— 教室光环境改善与中小学生视力变化的关系 —

教室光环境改善与中小学生视力变化的关系

发布日期:2019-07-17

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       学校是学生学习生活的重要场所,学生在校期间大部分时间在教室度过,学生在教室时视觉活动常处于高负荷状态,而教室的照明环境与视觉活动的清晰程度存在直接关联。国家标准规定教室课桌面上的维持平均照度值不应低于300 lx,其照度均匀度不应低于0.7。教室黑板应设局部照明灯,其维持平均照度不应低于500 lx,照度均匀度不应低于0.8[1]。目前,我国教室的照度很少能达到标准,照明条件远不能满足视觉活动的需求[2,3,4,5]。导致儿童青少年近视的因素众多[6],最近流行病学研究发现,户外活动较多是近视发生发展的保护因素[7],而动物模型证明,提高灯光照度能够减缓近视的发生发展,可见环境光照度与学生近视存在一定的关联[8]。我国学生正处在高环境压力的社会背景下[9],已经有研究者开始关注改善教室照明环境对学生视力的影响[10],但需要多地区的研究加以阐明。本研究通过改善教室照度和照度均匀度,探索教室光环境改善与学生视力变化的关系。

 

对象与方法  

       1.对象:  2012年11月根据单纯随机抽样的原则选取沈阳市苏家屯区城、乡小学(1~5年级)、初中(7~8年级)各1所为实验组学校(共4所学校),整群抽取在校学生为实验组,共2 303名。1年后失访126名,排除视力检查为"其他眼病"者85例,最终实验组纳入对象2 092名(小学1 473名,初中619名)。选择地理位置临近、课业负担相当的城乡小学(1~5年级)、初中(7~8年级)各1所作为对照组学校(共4所学校),整群抽取在校学生为对照组,共1 785名。1年后失访98名,排除视力检查为"其他眼病"者92例,最终对照组纳入对象1 595名(小学1 158名,初中437名)。本研究通过了安徽医科大学伦理审查委员会的审查,所有调查对象均签署了知情同意书。

 

       2.实验方法:  2012年11月对实验组学校进行灯光改造,方法如下:(1)安装教室主照明灯:给教室重新安装某品牌双管照明灯具,所有灯具都带有灯罩防止直射眩光。每间教室安装8盏灯具和16根灯管,按照4×2的格局等间距垂直于黑板方向安装。灯管为直径小于26 mm的三基色稀土荧光灯,灯具距桌面的高度为1.7~1.9 m。为了减少夏天因风扇导致灯的晃动,采用吊管进行悬挂安装,灯管与窗户平行安装并每列设置独立的控制开关。(2)安装黑板专用灯:安装黑板专用灯,由于每间教室都安装投影仪,在投影另一侧安装1盏黑板灯。黑板灯为带反光罩的专用黑板灯,单管,悬挂安装,灯管距前墙1 m距地面2.6 m,黑板灯设置独立开关控制(图1)。共改造教室56间(小学40间,中学16间)。对照组学校不予改造措施。

 

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图1实验组教室黑板灯安装示意图

 

 

       3.教室照度测量:  教室灯光改造前,测量实验组学校和对照组学校的教室照度,根据教室楼层每层采用单纯随机法随机选择1间教室,共测量25间,包括实验组13间和对照组12间。在灯光改造后1个月,测量小学1、3、5年级及初中7、8年级所有改造教室照度,共测量40间。
        照度测量时间为晚上20:00–21:30,照度计选用TES1330A照度计(中国台湾泰式电子工业股份有限公司)。取教室中间8.0 m×6.0 m的范围网格布点,测量桌面照度,布点间距为1 m。黑板以水平方向0.5 m,竖直方向0.4 m的等间距布点,测量黑板照度。教室照度的主要评价指标为桌面、黑板的平均照度和照度均匀度,所有测量点照度的算术平均值为平均照度,测量点照度最小值与平均照度之比为照度均匀度。

       4.裸眼远视力测量:  在教室改造前(2012年11月)、改造后6个月(2013年5月)和改造后12个月(2013年11月)分别测量学生裸眼远视力。采用标准对数视力表灯箱(GB 11533–2011),记录采用5分计量法。视力≥5.0分为视力正常,视力≤4.9分为视力不良。对视力不良者采用串镜检查判断视力不良的性质:正片(凸透镜)校正视力下降,负片(凹透镜)上升,为疑似近视;负片视力下降而正片视力上升,为疑似远视;正、负片均无变化,为"其他眼病"。所有检查均由严格培训过的检测员进行。

       5.统计学分析:  数据录入及核查采用EpiData 3.1软件,统计分析采用SPSS 11.0软件。教室照度测量样本较少,使用独立样本Wilcoxon秩和检验分析,用P50(P25,P75)表示,检验值为Z值。实验组与对照组城乡及性别构成比较使用χ2检验。裸眼远视力属正态分布资料,分析使用右眼数据(左、右眼视力存在高度相关性,r=0.85,P<0.001)[10],用±s表示。两组间3次裸眼远视力比较采用多元方差分析,检验值为F值,以P<0.05为差异有统计学意义。

 

