人機工程學教案

北京化工大學北方學院藝術院公共教研室教案

《人體工程學》

教案撰寫人：張瑞竹

課程性質：考查

總學時：32學時

上機學時：0學時

周學時：4學時

課次：1年級：二年級人數(shù)：64教師：張瑞竹

教學內(nèi)人體工程學概論、人體工程學在設計中的運用

容

教學設多媒體

備

教學目1、通過對人體工程學的綜合概述，使學生了解該課程的主要內(nèi)容、課

標時安排、課程要求，以及與其它設計類專業(yè)課程之間的關聯(lián)。

2、使學生能夠充分了解人體基本信息，在設計中能夠熟練運用相關概

念。

重點在設計中能夠熟練運用人體工程學概念。

難點學習人體的規(guī)律和概念，運用相關理論進行設計。

課時結教學內(nèi)容

構

第一節(jié)1、教師自我介紹。

課2、該課程的整體課程安排、評分標準及最后的成績評定原則。

3、考勤制度與課堂要求。

4、介紹該課程的課程性質，以及與其他課程之間的關聯(lián)。

5、介紹該課程的整體框架及各章節(jié)之間的邏輯關系。

第二節(jié)1、提問：什么是人機？引出人機工程的概念。

課人機工程學科名的由來和概念定義。包括：人機工程這個詞的來源是

由希臘詞根“ergon”（意思是工作、勞動）和“nomos”（意思是規(guī)律、

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規(guī)則）復合而成，本義是人的勞動規(guī)律。國際人機工程學會、《中國企

業(yè)管理百科全書》

和綜合意義上對人機工程學的定義，最后總結為按照人的特性設計和

改善人—機—環(huán)境系統(tǒng)的科學。

2、講解人機工程學的發(fā)展簡史和我國人機的發(fā)展進程。分別舉例講述

工具時代、機器時代、動力時代和信息時代的特點和代表性事件。在

講解發(fā)展簡史的過程中穿插講述關于學科對人類發(fā)展的推動作用和其

迅速發(fā)展對人類社會造成的一些不良影響，讓同學能更清楚的認識到

事物和科技發(fā)展的兩面性。目前人因工程學的前沿領域研究包括的內(nèi)

容：人機關系；人與環(huán)境關系；人與生態(tài)；人的特性模型；人機系統(tǒng)

的定量描述；人際關系、直至團體行為、組織行為、心理狀態(tài)等方面

的研究。

3、近期國內(nèi)外人機工程學研究的方向：（1）工作負荷研究，包括體力

活動、智力活動、工作緊張等因素引起的生理負荷和心理負荷。（2）

工作環(huán)境的研究，包括各種工作環(huán)境條件下的生理效應，以及一般工

作與生活環(huán)境中振動、噪音、空氣、照明等因素的人機工程學的研究。

(3)工作場地、工作空間、工具裝備的人機工程學的研究。(4)信息顯示

的人機工程學問題，特別是計算機終端顯示中人的因素研究。(5)計算

機設計與人機工程學研究。(6)工作成效的測量與評定。(7)機器人設計

的智能模擬等。(8)人—機—環(huán)境系統(tǒng)中心理學的研究。

4、結合實例講解人機工程的設計理念與原則、人機系統(tǒng)的分類以及人

——機——環(huán)境的具體含義。對于人機系統(tǒng)分類方法分兩部分：按照

人和機的分工分類、按照有、無反饋環(huán)節(jié)分類。舉例重點講解人——

機——環(huán)境各自的含義

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5、人機界面與人機交互：是人機系統(tǒng)中,“人”與“機”之間能夠相互施加

