Московский городской конкурс исследовательских
и проектных работ обучающихся
тема:
ОУ: ГБОУ Школа № 000
Автор: ученик 11 класса,
Руководитель: учитель физики ГБОУ Школа № 000
Научный консультант: аспирант НИУ МЭИ Евгений Догель
Москва
2017
Введение
Ни для кого не секрет, что самыми распространёнными болезнями, полученными в школьном возрасте, являются болезни глаз и сколиоз. Причём, тенденция их развития – от младших классов к старшим. Так, по данным школы № 000, каждый год фиксируется резкое увеличение детей с нарушением зрения в 4 классе и далее идёт процесс развития заболеваний глаз (см Приложение 1) В медицинском кабинете школы были взяты результаты медицинского обследования детей и выявлены наиболее распространённые болезни учащихся – зрения и опорно-двигательного аппарата По данным общероссийской статистики: около 20% выпускников школ страдают прогрессирующей близорукостью. Диагноз сколиоз имеет 14% детей.
Тема проекта возникла, когда с удивлением обнаружил, что некоторые мои одноклассники в 10 классе приобрели очки, а я стал плохо видеть с последней парты. Распространённое мнение – зрение портится при плохом освещении. Может быть, в классах, где учащиеся проводят большую часть дня, недостаточно света?
Цель работы: проведение анализа уровня освещённости школьной парты и повышение эффективности рабочего места школьника без энергетических затрат
Решаемые задачи:
- Измерение освещённости рабочего места школьника и сравнение с требованиями СанПиН. Выявление причин отклонений от необходимых стандартов
- Знакомство с мировой практикой профилактики глазных заболеваний и нарушения осанки школьников в образовательных учреждениях.
- Разработка дополнительного технического наполнения рабочего места школьника, способствующего сохранению здоровья
- Апробирование и выявление наиболее эффективного способа создания здоровьесберегающей среды школьной парты
Гипотеза – школьники не получают необходимого освещения рабочего места; если создать дополнительное техническое оснащение школьной парты, то это поможет разрешить проблему.
Что же оказывает влияние на ухудшение зрения у школьников? Чтобы ответить на этот вопрос, необходимо обратиться к специальной медицинской литературе – книгам по изучению дефектов зрения1,2
Наиболее распространенные формы нарушения зрения у детей – это спазм аккомодации, близорукость, дальнозоркость, астигматизм и косоглазие. Рассмотрим некоторые их них.
Спазмом аккомодации называют чрезмерное напряжение цилиарной мышцы (см. рисунок 1), Спазм сопровождается напряжением зрения вдаль, зрительным утомлением при работе на близком расстоянии. Такой спазм дает стойкое усиление преломляющей способности глаза в ущерб зрению. Частота спазма аккомодации значительна – подобным нарушением страдает каждый шестой близорукий школьник. Школьник, у которого развивается стойкое напряжение цилиарной мышцы, становится раздражительным, быстро устает, снижает свою успеваемость, жалуется на головные боли.
Близорукость у ребёнка, как правило, это приобретенное заболевание, когда в период интенсивной длительной нагрузки из-за нарушения кровоснабжения происходят изменения в глазном яблоке, приводящие к его растяжению. В результате такого растяжения ухудшается зрение вдаль, которое улучшается при прищуривании или надавливании на глазное яблоко. А причина нарушения кровоснабжения – зажатие сосудов шейного отдела при неправильной осанке.
Рисунок 1
Строение глаза человека
Цилиарная мышца
Сегодня уже не вызывает сомнения тот факт, что глаза и шейный отдел позвоночника связаны самым тесным образом. Близорукость может появиться даже при удовлетворительных условиях зрительной работы, если имеется существенное снижение работоспособности цилиарной мышцы.
Итак,
- недостаточное освещение школьного места может привести к спазму аккомодации и усилению преломляющей способности глаза. глаза и шейный отдел позвоночника тесно связаны - нарушение кровоснабжения глазного яблока приводит к его растяжению, развивается близорукость.
Вывод: неправильно организованное рабочее место школьника - одна из главных причин развития глазных заболеваний
Проведём анализ уровня освещённости школьной парты и сравним с нормами освещения в образовательных учреждениях, рекомендованными СанПиН:
7.2.4. В учебных кабинетах, аудиториях, лабораториях уровни освещенности должны соответствовать следующим нормам: на рабочих столах - 300 - 500 лк, в кабинетах технического черчения и рисования - 500 лк, в кабинетах информатики на столах - 300 - 500 лк, на классной доске 300 - 500 лк, в актовых и спортивных залах (на полу) - 200 лк, в рекреациях (на полу) - 150 люкс.
