XXVII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Электронный тренажер для зрения, как инновационный подход к сохранению здоровья глаз у детей младшего школьного возраста

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Коршунова С.А. 1

---

1МАОУ СОШ№65 города Тюмени, 3 "О" класс

Щелчкова Л.А. 1

---

1МАОУ СОШ№65 города Тюмени

Работа в формате PDF

1.2 MB

Автор работы награжден дипломом победителя I степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Актуальность. В современном мире с ухудшением зрения у детей, в том числе у детей с врожденной катарактой¹, связано множество проблем, влияющих на их обучение и социальную адаптацию². Серьезные нарушения в зрении затрудняют процесс познания окружающего мира. Создание электронного тренажера для зрения – это актуальная задача, так как он может помочь детям с нарушениями зрения развивать зрительные навыки и улучшать общее состояние зрения, а также тренировать органы зрения в профилактических целях у категории детей, не имеющих проблем со зрением [2].

Почему здесь приведена именно врождённая катаракта, в качестве примера нарушений зрения? Потому что данная тема актуальна лично для меня - один из членов семьи имеет данный диагноз.

Новизна. Разработанный электронный тренажер будет являться уникальным решением, которое сочетает в себе элементы игровой терапии и коррекции зрения. В нем будут применены современные методы визуальной стимуляции, что позволит работать с индивидуальными характеристиками каждого ребенка, включая тех, кто имеет врожденную катаракту. Данное изобретение будет представлено в виде мобильного (переносного) тренажера, управлять которым можно будет с телефона, что позволит максимально адаптировать процесс коррекции к зрительным особенностям каждого ребенка.

Объект исследования – электронный тренажер для зрения.

Предмет исследования – зрение у младших школьников с нарушениями, включая врожденную катаракту, и без нарушений.

Целью данного проекта является разработка и тестирование электронного тренажера для зрения, предназначенного для детей с врожденной катарактой и другими нарушениями зрения, а также для профилактики и улучшения зрительных навыков у младших школьников.

Гипотеза: возможно, что использование данного тренажера поможет улучшить зрительные функции у детей младшего школьного возраста, включая восприятие контрастов и зрительную память.

Задачи:

1. Изучить проблему нарушения зрительной функции, в том числе у детей с врожденной катарактой и ее влияние на зрительное восприятие.

2. Разработать электронный тренажер для зрения.

3. Провести тестирование разработанного тренажера на группе детей школьного возраста с нарушениями и без нарушений зрения.

4. Оценить эффективность электронного тренажера в процессе коррекции зрения.

5. Подготовить рекомендации по его дальнейшему использованию в образовательных и медицинских учреждениях.

Методы исследования:

1. Анализ научной литературы по проблемам нарушения зрительной функции, в частности врожденной катаракты.

2. Разработка и создание электронного тренажера.

3. Проведение экспериментов с использованием разработанного тренажера.

4. Опросы и анкетирование у детей и их родителей.

5. Интервью с врачами и педагогами нашего города для получения обратной связи.

6. Анализ полученных данных для оценки эффективности использования тренажера.

I. Теоретическая часть.

1.1. Проблема нарушения зрительной функции, в том числе у детей с врожденной катарактой и ее влияние на зрительное восприятие.

Зрение относится к органам чувств. Это сложная система, которая воспринимает внешние раздражители, трансформирует их в нервный импульс, после чего передает в головной мозг. Органы чувств необходимы человеку для познавания мира, взаимосвязи с внешней средой, приспособления к внешним изменениям.

Любое нарушение зрения может указывать не только на проблемы с глазами, но и являться симптомом другого серьезного заболевания. Например – врожденная катаракта[3].

Врождённая катаракта – это частичное или полное помутнение хрусталика, которое проявляется при рождении или в течение первого года жизни [1]. Она является одной из основных причин слепоты, устранимых с помощью хирургического удаления. Эта проблема является актуальной, так как в настоящее время от качества первичного хирургического вмешательства зависит всё последующее состояние афакичного³ - артифакичного⁴ глаза в течение всей жизни ребенка, оказывающее влияние на качество и уровень жизни, социальную адаптацию в семье и обществе. При этом у 30–80% пациентов, по данным П. Л. Володина⁵, помутнения хрусталика сочетаются с самой разнообразной врожденной патологией глаза – косоглазием, нистагмом, микрофтальмом⁶, микрокорнеа⁷, аниридией⁸ и другими аномалиями развития, что свидетельствует о частом поражении всего зрительного комплекса в период эмбриогенеза⁹ [4].

Зрительное восприятие является важнейшей функцией, позволяющей ребенку успешно

развиваться и обучаться. Врожденная катаракта может привести к следующим последствиям:

Снижение остроты зрения: помутнение хрусталика влияет на светопреломление и, соответственно, на качество изображения, которое воспринимается сетчаткой¹⁰. Это может привести к серьезным нарушениям зрения, начиная от косоглазия и заканчивая амблиопией.

Задержка в развитии: визуальная информация крайне важна для когнитивного (основа для будущего обучения, умения мыслить) и моторного (процесс формирования двигательных навыков - моторики) развития ребенка. Неполноценное зрение может ограничить возможности для обучения, социальной адаптации и участия в играх, что также может вызвать эмоциональные и психологические проблемы.