影響、實現(xiàn)相互作用的區(qū)域。結合之前所講人機工程學的發(fā)展史對人

機界面從人性化和高科技應用方面舉例進行闡述講解。

6、介紹人因工程學的學科體系，引出人因工程學的具體運用方法和作

用。

其中，人因工程的研究方法包括：

測量人體各部分靜態(tài)和動態(tài)數(shù)據(jù)；

調(diào)查、詢問或直接觀察人在作業(yè)時的行為和反應特征；

對時間和動作的分析研究；

測量人在作業(yè)前后以及作業(yè)過程中的心理狀態(tài)和各種生理指標的

動態(tài)變化；

觀察和分析作業(yè)過程和工藝流程中存在的問題；

分析差錯和意外事故的原因；

進行模型實驗或用計算機進行模擬實驗；

運用數(shù)字和統(tǒng)計學的方法找出各變數(shù)之間的相互關系，以便從中

得出正確的結論或發(fā)展有關理論。

運用原則和評價指針包括37個原則和相應的37個指針。

第三節(jié)結合設計需要，講解人的基本特征。

課舉以往學生在設計中出現(xiàn)各種尺寸問題，最終導致設計不可實現(xiàn)或者

不可使用的例子，強調(diào)了解人的特征的重要性。提起學生的學習興趣

后，引出對人的特征的講述。

1、人的特征：用PPT圖片和板書結合的形式講解人的感知、處理、

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執(zhí)行和維持特征。

2、人體測量的基本知識。首先講解人體測量的定義：人體測量學是一

門用測量方法研究人體的體格特征的科學。它是通過測量人體各部

位尺寸來確定個體之間和群體之間在人體尺寸上的差別，用以研究

人的形態(tài)特征，從而為各種工業(yè)設計和工程設計提供人體測量數(shù)

據(jù)。

然后分開講述人體測量數(shù)據(jù)的種類：靜止形態(tài)參數(shù)的測量、活動范

圍參數(shù)的測量、生理學參數(shù)的測量、生物力學參數(shù)的測量。通過

對人體測量數(shù)據(jù)種類的講解，引出人體測量的一些術語。包括：被

測者的各種標準姿勢，測量基準面，測量方向，支撐面和衣著，人

體測量的主要儀器，人體測量的概念術語等。

介紹相關概念后，緊接著講述人體尺寸的應用。包括：主要人

體尺寸的應用原則和人體作業(yè)空間的設計。這一部分因為涉及到人

體的一些相關結構，因此主要是結合圖片講解。

第四節(jié)1、講解人的信息感知特征，詳細講解關于人的感覺和直覺特征、視

課覺機能及特征、聽覺機能及特征和其它感覺機能及特征（膚覺、本

體感覺）。

2、介紹人的信息處理特征，詳細講解關于人的信息處理模型概念及

形態(tài)。舉例日本機器人，提高學生學習興趣；神經(jīng)系統(tǒng)機能及特征、

記憶（三種記憶的關系），這一概念結合實例說明，讓學生更易理

解；學習（正遷移、負遷移），同樣結合實例講解這一概念，在詳

細講述知識的同時，增長學生學習的動力。

3、講解人的生物力學特征。包括：人的運動機理和人的運動輸出特

征。對人的疲勞與失誤結合實例講解，包括人的疲勞、失誤，和疲

勞、失誤產(chǎn)生的原因。這一部分主要結合教材完成。

4、人的個性及影響。結合學生自身，用提問結合講解的方式介紹人

的個性特征和心理特征。加深學生對這一方面知識的認識和理解。

課后作舉例；我們生活中的人機工程學。

業(yè)要求：

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1、說明具體的產(chǎn)品或者設計中，哪些方面體現(xiàn)出對人機工程學的應用。

2、每人舉5個實例，并說明。

比如：鼠標，頂部的弧度，符合人手掌抓握時的結構特征。

課后小作為本課程的第一節(jié)課，對于涉及到的概念盡量做到每一個都結合實

結例來說明。上課穿插提問，跟學生互動，提高學生的學習興趣。

概念參照教材，舉例盡量與設計相關聯(lián)。在講課的間隙介紹一些較好

的產(chǎn)品設計或者建筑設計。讓學生更容易地了解這門課程與設計專業(yè)

