人机工程学教案

ChuzhouVocationalAndTechnicalCollege2018—2019学年第一学期教案课程名称人机工程学开课系部传媒工程系教师所属教研室工业设计授课专业班级授课教师林茜职称助教滁州职业技术学院教务处编制课程基本情况课程名称人机工程学总学时数理论学时实践学时课程性质理论+实践课授课年级专业班级2017级工业设计考核方式方法总体教学目标、要求通过学习人体的规律和概念，学习人机工程学的基本理论，让学生能够充分了解人体的基本信息，在设计中能够熟练运用相关概念。教学方法和手段课堂讲授为主，注重启发式教学教材名称（出版社）人机工程学（兵器工业出版社）参考资料课程性质填写：理论课、实践课、理论+实践课、理实一体课课题第一章人机工程学概述实施日程第1周，2018年9月日授课时数2学时教学目的了解人机工程学的起源与发展，掌握人机工程学的定义，研究内容及方法，了解人机学与其他学科的关系。教学重点人机工程学的定义，研究内容及方法教学难点现代人机工程学的研究教学方法讲解与多媒体结合实践环节教学条件教学内容与过程设计第一节人机工程学的起源与发展一、人机工程学的起源英国是世界上开展人机工程学研究最早的国家，但学科的奠定性工作实际上是在美国完成的。所以，人机工程学有“起源于欧洲，形成于美国”之说。设计中最早应用人机工程学的人——德雷夫斯1961年出版了《人体度量》，为工业设计领域奠定了人机工程学基础。虽然本学科的起源可以追溯到20世纪初期，但作为一门独立的学科只有五十多年历史。学科在形成发展的过程中，大致经历了以下三个阶段。二、人机工程学的发展1、经验期（二次世界大战之前）有50多年历史，经历工业革命之后，改革工具以改善劳动条件和提高劳动效率已经成为一个迫切问题。（1）肌肉疲劳试验德国莫索（2）铁锹作业试验用形状相同而铲量不同的四种铁锹，它们分别是每次铲重量的：5kg、10kg、17kg和30kg，泰罗让工人分别用这四种铁锹去铲煤，通过试验得出每次铲10kg的效率最高。（3）砌砖作业试验吉尔伯勒斯从泰勒的科学管理方法和理论的形成到第二次世界大战之前，称为经验人机工程学的发展阶段。2、创建期（二次世界大战期间）第二次世界大战期间是本学科发展的第二阶段。一直延续到20世纪50年代末，由于战争的结束，本学科的综合研究与应用逐渐从军事领域向非军事领域发展。重视工业与工程设计中“人的因素”，力求使机器适应于人。3、成熟期（20世纪60年代）1961年正式成立了国际人机工程学会（IEA）现代人机工程学发展的特点（1）不同于传统人机工程学研究中着眼于选择和训练特定的人，使之适应工作要求，现代人机工程学着眼于机械装备的设计，使机器的操作不超越人类能力界限。（2）密切与实际应用相结合，通过严密计划规定、广泛的实验性研究，尽可能利用所掌握的基本原理进行具体的机械装备设计。（3）力求使实验心理学、生理学、功能解剖学等学科的专家与物理学、数学、工程学等方面的研究人员共同努力、密切合作。三、我国的发展国内起步虽晚，但发展迅速。解放前仅有少数人从事工程心理学的研究，到60年代初，也只有在中科院、中国军事科学院等少数单位从事本学科中个别问题研究，而且其研究范围仅局限于国防和军事领域。但是，这些研究却为我国人体工学的发展奠定了基础。十年动乱期间，本学科的研究曾一度停滞，直至70年代末才进入较快的发展时期。随着我国科学技术的发展和对外开放，人们逐渐认识到人体工学研究对国民经济发展的重要性。目前，该学科的研究和应用已扩展到工农业、交通运输、医疗卫生以及教育系统等国民经济的各个部门，由此也促进了本学科与工程技术和相关学科的交叉渗透，使人体工学成为既有深厚理论基础又有广泛应用领域的边缘学科。四、现代人机工程学研究方向把人-机-环境系统作为一个统一的整体来研究。第二节人机工程学的定义、研究内容及方法一、人机工程学的定义人机工程学是研究人、机器及其工作环境之间相互关系和相互作用的一门学科。又称人类工效学、人类工程学等。