防近视智能装置设计研究

来源:用户上传      作者:麦澄

　　摘 要：阳光小学创客小社团开展“arduino开源机器人体验”课题研究已有两年，成员们通过大量的体验和实操联系，充分掌握了arduino开源机器人使用原理，并在课程中自发创新了很多有趣的新作品;更在老师的带领和指导下完成了学校《arduino开源机器人体验》校本课程手册的汇编，可以让更多的小伙伴们见证我们的成长，跟随我们的成长步伐走进“arduino开源机器人体验”的学习中。并从中找到快乐和锻炼。
　　关键词：防近视智能装置;设计研究
　　
　　一、问题的提出与研究目的
　　（一）问题的提出
　　在上课的过程中，我们发现越来越多的同学开始带上了眼镜来上课。通过了解，知道很多同学戴眼镜是因为开始出现了近视的现象。我们在思考是什么原因导致了近视？有什么方法可以预防近视呢？于是，我们决定研究近视的原因并制作出能防止近视的装置。
　　（二）研究目的
　　同学越来越多近视的出现，往往是一些不好的习惯导致的。为此，我们决定通过调查之后，设计“防近视智能装置”，来提醒同学们纠正问题，降低近视的出现。
　　二、提出假设
　　在家里学习用眼过程中，提醒用眼的环境并可以改变亮度的台灯，改善用眼环境;久坐提醒器，提醒在学习中的同学能够注意学习时间并及时休息。
　　三、研究的方法和过程
　　（一）研究的方法
　　1.文献资料法
　　查阅目前全国小学近视的情况与分析，研究造成近视的几个主要原因：
　　（1）用眼环境不合适，过亮或者过暗。
　　（2）学习或者看电视的坐姿不对。
　　（3）长时间用眼，导致用眼疲劳。
　　2.采访调查法
　　（1）采访有近视的同学，询问他们平时的用眼情况。发现他们从来没有关注过他们的用眼环境是不是合适的亮度，一般只是开了灯或者在比较暗的情况下用眼;用眼时长一般连续使用1小时以上，眼睛没有得到充分的休息。
　　（2）与老师交流，了解最佳用眼环境和用眼时长的一些基本信息，并把想法和老师交流。
　　3.实验法
　　使用传感器，调节我们的最佳用眼环境，制作一个智能的台灯;使用超声波制作能够检测时长的久坐提醒器。
　　（二）研究过程
　　1.材料准备阶段
　　制作这两个智能装置的材料我们选用学习过的Arduino和相应的传感器，有超声波，LCD显示屏，LED灯，蜂鸣器，角度传感器。
　　2.研究制作阶段
　　我们设计“智能台灯”小组有两个制作方案：（1）使用光线传感器，根据周围光线的强弱达到控制LED灯的亮度;（2）使用角度传感器控制LED的亮度。经过讨论之后，我们决定将两个方案的方式合并在一起，第一个方案中的光线传感器来判定周边的环境是否合适，如果不合适则LED红灯亮起，通过角度传感器调节到合适的亮度;如果合适，则不亮灯，表示目前的环境亮度适合用眼的亮度，硬件连接图如下图所示：
　　
　　我们设计“久坐提醒器”作为一个放置在桌子前方的一个装置，在有人坐下的时候能够检测并开始计时，LCD屏显示相应的时间，当达到一定时间的时候，蜂鸣器会响起，需要离开位置声音关闭;如果我们只是离开了一下就坐会，蜂鸣器会继续响起，只有离开的时间较长时才会重新计算时间，并显示休息的时间与上次久坐的时间，硬件连接图如下：
　　
　　3.制作实物，成品展示
　　第一步，我们通过绘图软件设计台灯的形状与大小，借用老师的激光切割机进行模型的切割，在制作的过程中，我们制作的模型由于太高，导致摆动的幅度比较大，而且有折断的危险。这时候老师提醒可以使用“工”字形的结构作为支撑。
　　
　　第二步，我们设计完台灯的时候发现要用来设计“久坐提醒器“比较困难，所以我们选择了使用积木的形式来搭建这个装置。
　　
　　第三步，制作完实物之后，我们开始进行编程，我们先确定好需要达到的效果，一步一步的编程调试来达到预期的目标。
　　
　　四、研究结果及其分析
