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北京化工大学北方学院艺术院公共教研室教案

《人体工程学》

教案撰写人：张瑞竹

课程性质：考查

总学时： 32 学时

上机学时： 0 学时

周学时： 4 学时

课次： 1 年级：二年级人数： 64 教师：张瑞竹

教学内人体工程学概论、人体工程学在设计中的运用

容

教学设多媒体

备

教学目1、通过对人体工程学的综合概述，使学生了解该课程的主要内容、课标时安排、课程要求，以及与其它设计类专业课程之间的关联。

2、使学生能够充分了解人体基本信息，在设计中能够熟练运用相关概

念。

重点在设计中能够熟练运用人体工程学概念。

难点学习人体的规律和概念，运用相关理论进行设计。

课时结教学内容

构

第一节1、教师自我介绍。

课2、该课程的整体课程安排、评分标准及最后的成绩评定原则。

3、考勤制度与课堂要求。

4、介绍该课程的课程性质，以及与其他课程之间的关联。

5、介绍该课程的整体框架及各章节之间的逻辑关系。

第二节1、提问：什么是人机？引出人机工程的概念。

课人机工程学科名的由来和概念定义。包括：人机工程这个词的来源是由希腊词根“ ergon”（意思是工作、劳动）和“ nomos”（意思是规律、

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规则）复合而成，本义是人的劳动规律。国际人机工程学会、《中国企业管理百科全书》

和综合意义上对人机工程学的定义，最后总结为按照人的特性设计和

改善人—机—环境系统的科学。

2、讲解人机工程学的发展简史和我国人机的发展进程。分别举例讲述工具时代、机器时代、动力时代和信息时代的特点和代表性事件。在

讲解发展简史的过程中穿插讲述关于学科对人类发展的推动作用和其

迅速发展对人类社会造成的一些不良影响，让同学能更清楚的认识到

事物和科技发展的两面性。目前人因工程学的前沿领域研究包括的内容：人机关系；人与环境关系；人与生态；人的特性模型；人机系统

的定量描述；人际关系、直至团体行为、组织行为、心理状态等方面

的研究。

3、近期国内外人机工程学研究的方向：（ 1）工作负荷研究，包括体力活动、智力活动、工作紧张等因素引起的生理负荷和心理负荷。（ 2）工作环境的研究，包括各种工作环境条件下的生理效应，以及一般工

作与生活环境中振动、噪音、空气、照明等因素的人机工程学的研究。(3)工作场地、工作空间、工具装备的人机工程学的研究。(4)信息显示的人机工程学问题，特别是计算机终端显示中人的因素研究。(5)计算机设计与人机工程学研究。(6)工作成效的测量与评定。 (7)机器人设计的智能模拟等。 (8)人—机—环境系统中心理学的研究。

4、结合实例讲解人机工程的设计理念与原则、人机系统的分类以及人——机——环境的具体含义。对于人机系统分类方法分两部分：按照

人和机的分工分类、按照有、无反馈环节分类。举例重点讲解人——机——环境各自的含义

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5、人机界面与人机交互：是人机系统中 ,“人”与“机”之间能够相互施加

影响、实现相互作用的区域。结合之前所讲人机工程学的发展史对人

机界面从人性化和高科技应用方面举例进行阐述讲解。

6、介绍人因工程学的学科体系，引出人因工程学的具体运用方法和作

用。

其中，人因工程的研究方法包括：

测量人体各部分静态和动态数据；

调查、询问或直接观察人在作业时的行为和反应特征；

对时间和动作的分析研究；

测量人在作业前后以及作业过程中的心理状态和各种生理指标的动态变化；

观察和分析作业过程和工艺流程中存在的问题；

分析差错和意外事故的原因；

进行模型实验或用计算机进行模拟实验；

运用数字和统计学的方法找出各变数之间的相互关系，以便从中得出正确的结论或发展有关理论。

运用原则和评价指针包括37 个原则和相应的37 个指针。

第三节结合设计需要，讲解人的基本特征。

课举以往学生在设计中出现各种尺寸问题，最终导致设计不可实现或者不可使用的例子，强调了解人的特征的重要性。提起学生的学习兴趣

后，引出对人的特征的讲述。

1、人的特征：用 PPT图片和板书结合的形式讲解人的感知、处理、

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2、人体测量的基本知识。首先讲解人体测量的定义：人体测量学是一