При использовании компьютерной техники и необходимости сочетать восприятие информации с экрана и ведение записи в тетради освещенность на столах обучающихся должна быть не ниже 300 лк4
Проведена экспериментальная работа №1 по измерению уровня освещённости школьных парт (см. Приложение 2)
В практической работе использовался датчик освещённости Е-600-USB. Был измерен уровень освещённости на поверхностях парт в учебных кабинетах на 1, 2 уроках при искусственном освещении в пасмурные дни, а также при естественном освещении (см. таблицу 1 приложения 2)
Вывод: измерение уровня освещённости в учебных кабинетах школы не выявило отклонений от нормы.
Экспериментальная работа №2 (см Приложение 3)
Были произведены измерения в начальных классах, среднем и старшем звене, во время выполнения учащимися различной деятельности (см. таблицу 2). В эксперименте участвовало 200 человек. Было замечено, что, если ученик склонял голову над партой при чтении или письме, график освещённости резко шёл вниз и не соответствовал значениям нормы.
На основании проведённых измерений и наблюдений можно также судить о неправильной осанке учащихся, которая ведёт к искривлению позвоночника и нарушению кровоснабжение зрительных органов.
Вывод: неправильное положение тела школьников во время выполнения учебной работы снижает уровень освещения рабочей поверхности, что ведёт к утомляемости глаз. Налицо нарушение осанки, что также приводит к изменениям в работе органов зрения из-за нарушения их кровоснабжения.
Это проблема не только нашей школы и даже не только нашей страны. Тревогу бьют во всём мире. Так, в Китае ожидается, что рынок очков и контактных линз в 2017 году в Китае вырастет до 5,3 миллиарда долларов, увеличившись, таким образом, в два раза по сравнению с тем, что было всего лишь четыре года назад.
Ко времени получения аттестата о полном школьном образовании около 90% китайских детей крупных городов (Пекин, Шанхай, Гуанчжоу) страдают миопией Ещё большую тревогу у врачей вызывает тот факт, что 10-20 процентов близоруких китайских детей страдают так называемой «миопией высокой степени», которая очень трудно поддаётся лечению и может привести к полной слепоте. Один из вариантов решения проблемы в Китае – создание ученических парт с перекладинами, которые не дают ученику наклонять голову10 (см. Приложение 4)
Несомненно, освещение в этом случае будет соответствовать нормам, но как себя чувствуют эти ученики, ограниченные палкой как забором или клеткой? Постоянно находясь в таких жёстких рамках ограничений, ребёнок сам не задумывается о сохранении своего здоровья, о сознательном здоровьесбережении в других подобных ситуациях. К тому же, такое беспрекословное подчинение может повлиять на его психическое развитие.
В домашних условиях некоторые родители применяют свои изобретения для корректировки положения детей при выполнении домашних заданий (см. фото). Конечно, это не эстетично и грубо по отношению к ребёнку.
Необходимы другие пути коррекции уровня освещения рабочего места школьника. Был проведён социологический опрос, целью которого явилось выяснение отношения учащихся 9-10 классов к освещению своего стола и положению тела во время выполнения учебной работы. Предлагались вопросы:
Как вы оцениваете своё зрение?- Хорошее Плохое с детства К старшим классам стало хуже
- стараетесь следить за осанкой выпрямляетесь, когда делают замечание не обращаете на это внимание, когда выполняете учебное задание
Результаты социологического опроса:
14% - следят за своей осанкой и освещением стола
47% - требуют постоянного напоминания
39% - не обращают на это внимание
Вывод: учащиеся не следят за своим здоровьем, необходимо техническое оснащение школьной парты, помогающее решить проблему ухудшения зрения школьников.
Возможны 3 пути решения данной проблемы – «точечное освещение», не допускающее образование теней, «тревожная кнопка», не допускающая искривления осанки, «тактичное напоминание», побуждающее ученика корректировать своё положение за партой (см. схему 1)
Схема 1:Техническое оснащение школьной парты
Остановимся на каждом из этих технических приспособлений.
- Точечное освещение.
Из результатов социологического опроса – 86% учащихся пользуются настольной лампой при приготовлении уроков, но только 49% правильно размещают её на столе. А в этом случае также неизбежно образование теней. Не даёт теней протяжённый источник света. В качестве такого источника можно использовать светодиодную ленту.
