基于人体工学的中小学课桌椅机械安全分析

曹艳超，胡天怡，钟文翰，于 娜 Cao Yanchao & Hu Tianyi & Zhong Wenhan & Yu Na

(1.4.南京林业大学家居与工业设计学院，江苏南京 210037；2.3.浙江省家具与五金研究所，浙江杭州 310000）

课桌椅是学生在学生时代使用的主要家具，作为学习环境下与学生直接接触的物品，要求课桌椅在设计过程中要做到绝对的安全，即要求结构稳定，边角平滑，材料环保。因此，在保证课桌椅机械安全基础上,从人体工学角度深入设计中小学课桌椅，这对于提升中小学课桌椅的设计质量,促进青少年身心健康发展有着积极的意义。

1 使用人群特点分析

1.1 中小学学生生理情况分析

中小学学生在不同成长阶段有很多共同特点。他们的骨骼弹性好，易发生变形，并且脊柱弯曲较成年人小。男女生在小学阶段身体发育速度差异不是很大，身高体重相对平衡。他们对质感、粗糙度、环境、色彩等视触觉感知更为明显[1]。

同时在不同成长阶段也有不同特点，低龄段小学生（小学一年级到三年级）身高体重胸围发展稳定，男女差异不大。男生身高在113 cm～148cm之间，女生身高在112cm～148cm之间。他们的骨骼韧性大而硬度小，在不良姿势下会产生变形，影响身体成长。与此同时他们的神经发育过程兴奋占有优势，因此造成了小学生的活泼好动、注意力不集中等行为特点。

高龄段小学生（小学四年级到六年级）身体发育更为明显，身高也相应增加10cm～15cm左右，骨骼生长也较低龄段学生更为健壮。他们在10岁左右视觉感知能力最好，并且开始有目的地观察周围事物，具有良好的空间知觉感[2]。

初中阶段的学生身体形态和身体机能都得到了迅速的发展，该阶段下肢长势最快，增大了下肢在身高中的比例，因此，扩展下肢的活动范围就显得尤为必要。

高中阶段的学生在身高体重、胸围等都已经接近成人，生长发育逐渐缓慢下来，骨骼也已经基本骨化，同时自我控制能力有明显提高。相比小学阶段的学生，他们对课桌椅的破坏力要降低很多。

1.2 中小学生心理情况分析

中小学学生的心理情况是逐渐变化的，客观环境会给他们的心理带来一定影响。课桌椅不仅为学生提供一个作业写作空间，同时也提供了个人领域和心理空间。如果这种“个人领域”被“侵占”，那么学生就会产生抵御心理，或将“侵占者”驱逐。在这样的一种状态下，学生的心理状态会受到一定的影响。因此课桌椅作为学生的“个人领域”对学生产生的心理影响是不容忽视的。

低龄段小学生的心理特征主要表现为模仿能力强，试图去观察世界并给出反馈[3]。他们的行为不受约束，对于单调、呆板的环境易产生厌烦情绪。他们的注意力易分散，对于新奇有趣的事物充满好奇心，同时也具备一定的破坏性[4]。

高龄段小学生的情感仍然是以快乐为导向，但同时他们的自我意识逐渐增加，对于周围环境的设计特点更为敏感，良好的学习氛围能使他们感到轻松自在。同时他们的“个人领域”意识逐渐建立起来。因此不仅要关注学生身体发育造成的各项尺寸的变化，同时要关注到儿童心理层面的变化。

初中阶段学生的心理状态逐渐表现出一种“成熟感”，逐渐形成自己的判断力和决策力。同时自尊感明显增强。在学校中渴望拥有轻松的学习环境，而对于许多强制性管教和呆板的环境显得无奈和消极。

高中生已进入青少年末期，此时学生的心智已经趋于成熟化，由于掌握的知识经验更加丰富，认知能力不断提高，情绪控制也更加稳定，抗压能力也显著增强。但由于考试的压力，他们的心态长期处于紧张状态，不易放松，设计良好的课桌椅可以很大程度上对他们学习心理压力产生积极影响。

2 材质和老化对课桌椅机械安全的影响

课桌椅根据材质分类可分为木质课桌椅、钢木课桌椅和钢塑课桌椅。木质课桌椅的原材料由于是木材，对于环境有相对较高的要求，不能暴晒也不能过于潮湿，否则会影响其使用寿命。钢塑课桌椅比钢木课桌椅有一些改进，钢塑课桌椅一般可调节高度，钢材的厚度也相对提高，桌面可防潮且耐水。