的關系，認識到學習本課程的重要性。

課次：2年級：二年級人數(shù)：64教師：張瑞竹

教學內(nèi)人因工程設計基礎——信息輸入設計

容

教學設多媒體

備

教學目學生學習了解信息輸入的過程和相關的設計及設計方法

標

重點學習信息輸入的過程和相關的設計及設計方法。

難點能夠結合所學知識進行輸入方面的相關設計。

課時結教學內(nèi)容

構

第一節(jié)復習回顧上一節(jié)課內(nèi)容。點評作業(yè)。

課1、提問：信息在人機間是怎么傳輸?shù)?？引出信息在人機系統(tǒng)中的傳遞

過程，PPT結合板書的形式講解：信息源、干擾源、刺激能、感受器、

處理器、執(zhí)行系統(tǒng)和機之間的傳播方式和過程。講解。

2、介紹視覺信息設計。包括：圖標設計（象形圖標和圖形圖標）、文

字設計（相同文字的不同設計和不同文字的相同設計）、數(shù)字影像設計、

使用手冊設計和編碼設計。這一部分內(nèi)容全部結合圖片講解。

第二節(jié)1、提問：我們身邊的視覺顯示器種類？引出視覺顯示器設計知

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課識。視覺顯示器包括：（按形式和顯示內(nèi)容）模擬顯示器、數(shù)字顯

示器、指示燈、圖形指示器、計算機顯示器；（按原理）機械式、

電子式。

定量顯示器：

結合圖片讓學生認識各種顯示器特征。

定性顯示器設計：從技術上分為機械式和電子式。

可用于定性認讀和檢查認讀。結合實例說明定性信息的用途：

①依據(jù)一個預先確定的變量范圍，確定變量的狀況。（汽車水箱水溫控

制，溫度正常值得范圍需預先確定）

②控制一個變量在預期的正常范圍內(nèi)。（汽車駕駛速度的控制）

③觀察變化趨勢和變化速度等。（飛機飛行高度變化速度提示）

信號燈設計

信號燈的作用：

①顯示狀態(tài)（電池充電、洗衣機洗衣、各種設備的電源燈等）

②警示（高速路警示燈、汽車剎車燈、機場跑道燈等）

③識別（汽車示寬燈、機場跑道燈、飛機標示燈）

④顯示指令（紅綠燈）

設計過程中應該注意的問題：

①亮度：至少兩倍于背景的亮度。遠距離信號燈，應保證在較遠視距

下也能看清，且在日光亮度和惡劣氣候條件下清晰可辨。

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②顏色：紅、黃、綠、藍、白

若信號與背景的亮度對比較小，紅色有優(yōu)勢，其次是綠、黃、白。

③閃光與穩(wěn)光：表示突發(fā)緊急狀況或最新的危險狀況，用閃光。

背景穩(wěn)光，信號閃光；背景穩(wěn)光，信號穩(wěn)光；背景閃光，信號穩(wěn)光。

④信號燈編碼：顏色按相互不易混淆程度排列，黃、綠、橙、淺藍、

紅、淺黃、綠、紫紅、藍、黃粉。

再現(xiàn)顯示器設計

包括：（結合實例圖片說明）

①飛機傾斜角度顯示

②三維再現(xiàn)顯示（飛機飛行為例）

③車載GPS：導航；裝象語音提示；增加興趣點；定位；測速；顯示

航跡。

第三節(jié)1、提問：我們最常使用的顯示器名稱？

課介紹電子顯示器設計

包括：CRT顯示器、LCD顯示器（液晶顯示器）。結合圖片說明兩種顯

示器的區(qū)別和優(yōu)劣。

平視顯示器和頭盔顯示器設計：結合圖片讓學生認識這兩種顯示器的

形態(tài)和設計原理。

聽覺顯示設計

首先介紹什么是聽覺顯示：當信息的目的是要吸引產(chǎn)品使用者的注意

時，通常使用的是效果較好的聽覺顯示。

其次，聽覺顯示的作用：

(1)減少視覺工作的勞動量。

(2)引起人的立即注意，如警示信號。

(3)提高人們集中注意的能力。

最后介紹幾種聽覺顯示裝置：音調(diào)警報及報警裝置、語音信息。

2、顯示器的選擇：

①視覺顯示：復雜，需要延時的，聽覺符合已很重的場合，不需要急

迫傳遞的，信息需同時顯示、監(jiān)控的。

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②聽覺顯示：較短或無需延時的，簡單且要求快速傳遞的，視覺符合

