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1、北京化工大学北方学院 艺术院 公共教研室 教案人体工程学人体工程学教案撰写人：张瑞竹教案撰写人：张瑞竹课程性质：考查课程性质：考查总学时：总学时：3232 学时学时上机学时：上机学时：0 0 学时学时周学时：周学时：4 4 学时学时年级：年级：二年级人数：人数：64教师：教师：张瑞竹课次：课次：1教学内教学内容容教学设教学设备备教学目教学目标标1、通过对人体工程学的综合概述，使学生了解该课程的主要内容、课时安排、课程要求，以及与其它设计类专业课程之间的关联。2、使学生能够充分了解人体基本信息，在设计中能够熟练运用相关概念。重点重点难点难点课时结课时结构构第一节第一节课课1、教师自我介绍。2、该
2、课程的整体课程安排、评分标准及最后的成绩评定原则。3、考勤制度与课堂要求。4、介绍该课程的课程性质，以及与其他课程之间的关联。5、介绍该课程的整体框架及各章节之间的逻辑关系。第二节第二节课课1、提问：什么是人机？引出人机工程的概念。人机工程学科名的由来和概念定义。包括：人机工程这个词的来源是由希腊词根“ergon”（意思是工作、劳动）和“nomos”（意思是规律、在设计中能够熟练运用人体工程学概念。学习人体的规律和概念，运用相关理论进行设计。教学内容教学内容多媒体人体工程学概论、人体工程学在设计中的运用北京化工大学北方学院 艺术院 公共教研室 教案规则）复合而成，本义是人的劳动规律。国际人机工
3、程学会、中国企业管理百科全书和综合意义上对人机工程学的定义，最后总结为按照人的特性设计和改善人机环境系统的科学。2、讲解人机工程学的发展简史和我国人机的发展进程。分别举例讲述工具时代、机器时代、动力时代和信息时代的特点和代表性事件。在讲解发展简史的过程中穿插讲述关于学科对人类发展的推动作用和其迅速发展对人类社会造成的一些不良影响，让同学能更清楚的认识到事物和科技发展的两面性。目前人因工程学的前沿领域研究包括的内容：人机关系；人与环境关系；人与生态；人的特性模型；人机系统的定量描述；人际关系、直至团体行为、组织行为、心理状态等方面的研究。3、近期国内外人机工程学研究的方向：（1）工作负荷研究，包
4、括体力活动、智力活动、工作紧张等因素引起的生理负荷和心理负荷。（2）工作环境的研究，包括各种工作环境条件下的生理效应，以及一般工作与生活环境中振动、噪音、空气、照明等因素的人机工程学的研究。(3)工作场地、工作空间、工具装备的人机工程学的研究。(4)信息显示的人机工程学问题，特别是计算机终端显示中人的因素研究。(5)计算机设计与人机工程学研究。(6)工作成效的测量与评定。(7)机器人设计的智能模拟等。(8)人机环境系统中心理学的研究。4、结合实例讲解人机工程的设计理念与原则、人机系统的分类以及人机环境的具体含义。对于人机系统分类方法分两部分：按照人和机的分工分类、按照有、无反馈环节分类。举例重
5、点讲解人机环境各自的含义北京化工大学北方学院 艺术院 公共教研室 教案5、人机界面与人机交互：是人机系统中,“人”与“机”之间能够相互施加影响、实现相互作用的区域。结合之前所讲人机工程学的发展史对人机界面从人性化和高科技应用方面举例进行阐述讲解。6、介绍人因工程学的学科体系，引出人因工程学的具体运用方法和作用。其中，人因工程的研究方法包括：测量人体各部分静态和动态数据；调查、询问或直接观察人在作业时的行为和反应特征；对时间和动作的分析研究；测量人在作业前后以及作业过程中的心理状态和各种生理指标的动态变化；观察和分析作业过程和工艺流程中存在的问题；分析差错和意外事故的原因；进行模型实验或用计算机