门用测量方法研究人体的体格特征的科学。它是通过测量人体各部

位尺寸来确定个体之间和群体之间在人体尺寸上的差别，用以研究

人的形态特征，从而为各种工业设计和工程设计提供人体测量数

据。

然后分开讲述人体测量数据的种类：静止形态参数的测量、活动范围参数的测量、生理学参数的测量、生物力学参数的测量。通过对人体

测量数据种类的讲解，引出人体测量的一些术语。包括：被测者的

各种标准姿势，测量基准面，测量方向，支撑面和衣着，人体测量的

主要仪器，人体测量的概念术语等。

介绍相关概念后，紧接着讲述人体尺寸的应用。包括：主要人体尺寸的应用原则和人体作业空间的设计。这一部分因为涉及到人体

的一些相关结构，因此主要是结合图片讲解。

第四节1、讲解人的信息感知特征，详细讲解关于人的感觉和直觉特征、视

课觉机能及特征、听觉机能及特征和其它感觉机能及特征（肤觉、本体感觉）。

2、介绍人的信息处理特征，详细讲解关于人的信息处理模型概念及

形态。举例日本机器人，提高学生学习兴趣；神经系统机能及特征、

记忆（三种记忆的关系），这一概念结合实例说明，让学生更易理

解；学习（正迁移、负迁移），同样结合实例讲解这一概念，在详细

讲述知识的同时，增长学生学习的动力。

3、讲解人的生物力学特征。包括：人的运动机理和人的运动输出特

征。对人的疲劳与失误结合实例讲解，包括人的疲劳、失误，和疲

劳、失误产生的原因。这一部分主要结合教材完成。

4、人的个性及影响。结合学生自身，用提问结合讲解的方式介绍人的

个性特征和心理特征。加深学生对这一方面知识的认识和理解。

课后作举例；我们生活中的人机工程学。

业要求：

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1、说明具体的产品或者设计中，哪些方面体现出对人机工程学的应用。

2、每人举 5 个实例，并说明。

比如：鼠标，顶部的弧度，符合人手掌抓握时的结构特征。

课后小作为本课程的第一节课，对于涉及到的概念尽量做到每一个都结合实结例来说明。上课穿插提问，跟学生互动，提高学生的学习兴趣。

概念参照教材，举例尽量与设计相关联。在讲课的间隙介绍一些较好

的产品设计或者建筑设计。让学生更容易地了解这门课程与设计专业

的关系，认识到学习本课程的重要性。

课次： 2 年级：二年级人数： 64 教师：张瑞竹

教学内人因工程设计基础——信息输入设计

容

教学设多媒体

备

教学目学生学习了解信息输入的过程和相关的设计及设计方法

标

重点学习信息输入的过程和相关的设计及设计方法。

难点能够结合所学知识进行输入方面的相关设计。

课时结教学内容

构

第一节复习回顾上一节课内容。点评作业。

课1、提问：信息在人机间是怎么传输的？引出信息在人机系统中的传递过程， PPT结合板书的形式讲解：信息源、干扰源、刺激能、感受

器、处理器、执行系统和机之间的传播方式和过程。讲解。

2、介绍视觉信息设计。包括：图标设计（象形图标和图形图标）、文

字设计（相同文字的不同设计和不同文字的相同设计）、数字影像设计、

使用手册设计和编码设计。这一部分内容全部结合图片讲解。

第二节1、提问：我们身边的视觉显示器种类？引出视觉显示器设计知

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课识。视觉显示器包括：（按形式和显示内容）模拟显示器、数字显示器、指示灯、图形指示器、计算机显示器；（按原理）机械式、