很重的場合。

③觸覺顯示：視覺和聽覺通道傳遞信息有困難或負擔中的情況，信息

簡單。觸覺傳遞信息的速度快。

設計、使用視覺顯示器的原則：

只需顯示對操作有用的信息。

必須符合人們一般的讀取習慣和固定的模式。

要顯示的元素應該有較大的對比度。

去掉不能一眼識別的信息和名稱。

顯示刻度最低限度減少視差，指針指端與刻度明顯區(qū)分。

5、產(chǎn)品形態(tài)語義：結合實例說明形態(tài)語義與人因的關系和形態(tài)語義的

應用。

第四節(jié)隨堂練習：文字設計

課相同文字不同設計方式（5種）

不同文字相同設計方式（5種）

課后作隨堂作業(yè)沒有完成部分課下繼續(xù)完成。

業(yè)

課后小講解相關生僻的不常見的顯示界面應結合圖片與實例說明。對于概念

結講解完后緊接著講述相關的設計方法和設計應該注意的問題，并布置

作業(yè)馬上練習鞏固。作業(yè)最初階段給學生看一些好的圖片，讓學生了

解到什么是好的設計后再進行獨具風格的創(chuàng)意發(fā)揮。

課次：3年級：二年級人數(shù)：64教師：張瑞竹

教學內(nèi)容人因工程設計基礎——人的輸出與控制

教學設備多媒體

教學目標讓學生了解人的輸出與控制的相關概念，并能結合課程內(nèi)容進行

相關的設計。

重點人的輸出與控制方法。認識控制器裝置，學生能夠運用所學知識

進行控制器和工具設計。

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難點結合所學知識進行控制器和工具的相關設計。

課時結構教學內(nèi)容

第一節(jié)課復習回顧上一節(jié)課內(nèi)容。點評作業(yè)。

提問：我們進行輸出的方式有哪些？引出人的輸出與控制概述。

1、首先，結合教材講解人的輸出與控制的分類和方式。

人的輸出包括：動力輸出和信息輸出。隨著技術的發(fā)展，以信息

為主的輸出逐漸代替了以能量為主的輸出。

其次，結合圖片講控制器的分類與功能。

2、結合實例，講常用控制器分類：

①手動旋轉式控制器：旋鈕、手指撥輪、手輪與曲柄等

②手動移動式控制器：手柄、操縱桿、按鈕、刀閘開關等

③手動按壓式控制器：按鈕、按鍵、翹板開關等

④腳動控制器：腳踏板、腳踏扭

3、討論：手動信息輸入裝置，在我們生活中有哪些？

①鍵盤：機械式、薄膜式、導電橡膠式、電容式

②定位裝置：鼠標、軌跡球、指點桿、觸摸板、數(shù)字化輸入

板、游戲桿

③觸摸屏

④新型輸入裝置：浮動鼠標、手持式操縱器、力矩球、數(shù)據(jù)

手套

進行完各種裝置介紹后，統(tǒng)一播放圖片，加深學生對此的印象。

第二節(jié)課1、控制器設計

討論：我們?yōu)槭裁匆锌刂破?？選擇控制器要考慮什么因素？

對相關問題進行解答后，詳細講解控制器的概念，表現(xiàn)形式。其

中包括：

①形狀編碼：通過外觀造型不同來區(qū)分。例如鍵盤F、J的突

起。

②尺寸編碼：一般要相差20%，同時還要受到空間限制。例如

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音量調(diào)節(jié)旋轉扭。

③色彩編碼：最佳編碼。一般只用紅橙黃綠藍五種顏色。受

照明強度影響。

④材質編碼：根據(jù)材料不同編碼。適用于夜間操作等。

⑤標志編碼：控制器數(shù)量多，形狀難區(qū)別時?？杉臃?、文

字、圖形區(qū)別。

⑥操作方式編碼：組合設計的控制器，通過操作方式不同來

區(qū)分。例如汽車方向盤兩側的多功能控制桿。

⑦位置編碼：通過人的運動感覺來正確判別。例如汽車的離

合、剎車、油門；鍵盤盲打。

2、結合教材講解控制阻力的相關概念?？刂谱枇Πǎ簭椥宰枇?、

摩擦力、黏性阻力和慣性力。學生了解相關概念后，再對阻力

的優(yōu)缺點以討論的形式進行探討。

3、防止誤操作。

首先，結合實例說明誤操作容易造成的危害。

然后，讓學生自行思考，有關誤操作的案例。

最后，結合教材與實例講解避免誤操作的方法。

第三節(jié)課1、手握工具設計

首先講手的相關概念，包括手的握持方式：指觸、掌觸、手指

間的緊握、拇指—指尖緊握、拇指—指腹間的緊握、拇指—食

指邊緊握、拇指—兩個手指的緊握、拇指—指尖靠攏、手指—

手掌靠攏、力量抓握。

握持力量：把握實際意圖，力量和用戶手的尺寸。

力量隨手的指距變化。

手握工具的使用原則：

①手腕順直狀態(tài)