国际人机工程学协会的定义是：是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之间的相互作用，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、人的健康、安全和舒适等问题的学科。我国对人机工程学下的定义。二、人机工程学的研究内容1、研究人体尺度2、研究人的生理、心理特性和能力限度3、研究人机功能的合理分配4、研究人机相互作用及人机界面的设计5、研究环境及其改善6、研究作用及其改善7、研究人的可靠性与安全三、人机工程学的研究方法1、观测法是研究者通过、测定和记录自然情境下发生的现象来认识研究对象的一种方法。2、实测法是借助器械设备进行实地测量的方法。3、实验法是在人为控制条件下，系统地改变一定变量因素，以引起研究对象相应变化来作出因果推论和变化预测的一种研究方法。4、模拟和模型试验法通过这类模拟方法可以对某些操作系统进行逼真的试验，从而得到从实验室研究以外所需的更符合实际的数据。5、分析法首先用实测方法，然后进行分析研究和实验。6、调查研究法包括简单的访问、专门调查，甚至非常精细的评分、心理学和生理学分析判断以及间接意见与建议分析等。7、感觉评价法是运用人的主观感受对系统的质量、性质等进行评价和判定的一种方法，即人对事物客观量做出的主观感觉度量。8、图示模型法是采用图形对系统进行描述，直观地反映各要素之间的关系，从而揭示系统本质的一种方法。9、数字模型法描述人机系统动态特性的数学表达式，称为人机系统数学模型。一旦建立了人机系统的数学模型，就可以采用各种分析方法和计算机工具对人机系统进行数学模拟。当前较成熟的建模方法分为传递函数模型和模糊控制模型。10、心理测验法是以心理学中个体差异理论为基础，对被试个体在某种心理测验中的成绩与常模作出比较，用以分析被试个体心理素质的一种方法。心理测验分为能力测验、智力测验、个性测验。11、计算机数值仿真法系统是研究的对象，模型是系统的抽象，仿真是通过对模型的实验来达到研究的目的。计算机仿真采用实时控制还是非实时控制，主要取决于实验的要求。计算机仿真的关键是构造出与系统特性相近的较精确的数学模型。数值仿真的优点是模型有较大的兼容性，而且经济、安全、迅速。第三节人机学与其他学科的关系人机学是一门综合性学科，它处于许多学科和专业技术的接合部上。它除了同有关工程技术学科关系密切外，还与生理学、心理学、人体解剖学、人体测量学、人体学、环境保护学、管理学、色彩学和信息学等学科都有密切联系。工程心理学研究的所有内容都属于人机学的一部分，人机学可以说是工程心理学的发展和扩大。人机学作为一门新兴学科，与许多邻近学科既有密切的相互联系，又有它独特的理论体系和研究方法。教学反思课题第二章人体测量与数据实施日程第2周，2018年9月日授课时数2学时教学目的通过本章的学习要求学生了解掌握人体尺寸的测量与应用原则和方法并正确理解设施器物及产品与人体尺寸数据间的关系，为设计应用奠定基础。教学重点人体尺寸的测量方法与设计应用原则教学难点正确理解人体尺寸在产品设计中的应用原则教学方法讲解与多媒体结合实践环节教学条件多媒体设备，参考书籍教学内容与过程设计人体测量是一门用测量方法研究人的体格特征的学科。工程人体测量是人体测量学在工程设计领域的一个应用分支。工程人体测量是指用测量方法研究人的体格特征。第一节人体测量的方法人体测量有三方面的内容：1、形态测量2、生理测量3、运动测量一、人体测量仪器人体测高仪、人体测量用直脚规、人体测量用弯脚规、人体测量用三脚平行规、体重计以及人体测量用角度计、软尺等。二、人体测量的条件简介1、衣着和支撑面2、测量基准和基准轴（1）测量基准面矢状面、冠状面、水平面、眼耳平面（2）测量基准轴矢状轴、冠状轴3、测量姿势第二节中国成年人的人体尺寸一、GB/T10000-1988《中国成年人人体尺寸》简介1、GB/T10000-1988的适用范围2、人体尺寸的项目3、人体尺寸分布状况的描述（1）每一项人体尺寸都给出7个百分位数的数据（2）给出人体尺寸均值和标准差二、常用人体尺寸数据摘录及简要分析三、人体模板根据人体尺度进行人机工程设计和检测时，经常使用人体模板。