6、进行模拟实验；运用数字和统计学的方法找出各变数之间的相互关系，以便从中得出正确的结论或发展有关理论。运用原则和评价指针包括 37 个原则和相应的 37 个指针。第三节第三节课课结合设计需要，讲解人的基本特征。举以往学生在设计中出现各种尺寸问题，最终导致设计不可实现或者不可使用的例子，强调了解人的特征的重要性。提起学生的学习兴趣后，引出对人的特征的讲述。1、人的特征：用 PPT 图片和板书结合的形式讲解人的感知、处理、北京化工大学北方学院 艺术院 公共教研室 教案执行和维持特征。2、人体测量的基本知识。首先讲解人体测量的定义：人体测量学是一门用测量方法研究人体的体格特征的科学。它是通过测量人体各
7、部位尺寸来确定个体之间和群体之间在人体尺寸上的差别，用以研究人的形态特征，从而为各种工业设计和工程设计提供人体测量数据。然后分开讲述人体测量数据的种类：静止形态参数的测量、活动范围参数的测量、生理学参数的测量、生物力学参数的测量。通过对人体测量数据种类的讲解，引出人体测量的一些术语。包括：被测者的各种标准姿势，测量基准面，测量方向，支撑面和衣着，人体测量的主要仪器，人体测量的概念术语等。介绍相关概念后，紧接着讲述人体尺寸的应用。包括：主要人体尺寸的应用原则和人体作业空间的设计。这一部分因为涉及到人体的一些相关结构，因此主要是结合图片讲解。第四节第四节课课1、讲解人的信息感知特征，详细讲解关于人
8、的感觉和直觉特征、视觉机能及特征、听觉机能及特征和其它感觉机能及特征（肤觉、本体感觉）。2、介绍人的信息处理特征，详细讲解关于人的信息处理模型概念及形态。举例日本机器人，提高学生学习兴趣；神经系统机能及特征、记忆（三种记忆的关系），这一概念结合实例说明，让学生更易理解；学习（正迁移、负迁移），同样结合实例讲解这一概念，在详细讲述知识的同时，增长学生学习的动力。3、讲解人的生物力学特征。包括：人的运动机理和人的运动输出特征。对人的疲劳与失误结合实例讲解，包括人的疲劳、失误，和疲劳、失误产生的原因。这一部分主要结合教材完成。4、人的个性及影响。结合学生自身，用提问结合讲解的方式介绍人的个性特征和心
9、理特征。加深学生对这一方面知识的认识和理解。课后作课后作业业举例；我们生活中的人机工程学。要求：北京化工大学北方学院 艺术院 公共教研室 教案1、说明具体的产品或者设计中，哪些方面体现出对人机工程学的应用。2、每人举 5 个实例，并说明。比如：鼠标，顶部的弧度，符合人手掌抓握时的结构特征。课后小课后小结结作为本课程的第一节课，对于涉及到的概念尽量做到每一个都结合实例来说明。上课穿插提问，跟学生互动，提高学生的学习兴趣。概念参照教材，举例尽量与设计相关联。在讲课的间隙介绍一些较好的产品设计或者建筑设计。让学生更容易地了解这门课程与设计专业的关系，认识到学习本课程的重要性。课次：课次：2教学内教学
10、内容容教学设教学设备备教学目教学目标标重点重点难点难点课时结课时结构构第一节第一节课课复习回顾上一节课内容。点评作业。1、提问：信息在人机间是怎么传输的？引出信息在人机系统中的传递过程，PPT 结合板书的形式讲解：信息源、干扰源、刺激能、感受器、处理器、执行系统和机之间的传播方式和过程。讲解。2、介绍视觉信息设计。包括：图标设计（象形图标和图形图标）、文字设计（相同文字的不同设计和不同文字的相同设计）、数字影像设计、使用手册设计和编码设计。这一部分内容全部结合图片讲解。第二节第二节1、提问：我们身边的视觉显示器种类？引出视觉显示器设计知学习信息输入的过程和相关的设计及设计方法。能够结合所学知识