②提供適宜抓握空間

③避免掌部組織受力

④避免過度冷、熱和震顫等

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⑤避免手指重復動作

結合實例，講解這5種原則的來源評價標準。

2、把手設計

講解把手設計的跟人體尺寸的關系。讓學生自行測量各自的手部

尺寸，互相交流，加深對尺寸的印象。

結合實例講解內(nèi)容包括：

（1）直徑：著力抓握30~40mm，精密抓握8~16mm。

（2）長度：100~125mm，需帶手套最小114mm。

（3）形狀：

壓應力小：圓形、橢圓形

防滑動便于著力：三角形、矩形、丁字形。（把手邊緣至少有半徑

為0.25in(6.35mm)的倒角。

（4）彎角：槍柄式80°，直體式90°，錘子類10°。

（5）雙把手工具：最大握力100N。

（6）材料與防滑：防導電、防滲透、防滑和有彈性。

（7）用手習慣與性別差異：90%的人慣用右手。

3、安全設計。

討論：安全設計的必要性？

講解：安全設計的內(nèi)容有

（1）防止滑落

①把手尺寸

②摩擦強度

③把手防護設計

④較重手握工具的設計

（2）防止擠壓

（3）防止意外啟動

提問：我們生活中做到安全設計的案例？

第四節(jié)課課堂練習：設計一套你認為最合理的上課課桌、桌椅。

內(nèi)容包括：效果圖與簡單結構工程圖。

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課后作業(yè)隨堂作業(yè)沒有完成部分課下繼續(xù)完成。

課后小結在講課的同時，加強課堂提問與討論，這樣既可活躍課堂氣氛，

又能讓學生對知識點印象深刻。

隨堂作業(yè)與課下作業(yè)都是對課程相關內(nèi)容的鞏固。課堂點評作業(yè)

時要注意語言表達方式，對于理解不透徹的學生加以鼓勵和引導。

課次：4年級：二年級人數(shù)：64教師：張瑞竹

教學內(nèi)容人因工程設計基礎——硬件界面與作業(yè)空間設計

教學設備多媒體

教學目標讓學生了解界面設計相關概念與設計方法，并能結合課程內(nèi)容進

行一個座椅的設計。

重點軟件界面設計的概念和設計方法。功能性座椅設計。

難點結合知識獨立完成一個功能性座椅的設計。

課時結構教學內(nèi)容

第一節(jié)課復習回顧上一節(jié)課內(nèi)容。點評作業(yè)。

1、提問：什么是界面？

引出界面的相關概念。

結合生活中常見的例子說明界面設計的設計原則與布局原則

設計原則：是指在限定的作業(yè)空間內(nèi)，設定合適的作業(yè)面后，顯

示器與控制器的定位與安排。

布局原則：

①重要性原則

②使用頻率原則

③功能原則

⑤用順序原則

2、結合圖片說明控制界面的相和性：

1編碼相合性：控顯界面編碼聯(lián)系相合。

2運動相合性：順時針旋轉自下而上被認為是增加方向。

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3控制——顯示比：例如操縱桿移動50mm，顯示器指針位移

