「小眼鏡」越來越多讓人感到憂心。怎麼才能解決問題?科學用眼、加強體育鍛鍊……專家們給出過各種各樣的答案。東四九條小學六年級的柳天駿試圖通過思考,來解決「孩子們自己的問題」。
經過調查,他發現他們每天置身其中的教室其實存在光線分布不均的問題,這會影響同學們的視力。為此,他設計了「太陽光導入」照明系統,希望以更環保、更健康的方式,給同學們的學習生活營造舒適的光線環境。
緣起
五年級的下學期,柳天駿發現班裡又有三名同學戴上了「小眼鏡」,他計算了一下,班裡戴眼鏡的同學佔全班同學人數的38%。一天的課上下來,柳天駿也時常感覺眼睛很不舒服,「我們每天大部分時間都是在教室內度過,那麼教室的亮度是否會對我們眼睛造成傷害呢?」柳天駿開始注意觀察起了每天上課的教室。
柳天駿所在六年級2班的教室在三層教學樓的頂層陽面,而整棟教學樓坐落在胡同裡,陽面教室都被大樹擋著。由於亮度不夠,每天從早到晚,無論陰晴,教室裡的燈都是開著的。而位於陰面的六年級1班教室雖無遮擋,燈也是亮著的。「他們班這學期也多了幾名戴眼鏡的同學。不管陰面教室還是陽面教室,『小眼鏡』都在增加!」
後來發生了一件小事,讓柳天駿下決心搞清楚教室的光線分布情況。柳天駿的座位在陽面教室最後靠窗的位置,正好沒有被大樹的枝葉擋住。一天上午,刺眼的陽光射進教室,柳天駿挨著的窗簾恰好壞了,陽光照在書本上特別刺眼。於是他請求坐在門口的同學把照明用的燈關上,但門口的同學卻說,他們那裡很黑不能關燈,由此幾個小夥伴起了爭議。開關之間柳天駿才發現,門口的位置關了燈真的很黑。「不論開燈還是關燈,班裡總有一部分同學對光線感到不滿意。所以,我決定調查清楚我們班的照度情況,解決這個小難題。」
準備
測量發現
光線強弱相差50倍
為了驗證自己的體驗是否跟大家一致,柳天駿針對室內光線和眼部感受等問題面向六年級的所有同學設計、發放了126份調查問卷,問卷需要學生、家長和老師共同回答,可以全面反映大家對教室內光線的感受。調查顯示,六年級的同學中有43%戴眼鏡,53%的同學時常感到眼睛疲勞或不適,73%的同學認為教室內的光線不均勻,84%的同學每天在教室停留8小時或以上。「問卷調查的結論說明,大家普遍認為教室內的光線不太理想,需要找到合適的方案進行調整、改造。」
為了進一步驗證這個結論,柳天駿買來了兩個測光儀,在分處陰、陽兩面的六年級1班、2班各選了5個測試點,每到下課同學們都在玩耍的時候,他都在忙著測光線的情況。「為了測算出不同時間段的照度,每天要分上午、中午、下午3次進行測光。同時,我還專門拿出幾天,來測試不同特殊天氣的光線情況,如陰天、下雨天。」
經過反覆測算,柳天駿最終得出了結論:陽面教室外大樹的枝葉嚴重影響室內的照度;兩個教室在開燈的情況下,照度值超標嚴重;陽面教室不同位置的照度不均衡現象更為突出;陽面教室左後靠窗戶的位置照度超標嚴重;陽面教室窗簾遮擋陽光效果不足;開關燈電路存在問題。「按照國家標準,當光線強度在300lx時,眼部感受最舒適。但在靠窗左後方的位置,光線最強可達2000lx;而在陽面大樹後遮擋處的位置則低至40lx,兩者相差50倍。可見,教室裡光線分布不均勻的情況非常嚴重,需要想辦法解決了。」
方案
光纖與導光板
配合使用
得出了結論,柳天駿就開始思考解決的方案了。起初,柳天駿試圖通過調整、改變教室內照明燈的排布來解決問題,「教室內,開關燈的電路存在問題。教室的照明燈分別位於教室的前排、中排、後排,也就是說,通過開關只能『打包』同時控制前排三個、中間三個和後面三個燈。不可能根據亮度的分布,開啟『豎排』模式,變成控制靠窗位置的左排、中間以及靠牆位置的右排的形式。這樣就使照度很高的靠窗一側的位置,無法單獨關掉自己一側的燈,不能起到調節亮度的作用。」因此,柳天駿建議將教室的電路開關方式改成左、中、右的「隊形」。
除了改變電路的分布,能否設計出更加環保、健康的照明系統呢?善於思考的柳天駿想到了將太陽光引入照明系統的新穎理念。通過查找、整理資料,柳天駿發現了「神奇」的光傳導工具—光纖。「查資料時我發現,上海世博會英國館使用光纖傳導太陽光,這是我第一次知道『光纖』這玩意兒。後來我了解到,北京CBD小學的演播室就使用光纖傳導太陽光進行照明,雖然只有幾個點性光源,室內的光線分布也不算特別均勻,但這個理念確實啟發了我。」
僅有幾點光纖照明,根本無法解決室內光線分布不均的問題,而把整個天花板都鋪滿光纖光源顯然造價太高昂,不可能實現。通過幾番諮詢,柳天駿找到了一種可以均勻光線的材料—導光板。「導光板是具反射率且不吸光的高科技材料,通過各種疏密、大小不一的導光點,可使導光板均勻發光。」柳天駿認為可以通過光纖和導光板的配合使用,將太陽光導入教室進行照明並達到均勻光線的效果。
效果
各種天氣均勻照明
那麼,這個讓柳天駿調研、製作了大半年的「太陽光導入照明」小模型是什麼模樣呢? 「首先你需要一個太陽光採集器。太陽光通過濾鏡傳導到太陽光採集器裡,濾鏡可以過濾掉80%的紫外線和紅外線,將更有效、安全的可見光導入日光採集器。」
第二步是用於傳導太陽光的光纖。「光纖在導光的過程中,光與電分離,無電磁幹擾,系統發熱低於一般的照明系統,最適合在教室裡使用,這樣就不必擔心學生會遇到不慎觸電或被灼傷的危險。通過濾鏡過濾後的可見光,含部分紫外線和紅外線,可提供更加健康和舒適的照明。」
最後就是用來均勻光線的導光板。「在教室內,將光纖與導光板連接,通過各種疏密、大小不一的導光點,將明亮的可見光有效的平面輸出,且近乎完美的均勻,徹底杜絕了普通燈箱所共有的明暗光痕。」
此外,為了在日照不佳的陰雨天氣保證照明,這個系統還設計了風力和太陽能發電系統,與之相連的是LED照明系統,「在採光不足的情況下,LED照明系統自動開啟,它可利用蓄電池中儲存的電能發光,LED光源是最接近太陽光的可見光,從而達到同等的效果。」
有了以上幾款「裝備」,你就可以在教室內享受均勻、柔和的太陽光啦。這款新穎又實用的小設計讓柳天駿一舉獲得了「北京少年科學院『小院士全國一等獎,金鵬科技論壇北京市三等獎、東城區一等獎的榮譽。
實驗的過程是枯燥和辛苦的,「發微信求助,只有點讚的,卻沒有人可以幫助我;記錄每一個數據,拿相機的手累到發抖;統計調查問卷,看到眼睛發花;到燈飾城找新型材料,找到腿發軟、頭髮暈;寫論文累到手抽筋……」但「小發明家」柳天駿很慶幸自己堅持下來了,「戰勝困難就是『贏家。孫樂琪 J245