11、进行输入方面的相关设计。教学内容教学内容学生学习了解信息输入的过程和相关的设计及设计方法多媒体年级：年级：二年级人数：人数：64教师：教师：张瑞竹人因工程设计基础信息输入设计北京化工大学北方学院 艺术院 公共教研室 教案课课识。视觉显示器包括：（按形式和显示内容）模拟显示器、数字显示器、指示灯、图形指示器、计算机显示器；（按原理）机械式、电子式。定量显示器：结合图片让学生认识各种显示器特征。定性显示器设计：从技术上分为机械式和电子式。可用于定性认读和检查认读。结合实例说明定性信息的用途：依据一个预先确定的变量范围，确定变量的状况。（汽车水箱水温控制，温度正常值得范围需预先确定）控制一个变量在预
12、期的正常范围内。（汽车驾驶速度的控制）观察变化趋势和变化速度等。（飞机飞行高度变化速度提示）信号灯设计信号灯的作用：显示状态（电池充电、洗衣机洗衣、各种设备的电源灯等）警示（高速路警示灯、汽车刹车灯、机场跑道灯等）识别（汽车示宽灯、机场跑道灯、飞机标示灯）显示指令（红绿灯）设计过程中应该注意的问题：亮度：至少两倍于背景的亮度。远距离信号灯，应保证在较远视距下也能看清，且在日光亮度和恶劣气候条件下清晰可辨。北京化工大学北方学院 艺术院 公共教研室 教案颜色：红、黄、绿、蓝、白若信号与背景的亮度对比较小，红色有优势，其次是绿、黄、白。闪光与稳光：表示突发紧急状况或最新的危险状况，用闪光。背景稳光，
13、信号闪光；背景稳光，信号稳光；背景闪光，信号稳光。信号灯编码：颜色按相互不易混淆程度排列，黄、绿、橙、浅蓝、红、浅黄、绿、紫红、蓝、黄粉。再现显示器设计包括：（结合实例图片说明）飞机倾斜角度显示三维再现显示（飞机飞行为例）车载 GPS：导航；装象语音提示；增加兴趣点；定位；测速；显示航迹。第三节第三节课课1、提问：我们最常使用的显示器名称？介绍电子显示器设计包括：CRT 显示器、LCD 显示器（液晶显示器）。结合图片说明两种显示器的区别和优劣。平视显示器和头盔显示器设计：结合图片让学生认识这两种显示器的形态和设计原理。听觉显示设计首先介绍什么是听觉显示：当信息的目的是要吸引产品使用者的注意时，
14、通常使用的是效果较好的听觉显示。其次，听觉显示的作用：(1)减少视觉工作的劳动量。(2)引起人的立即注意，如警示信号。(3)提高人们集中注意的能力。最后介绍几种听觉显示装置：音调警报及报警装置、语音信息。2、显示器的选择：视觉显示：复杂，需要延时的，听觉符合已很重的场合，不需要急迫传递的，信息需同时显示、监控的。北京化工大学北方学院 艺术院 公共教研室 教案听觉显示：较短或无需延时的，简单且要求快速传递的，视觉符合很重的场合。触觉显示：视觉和听觉通道传递信息有困难或负担中的情况，信息简单。触觉传递信息的速度快。设计、使用视觉显示器的原则：只需显示对操作有用的信息。必须符合人们一般的读取习惯和固
15、定的模式。要显示的元素应该有较大的对比度。去掉不能一眼识别的信息和名称。显示刻度最低限度减少视差，指针指端与刻度明显区分。5、产品形态语义：结合实例说明形态语义与人因的关系和形态语义的应用。第四节第四节课课随堂练习：文字设计相同文字不同设计方式（5 种）不同文字相同设计方式（5 种）课后作课后作业业课后小课后小结结讲解相关生僻的不常见的显示界面应结合图片与实例说明。对于概念讲解完后紧接着讲述相关的设计方法和设计应该注意的问题，并布置作业马上练习巩固。作业最初阶段给学生看一些好的图片，让学生了解到什么是好的设计后再进行独具风格的创意发挥。课次：课次：3教学内容教学内容教学设备教学设备教学目标教学
