時規定桌下凈空高 h₂?600mm 。根據以上尺寸要求， h₁-h₂? 140mm ，即桌面高度 h₁ 的最大值 740mm 與桌下凈空高 h₂ 的最小值 600mm 的最大差值僅為 140mm ，該差值空間在現有課桌椅中被設置為桌斗或抽屜。如果此數值過小，則桌斗的儲物功能不能發揮；如果增加差值，在保證腿部活動空間的情況下必然需要更高的桌面，就會導致桌面高度不符合人體工學[2]。

根據以上分析內容，筆者將高校書法臨摹桌的高度 h₁ 選取最大值 740mm ，桌下凈空高 h₂ 選擇最小值 600mm 。

根據GB/T10000—2023《中國成年人人體尺寸》，中國 18～25 歲成年人靜態坐姿下肢長如表7所示[3]。結合“桌體前方無擋板”的設計要素與常用毛氈 500mm 的寬度，筆者認為桌面深度 t₁ 應在 600mm 左右比較合適。

最后，常用的毛氈長度為 700mm ，已經大于《技術要求》中桌面寬 b₁ 的要求，應當結合后續分析重新設定。

2.2.2 結構需求分析

根據用戶需求調查結果，結構需求包括獨立傳統書寫區域、桌面物品防跌落、桌體前方無擋板、單人桌設計、穩固不易晃動、屏幕可向上傾斜、桌面可升降、邊角圓潤。筆者經過進一步分析，得出用戶的結構需求涉及以下方面。

1）桌面布局。獨立傳統書寫區域、單人桌設計兩項需求對于桌面布局的設計影響較大。大學生在課堂學習中的練習方式主要為臨寫，需要一邊看屏幕一邊書寫，因此將高校書法臨摹桌設計為單人桌，左側設為多媒體區，右側設為傳統練習區。詳細的桌面布局還涉及桌面物品的擺放，下文將會進一步分析。

2）桌體形態。桌體前方無擋板、桌面物品防跌落無疑將影響書法臨摹桌的桌體形態。目前，市場上的書法臨摹桌以馬鞍桌造型為主流，其次是翹頭案。若以馬鞍桌造型為原型進行優化設計，則首要考慮的是移除傳統馬鞍桌造型中的擋板。翹頭案造型中兩側的翹頭在桌面物品防跌落上具有天然優勢，但是其桌腿比較靠內，會影響學生的單側使用，因此在考慮將翹頭案作為設計原型的時候要尤為關注其桌腿位置。用戶的必備需求“穩固不易晃動”和用戶的外觀需求調查結果也將影響書法臨摹桌的桌體形態，下文將進一步分析。

3）桌面物品。桌面物品防跌落，不僅涉及桌體設計，還涉及桌面物體本身。跌落風險最大的桌面物品是筆山、硯臺、墨碟、筆掛，其中硯臺可以代替墨碟。經過分析，桌面物品防跌落可以表述為這類物品的穩定而不固定需求，筆者認為可以在這類物品底部和桌面內部嵌入磁條，在桌面布局中加入磁吸區域。

4）調節功能。調節功能包括屏幕可向上傾斜、桌面可升降，它們是魅力需求中最為重要的兩項，滿足這兩項需求會大大提升用戶滿意度。其中，升降系統的設計和選擇是影響必備需求“穩固不易晃動”的重要因素。用戶的書寫狀態包括站式書寫和坐式書寫，考慮到桌面物品有筆架、硯臺等升降過程中的不穩定因素，整體升降并不可取，因此考慮將傳統書寫區域單獨做升降系統。最終桌面布局如圖2所示。

上文提到，桌面高度 h₁ 的最大值 740mm 與桌下凈空高 h₂ 的最小值 600mm 的最大差值僅為 140mm 想要將傳統書寫區域做成單獨的升降區域，就必須將升降系統安裝在此區域。除去桌體的材料厚度，留給升降系統安裝的高度空間只有 100mm 左右，因此，升降結構的選擇尤為重要，應保證升降系統在最低高度狀態下不能高于 100mm 。

