倪江忠

摘要：本文从课桌标准、人机工程学和现有专利技术等方面开展研究，尝试为大学生设计一种基于人机工程学的防睡课桌椅。该防睡课桌椅既可防趴睡，又可有效防止打盹或者靠在椅背（扶手）上睡觉，是对课桌标准和防止学生课堂睡觉的一种补充和完善，可实现多样化防睡。

关键词：人机工程学;防睡;课桌;创新设计

中图分类号：TS664 文献标识码：A

文章编码：1672-7053（2019）08-0071-02

2017年7月，《人民日报》刊登过一篇“沉睡中的大学生：你不失业，天理难容”。2018年10月，湖南环境生物职业技术学院发布通告，决定对学业成绩没有达到要求的22名学生进行清退;11月，985名校华中科技大学发布通告，决定把18名学生的本科学历转成专科。如何唤醒沉睡中的大学生，成为社会关注的焦点，本文尝试为防止大学生课堂睡觉创新设计一种基于人机工程学的防睡课桌椅。

1高等院校课桌椅标准解读

2014年12月，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局和中国国家标准化管理委员会发布《学校课桌椅功能尺寸及技术要求》（GB/T 3976-2014），2015年5月1日实施。在“高等院校课桌椅”篇中规定：在高等院校中只设一种高度的课桌椅，男女通用，品种分固定式课桌椅（适用于阶梯教室，也适用于平面教室）和非固定式课桌椅（适用于平面教室）。由于地域、遗传、饮食和体育锻炼等因素，学生个体身高存在差异。身高决定小腿加足高、肘高等不同因素，故学生个体对课桌和椅子舒适的高度不同，男生与女生差异就更大。而国标规定只设一种高度课桌，男女通用，容易造成大部分学生因为课桌椅不符合人机工程学而引起不舒适，容易产生疲劳，导致在课堂上打瞌睡，甚至睡觉。设计一种适合不同人群、不同性别的课桌已迫在眉睫。

2現有防睡课桌的局限性

现有防睡课桌大多是一种防趴睡，多采用压力原理，通过语言提醒、桌面升降、倾斜等实现，但还有一部分同学坐着打盹或者靠在椅背（扶手）睡觉就不能有效防止。比如一种防睡桌子优点是结构简单，缺点是只能防趴睡，不能防止学生坐着打盹或者靠在椅背（扶手）上睡觉。

3防睡课桌椅创新设计实践

3.1防睡课桌椅设计原理

人的眼睛近似球形，包括巩膜（眼白）、瞳孔、虹膜及角膜等几个主要部分。人眼虹膜是位于黑色瞳孔和白色巩膜之间的圆环状部分，其包含很多相互交错的斑点、细丝、冠状、条纹、隐窝等的细节特征。虹膜在胎儿发育阶段形成后，在整个生命历程中将是保持不变的，具有唯一性，可作为身份识别的标识，如图1所示。防睡课桌创新设计正是利用人眼虹膜的唯一性和特殊的条纹作为搜索对象，辅以微型处理器判断人眼虹膜是否处于搜索范围，以确定人是否处于睡觉状态。

3.2防睡课桌椅功能尺寸设计

国际人类工效学学会为人机工程学下了最有权威、最全面的定义：即研究人在某种工作环境中的解剖学、生理学和心理学等方面的因素;研究人和机器及环境的相互作用;研究在工作中、家庭生活中和休假时怎样统一考虑工作效率、健康、安全和舒适等问题的学科。人机工程学最大特点在于将人一机—环境作为一个系统来设计。

从人机工程学的角度研究课桌椅，主要是把人、课桌椅和环境作为一个系统来研究，重点考虑人在使用课桌椅时的舒适性、健康性和安全性三个方面的问题。课桌椅功能尺寸决定人在使用过程中是否舒服，须重点研究课桌面高度和课椅面高度两个尺寸。《学校课桌椅功能尺寸及技术要求》（GB/T 3976-2014）规定高校固定式课桌椅和非固定式课桌和课椅主要尺寸如表1。

首先来研究课椅面高度：如果课椅面太高，人的脚无法着地，将压迫大腿神经，导致腿部麻木;如果课椅面太低，人的小腿必须弯曲或者前伸，容易引起疲劳或者不舒服。国标GB10000-88是1989年7月开始实施的我国成年人人体尺寸国家标准。该标准共提供了七类共47项人体尺寸基础数据，从提供的表中查询坐姿人体尺寸：小腿加足高，百分位数为P5的人群男性为383mm，女性为342mm;百分位数为P50的人群男性为413mm，女性为382mm;百分位数为P95的人群男性为448mm，女性为405mm;再查询正常人着装身体尺寸修正值：鞋高修正量为：25—38mm，着装衣服修正量为3mm。以课椅面高度计算为例：课椅面高度=小腿加足高+鞋高-着装修正量，具体计算过程见表2。