16、目标重点重点年级：年级：二年级人数：人数：64教师：教师：张瑞竹随堂作业没有完成部分课下继续完成。人因工程设计基础人的输出与控制多媒体让学生了解人的输出与控制的相关概念，并能结合课程内容进行相关的设计。人的输出与控制方法。认识控制器装置，学生能够运用所学知识进行控制器和工具设计。北京化工大学北方学院 艺术院 公共教研室 教案难点难点课时结构课时结构第一节课第一节课结合所学知识进行控制器和工具的相关设计。教学内容教学内容复习回顾上一节课内容。点评作业。提问：我们进行输出的方式有哪些？引出人的输出与控制概述。1、首先，结合教材讲解人的输出与控制的分类和方式。人的输出包括：动力输出和信息输出。随着技
17、术的发展，以信息为主的输出逐渐代替了以能量为主的输出。其次，结合图片讲控制器的分类与功能。2、结合实例，讲常用控制器分类：手动旋转式控制器：旋钮、手指拨轮、手轮与曲柄等手动移动式控制器：手柄、操纵杆、按钮、刀闸开关等手动按压式控制器：按钮、按键、翘板开关等脚动控制器：脚踏板、脚踏扭3、讨论：手动信息输入装置，在我们生活中有哪些？键盘：机械式、薄膜式、导电橡胶式、电容式 定位装置：鼠标、轨迹球、指点杆、触摸板、数字化输入板、游戏杆 触摸屏 新型输入装置：浮动鼠标、手持式操纵器、力矩球、数据手套进行完各种装置介绍后，统一播放图片，加深学生对此的印象。第二节课第二节课1、控制器设计讨论：我们为什么要
18、有控制器？选择控制器要考虑什么因素？对相关问题进行解答后，详细讲解控制器的概念，表现形式。其中包括：形状编码：通过外观造型不同来区分。例如键盘 F、J 的突起。尺寸编码：一般要相差 20%，同时还要受到空间限制。例如北京化工大学北方学院 艺术院 公共教研室 教案音量调节旋转扭。色彩编码：最佳编码。一般只用红橙黄绿蓝五种颜色。受照明强度影响。材质编码：根据材料不同编码。适用于夜间操作等。标志编码：控制器数量多，形状难区别时。可加符号、文字、图形区别。操作方式编码：组合设计的控制器，通过操作方式不同来区分。例如汽车方向盘两侧的多功能控制杆。位置编码：通过人的运动感觉来正确判别。例如汽车的离合、刹车
19、、油门；键盘盲打。2、结合教材讲解控制阻力的相关概念。控制阻力包括：弹性阻力、摩擦力、黏性阻力和惯性力。学生了解相关概念后，再对阻力的优缺点以讨论的形式进行探讨。3、防止误操作。首先，结合实例说明误操作容易造成的危害。然后，让学生自行思考，有关误操作的案例。最后，结合教材与实例讲解避免误操作的方法。第三节课第三节课1、手握工具设计首先讲手的相关概念，包括手的握持方式：指触、掌触、手指间的紧握、拇指指尖紧握、拇指指腹间的紧握、拇指食指边紧握、拇指两个手指的紧握、拇指指尖靠拢、手指手掌靠拢、力量抓握。握持力量：把握实际意图，力量和用户手的尺寸。力量随手的指距变化。手握工具的使用原则：手腕顺直状态提
20、供适宜抓握空间避免掌部组织受力避免过度冷、热和震颤等北京化工大学北方学院 艺术院 公共教研室 教案避免手指重复动作结合实例，讲解这 5 种原则的来源评价标准。2、把手设计讲解把手设计的跟人体尺寸的关系。让学生自行测量各自的手部尺寸，互相交流，加深对尺寸的印象。结合实例讲解内容包括：（1）直径：着力抓握 3040mm，精密抓握 816mm。（2）长度：100125mm，需带手套最小 114mm。（3）形状：压应力小：圆形、椭圆形防滑动便于着力：三角形、矩形、丁字形。（把手边缘至少有半径为 0.25in(6.35mm)的倒角。（4）弯角：枪柄式 80，直体式 90，锤子类 10。（5）双把手工具：