电子式。

定量显示器：

结合图片让学生认识各种显示器特征。

定性显示器设计：从技术上分为机械式和电子式。

可用于定性认读和检查认读。结合实例说明定性信息的用途：①依据一

个预先确定的变量范围，确定变量的状况。（汽车水箱水温控制，温度

正常值得范围需预先确定）②控制一个变量在预期的正常范围内。（汽

车驾驶速度的控制）③观察变化趋势和变化速度等。（飞机飞行高度变

化速度提示）信号灯设计

信号灯的作用：

①显示状态（电池充电、洗衣机洗衣、各种设备的电源灯等）

②警示（高速路警示灯、汽车刹车灯、机场跑道灯等）

③识别（汽车示宽灯、机场跑道灯、飞机标示灯）

④显示指令（红绿灯）

设计过程中应该注意的问题：

①亮度：至少两倍于背景的亮度。远距离信号灯，应保证在较远视距

下也能看清，且在日光亮度和恶劣气候条件下清晰可辨。

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②颜色：红、黄、绿、蓝、白

若信号与背景的亮度对比较小，红色有优势，其次是绿、黄、白。

③闪光与稳光：表示突发紧急状况或最新的危险状况，用闪光。

背景稳光，信号闪光；背景稳光，信号稳光；背景闪光，信号稳光。

④信号灯编码：颜色按相互不易混淆程度排列，黄、绿、橙、浅蓝、

红、浅黄、绿、紫红、蓝、黄粉。再现显示器设计

包括：（结合实例图片说明）

①飞机倾斜角度显示

②三维再现显示（飞机飞行为例）

③车载 GPS：导航；装象语音提示；增加兴趣点；定位；测速；显

示航迹。

第三节1、提问：我们最常使用的显示器名称？

课介绍电子显示器设计

包括： CRT显示器、 LCD显示器（液晶显示器）。结合图片说明两种

显示器的区别和优劣。

平视显示器和头盔显示器设计：结合图片让学生认识这两种显示器的

形态和设计原理。

听觉显示设计

首先介绍什么是听觉显示：当信息的目的是要吸引产品使用者的注意

时，通常使用的是效果较好的听觉显示。其次，听觉显示的作用：

(1)减少视觉工作的劳动量。

(2)引起人的立即注意，如警示信号。

(3)提高人们集中注意的能力。

最后介绍几种听觉显示装置：音调警报及报警装置、语音信息。

2、显示器的选择：

①视觉显示：复杂，需要延时的，听觉符合已很重的场合，不需要急

迫传递的，信息需同时显示、监控的。

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②听觉显示：较短或无需延时的，简单且要求快速传递的，视觉符合

很重的场合。

③触觉显示：视觉和听觉通道传递信息有困难或负担中的情况，信息

简单。触觉传递信息的速度快。

设计、使用视觉显示器的原则：

只需显示对操作有用的信息。

必须符合人们一般的读取习惯和固定的模式。

要显示的元素应该有较大的对比度。

去掉不能一眼识别的信息和名称。

显示刻度最低限度减少视差，指针指端与刻度明显区分。

5、产品形态语义：结合实例说明形态语义与人因的关系和形态语义的

应用。

第四节随堂练习：文字设计

课相同文字不同设计方式（ 5 种）

不同文字相同设计方式（ 5 种）

课后作随堂作业没有完成部分课下继续完成。

业

课后小讲解相关生僻的不常见的显示界面应结合图片与实例说明。对于概念

结讲解完后紧接着讲述相关的设计方法和设计应该注意的问题，并布置

作业马上练习巩固。作业最初阶段给学生看一些好的图片，让学生了

解到什么是好的设计后再进行独具风格的创意发挥。

课次： 3 年级：二年级人数： 64 教师：张瑞竹

教学内容人因工程设计基础——人的输出与控制

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教学目标让学生了解人的输出与控制的相关概念，并能结合课程内容进行