结果  

     1.教室照度比较:  (1)改造前实验组和对照组教室照度比较:由表1可见,教室改造前实验组和对照组桌面平均照度、照度均匀度及黑板平均照度、照度均匀度均无统计学差异(P值均>0.05)。改造前教室平均照度和照度均匀度的城乡差异、中学和小学间的差异均无统计学意义(P值均>0.05)。(2)改造前、后实验组教室照度比较:表2显示,改造后实验组教室桌面和黑板平均照度均提高,与改造前相比差异具有统计学意义(P值均<0.001);改造后桌面照度均匀度提高,与改造前差异有统计学意义(P<0.001);黑板照度均匀度与改造前相比有所下降,差异有统计学意义(P=0.019)。改造后教室平均照度和照度均匀度的城乡差异、中小学间差异均无统计学意义(P值均>0.05)。

表1教室改造前实验组和对照组教室桌面、黑板的平均照度及照度均匀度比较

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表2教室改造前、后实验组教室桌面、黑板平均照度及照度均匀度比较

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       2.研究对象的一般情况:  参与研究的中小学生共3 687名,性别及城乡差异无统计学意义(P值均>0.05),见表3

 

表3实验组和对照组研究对象的地区、性别分布情况[名(%)]

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       3.教室改造前后学生裸眼远视力变化情况:  小学、初中学生在改造前、改造后6个月和改造后12个月实验组和对照组3次裸眼远视力变化差异有统计学意义,见表4。改造后12个月裸眼视力实验组与对照组差异有统计学意义(F小学=13.61,F初中=14.25,P值均<0.001),改造前和改造后6个月差异无统计学意义(P值均>0.05)。

 

表4初中、小学教室改造前后实验组和对照组学生裸眼远视力情况(±s,分)

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       讨论  本次调查发现,所有调查教室灯具过高、数量较少,部分教室存在灯管损坏未及时整修的现象,导致桌面照度低、照度不均匀;所有黑板均未使用黑板专用灯,且黑板照明灯的安装高度与教室主照明一致,无灯罩,离黑板较远,导致黑板照度低、照度不均匀,部分教室甚至没有黑板照明灯。陈小琴和姚加飞[2]调查重庆10所学校25间教室光环境,结果显示,桌面照度仅2间达标,黑板照度仅3间达标。我国其他地区学校教室照明条件也不理想,如北京、广州和福建等地调查发现结果类似[3,4,5]。可见,目前中小学校教室的照明条件远远不能满足视觉活动的需要,改善照明环境的工作迫在眉睫。
        本研究通过增加教室主照明灯管数,安装专用黑板灯,按照《中小学校教室采光和照明卫生标准》(GB7793–2010)规定[1],主照明灯管长轴与黑板垂直、灯具距桌面高度为1.7~1.9 m,黑板灯长轴与黑板平行方向安装,提高了桌面和黑板面的平均照度。桌面平均照度P50为532.5 lx,超出标准所规定的300 lx,照度均匀度P50为0.68与标准规定的0.7一致。而黑板平均照度P50为423.5 lx,达到标准500 lx的84.6%,照度均匀度P50为0.55,与改造前相比有所下降。这是因为目前教室多媒体的大量使用,占据黑板的一半,而投影灯与黑板灯的安装的位置相矛盾,黑板灯仅安装在投影的另一侧,所以黑板平均照度及照度均匀度均未达到要求。
        为了减少因风扇导致教室灯的晃动,采用管吊式安装,所有的灯具均有反射遮光罩,避免直射眩光,研究显示不舒适眩光会刺激眼睛可能与视力下降有关[11]。本研究在教室改造前、改造后6个月和12个月分别对学生进行3次裸眼远视力测量,结果显示实验组和对照组视力存在组间差异,实验组视力下降小于对照组,说明提高光照水平对视力下降的保护效应存在一定的时间效应。实验组和对照组在改造后6个月视力较改造前均有所下降,而改造后6个月至12个月对照组视力下降速度快于实验组,最终改造后12个月实验组视力高于对照组。近几年的大量流行病学研究一致认为,户外活动时间较多是近视的保护因素,这可能与光能促进人体产生多巴胺有关[12,13,14,15]。我国中部6个省城市中小学生近视患病率与纬度分布的研究显示,随着纬度的增加近视患病呈增加趋势[16],间接提示较多的光照对近视有一定的保护效应,这与金菊香等[17]观点一致。
        此外,大量动物模型表明,动物眼的正常屈光发育在早期处于一种远视水平,在正视化进程中高照度光环境下的眼睛远视程度下降较慢[18,19],同时高照度光能降低小鼠的近视程度[20]和近视进展速度[21]。Norton和Siegwart[8]提出如下假设,照度对正视化机制的影响可能是连续的,从暗视力到低适应水平,可能导致近视屈光不正的发生,而室外高照度光水平,可能使眼睛向轻度远视发展同时减少近视源性刺激的影响。Feldkaemper等[22]认为,实验显示小鸡眼睛在低光条件下对图像退化更敏感,人眼在长时间视近作业时如果光水平很低可能更容易发展为近视。因此,从小学甚至更低年龄的孩子开始,提高环境光照度水平,可能会推迟其发生近视的年龄,从而降低最终的近视程度。
        本研究从人群角度出发探索提高环境光水平与视力变化的关系,研究结果更具现实指导意义。研究中教室灯光改造方案仍需进一步改善,尽管桌面和黑板照度大幅度提高,但教室投影仪普遍使用,只能安装一支黑板灯,最终黑板平均照度和照度均匀度均未达到国家标准要求。因此,未来需要更多的研究探索教室灯光改善方案,为学生提供更舒适的教室光环境,从而达到预防学生视力下降的目的。

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