21、最大握力 100N。（6）材料与防滑：防导电、防渗透、防滑和有弹性。（7）用手习惯与性别差异：90%的人惯用右手。3、安全设计。讨论：安全设计的必要性？讲解：安全设计的内容有（1）防止滑落把手尺寸摩擦强度把手防护设计较重手握工具的设计（2）防止挤压（3）防止意外启动提问：我们生活中做到安全设计的案例？第四节课第四节课课堂练习：设计一套你认为最合理的上课课桌、桌椅。内容包括：效果图与简单结构工程图。北京化工大学北方学院 艺术院 公共教研室 教案课后作业课后作业课后小结课后小结随堂作业没有完成部分课下继续完成。在讲课的同时，加强课堂提问与讨论，这样既可活跃课堂气氛，又能让学生对知识点印象深刻。随堂
22、作业与课下作业都是对课程相关内容的巩固。课堂点评作业时要注意语言表达方式，对于理解不透彻的学生加以鼓励和引导。课次：课次：4教学内容教学内容教学设备教学设备教学目标教学目标重点重点难点难点课时结构课时结构第一节课第一节课年级：年级：二年级人数：人数：64教师：教师：张瑞竹人因工程设计基础硬件界面与作业空间设计多媒体让学生了解界面设计相关概念与设计方法，并能结合课程内容进行一个座椅的设计。软件界面设计的概念和设计方法。功能性座椅设计。结合知识独立完成一个功能性座椅的设计。教学内容教学内容复习回顾上一节课内容。点评作业。1、提问：什么是界面？引出界面的相关概念。结合生活中常见的例子说明界面设计的设
23、计原则与布局原则设计原则：是指在限定的作业空间内，设定合适的作业面后，显示器与控制器的定位与安排。布局原则：重要性原则使用频率原则功能原则 用顺序原则2、结合图片说明控制界面的相和性：1编码相合性：控显界面编码联系相合。2运动相合性：顺时针旋转自下而上被认为是增加方向。北京化工大学北方学院 艺术院 公共教研室 教案3控制显示比：例如操纵杆移动 50mm，显示器指针位移20mm，则控制显示比等于 2.5。3、显示器与控制器的布局显示器视距：560 750mm视野：重要的和使用频率高的显示器应布局在靠近视野中心区域。分区：在垂直面和水平面内均可采取折线和弧线的布局方式，以扩大分布的区域。控制器人体
24、尺度：最容易触及的地方。防止误操作：隐藏初次使用者不常用的控制器。相合性与标示：手放控制器上时，不应遮挡控制器的标示。间距：考虑使用者佩戴手套。设计验证：以模型加以验证。第二节课第二节课1、概念性介绍有关座椅设计2、座椅舒适性的概念：人坐着时，大腿和上肢的重量必须由座面来支撑，人的骨盆下面有两块小面积的圆骨能支持上身的大部分体重。座面上的臀部压力分布应是在坐骨结节处最大，并由此向外，压力逐步减少，直至与座面前缘接触的大腿下部，此处压力最少。坐骨下面的座面应近似水平，以使股骨不承受过分的压迫，斗形的座面或座面过于松软会使股骨趋于向上转动而受力，从而引起不舒适感。3、探讨：什么是舒适的座椅？解答：
25、舒适座椅可分下列各部分来探讨座椅的硬度及形状；背垫的硬度及形状；背垫与座垫的关系；身体支撑的舒适度和座面的舒适度；北京化工大学北方学院 艺术院 公共教研室 教案座椅的通气程度等。4、介绍舒适座椅的设计原则要把人的坐姿与座椅的样式和尺寸联系起来；座椅的尺寸应适宜于就坐者的人体尺寸；座椅要适于就坐者保持不同姿势的需要和调节坐姿的需要；靠背的结构和形状要尽量减少就坐者背部和脊柱疲劳；座椅上应配有适当质地的坐垫以改善臀部及背部的体压分布。5、座椅的尺寸设计原则人的躯干重量应有坐骨、臀部及脊椎支撑；上身应保持稳定；座位的高度应不使大腿肌肉受压；可以变换或调节坐姿，座面高度应与桌面相配合，尽量减少身体的不
26、舒适感。6、结合图片，对座椅的相关部件及一般尺寸要求进行讲解。第三节课第三节课演示各种优秀的功能座椅设计图片，以讨论、提问的形式分析各种优秀设计的出色之处。重点结合人机工程学知识讲汽车中的座椅设计。第四节课第四节课课堂练习：设计一个功能性座椅。内容包括：效果图与简单结构工程图。课后作业课后作业课后小结课后小结随堂作业没有完成部分课下继续完成。要加强培养学生独立思考的能力。现在普遍存在知识含量少，看到的优秀设计作品少的特点，因此在课上时间尽量多一点时间给学生看一些优秀的设计作品，并动员学生一起分析设计的优秀之处。这样可以拓展学生的思维，对以后的设计创作有很大的好处。北京化工大学北方学院 艺术院