相关的设计。

重点人的输出与控制方法。认识控制器装置，学生能够运用所学知识

进行控制器和工具设计。

北京化工大学北方学院艺术院公共教研室教案难点结合所学知识进行控制器和工具的相关设计。

课时结构教学内容第一节课复习回顾上一节课内

容。点评作业。

提问：我们进行输出的方式有哪些？引出人的输出与控制概述。

1、首先，结合教材讲解人的输出与控制的分类和方式。

人的输出包括：动力输出和信息输出。随着技术的发展，以信息

为主的输出逐渐代替了以能量为主的输出。其次，结合图片讲控

制器的分类与功能。

2、结合实例，讲常用控制器分类：

① 手动旋转式控制器：旋钮、手指拨轮、手轮与曲柄等

② 手动移动式控制器：手柄、操纵杆、按钮、刀闸开关等

③ 手动按压式控制器：按钮、按键、翘板开关等

④ 脚动控制器：脚踏板、脚踏扭

3、讨论：手动信息输入装置，在我们生活中有哪些？

①键盘：机械式、薄膜式、导电橡胶式、电容式

②定位装置：鼠标、轨迹球、指点杆、触摸板、数字化输入

板、游戏杆

③触摸屏

④新型输入装置：浮动鼠标、手持式操纵器、力矩球、数据

手套

进行完各种装置介绍后，统一播放图片，加深学生对此的印象。

第二节课1、控制器设计

讨论：我们为什么要有控制器？选择控制器要考虑什么因素？

对相关问题进行解答后，详细讲解控制器的概念，表现形式。其

中包括：

①形状编码：通过外观造型不同来区分。例如键盘F、 J的突

起。

②尺寸编码：一般要相差 20%，同时还要受到空间限制。例如

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音量调节旋转扭。

③ 色彩编码：最佳编码。一般只用红橙黄绿蓝五种颜色。受

照明强度影响。

④ 材质编码：根据材料不同编码。适用于夜间操作等。

⑤ 标志编码：控制器数量多，形状难区别时。可加符号、文

字、图形区别。

⑥ 操作方式编码：组合设计的控制器，通过操作方式不同来

区分。例如汽车方向盘两侧的多功能控制杆。

⑦位置编码：通过人的运动感觉来正确判别。例如汽车的离

合、刹车、油门；键盘盲打。

2、结合教材讲解控制阻力的相关概念。控制阻力包括：弹性阻力、

摩擦力、黏性阻力和惯性力。学生了解相关概念后，再对阻力

的优缺点以讨论的形式进行探讨。

3、防止误操作。

首先，结合实例说明误操作容易造成的危害。

然后，让学生自行思考，有关误操作的案例。

最后，结合教材与实例讲解避免误操作的方法。

第三节课1、手握工具设计

首先讲手的相关概念，包括手的握持方式：指触、掌触、手指

间的紧握、拇指—指尖紧握、拇指—指腹间的紧握、拇指—食

指边紧握、拇指—两个手指的紧握、拇指—指尖靠拢、手指—

手掌靠拢、力量抓握。

握持力量：把握实际意图，力量和用户手的尺寸。

力量随手的指距变化。

手握工具的使用原则：

① 手腕顺直状态

② 提供适宜抓握空间

③ 避免掌部组织受力

④ 避免过度冷、热和震颤等

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⑤ 避免手指重复动作

结合实例，讲解这 5 种原则的来源评价标准。

2、把手设计

讲解把手设计的跟人体尺寸的关系。让学生自行测量各自的手部

尺寸，互相交流，加深对尺寸的印象。结合实例讲解内容包括：

（1）直径：着力抓握30~40mm，精密抓握 8~16mm。

（2）长度： 100~125mm，需带手套最小 114mm。

（3）形状：

压应力小：圆形、椭圆形

防滑动便于着力：三角形、矩形、丁字形。（把手边缘至少有半径

为0.25in(6.35mm)的倒角。

（4）弯角：枪柄式80°，直体式 90°，锤子类 10°。

（5）双把手工具：最大握力100N。

（6）材料与防滑：防导电、防渗透、防滑和有弹性。

（7）用手习惯与性别差异：90%的人惯用右手。

3、安全设计。

讨论：安全设计的必要性？

讲解：安全设计的内容有

（1）防止滑落

① 把手尺寸

② 摩擦强度

③ 把手防护设计

④ 较重手握工具的设计

（2）防止挤压

（3）防止意外启动

提问：我们生活中做到安全设计的案例？

第四节课课堂练习：设计一套你认为最合理的上课课桌、桌椅。

内容包括：效果图与简单结构工程图。

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课后作业课后小结随堂作业没有完成部分课下继续完成。