學生在站立書寫時采用的一般為懸肘法，即“以肩部為運筆的支點，把腕肘憑空懸起，離開桌面的書寫方法”。采用此方法書寫時的手肘基礎狀態一般和桌面平行。

根據GB/T10000—2023《中國成年人人體尺寸》，站立狀態下P50百分位數男性肘高達到 1052mm 女性肘高達到 978mm ，如表8所示[3]。

關于執筆高度，衛夫人在《筆陣圖》中曾說：“凡學書字，先學執筆。若真書，去筆頭二寸一分；若行草書，去筆頭三寸一分，執之。”蘇東坡提出：“執筆無定法，要使虛而寬。”虞世南在《筆髓論》中卻說：“筆長不過六寸，捉管不過三寸，真一行二草三。”[4]對于執筆高度，古人的觀點并不統一，譚延禎等[5總結為：“小字執筆在筆管下三分之一處，中字執筆在筆管中間偏下一點，大字執筆在筆管中間偏上一點。”中字為高校學生最常用的書寫字體，此執筆高度大約為 70mm 。

以P50百分位數站立狀態肘高減去懸肘狀態下最高的握筆高度 70mm 與桌面高度 740mm ，升降機構升降行程的中位數分別達到 168mm （女性）、242mm （男性），即升降機構的基礎高度應小于100mm ，升降行程最小值應不低于 242mm。

筆者查閱相關資料，發現滿足設計要求且升降平滑的升降機構為剪叉式升降機構，如圖3所示，而最適合安裝此升降機構的桌體造型為翹頭案。相比機械手動調節，電動升降具有操作簡捷、結構安全、適應精準的優勢。結合智慧教室家具的發展趨勢，書法臨摹桌的升降系統應采用電動升降并配合智能化的調節方式。

2.2.3外觀需求分析

根據前文問卷調查結果，關于書法臨摹桌外觀的二級需求均為無差異需求，但合理的書法臨摹桌的外觀設計也能提升用戶滿意度。根據Better-Worse統計結果，簡約仿古、色彩溫和的Better值遠大于古典傳統和色彩低沉的Better值并接近平均值，Worse值則無太大差異，因此將書法臨摹桌的外觀設計要素定為簡約仿古、色彩溫和。相對于馬鞍桌復雜的造型，翹頭案構件較少，更容易做到簡約化，因此最終選擇翹頭案為原型進行優化設計。

2.2.4材料需求分析

調查結果顯示，用戶的材料需求包括桌面光滑、沾墨易清潔兩項。根據市場調研，市場上的書法臨摹桌使用材料以胡桃木、櫸木、白蠟木、松木、橡木等實木為主，這是因為實木家具既繼承了傳統中式家具的設計元素，又與現代生活方式相融合。因此，本次書法臨摹桌選用實木材質。另外，用戶更傾向比較溫和的色彩，比較上述幾種材料，白橡木更符合書法臨摹桌的需求。白橡木通常為淺黃色，紋理清晰，表面光滑細膩，質地堅硬、厚重，具有較高的密度和強度，耐磨損，不易變形和開裂，具有較強的耐久性和穩定性，不易受潮變形，符合“穩固不易晃動”“桌面光滑”的要求。但橡木對鐵具有一定的腐蝕性，要選用耐腐蝕性較好的五金件，如鋁材或者不銹鋼等。

考慮到用戶“沾墨易清潔”的需求，相對于實木材質，玻璃材質天然具有易清潔的特性。用戶日常使用中最容易沾墨的區域為硯臺和筆山擺放區域，即前文提到的磁吸區域，因此可以考慮將此區域覆以玻璃蓋板，方便桌下磁條的嵌入，也滿足了“沾墨易清潔”的需求。

2.3求解結果

根據以上分析過程，將高校書法臨摹桌桌體設計方案的求解結果歸納如表9所示。

2.4 設計實踐

以求解結果為依據，使用Rhino軟件進行高校書法臨摹桌桌體和桌面物品的結構設計，長寬高尺寸為 1580mm×762mm （含翹頭高度 22mm ，桌面高度 740mm D ×600mm ，桌下凈空高為 600mm ，整體結構以X光模式展示如圖4所示。

書法臨摹桌整體結構以翹頭案為原型進行優化設計，邊角區域倒角處理以防止碰撞意外風險；為了避免造成用戶單邊使用腿部空間不足的情況，將傳統翹頭案靠內的桌腿安裝到桌體外側，加裝支撐件以提高結構改變后的穩定性。桌面有屏幕、磁吸、升降三個主要區域：左側上部為磁吸筆掛區域和升降調節開關區域，此區域下方設置有方便用戶調節屏幕俯仰角度的凹槽；中部偏下區域為屏幕區域，屏幕底部設置有轉軸式俯仰調節機構，卡槽式懸停；最右側為磁吸硯臺、筆山擺放區域，此部分左側為升降桌面區域，底部安裝剪叉式升降機構用以調節升降區域高度；桌體內側面安裝有USB插座以滿足用戶的用電需求。

