防近視智能裝置設計研究

摘?要：陽光小學創客小社團開展“arduino開源機器人體驗”課題研究已有兩年，成員們通過大量的體驗和實操聯系，充分掌握了arduino開源機器人使用原理，并在課程中自發創新了很多有趣的新作品;更在老師的帶領和指導下完成了學?！禷rduino開源機器人體驗》校本課程手冊的匯編，可以讓更多的小伙伴們見證我們的成長，跟隨我們的成長步伐走進“arduino開源機器人體驗”的學習中。并從中找到快樂和鍛煉。

關鍵詞：防近視智能裝置;設計研究

一、問題的提出與研究目的

（一）問題的提出

在上課的過程中，我們發現越來越多的同學開始帶上了眼鏡來上課。通過了解，知道很多同學戴眼鏡是因為開始出現了近視的現象。我們在思考是什么原因導致了近視？有什么方法可以預防近視呢？于是，我們決定研究近視的原因并制作出能防止近視的裝置。

（二）研究目的

同學越來越多近視的出現，往往是一些不好的習慣導致的。為此，我們決定通過調查之后，設計“防近視智能裝置”，來提醒同學們糾正問題，降低近視的出現。

二、提出假設

在家里學習用眼過程中，提醒用眼的環境并可以改變亮度的臺燈，改善用眼環境;久坐提醒器，提醒在學習中的同學能夠注意學習時間并及時休息。

三、研究的方法和過程

（一）研究的方法

1.文獻資料法

查閱目前全國小學近視的情況與分析，研究造成近視的幾個主要原因：

（1）用眼環境不合適，過亮或者過暗。

（2）學習或者看電視的坐姿不對。

（3）長時間用眼，導致用眼疲勞。

2.采訪調查法

（1）采訪有近視的同學，詢問他們平時的用眼情況。發現他們從來沒有關注過他們的用眼環境是不是合適的亮度，一般只是開了燈或者在比較暗的情況下用眼;用眼時長一般連續使用1小時以上，眼睛沒有得到充分的休息。

（2）與老師交流，了解最佳用眼環境和用眼時長的一些基本信息，并把想法和老師交流。

3.實驗法

使用傳感器，調節我們的最佳用眼環境，制作一個智能的臺燈;使用超聲波制作能夠檢測時長的久坐提醒器。

（二）研究過程

1.材料準備階段

制作這兩個智能裝置的材料我們選用學習過的Arduino和相應的傳感器，有超聲波，LCD顯示屏，LED燈，蜂鳴器，角度傳感器。

2.研究制作階段

我們設計“智能臺燈”小組有兩個制作方案：（1）使用光線傳感器，根據周圍光線的強弱達到控制LED燈的亮度;（2）使用角度傳感器控制LED的亮度。經過討論之后，我們決定將兩個方案的方式合并在一起，第一個方案中的光線傳感器來判定周邊的環境是否合適，如果不合適則LED紅燈亮起，通過角度傳感器調節到合適的亮度;如果合適，則不亮燈，表示目前的環境亮度適合用眼的亮度，硬件連接圖如下圖所示：

我們設計“久坐提醒器”作為一個放置在桌子前方的一個裝置，在有人坐下的時候能夠檢測并開始計時，LCD屏顯示相應的時間，當達到一定時間的時候，蜂鳴器會響起，需要離開位置聲音關閉;如果我們只是離開了一下就坐會，蜂鳴器會繼續響起，只有離開的時間較長時才會重新計算時間，并顯示休息的時間與上次久坐的時間，硬件連接圖如下：

3.制作實物，成品展示

第一步，我們通過繪圖軟件設計臺燈的形狀與大小，借用老師的激光切割機進行模型的切割，在制作的過程中，我們制作的模型由于太高，導致擺動的幅度比較大，而且有折斷的危險。這時候老師提醒可以使用“工”字形的結構作為支撐。

第二步，我們設計完臺燈的時候發現要用來設計“久坐提醒器“比較困難，所以我們選擇了使用積木的形式來搭建這個裝置。

第三步，制作完實物之后，我們開始進行編程，我們先確定好需要達到的效果，一步一步的編程調試來達到預期的目標。

四、研究結果及其分析

我們設計“智能臺燈”和“久坐提醒器”這兩個裝置的制作并不復雜，在使用過程中，對改正一些容易造成近視的習慣是有用處的，如在使用臺燈的時候能夠知道自己是否處在合適的環境當中，并調節亮度;能夠避免長時間坐在位置上而沒有活動。