在讲课的同时，加强课堂提问与讨论，这样既可活跃课堂气氛，又能让学生对知识点印象深刻。

随堂作业与课下作业都是对课程相关内容的巩固。课堂点评作业时要注意语言表达方式，对于理解不透彻的学生加以鼓励和引导。

课次： 4 年级：二年级人数： 64 教师：张瑞竹教学内容人因工程设计基础——硬件界面与作业空间设计

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教学目标让学生了解界面设计相关概念与设计方法，并能结合课程内容进行一个座椅的设计。

重点软件界面设计的概念和设计方法。功能性座椅设计。

难点结合知识独立完成一个功能性座椅的设计。

课时结构教学内容

第一节课复习回顾上一节课内容。点评作业。

1、提问：什么是界面？

引出界面的相关概念。

结合生活中常见的例子说明界面设计的设计原则与布局原则

设计原则：是指在限定的作业空间内，设定合适的作业面后，显

示器与控制器的定位与安排。

布局原则：

①重要性原则

②使用频率原则

③功能原则

⑤ 用顺序原则

2、结合图片说明控制界面的相和性：

1编码相合性：控显界面编码联系相合。

2运动相合性：顺时针旋转自下而上被认为是增加方向。

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3 控制——显示比：例如操纵杆移动50mm，显示器指针位移

20mm，则控制——显示比等于2.5 。

3、显示器与控制器的布局

①显示器

视距： 560 ~ 750mm

视野：重要的和使用频率高的显示器应布局在靠近视野中心区域。

分区：在垂直面和水平面内均可采取折线和弧线的布局方式，以

扩大分布的区域。

②控制器

人体尺度：最容易触及的地方。

防止误操作：隐藏初次使用者不常用的控制器。

相合性与标示：手放控制器上时，不应遮挡控制器的标示。

间距：考虑使用者佩戴手套。

设计验证：以模型加以验证。

第二节课1、概念性介绍有关座椅设计

2、座椅舒适性的概念：人坐着时，大腿和上肢的重量必须由座面

来支撑，人的骨盆下面有两块小面积的圆骨能支持上身的大部分

体重。座面上的臀部压力分布应是在坐骨结节处最大，并由此向

外，压力逐步减少，直至与座面前缘接触的大腿下部，此处压力

最少。

坐骨下面的座面应近似水平，以使股骨不承受过分的压迫，斗

形的座面或座面过于松软会使股骨趋于向上转动而受力，从而

引起不舒适感。

3、探讨：什么是舒适的座椅？

解答：舒适座椅可分下列各部分来探讨

座椅的硬度及形状；

背垫的硬度及形状；

背垫与座垫的关系；

身体支撑的舒适度和座面的舒适度；

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座椅的通气程度等。

4、介绍舒适座椅的设计原则

要把人的坐姿与座椅的样式和尺寸联系起来；

座椅的尺寸应适宜于就坐者的人体尺寸；

座椅要适于就坐者保持不同姿势的需要和调节坐姿的需要；

靠背的结构和形状要尽量减少就坐者背部和脊柱疲劳；

座椅上应配有适当质地的坐垫以改善臀部及背部的体压分

布。

5、座椅的尺寸设计原则

人的躯干重量应有坐骨、臀部及脊椎支撑；

上身应保持稳定；

座位的高度应不使大腿肌肉受压；

可以变换或调节坐姿，座面高度应与桌面相配合，尽量减少身体的不舒适感。

6、结合图片，对座椅的相关部件及一般尺寸要求进行讲解。

第三节课演示各种优秀的功能座椅设计图片，以讨论、提问的形式分析各种优秀设计的出色之处。重点结合人机工程学知识讲汽车中的座

椅设计。

第四节课课堂练习：设计一个功能性座椅。

内容包括：效果图与简单结构工程图。

课后作业随堂作业没有完成部分课下继续完成。

课后小结要加强培养学生独立思考的能力。现在普遍存在知识含量少，看到的优秀设计作品少的特点，因此在课上时间尽量多一点时间给

学生看一些优秀的设计作品，并动员学生一起分析设计的优秀之

处。这样可以拓展学生的思维，对以后的设计创作有很大的好处。

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课次： 5 年级：二年级人数： 64 教师：张瑞竹

教学内容人因工程设计基础——人机交互设计

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教学目标让学生了解人机交互的相关概念与设计方法，最后可以独立分析完成某一个产品的分析和改良设计。