课桌椅的老化主要有桌面（坐面、椅背）表面装饰层剥离或边缘翘起、桌面芯层单板剥离或边缘开裂形成的危险锐利边缘等情况，具体如下：①危险锐利边缘：钢木结构课桌椅主要有外露铁制件边缘没有经过倒圆角处理，存在锐利边缘的现象。由于课桌椅经过长时间使用，桌面和椅面胶合强度不足，单板之间形成剥离。课桌椅管口没有经过封口处理，经过长时间磨损，便形成锐利边缘。出现以上情况的课桌椅长时间使用对学生有刺伤、刮伤、挫伤的风险[5]。②危险突出物：对于连接木质板件和金属件的螺钉尾端一般比较锐利，容易对人产生刮伤的危险。对于安装在课桌侧面的挂钩，由于厚度偏薄，边缘未经合理的倒角处理，经长时间磨损形成锐利突出物，具有潜在的危险性。③老化变形：对于具有高度调节功能的课桌椅，经常调节高度会使螺丝松动，螺丝孔的位置变大、变形、不易维修，导致桌椅晃动，稳定性不强。

因此，基于中小学学生活泼好动、自我保护意识不高的特点，课桌椅在材料选择上，要考虑所用材料的机械安全性能和耐老化性能是否达到相关要求，从而保证学生使用的安全性[6]。

3 课桌椅机械安全要求

良好的课桌椅是保证学生有正确坐姿和提高学生身体素质的物质条件。不同年龄段的学生对于课桌椅的要求有所不同。从关于课桌椅的国家标准来看，内容包括安全要求和试验方法，安全要求包括材料、结构等[7]，不太涉及到人与课桌椅的关系。由于中小学生不同阶段生理心理特点具有差异性，因此课桌椅要同时满足国家标准规定的机械安全要求和人体工学方面要求。

课桌椅应满足以下几点机械安全要求：①在课桌椅物理安全性测试方面，可利用有限元分析方法在产品的开发阶段进行仿真，保证课桌椅结构的安全稳定性[8]。②课桌椅零部件要求为以下几点:课桌椅零部件应保证完好，无损坏；金属件端口封口完好，闷盖应不易脱落；课桌椅的结构需要保证在人为操作下不被任意拆卸，结构要求需达到只能使用专门的拆卸工具进行拆装[9]。③课桌椅危险锐利边缘及尖端要求为以下几点：课桌椅与人接触的部位、存放物品的部位应保证平滑，不应有毛刺及尖锐物。并且课桌椅封边要求需要高于板式家具[10]。④课桌椅与人接触部位的倒角要求：与人接触的座面、椅背和扶手等边缘倒角的半径应不小于2mm，产品高地面高度1600mm以下位置的可接触危险外角应经过倒角处理，且倒圆半径不小于10mm，或倒圆弧长不小于15mm[11]，过小半径的边缘仍具有刮伤的危险。⑤课桌椅的孔洞及间隙要求：所有无覆盖的孔洞直径应≤5mm或≥25mm。与此同时相对运动的机械装置部件与人体接触部位的间隙应≤5mm或≥25mm[12]。

在桌椅的功能尺寸方面，由于不同阶段学生生理特点的差异性，从人体工学角度来讲需要考虑以下几点因素：①要在不影响其他功能尺寸条件下，使学生达到合理的视距。②要满足不同年龄段学生手臂和下肢的活动空间，方便学生进行无障碍书写，并且可以适当调整身体姿势。③桌面最好有一定的倾角,可以改善学生由于长时间低头学习引起的颈部不适，有效保护颈椎。当需要将课桌拼接在一起使用时，桌面最好为水平面[13]。④可以根据不同阶段学生身高特点，设计成可调节的结构，达到对课桌使用的理想状态。

基于不同阶段学生不同的心理状态，从人体工学角度也需要考虑以下几点：①中小学生对色彩感知度也略有不同，因此，可以针对不同阶段学生的教室环境采用不同的色彩方案进行搭配。对于低龄段的学生来说，可以通过调节色彩达到令学生愉悦、欢快的氛围。对于高龄段的学生，可以营造沉稳安静的教室氛围，提高学生的学习效率。②桌椅之间需要合理配合来保证学生的“个人空间”，例如可以设计适当的屏障等。

课桌椅设计的好坏影响到学生的身心发展和学习效率，在设计的过程中，以人体工学为依据，从发展的角度来看课桌椅的健康设计，挖掘出更多的隐性问题，如“个人空间”的姿势纠正等[14]，并根据国家相关标准提供的相关数据进行测试与评估，以此达到设计最适合学生的课桌椅的目的[15-16]。

4 结语

本文主要分析了中小学学生在不同年龄段的生理及心理特点，同时分析了材料老化对于中小学生课桌椅的影响，并根据国家相关标准从人体工学的角度提出中小学学生课桌椅的相关要求。为现有课桌椅朝着更加人性化的方向发展提供相关的理论基础。