五、討論或反思

我們在選擇“防近視智能裝置設計研究”這個課題研究時，充分發揮了全體小組成員的聰明才智。小組成員自從提出問題之后，向老師學習調研方法，采集數據，分析數據，最后總結討論，確保我們的研究是有價值的，可行的，有意義的。在這個過程中，我們發現在生活中細節影響了我們的健康，也是我們沒有去注意的一個問題。

在整個研究過程中，我們小組成員中在整理原因和想辦法解決問題的過程中，發現一個“久坐提醒器”的研究還不足以解決這個問題，于是多加了一個“智能臺燈”的制作。

在制作完成之后，我們又試驗了他們的功能，來確保制作的“防近視智能裝置”是能夠合理使用的。最終我們還發現了一個缺點，當兩個裝置放在桌面上時，會占據大面積的位置，如果將兩個裝置合二為一的話，才是能夠給大家使用的一個裝置。

六、結論

本研究通過發現容易造成近視的幾個原因，通過制作智能設備來幫助形成良好的用眼習慣。用眼疲勞和用眼環境的問題，我們通過制作兩個“防近視智能裝置”來解決。“智能臺燈”有效的解決了我們用眼環境過亮或者過暗的問題，相比見到過的調節亮度的臺燈并不會提醒使用者，此裝置做到了提醒使用者調節亮度，讓用眼環境處于舒適的狀態;“久坐提醒器”解決了我們容易出現用眼疲勞的問題，固定的休息時間，能讓我們的眼睛和身體其他的功能得到充分的休息，使我們能夠高效的學習。

七、反思體會

（一）學生篇

田茂怡：我是本次小課題研究小組的組長，這種課題研究的學習方式還是第一次體驗。在這次的小課題研究活動中，我學習到了課堂中沒有學習到的知識和方法。首先是合作的重要性，作為一個小組長，需要有合理的分工。其次是方法的重要性，在這次小課題中，我們需要獲取量的信息來確保我們這次研究是真實的，有意義的，不能只在小組討論中得出結果。最后在整個研究過程中，運用到了很多知識，這些知識都是以前接觸過的，但是放在一起使用發現有不一樣的使用效果。

徐是荃：在這次的制作過程中，我是技術的擔當。一開始的時候，我認為自己一個人就能夠完成設計的過程。設計的過程并不順利，經常會遇到較難的問題時，直接請教老師，尋求幫助，老師卻讓我先回去進行小組討論，實在沒有解決的辦法再請教老師。事實證明，團隊的作用是很大的，其他的成員都給了我很大的幫助。

周逸凡：我們制作了兩個裝置，一個的編程比較簡單，一個比較難。臺燈的編程大家討論得出目標之后還是比較容易實現的?！熬米嵝哑鳌彪m然我們的功能和目標都是明確的，但是還是編寫不出來。

楊帆：結構的拼搭讓我感受到學習機器人并不只是用來玩的，還能做出有意義的東西出來。搭建的過程失誤了好多次，消耗了好多時間。雖然我是負責搭建的，不過還是參與了編程的部分，學習到了新知識。

李沛恩：經過老師的提醒，我和組員一起分析，功能一點點的實現。最大的感受是，在遇到比較復雜的問題是，要像這次編程一樣，一步步的實現達到最終效果。

（二）指導老師篇

麥澄：本次小課題研究，采用了PBL的學習方法。這是一個以學生為中心的學習方法，在不斷的引導中，將學生的精力發揮到最大。在整個課題的研究過程中，看到了學生們每次上課都有飛躍的進步。

首先，培養小組成員之間需要能夠進行有效的合作，在整個團隊中，每個人都需要發揮出自己的長處，才能夠讓整個進度能夠快速的往前走。其次是培養了學生開始有多維度思考問題的能力，不再是一開始的閉門造車，懂得從各方面去探索，實踐，選擇可行的方案。然后培養學生盡可能的利用現有的資源和方法達成自己的目標。最后培養學生反思的習慣，總結反思的過程，能夠讓學生有更大的進步。