Светодиод – это полупроводниковый прибор с электронно-дырочным переходом, преобразующий электрический ток в световое излучение при пропускании через него электрического тока в прямом направлении
Свечение возникает при рекомбинации электронов и дырок в области p-n-перехода. При рекомбинации электрон переходит напрямую из зоны проводимости в вакантное место в валентной зоне – в дырку. Обычно такой процесс является излучательным. Но не всякий p-n-переход излучает свет. Приходится изготавливать многослойные полупроводниковые структуры, так называемые гетероструктуры, за изучение которых российский физик академик Жорес Алферов получил Нобелевскую премию 2000 года. Конструкция светодиода и его внешний вид изображены на рисунках (см Приложение 5)
В сравнении с традиционными источниками света, принцип действия которых основан на свечении тела накала или разряде электрической дуги, светодиодные источники имеют существенные функциональные, экономические и эксплуатационные преимущества. Вот некоторые из них:
- позволяет сфокусировать всю световую энергию в определенной зоне; при включение в сеть на 12/24 В, светодиоды не будут мерцать по энергоэффективности светодиодные источники света значительно выигрывают у ламп накаливания и газоразрядных ламп. КПД светодиодных источников света доходит до 40 – 45 %, против 2 – 5 %, у ламп накаливания и 15 – 30 %, у газоразрядных ламп; большой ресурс работы светодиодов позволяет сократить затраты на приобретение новых ламп для замены вышедших из строя, они не содержат вредных веществ, например, ртути (как энергосберегающие лампы), поэтому их не нужно утилизировать; они не излучают вредных ультрафиолетовых лучей, как некоторые некачественные разрядные лампы;
Минусы светодиодного освещения:
Направленность их светового потока не позволяет использовать светодиодные источники света в качестве световых приборов для общего (заливающего) освещения. Они хороши для зональной подсветки, например, для подсветки фасадов зданий, картин, индивидуальных рабочих и письменных столов и других объектов Минусом также является их большая стоимость
Светодиодная лента легко крепится к любым держателям, расположенным над партой. Электрическое питание - 12 Вольт Используя такую ленту и два изогнутых стержня, получили бестеневой источник освещения рабочей поверхности школьной парты.
Апробация. В эксперименте участвовало 10 человек, учащиеся 9 класса. Все отмечали отсутствие теней. Проблем с освещением рабочего места не было, но при постоянном переключении взгляда на доску и окружающее пространство отмечали усталость и напряжение глаз, хотелось выключить дополнительное освещение. К тому же, осанку учащихся это не исправляло.
- Тревожная кнопка
В основе – работа электродвигателя, расположенного в футляре на спинке стула. Ощутимая вибрация заставляет придерживать кнопку, соединённую с электродвигателем, спиной. Ученик стремится не допустить работы электрической цепи и исправляет осанку.
Питание цепи 12 В через портативный выпрямитель или набор гальванических элементов.
Апробация. В эксперименте участвовало 12 человек – учащиеся 8 -10 классов. С ними была проведена предварительная беседа о смысле эксперимента. Они должны были оценить удобство прибора, влияние его на учебный процесс, а также на формирование положительной мотивации к сохранению здоровья. Апробация проводилась в течении нескольких дней, было одно рабочее место, оборудованное «Тревожной кнопкой». Участник должен был провести за этой партой 1 урок и заполнить таблицу отзывов (Приложение 6)
По результатам таблицы можно сделать вывод, что ученикам приходилось сидеть в одном и том же положении и это негативно сказывалось на их физическом и психическом самочувствии. К тому же, если во время урока нужно было ответить, вставая с места, прибор издавал небольшой вибрационный шум, что отвлекало от урока окружающих. Но почти все испытуемые заявляли, что, проведя урок с таким техническим устройством, на других уроках следили за своей осанкой, хотя через неделю уже не вспоминали. Таким образом, мы получили кратковременный эффект формирования стремления к сбережению здоровья.
- Тактичное напоминание
Принцип действия основан на явлении фотоэффекта. Законы фотоэффекта были установлены русским учёным , теория фотоэффекта создана А. Эйнштейном. В приборе использован внутренний фотоэффект
Все устройства, принцип действия которых основан на фотоэффекте, называются фотоэлементами. Для технического устройства «Тактичное напоминание» был использован Troyka-Light Sensor, датчик освещенности на основе фоторезистора для Arduino (см. фото )
Электронный блок управляет световыми сигналами. Если освещённость парты не достигает 300 лк, вместо одной лампочки загорается две. Ученик исправляет положение тела, добиваясь нормальной работы прибора. Вместо лампы накаливания (см рис 6) использовались фотодиоды.
Апробация. В эксперименте участвовало 12 человек, 5-10 классы. Им было объяснено действие прибора, предлагалось расположить фотооповещатель на поверхность парты, тетрадь или книгу, правильным положением тела добиваться свечения только одного сигнала. Участники провели с прибором по 1 уроку и заполнили таблицу отзывов. По итогам эксперимента была составлена сводная таблица (см. Приложение 7)
Анализируя таблицу, можно утверждать, что прибор не оказывает негативного физического и психического воздействия на человека, побуждает к сохранению здоровья. Но некоторыми участниками отмечалось, что прибор из-за своих размеров занимает достаточно много места на рабочей поверхности парты - книге или тетради.