使用KeyShot軟件渲染后，書法臨摹桌初始狀態如圖5所示，調節狀態如圖6所示，磁吸部分如圖7所示。磁吸解決方案為桌面板嵌入磁條覆玻璃蓋板，筆掛、硯臺、筆山底部嵌入磁條，達到“穩定而不固定”的放置效果。易沾墨區域選用玻璃材質，達到易清潔的用戶需求。

3基于Arduino和指紋識別技術的智能桌面升降方案

3.1 方案簡述

書法臨摹桌的應用場景是智慧書法教室，雖行業研究仍處在初步階段，但隨著經濟和科技的發展，全領域的智能化是大勢所趨，也是未來智慧教室家具的主要研究方向。傳統的升降調節方式需要使用者在每次使用前反復升高、降低以獲得舒適的使用高度，調節速度慢且占用時間。針對這種情況，筆者設計一種基于Arduino和指紋識別技術的智能桌面升降方案，主要由Arduino Mega2560控制板、指紋識別模塊、0.96英寸OLED屏幕、按鈕、電機驅動模塊、 24V 直流電機和升降桌面等部分組成，用戶只需要錄入一次指紋和舒適高度，再次使用時讀取指紋信息便可自動調節至舒適高度。

3.2核心硬件和實現功能介紹

3.2.1 ArduinoMega2560控制板

ArduinoMega2560控制板是系統的核心控制單元。與其他單片機相比，Arduino是一款免費、開源的單片機，具有較強的拓展性，便于與各種傳感器進行連接[]。控制板負責接收來自指紋識別模塊、按鈕等輸入設備的信號，并根據這些信號控制電機驅動模塊和OLED屏幕等輸出設備。其強大的處理能力和豐富的接口資源使得系統能夠實現復雜的功能和進行靈活擴展。

3.2.2AS608光學指紋識別模塊

指紋識別模塊采用AS608光學指紋識別模塊，能夠準確、快速地識別用戶的指紋信息[7]。模塊通過串口與Arduino Mega2560進行通信，將采集到的指紋數據發送給控制板進行處理。

3.2.30.96英寸0LED顯示屏

系統采用0.96英寸OLED屏幕作為顯示設備，具有高對比度、高亮度、快速響應等優點。OLED屏幕通過SPI接口與ArduinoMega2560連接，實現菜單界面的顯示和更新。用戶可以通過菜單界面進行設置桌面高度、查看工作狀態等操作。

3.2.4 調節按鈕

調節按鈕用于觸發菜單界面的操作，如選擇菜單項、確認設置等。按鈕通過GPIO接口與ArduinoMega2560連接，當用戶按下按鈕時，控制板會接收到信號并執行相應的操作。

3.2.524V直流電機驅動器

電機驅動模塊采用24V繼電器，實現桌面的升降功能。24V繼電器通過GPIO接口與ArduinoMega2560連接，控制板通過控制繼電器的通斷狀態來驅動電機的正反轉和停轉。這種驅動方式具有結構簡單、可靠性高、成本低廉等優點。

3.2.6 HC-SR04超聲波測距模塊

HC-SR04超聲波測距模塊用于測量當前的升降行程，具有高精度、寬電壓、低價格等優點[8]。它通過GPI0接口與ArduinoMega2560連接，當用戶進行升降操作時，控制板會接收到信號并記錄升降高度。

3.2.7 DHLCT-25剪叉式升降機

DHLCT-25剪叉式升降機采用24V直流電機作為升降桌面的動力源，具有扭矩大、轉速穩定、噪音低等特點，最低高度為 100mm ，最大高度為370mm ，滿足初始高度 ?100mm ，行程 ?242mm 如圖8所示。電機通過電機驅動模塊與ArduinoMega2560連接，控制板通過PWM信號控制電機的轉速和轉向，從而實現桌面的精確升降。