从表2可以得出：课椅面高度差达95mm左右。在人性化设计的今天，高度可调或者多种型号桌椅成为必然趋势。现今GB/T3976-2014中规定高校固定式或非固定式课椅面高度只有一种为410+10mm，仅能适用偏矮的男性和中等高的女性。

继续研究桌面高度：桌面过高，人的双手将上抬，腰椎前突;桌面过低，人的双手将下放，腰椎后突。无论腰椎前突或者后突，腰弧曲线都处于非正常状态。一旦脊椎偏离自然状态，肌腱组织就会受到相互压力（或拉伸）的作用，使肌肉活动度增加，导致疲劳，甚至将椎间盘从腰椎之间挤出来，压迫中枢神经，产生腰部酸痛、疲劳等不适感。人体各种不同姿势下所产生的腰椎曲线如图2，想要获得与腰椎几乎一致的腰弧曲线，躯干与大腿之间必须大于90°的角度，如图2中F腰弧曲线。为保持正常的腰弧曲线，可采取座面适当前倾，这样更加适合工作、学习等有一定精度要求的工作。座面倾斜角度建议为10°左右，如果靠背后倾5°左右，则相当于座面与靠背夹角为105°，这是坐姿要求的最少舒适角度。为防止坐着从座面滑脱，坐者需用腿部抵住地面，而—体化课桌椅刚好利用课桌底座与地面高度差实现坐者前滑。

3.3防睡课桌椅构成

防睡课桌椅包括课桌和座椅，两者为一个整体。桌面上装有摄像器材、警示灯、课桌升降按钮和椅子升降按钮，桌面内装有微型处理器（包括蓄电池、开关、图像处理器），课桌和椅子下都装有升降弹簧装置;摄像器材、课桌升降按钮和椅子升降按钮与微型处理器连接，微型处理器再分别与桌面警示灯、课桌下弹簧升降装置和椅子下升降弹簧装置连接;连接件起到传达数据作用，如图3所示。

从人机工程学的角度设计一款舒适的课桌椅，桌面和座面高度应该都为可调。从表2可知座面高度最低为375mm，最高为470 mm，可调高度为95mm;从表1可知桌面高度与座椅椅面高度差少于等于320mm，故桌面高度最低为695 mm，最高为790mm。

3.4防睡课桌椅的使用

在使用防睡课桌椅前，需提前采集学生人眼虹膜数据，数据采集完成后可通过网络传输到每张防睡课桌椅。学生上课前需先调整防睡课桌椅课桌的高度，先按桌面高度调节按钮，调整桌面高度至适合学生舒适的高度：按一次桌面往上上升，连续按两下，桌面往下下降，当上升或者下降到合适高度是，再次按按钮，桌面停止升降;同理可以按座椅升降按钮调整座椅面高度以适合学生坐姿的高度。课堂上，桌面摄像器材开始对人的头部进行拍摄，并将拍摄到的图像传输到微型处理器，微型处理器对搜索到的人眼虹膜进行判断。如果图像中虹膜连续存在，说明学生处于正常听课状态，不做任何操作;如虹膜间断或连续1分钟在图像中搜索不到，桌面开启警示灯，学生察觉到警示灯亮，必须及时调整好姿势或者状态，警示灯熄灭，若学生置警示灯亮而不顾或者处于睡觉状态，5分钟内无法继续搜索人眼虹膜，微型处理将发出指令启动座椅弹簧装置升降装置，甚至旋转，以实现防睡目的。

4总结

基于人机工程学的防睡课桌椅创新设计，通过对人眼虹膜的搜索，借助微型处理器对搜索到的图像进行处理，从而判断学生上课时所处的状态，其优点：一是基于人机工程学设计座椅面和课桌面高度可调，是对国标（GB/T 3976-2014）一种补充和完善，大大提高产品使用的舒适度，能满足各种百分位人群对功能尺寸使用的需求;二是有效防止打盹或者靠在椅背（扶手）上睡觉，是对学生课堂睡觉的一种补充和完善，实现多样化防睡。

虽然该防睡课桌椅提高了舒适性和实现了多样化防睡，但也存在自身不足：成本相对比较高，推广和普及存在一定困难。针对以上不足，笔者认为在现有技术条件下可以在一定范围内对部分人群使用，比如一个教室放置5—10台左右，专门用于那些在课堂上经常睡觉的学生。