韶关碧桂园外国语学校李泓毅:防近视“视力宝” | 中小学科创实践展播(79)

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本期我们推荐韶关碧桂园外国语学校李泓毅同学的科创实践活动,他从小学生近视问题,综合应用学过的编程语言、3D打印、掌控板使用等知识,设计并编程创作一个实用工具“视力宝”,通过用测距的超声波传感器来检测眼睛与物体之间的安全距离,保证眼睛看东西的时候不会太近,从而达到帮助广大小朋友们养成良好用眼习惯、预防近视的目的。这种细心观察生活,通过自己的知识和创新能力解决问题的精神非常值得赞叹和学习。
作者:韶关碧桂园外国语学校 李泓毅
指导老师:彭志强、朱眉
一、设计背景:
近年来,由于中小学生学习负担重,手机、电脑等电子产品普及,用眼习惯差、过度用眼,以及户外活动缺乏等因素,我国儿童及青少年近视率居高不下且不断攀升。有统计数据显示,目前我国近视患者达6亿,青少年近视率居世界第一。其中,高中生和大学生的近视率均已超过七成并逐年上升,小学生的近视率也接近40%。近视低龄化、重度化日益严重,已成为一个关系国家和民族未来的大问题。
近视的危害是无穷的,以下图为例,儿童青少年近视之后,每年的度数都会随之增长,如果不加以预防控制,近视度数很快增长到高度近视。高度近视会引发很多眼底并发症,例如视网膜脱离、黄斑变性等,引起视力严重损伤,甚至失明,所以应当高度重视儿童青少年的近视防控问题。

(图片选自网络)

基于以上情况,我综合应用学过的编程语言、3D打印、掌控板使用等知识,设计并编程创作一个实用工具“视力宝”,通过用测距的超声波传感器来检测眼睛与物体之间的安全距离,保证眼睛看东西的时候不会太近,从而达到帮助广大小朋友们养成良好用眼习惯、预防近视的目的。

二、设计说明:

1、设计过程:

为实现设计落地,特设定了确定设计主题、查阅文献资料、拟定设计流程,落实设计方案四个步骤开展研究。在指导老师的帮助下,依托中国知网、百度文库等信息平台进行文献查阅和信息整合。在此基础上拟定选择设计工具平台、设计方案,并最终落实设计。

2、信息检索:

预防近视最有效的方法之一是养成良好的用眼习惯,包括适当保持眼睛与所视物品安全距离,以及在用眼一定时间后适度休息。为此,我上网检索了关于眼睛观看物品安全距离的相关信息,发现针对使用电脑,眼睛与显示屏之间的安全距离是60CM;针对使用手机,眼睛与手机之间的安全距离是40-50CM之间;针对阅读书籍,眼睛与书本之间的安全距离是33CM左右。其次关于用眼时间,网络检索结果大致认为用眼40-50分钟左右时应适当休息。

3、设计思路:

①在硬件设计上,采用盛思掌控板作为主控。相对于其它开源主控而言,其特点是体积小、功能集中,测距警报提示、定时休息警报提示等功能都能通过编程在掌控板中实现,并可外接超声波传感及其他外部硬件设施。

②在程序设计上,采用MPython编程操作平台。在信息检索的基础上,确定了“视力宝”两个主体功能并通过编程实现:当超声波传感器与人脸距离超过一定安全距离时,主控发出警报提示音提醒用眼距离过近;当“视力宝”开启自动进入计时,达到一定时间时主控发出警报提示音提醒应适度休息。

③在外观设计上,采用3Done建模并3D打印外部保护壳。外壳能有效隐藏主控及外部零件,以达到美观利索的视觉功效。外壳上设有一夹子,使“视力宝”能方便夹于电脑、手机、书本等物品之上,从而使“视力宝”能在不同的用眼场景中发挥功用。

三、使用方式及效果

“视力宝”的最终设计成品较为方便携带,能运用在不同的用眼场景中,其使用步骤具体如下:

1、打开“视力宝”外壳并打开主控电源开关。

2、通过操控“视力宝”侧方的触摸开关,选择功能。触摸开关在开机后初始默认为电子产品使用模式,该模式下,当人脸与传感器距离小于40厘米时发出警报提示音,提醒距离过近。触碰开关可切换为阅读学习模式,该模式下,当人脸与传感器距离小于30厘米时发出警报提示音,提醒距离过近。视力宝开启后自动开启计时功能,当使用时间达到30分钟时,主控播放《歌唱祖国》音乐,提醒用眼者应适当进行休息。

(电子产品使用模式)

(阅读学习使用模式)

四、创新点与展望

如果没有养成良好的用眼习惯,儿童青少年在日常学习、课外阅读、使用手机电脑娱乐的情况下都容易因为距离过近、用眼过度而增加近视的风险,而通过“视力宝”传感测距、用眼计时等设计可以实现帮助儿童青少年养成良好用眼习惯目的。此外,目前在中小学生开源设计的材料中,绝大多数体积大,集成功能不强。“视力宝”采用了小巧轻便的盛思掌控板为主控,较好的解决了体积大不方便携带使用的问题。作为第一代的设计,“视力宝”在外观设计上捎嫌笨重,使用体验还有进一步改进的空间。接下来,我会在原有基础上进一步修改其外形,改良使用体验。或者寻找是否有更细小的组件,做出更方便使用的作品。

(使用效果1-电脑模式)


使用效果2-阅读模式)

(使用效果3-手机模式)

欢迎大家给我们投稿,联系小编(微信:hooooger)
中小学科创实践展播活动介绍
为了鼓励更多小朋友开动脑筋,积极探索创新,我们向全社会发出开展中小学科创实践展播活动的倡议,邀请著名科创教育专家宋博阳老师担任总评审,对在科创实践中有创新表现的参加者颁发“科创实践创新之星”的荣誉证书及相关奖品。展播活动具体内容请长按识别小程序码查看详情。
目前已经推出:
倡议开展中小学科创实验展播活动及保定高阳宏利佳小学师生实验专题展播(点击红字学习)
《中小学科创实验展播(1):会飞的热气球、跳芭蕾的水滴、蜡烛吸水等11部作品,精彩纷呈》(点击红字学习)
《中小学科创实验展播(2):逃跑的纸团、切不断的纸、烧不破的塑料袋等15篇作品,神奇不断(点击红字学习)
《中小学科创实验展播(3):隔空控牙签、迟钝硬币、消失的叶子等15篇作品,你喜欢哪一个?》(点击红字学习)
《中小学科创实验展播(4):蜡烛跷跷板、神奇泡泡龙、水油分离等15篇作品,你来试试看》(点击红字学习)
《中小学科创实验展播(5):自转纸蛇、百变紫甘蓝、牙签快艇等15篇作品,请为孩子们点赞(点击红字学习)
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中小学科创实验免费学习资源
自发出《关于向全国孩子们免费赠送STEAM科创课程的倡议》之后,我们收到来自全国各地一线老师、科创教育专家和相关优秀企业的课程资源支持,整理出:
第一期:数百个科学实验课、创客小制作、趣味编程在家学》(点击红字学习)
第二期:1500多科学实验、创客制作、3D/VR课程在家学》(点击红字学习)
三期合集:数千部科学实验、创客制作、图形编程课程在家学》(点击红字学习)