重点人机交互的概念和设计方法。产品的分析和改良设计。

难点结合知识独立完成某种产品的分析和改良设计。

课时结构教学内容第一节课 1、复习回顾上一节课

内容。

2、随机抽取几名同学上讲台讲自己的功能座椅设计。

3、对上台同学作业进行点评。对班里有代表性的优秀作品和较差

作业进行点评。表扬优秀作业，对较差的学生尽量找到其设计中

的优点进行鼓励引导。

4、讲课。

首先让学生看教材，然后提问：什么事人机交互？

引出人机交互设计的概念：是两个或多个相关的但是又是自主的实体间

进行的一系列信息交换的交互作用过程。

人与计算机或含计算机技术的产品之间的信息交换，称为人机交

互。

第二节课1、人机交互的发展：初创期、奠基期、发展期、提高期。

2、人机交互技术介绍：（结合实例与图片说明）

(1)手写识别

(2)手势识别

(3)语音识别

(4)自然语言理解

(5)眼动跟踪

(6)表情识别

3、软件人机界面设计程序：

确定界面逻辑，解决人机对话方式、信息输入、输出方式。由

技术人员与界面设计师完成。

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电子显示器显示的界面外观。由界面设计师完成。

编制界面程序。

4、软件人机界面设计原则：

一致性原则

图形和比喻

设计的美学要求

减少记忆要求

防止误操作

UNDO 容错和改错帮助

快速检索

提供快捷方式

尽量减少输入长度

提供信息反馈

允许多任务

强调重要信息

有效的在线帮助系统

界面设计中的典型问题：

① 对话形式的选择

② 计算机系统的响应时间

③ 用户求助机制

④ 错误信息的处理

⑤ 视窗及屏幕显示界面设计（窗口形式、屏幕布局、色彩、

图形、软件界面的产业化设计。）

⑥ 提供快捷方式

第三节课1、人机交互界面设计：（结合实例与图片介绍）设计软件类、网页界面、游戏软件界面、手持电子产品交互设计。

2、结合教材，演示相关的图片。介绍优秀作品。

3、对学生之前提出的专业疑问进行解答。

第四节课1、布置课下作业。通过实例说明，让学生理解作业要求和完成方

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法。

2、各种开口设计的分析与个案改良。（文字结合图片）

3、“信封开口”的分析与改良设计。（文字结合图片）

4、“牙刷”的分析与改良设计。（文字结合图片）

课后作业课题名称：对生活中某些常见物品的使用情况进行分析研究。

内容及步骤：

1.留心观察身边的物，从人机工程学的角度找出你觉得新颖

的切入点（可以不止一个），记录下它的使用状况，以 PPT

形式。

2.从中选出一件物品，收集同类产品，鉴别界面的优劣，并

作尺度及人的使用习惯等方面的分析。

3.将不良界面进行改良，以更符合使用的需要，提出可行性

方案，并提出改进设计的合理方法。

4.实践这种可能。以绘图方式，最后放入 PPT中。评

价标准：

1.切入点是否找得新颖且恰到好处，既不会没有内容研究，

又不会范围太大。

2.资料收集的内容是否丰富，能否找出与主题相关的素材。

3.改进设计的方法是否巧妙，改进的深入程度如何。最终的

表达是否清楚，能否较多的使用图形语言进行讲述

提交形式：

以 PPT的形式提交，图文结合。

课后小结课堂讲解概念，结合实例，尽量让学生理解。

课下布置的调查作业，可以加强学生对生活中设计的细心观察能

力。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/ubse.html