　　我们设计“智能台灯”和“久坐提醒器”这两个装置的制作并不复杂，在使用过程中，对改正一些容易造成近视的習惯是有用处的，如在使用台灯的时候能够知道自己是否处在合适的环境当中，并调节亮度;能够避免长时间坐在位置上而没有活动。
　　五、讨论或反思
　　我们在选择“防近视智能装置设计研究”这个课题研究时，充分发挥了全体小组成员的聪明才智。小组成员自从提出问题之后，向老师学习调研方法，采集数据，分析数据，最后总结讨论，确保我们的研究是有价值的，可行的，有意义的。在这个过程中，我们发现在生活中细节影响了我们的健康，也是我们没有去注意的一个问题。
　　在整个研究过程中，我们小组成员中在整理原因和想办法解决问题的过程中，发现一个“久坐提醒器”的研究还不足以解决这个问题，于是多加了一个“智能台灯”的制作。
　　在制作完成之后，我们又试验了他们的功能，来确保制作的“防近视智能装置”是能够合理使用的。最终我们还发现了一个缺点，当两个装置放在桌面上时，会占据大面积的位置，如果将两个装置合二为一的话，才是能够给大家使用的一个装置。
　　六、结论
　　本研究通过发现容易造成近视的几个原因，通过制作智能设备来帮助形成良好的用眼习惯。用眼疲劳和用眼环境的问题，我们通过制作两个“防近视智能装置”来解决。“智能台灯”有效的解决了我们用眼环境过亮或者过暗的问题，相比见到过的调节亮度的台灯并不会提醒使用者，此装置做到了提醒使用者调节亮度，让用眼环境处于舒适的状态;“久坐提醒器”解决了我们容易出现用眼疲劳的问题，固定的休息时间，能让我们的眼睛和身体其他的功能得到充分的休息，使我们能够高效的学习。
　　七、反思体会
　　（一）学生篇
　　田茂怡：我是本次小课题研究小组的组长，这种课题研究的学习方式还是第一次体验。在这次的小课题研究活动中，我学习到了课堂中没有学习到的知识和方法。首先是合作的重要性，作为一个小组长，需要有合理的分工。其次是方法的重要性，在这次小课题中，我们需要获取量的信息来确保我们这次研究是真实的，有意义的，不能只在小组讨论中得出结果。最后在整个研究过程中，运用到了很多知识，这些知识都是以前接触过的，但是放在一起使用发现有不一样的使用效果。
　　徐是荃：在这次的制作过程中，我是技术的担当。一开始的时候，我认为自己一个人就能够完成设计的过程。设计的过程并不顺利，经常会遇到较难的问题时，直接请教老师，寻求帮助，老师却让我先回去进行小组讨论，实在没有解决的办法再请教老师。事实证明，团队的作用是很大的，其他的成员都给了我很大的帮助。
　　周逸凡：我们制作了两个装置，一个的编程比较简单，一个比较难。台灯的编程大家讨论得出目标之后还是比较容易实现的。“久坐提醒器”虽然我们的功能和目标都是明确的，但是还是编写不出来。
　　杨帆：结构的拼搭让我感受到学习机器人并不只是用来玩的，还能做出有意义的东西出来。搭建的过程失误了好多次，消耗了好多时间。虽然我是负责搭建的，不过还是参与了编程的部分，学习到了新知识。
　　李沛恩：经过老师的提醒，我和组员一起分析，功能一点点的实现。最大的感受是，在遇到比较复杂的问题是，要像这次编程一样，一步步的实现达到最终效果。
　　（二）指导老师篇
　　麦澄：本次小课题研究，采用了PBL的学习方法。这是一个以学生为中心的学习方法，在不断的引导中，将学生的精力发挥到最大。在整个课题的研究过程中，看到了学生们每次上课都有飞跃的进步。
　　首先，培养小组成员之间需要能够进行有效的合作，在整个团队中，每个人都需要发挥出自己的长处，才能够让整个进度能够快速的往前走。其次是培养了学生开始有多维度思考问题的能力，不再是一开始的闭门造车，懂得从各方面去探索，实践，选择可行的方案。然后培养学生尽可能的利用现有的资源和方法达成自己的目标。最后培养学生反思的习惯，总结反思的过程，能够让学生有更大的进步。
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