Результат работы.
Рассмотрев 3 варианта усовершенствования рабочего места школьника, способствующих сохранению зрения и осанки, выяснили, какое из них более эффективно (см. таблицу в Приложении 8)
Вывод: удобнее в использовании прибор «Тактичное напоминание». Его недостаток - занимает место на парте ученика, поэтому мешает учебной деятельности. Замена деталей радиоэлектроники на детали микроэлектроники решит проблему. Прибор может превратиться в закладку для книг.
Заключение.Итак, чтобы проверить гипотезу, был проведён анализ уровня освещённости школьной парты. Результаты потребовали технического решения проблемы недостаточного освещения рабочего места при выполнении учебной работы школьниками. Были предложены и исследованы пути коррекции недостатков. Самым эффективным и действенным способом был признан прибор под названием «Тактичное напоминание».
Главный результат работы – разработка модели индикатора, «тактично» напоминающего ученику о сохранении осанки и здоровья глаз
Используется новый подход к созданию здоровьесберегающей среды школьной парты, основанный на заинтересованности школьников в нормальной работе прибора, дающего световой сигнал, а не на увеличении энергоёмкости.
Предложения по усовершенствованию и использованию прибора: выполнение в виде закладки для учебника, обладающего функцией напоминания в виде светового сигнала (см. рисунок )
Приложения
Приложение 1:
Данные об отклонениях в зрении учащихся школы № 000, 2016 год
Приложение 2:
Экспериментальная работа №1:
Анализ уровня освещённости школьной парты.
Таблица 1. Освещённость школьных парт, в люксах
Кабинет физики | Кабинет истории | Кабинет математики | Кабинет литературы | Кабинет начальных классов | |
Искусственное освещение | 300 лк | 350 лк | 320 лк | 300 лк | 350 лк |
Естественное освещение | 590 лк | 520 лк | 500 лк | 530 лк | 590 лк |
Приложение 3:
Экспериментальная работа №2:
Анализ уровня освещённости школьной парты в процессе учебной деятельности школьников.
Таблица 2. Анализ уровня освещённости школьной парты
в процессе учебной деятельности школьников
| % несоответствия нормам освещённости на 100 люкс и более | ||
1-4 классы | 5-9 классы | 10-11 классы | |
При чтении учебного материала | 13% | 7% | 15% |
При записи текста под диктовку | 18% | 26% | 33% |
При выполнении самостоятельной работы | 14% | 51% | 46% |
Приложение 4
Китай, город Ухань. Экспериментальные парты с перекладинами.
Приложение 5:
Конструкция светодиода и его внешний вид
Приложение 6:
Апробация технического устройства «Тревожная кнопка»
Таблица 3: Итоги апробации технического устройства «Тревожная кнопка»
№ участника: | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 |
Комфортное положение тела | ||||||||||||
Психическое воздействие | ||||||||||||
Влияние на учебный процесс | ||||||||||||
Формирование сознательного отношения к сохранению здоровья |
Приложение 7:
Апробация технического устройства «Тактичное напоминание»
Таблица 4: Итоги апробации технического устройства «Тактичное напоминание»
№ участника: | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 |
Комфортное положение тела | ||||||||||||
Психическое воздействие | ||||||||||||
Влияние на учебный процесс | ||||||||||||
Формирование сознательного отношения к сохранению здоровья |
Приложение 8:
Таблица 5. Сравнение характеристик используемых приборов: Т – Т – Т
Список используемой литературы:
«Близорукость», Медицина, 1999 «Причины развития близорукости и ее лечение», медпрессинформ, 2012 http://otherreferats. allbest. ru/medicine/00042510_0.html Постановление Главного государственного санитарного врача РФ от 01.01.01 г. N 189 "Об утверждении СанПиН 2.4.2.2821-10 "Санитарно-эпидемиологические требования к условиям и организации обучения в общеобразовательных учреждениях" (с изменениями и дополнениями) https://ru. wikipedia. org/wiki/Спазм_аккомодации http://artillum. ru/lamps/led-lamps/41-pros-and-cons-of-led-lighting. html http://www. energy-saving. /article/useful-info/44-who-is-led. html http://ency. info/materiya-i-dvigenie/fotometriya/388-fotoeffek http://www. daokedao. ru/2012/07/12/pochjemu-u-kitajskikh-djetjej-prodolzhajet-ukhudshatsja-zrjenije/