功能尺寸、关节功能活动角度和使用条件。人体模板作为一种有效的辅助设计手段，已被广泛应用于人机系统设计中。第三节人体尺度数据的应用一、人体尺度数据的应用原则为了使设计更为合理，需要根据设计对象的用途、性质及使用情况采用人体尺度的数据，恰当地选用百分位数。在不同的情境下，有以下三种基本原则可以遵循：1、极端设计原则选用适当偏离极端百分位的第5百分位和第95百分位作为界限值较为适宜。2、可调范围设计原则为了使设计适合于尽可能多的使用者，有时会使设计对象的特定性质可在一定范围内调整，如办公座椅的高度等。3、平均设计原则GB/T12985-1991中规定:产品最小功能尺寸=人体尺寸百分位数+功能修正量产品最佳功能尺寸=人体尺寸百分位数+功能修正量十心理修正量二、影响人体测量应用的因素年龄、性别、年代、地区与种族、职业教学反思课题第三章人体的感知觉系统实施日程第3周，2018年9月日授课时数2学时教学目的了解人体感知与运动输出的意义；掌握感觉、知觉、错觉与刺激的关系，以及感觉机能和运动系统机能的特性和神经系统的机能特性。教学重点感觉、知觉、错觉与刺激的关系；感觉机能和运动系统机能及其特性。教学难点神经系统的机能与特性。教学方法讲解与多媒体结合实践环节教学条件多媒体设备，参考书籍教学内容与过程设计第一节感觉感觉是人脑对直接作用于感觉器官的客观事物的反映，因此既具客观性又具主观性。人的主要感觉器官包括眼、耳、鼻、舌、皮肤，对应的感觉分别是视觉、听觉、嗅觉、味觉和肤觉。一、视觉1.人眼的构造人眼外形呈近似圆球形，位于眼眶内后端，由视神经直接连于间脑。(1)前房:角膜后方与虹膜、晶状体之间的空腔称为前房，前房内充满无色的液体。(2)角膜:在眼球之正前方外露的透明部分。(3)虹膜:角膜之后，形同圆环状的部分。(4)瞳孔:虹膜中央的圆孔。(5)睫状突:在睫状体的前端有很多的睫状突。(6)晶状体:位于虹膜之后，玻璃体之前。(7)玻璃体(8)视网膜:眼球最内一层，是眼睛的最重要部分，是眼球的感光装置。(9)脉络膜:富有血管，起着营养视网膜外层、晶状体和玻璃体等作用。(10)巩膜:主要由弹性纤维等组织所构成的坚硬外壳，保护眼球。(11)睫状体:睫状体是眼球壁中膜的增厚部分，内表面有许多突出并呈放射状排列的皱褶，外表面有睫状肌。2、视觉过程3、视觉机能视角、视力、视野、立体视觉、视距、对比感度、视觉的适应4、视觉中的色彩现象（1）色觉与色视野（2）影响色彩视觉的因素色彩对比、色彩适应、色光强度、环境照明（3）色彩知觉效应温度感、距离感、重量感、疲劳感、注目感、混合感、明暗感、性格感5、视觉规律二、听觉1、听觉器官：外耳、中耳、内耳2、听觉过程3、听觉的特点（1）声音的音调、音强和音色（2）声音的方位和远近（3）听觉的适应（4）听觉的掩蔽现象三、嗅觉人的嗅觉具有以下特性：1、在几种不同的气味混合同时作用于嗅觉感受器时，可以产生不同情况。2、当嗅觉器官长时间受某种气味的刺激后，对此气味的感觉就会逐渐减弱直至完全适应而无所感觉，这种现象称为嗅觉适应。3、嗅觉时常会伴有其他感觉的混合。四、味觉1、酸、甜、苦、咸2、味觉的相互作用味的对比现象、味的相乘作用、味的消杀作用、味的变调作用五、肤觉仅次于听觉的感觉1、触觉2、痛觉急剧和容易定位的表面疼痛迅速传递至大脑、迟钝的或不易定位的深部疼痛。3、温度觉六、内部（本体）感觉机体觉、平衡觉、运动觉七、感觉的基本规律1、感受性和感觉阈限2、感觉的适应3、感觉的相互作用4、人的感受性在实践中不断发展第二节知觉与知觉特性一、物体知觉1、空间知觉形状、大小、深度、方位知觉2、时间知觉3、运动知觉二、错觉视错觉、形重错觉、时间错觉、方位错觉三、知觉的基本规律1、知觉的选择性2、知觉的整体性接近性、相似性、连续性、封闭性、良好图形3、知觉的理解性4、知觉