20mm，則控制——顯示比等于2.5。

3、顯示器與控制器的布局

①顯示器

視距：560~750mm

視野：重要的和使用頻率高的顯示器應布局在靠近視野中心區(qū)域。

分區(qū)：在垂直面和水平面內(nèi)均可采取折線和弧線的布局方式，以

擴大分布的區(qū)域。

②控制器

人體尺度：最容易觸及的地方。

防止誤操作：隱藏初次使用者不常用的控制器。

相合性與標示：手放控制器上時，不應遮擋控制器的標示。

間距：考慮使用者佩戴手套。

設計驗證：以模型加以驗證。

第二節(jié)課1、概念性介紹有關座椅設計

2、座椅舒適性的概念：人坐著時，大腿和上肢的重量必須由座面

來支撐，人的骨盆下面有兩塊小面積的圓骨能支持上身的大部

分體重。座面上的臀部壓力分布應是在坐骨結節(jié)處最大，并由

此向外，壓力逐步減少，直至與座面前緣接觸的大腿下部，此

處壓力最少。

坐骨下面的座面應近似水平，以使股骨不承受過分的壓迫，斗

形的座面或座面過于松軟會使股骨趨于向上轉動而受力，從而

引起不舒適感。

3、探討：什么是舒適的座椅？

解答：舒適座椅可分下列各部分來探討

座椅的硬度及形狀；

背墊的硬度及形狀；

背墊與座墊的關系；

身體支撐的舒適度和座面的舒適度；

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座椅的通氣程度等。

4、介紹舒適座椅的設計原則

要把人的坐姿與座椅的樣式和尺寸聯(lián)系起來；

座椅的尺寸應適宜于就坐者的人體尺寸；

座椅要適于就坐者保持不同姿勢的需要和調(diào)節(jié)坐姿的需要；

靠背的結構和形狀要盡量減少就坐者背部和脊柱疲勞；

座椅上應配有適當質地的坐墊以改善臀部及背部的體壓分

布。

5、座椅的尺寸設計原則

人的軀干重量應有坐骨、臀部及脊椎支撐；

上身應保持穩(wěn)定；

座位的高度應不使大腿肌肉受壓；

可以變換或調(diào)節(jié)坐姿，座面高度應與桌面相配合，盡量減少身

體的不舒適感。

6、結合圖片，對座椅的相關部件及一般尺寸要求進行講解。

第三節(jié)課演示各種優(yōu)秀的功能座椅設計圖片，以討論、提問的形式分析各

種優(yōu)秀設計的出色之處。重點結合人機工程學知識講汽車中的座

椅設計。

第四節(jié)課課堂練習：設計一個功能性座椅。

內(nèi)容包括：效果圖與簡單結構工程圖。

課后作業(yè)隨堂作業(yè)沒有完成部分課下繼續(xù)完成。

課后小結要加強培養(yǎng)學生獨立思考的能力?，F(xiàn)在普遍存在知識含量少，看

到的優(yōu)秀設計作品少的特點，因此在課上時間盡量多一點時間給

學生看一些優(yōu)秀的設計作品，并動員學生一起分析設計的優(yōu)秀之

處。這樣可以拓展學生的思維，對以后的設計創(chuàng)作有很大的好處。

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課次：5年級：二年級人數(shù)：64教師：張瑞竹

教學內(nèi)容人因工程設計基礎——人機交互設計

教學設備多媒體

教學目標讓學生了解人機交互的相關概念與設計方法，最后可以獨立分析

完成某一個產(chǎn)品的分析和改良設計。

重點人機交互的概念和設計方法。產(chǎn)品的分析和改良設計。

難點結合知識獨立完成某種產(chǎn)品的分析和改良設計。

課時結構教學內(nèi)容

第一節(jié)課1、復習回顧上一節(jié)課內(nèi)容。

2、隨機抽取幾名同學上講臺講自己的功能座椅設計。

3、對上臺同學作業(yè)進行點評。對班里有代表性的優(yōu)秀作品和較差

作業(yè)進行點評。表揚優(yōu)秀作業(yè)，對較差的學生盡量找到其設計中

的優(yōu)點進行鼓勵引導。

4、講課。

首先讓學生看教材，然后提問：什么事人機交互？

引出人機交互設計的概念：是兩個或多個相關的但是又是自主的實體間

進行的一系列信息交換的交互作用過程。

人與計算機或含計算機技術的產(chǎn)品之間的信息交換，稱為人機交

互。

第二節(jié)課1、人機交互的發(fā)展：初創(chuàng)期、奠基期、發(fā)展期、提高期。

2、人機交互技術介紹：（結合實例與圖片說明）

(1)手寫識別

(2)手勢識別

(3)語音識別

(4)自然語言理解

(5)眼動跟蹤

(6)表情識別

3、軟件人機界面設計程序：

確定界面邏輯，解決人機對話方式、信息輸入、輸出方式。由

技術人員與界面設計師完成。

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電子顯示器顯示的界面外觀。由界面設計師完成。

編制界面程序。

4、軟件人機界面設計原則：

一致性原則

圖形和比喻