3.3智能升降系統控制功能實現和實物制作

3.3.1 運行邏輯和控制代碼編寫

1）運行邏輯。智能升降桌面系統運行邏輯分為首次使用和后續使用，其中首次使用是為了獲取用戶的指紋信息與對應的用戶舒適高度，后續使用只需要讀取指紋便可調節至匹配高度。首次使用邏輯如圖9所示，步驟說明如下。

開機：用戶首先按下開機按鈕，智能升降桌面系統開始啟動。

手動調節：系統進入待機狀態后，用戶通過按鈕或手動控制機構將桌面升降到個人認為合適的高度。這一步驟是為了確保用戶在錄入指紋前能夠有一個舒適的初始工作高度。

錄入指紋：用戶將手指放置在指紋識別模塊上，按照系統提示進行指紋錄入操作；系統通過光學或電容式傳感器采集指紋信息，并進行預處理和特征提取。

保存數據：系統將成功錄入的指紋信息與當前桌面高度進行綁定，并存儲在單片機內部的存儲單元中，單片機通過特定的算法對指紋數據進行加密處理，以確保信息的安全性。

關機：完成指紋錄入和高度設置后，用戶按下關機按鈕，系統將保存當前設置并關閉。

后續使用邏輯如圖10所示，步驟說明如下。

開機：用戶再次使用時，按下開機按鈕啟動系統，直接開始指紋檢測。

讀取指紋：用戶將已錄入指紋的手指放置在指紋識別模塊上，系統快速進行指紋匹配。

數據對比：指紋驗證成功，系統根據之前保存的指紋與高度信息，自動驅動電機升降桌面到對應的高度；指紋驗證失敗，系統給出提示音或顯示錯誤信息，用戶可以選擇重新錄入指紋或手動控制桌面升降。

關機：用戶在升降桌面到達指定高度后開始工作，工作完成后按下關機按鈕，系統將保存當前狀態并關閉。

2）控制代碼編寫。控制代碼是整個智能升降系統功能實現的基礎，根據上述邏輯流程和各部件的工作內容，使用Arduino專用軟件Arduino IDE軟件編寫控制代碼，如圖11所示。

3.3.2 實物制作和測試

實物制作和測試是檢測升降方案是否可行的關鍵步驟。筆者從網購平臺購入所需功能部件和若干數量杜邦線，首先將寫好的控制代碼使用ArduinoIDE軟件錄入ArduinoMega2560控制板，接著進行實物制作，使用杜邦線完成各個功能部件的鏈接。并進行50次指紋錄入測試，成功46次；進行20次指紋識別與自動升降測試，識別成功17次，自動升降成功17次，整體效果良好。

4結束語

本文以高校書法臨摹桌為研究對象，以河南某高校使用書法臨摹桌上課的學生為調研主體，在分析調查問卷數據的基礎上，對高校書法臨摹桌產品的結構、外觀、桌面布局等進行重新設計以滿足用戶的實際需求。針對桌體的升降功能設計一種指紋識別式智能升降機構，完成相關實物制作及測試，整體效果良好。本次設計從用戶角度出發，給相關企業補充以用戶視角，希望在一定程度上影響行業內“企業主導設計，用戶適應設計”的現狀。

5 參考文獻

[1]中華人民共和國國家衛生和計劃生育委員會.學校課桌椅功能尺寸及技術要求：GB/T3976—2014[S].北京：中國標準出版社，2014.

[2]袁玲，李鵬斌.高校課桌椅人體工學尺寸與用戶體驗研究［J].包裝工程，2020，41（12）：150-156.

[3]全國人類工效學標準化技術委員會（SAC/TC7）.中國成年人人體尺寸：GB/T10000—2023[S].北京：中國標準出版社，2023.

[4]于興.芻議大江書法之融變之術[J].公關世界，2016（17）：112-116.

[5]譚延禎，任睿哲．由“把筆無定法，要使虛而寬”想到的：關于執筆、運筆問題的思考［J].美與時代，2017（7）：22-23.

[6]強曉明，單毅，郝浩．基于ArduinoMega2560的智能家居系統[J].電工技術，2018（20）：113-114.

[7]呂瑞妮，程雨鑫，富曉乾，等．基于AS608光學指紋識別模塊研制防逃課識別裝置[J].電子測試，2020（16）：60-61，115.

[8]蘇琳.基于HC-SR04的超聲波測距器的設計［J].科技信息，2012（9）：125，124.