27、公共教研室 教案课次：课次：5教学内容教学内容教学设备教学设备教学目标教学目标重点重点难点难点课时结构课时结构第一节课第一节课年级：年级：二年级人数：人数：64教师：教师：张瑞竹人因工程设计基础人机交互设计多媒体让学生了解人机交互的相关概念与设计方法，最后可以独立分析完成某一个产品的分析和改良设计。人机交互的概念和设计方法。产品的分析和改良设计。结合知识独立完成某种产品的分析和改良设计。教学内容教学内容1、复习回顾上一节课内容。2、随机抽取几名同学上讲台讲自己的功能座椅设计。3、对上台同学作业进行点评。对班里有代表性的优秀作品和较差作业进行点评。表扬优秀作业，对较差的学生尽量找到其设计中的优点
28、进行鼓励引导。4、讲课。首先让学生看教材，然后提问：什么事人机交互？引出人机交互设计的概念：是两个或多个相关的但是又是自主的实体间进行的一系列信息交换的交互作用过程。人与计算机或含计算机技术的产品之间的信息交换，称为人机交互。第二节课第二节课1、人机交互的发展：初创期、奠基期、发展期、提高期。2、人机交互技术介绍：（结合实例与图片说明）(1)手写识别(2)手势识别(3)语音识别(4)自然语言理解(5)眼动跟踪(6)表情识别3、软件人机界面设计程序：确定界面逻辑，解决人机对话方式、信息输入、输出方式。由技术人员与界面设计师完成。北京化工大学北方学院 艺术院 公共教研室 教案电子显示器显示的界面外
29、观。由界面设计师完成。编制界面程序。4、软件人机界面设计原则：一致性原则图形和比喻设计的美学要求减少记忆要求防止误操作UNDO 容错和改错帮助快速检索提供快捷方式尽量减少输入长度提供信息反馈允许多任务强调重要信息有效的在线帮助系统界面设计中的典型问题：对话形式的选择计算机系统的响应时间用户求助机制错误信息的处理视窗及屏幕显示界面设计（窗口形式、屏幕布局、色彩、图形、软件界面的产业化设计。）提供快捷方式第三节课第三节课1、人机交互界面设计：（结合实例与图片介绍）设计软件类、网页界面、游戏软件界面、手持电子产品交互设计。2、结合教材，演示相关的图片。介绍优秀作品。3、对学生之前提出的专业疑问进行解
30、答。第四节课第四节课1、布置课下作业。通过实例说明，让学生理解作业要求和完成方北京化工大学北方学院 艺术院 公共教研室 教案法。2、各种开口设计的分析与个案改良。（文字结合图片）3、“信封开口”的分析与改良设计。（文字结合图片）4、“牙刷”的分析与改良设计。（文字结合图片）课后作业课后作业课题名称：对生活中某些常见物品的使用情况进行分析研究。内容及步骤：1.留心观察身边的物，从人机工程学的角度找出你觉得新颖的切入点（可以不止一个），记录下它的使用状况，以 PPT形式。2.从中选出一件物品，收集同类产品，鉴别界面的优劣，并作尺度及人的使用习惯等方面的分析。3.将不良界面进行改良，以更符合使用的需要，提出可行性方案，并提出改进设计的合理方法。4.实践这种可能。以绘图方式，最后放入 PPT 中。评价标准：1.切入点是否找得新颖且恰到好处，既不会没有内容研究，又不会范围太大。2.资料收集的内容是否丰富，能否找出与主题相关的素材。3.改进设计的方法是否巧妙，改进的深入程度如何。最终的表达是否清楚，能否较多的使用图形语言进行讲述提交形式：以 PPT 的形式提交，图文结合。课后小结课后小结课堂讲解概念，结合实例，尽量让学生理解。课下布置的调查作业，可以加强学生对生活中设计的细心观察能力。