基于人机工程学的手持产品健康设计专题教学研究

祝小林

【摘要】手持产品的人机关系是人机工程学课程的重要内容之一，以健康使用为目的手持产品形态来源于人的自然状态与健康的人体运动。在专题教学实践中，以健康设计概述、手系统分析、手持产品设计分析以及手持产品设计方法等四大知识板块为教学内容，结合模拟演示、数理分析与案例讲解等教学方法，有助于培养学生科学理性的设计思维，提升其产品设计的综合能力。

【关键词】人机关系 健康设计 课程内容 教学方法

【基金项目】浙江师范大学行知学院2016年度教学改革研究项目——设计数学在《人机工程学》课程教学中的实践研究。

【中图分类号】TB472 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2017）50-0219-02

一、前言

随着人们生活水平的提高，“人生最大的财富是健康”已经成为国际社会的普遍共识。然而，人们很多的不健康是因为外界因素，其中包括一些设计不良产品对其所造成的伤害。在这一背景下，产品设计界提出了“健康工业设计”的设计理念，意为产品设计要符合人体的自然运动规律，以健康使用为原则，使人在使用产品时达到一种自由的状态[1]。

手持产品作为与人的身体接触最直接、最频繁的产品，在保证功能实现的前提下实现手的操作自然、健康是相关设计师所追求的目标。在生活与工作中，長期使用不舒适的手持产品不仅会增加劳动负荷，降低劳动效率，而且会引发肌肉骨骼失调症，破坏了人的健康。因此，在产品设计专业课程《人机工程学》的教学中着重设置手持产品的设计专题，能使课堂教学回归生活，让学生快速掌握这一科学理性的知识内容与设计方法，提升产品设计创新能力。然而，对产品设计专业人才培养进行“健康工业设计”教育能否起到上述作用关键在于其课程内容的设定与教学方法的选择。

二、手持产品健康设计专题教学内容设置

《人机工程学》是一门专业性与实用性较强的应用型设计课程，要以人机关系的内在逻辑把所需的知识贯穿起来，其纲要如图1所示。为了保证课程知识学有所用，在最后可设置一个大的实训项目，制定相应的项目指导书，既重视理论知识教育，又重视设计实践训练。

1.健康设计概述

大健康概念的提出，相关数据的分析，发展趋势的预判有助于学生了解健康设计的社会背景与现实意义，激起其求知欲与创新欲。而对于健康设计进行理论性的解读（包括定义、目标、原则等）是进行知识铺垫的过程，其内容贯穿于整个专题教学实践中，所提出的“形式来源健康”更像是航海中的灯塔，指引着设计者为实现设计最高境界而不断努力。手不仅延续思维，而且通过手的实践能不断完善人的思维；手不仅能做出各种精细与延续动作，而且能感知各种物体的冷热、软硬、粗滑等属性。因此，手是人认知世界，改造世界，生存与生活最重要的身体器官。从人的健康角度出发，利用手——手臂——肩主体的生理构造与运动特点，结合使用者的心理与行为特征，进行关键点与角度的定位设计，有助于保护使用者的身心健康与提升设计者的科学设计能力[2]。

2.手系统分析

对于人来说，日常生活中大量的精细工作都是由手系统最终完成。认知手系统（包括手——手臂——肩主体的构成与运动规律）是设计出优良手持产品的前提条件。手系统功能结构分析主要包含上肢系统的活动角度分析，腕关节舒适状态分析以及手掌肌肉与骨胳结构分析。而掌握手系统的运动规律，如作业姿势与肌肉静力负荷关系，施力与能耗关系，手运动的速度与准度规律，并在设计中加以应用会使作品的形式更有科学依据。手持产品大部分是通过重复使用发挥其功能作用，由此影响人的健康主要体现在手系统相关组织的积累性损伤，通过案例与数据进一步分析失调症状及原因有助于预判设计作品可能存在的缺陷并进行细节优化。

3.手持产品设计分析

通过前面的知识铺垫之后进一步分析手持产品的人机设计原则、设计要素、设计评价能构建较为完整的知识。人机设计原则包括健康使用原则与尺寸选取原则，如保持手腕自然顺直、避免静力负荷等是设计过程中应着重考虑与遵循的，双限值、单限值、均值等尺寸限值与满足度是以人机关系作为设计切入必备分析与剖解，而众多产品设计要素中主要影响人机健康使用的有三个：形态、材料、色彩。通过正反案例的分析对比教学有助于学生提升认知能力与设计应用能力。任何关于人——机关系最终都是围绕数据展开，数据测量的准确度需要量化工具与科学方法，数据应用的有效性需要统计学计算方法，这一过程肯定会用到平均值、标准差、百分位数求解等数学知识，也可能会用到样本精确法与三维空间坐标法来确定数据点，在课堂上让学生理解这些数学方法与知识有助于后续设计实践的展开。

4.手持产品设计方法

人通过各个“接触点”实现人对手持产品的控制，因此，在动作初步分析的基础上，以接触点为核心的关键点设计方法是较为实用与高效的手持产品设计方法，其中包括数据采集、数据分析、数据应用等三个环节。数据准确采集是整个设计方法的基础，有条件的可以借用三维扫描设备，没有相关仪器设备可以用视图拍摄法来获取数据，这一方法要注意拍摄的角度、测量值与实际值的转换关系；数据分析是关键，每个对象数据汇总之后要求求解每个关键点的平均值、标准差，并根据行为分析确定其满足度与百分位数值；数据应用是目的，依据分析得到的百分位数结合空间坐标系确定各个关键点的空间位置点，以此为依据，借助三维软件构造人机接触面，从而实现良好的产品形态界面，达到设计实践目的。

三、手持产品健康设计专题教学方法

以往针对产品设计专业的《人机工程学》课程教学大部分课时都是传统的教学模式——以理论讲授为主填鸭式教学，教学质量较低。为了打破传统这一教学模式，实施教学时应采用“一讲点一练习”的教学模式并结合“知识讲授、应用示范和实践指导”三位一体的教学方法。具体来讲，大健康概述以国际或大数据形成的报告为主体，通过数据变化比较教学激起学生的学习激情与动力；手系统分析关注自身，通过自我模拟与知识点阐述相结合的方法实现情景再现，强化记忆，深挖细节；手持产品设计分析知识内容可采用边讲边练的方式提高教学质量；专题核心内容——关键点设计方法则需要教师通过细讲典型案例的方法促使学生构建知识网络，然后在其项目设计实践过程中全程跟踪，对学生所提出的问题运用示范法进行解决。通过对2015级2个班的教学改革试验，“一讲点一练习”的教学模式收效良好：学生专注力大大提高，课堂氛围活跃，设计作品方案质量大大提高。

四、结论

任何基于人机关系的手持产品健康设计创新都是一项复杂性、综合性的工程，分析已有相关产品的使用操作行为并分析可能导致身体积累性损伤的原因能够明确设计目标与设计方向，再结合对手系统结构功能与运动规律的理解，能够快速发现问题。实践证明，尝试对产品设计专业学生所开设的《人机工程学》进行手持产品专题设计项目研究，是一种针对性、专业性与综合性相互融合课程教学改革的有益探索，摆脱产品设计专业人机教育困境的同时增强了未来产品设计师的创新与设计能力。

参考文献：

[1]王艳群.健康工业设计理念之儿童产品设计研究[D].湖北工业大学，2007.05：7-8

[2]张丙辰、过伟敏、王艳群等.基于关键点的儿童鼠标外形设计[J].机械工程学报，48（15）：158-163