Нарушение восприятия расстояний и движений: у детей с катарактой могут возникать трудности в оценке расстояний, что может создавать риск травм и нарушать их возможность безопасно взаимодействовать с окружающим миром.

Социальная изоляция: дети с нарушениями зрения могут сталкиваться с трудностями в общении и взаимодействии со сверстниками, что может привести к недостатку социальной поддержки и изоляции [5].

Таким образом, врожденная катаракта представляет собой серьезную медицинскую проблему, требующую внимания и раннего вмешательства. Применение современных методов диагностики и лечения, а также разработка вспомогательных технологий, таких как электронные тренажеры для зрения, могут помочь частично компенсировать зрительные нарушения и улучшить качество жизни детей с патологиями зрения, а также тренировать зрение в профилактических целях у детей, не имеющих проблем со зрением. Важно продолжать исследовать и развивать такие инновационные решения, которые предоставят детям с проблемами зрения возможность полного и счастливого роста и развития.

II. Практическая часть.

2.1. Разработка электронного тренажера для улучшения зрения.

Цель: разработать электронный тренажер для улучшения зрения:

1. Моделирование и выбор материалов для тренажера.

«Нарушения зрения у детей являются актуальной проблемой из-за влияния современных условий, таких как длительное использование гаджетов и интенсивное обучение. Эти факторы в сочетании с наследственностью, недостатком физической активности и нерациональным питанием способствуют росту числа детей, страдающих заболеваниями органов зрения таких, как близорукость¹¹, дальнозоркость¹², астигматизм¹³, амблиопия ("ленивый глаз")¹⁴ и другие» - поделилась с нами заведующая отделением приёма детского населения, врач-офтальмолог высшей категории ГАУЗ ТО Областного офтальмологического диспансера Ирина Леонидовна Д.

Поэтому, я с родителями решила изобрести тренажер для гимнастики глаз в электронном виде. Взяв за основу фигуры из зрительной гимнастики на бумажном носителе, мы смоделировали наш тренажер. (Приложение 1) Он представляет собой квадрат, в который вписаны 2 фигуры, выполненные из адресной светодиодной ленты. (Приложение 2)

Для реализации этой модели были приобретены следующие материалы:

• адресная светодиодная лента 5 метров – 1 шт.

• светодиодная потолочная панель 60см на 60см - 1 шт.

• Bluetooth смарт-контроллер адресной светодиодной ленты – 2шт.

• блок питания 5V 40A 220W – 1 шт.

• провод 3х0,2мм для светодиодных лент – 30 см.

• плита потолочная из пенополистирола – 1шт.

• паяльный набор 80 Вт – 1 шт.

2. Сборка тренажера.

Следующим этапом мы стали пошагово собирать наш тренажер. Первым шагом стало освобождение светодиодной потолочной панели от своих «родных» светодиодов, так как они нам в ходе работы не пригодились. Далее мы с папой выровняли рабочую поверхность нашего тренажера с помощью потолочной плиты из пенополистирола и подготовили область для фиксации адресной светодиодной ленты. (Приложение 3) Светодиодную ленту, заранее разрезав на отрезки, мы закрепили на нашу панель с помощью термоклея.

Теперь, когда наши фигуры были закреплены, мы приступили ко второму шагу – пайке отрезков светодиодной ленты в единую цепь. Взяв провод 3х0,2мм для светодиодных лент, мы спаяли наши полоски в двух местах с каждой стороны, где это было необходимо. Самое важное на данном этапе было не перепутать соединяемые контакты светодиодной адресной ленты, иначе наша лента бы вышла из строя.

Заключительным шагом стало соединение наших светодиодных фигур с управляющими контроллерами¹⁵ (для каждой фигуры свой контроллер) и блоком питания с источником питания (приложение 4).

3. Настройка тренажера.

После того, как был завершен этап изготовления и подключения к сети питания нашего тренажера, мы приступили к его настройке. Для этого, было установлено через Bluetooth¹⁶ на телефон специальное приложение по управлению данной адресной светодиодной лентой через контроллеры. Войдя в приложение, запустили работу тренажера (приложение 5).

Вывод: в результате у нас получился исправно работающий тренажер для глаз, который, благодаря приложению, имеет множество режимов управления представленными фигурами. Разнообразие режимов использования позволяет учитывать индивидуальные особенности каждого ребенка.

Далее, прежде чем начать тестирование на Даше 6 лет и детях младшего школьного возраста, мы решили услышать экспертное мнение по нашему изобретению у специалистов в области офтальмологии и в области электрики.

2.2. Независимая оценка и рекомендации тренажера

1. Цель: узнать экспертное мнение от учителя физики, электротехника Ильи Игоревича Д.

Илья Игоревич отметил:

• Инновационность: использование светодиодной ленты для гимнастики глаз – это интересный и современный подход, который может привлечь внимание детей.

• Регулировку яркости и цвета: светодиодная лента позволяет изменять яркость и цвет, что может сделать занятия более разнообразными и увлекательными.

• Визуальная привязка: яркие и цветные огни могут помочь ученикам лучше следить за движениями глаз и выполнять упражнения с большей концентрацией.

Также, оценил нашу разработку с точки зрения безопасности и внешнего вида:

• Все компоненты правильно заизолированы и не представляют опасности для детей.

• Использование блока питания с защитой от короткого замыкания и перегрева.

• Безопасность: все элементы электроцепи находятся под защитным коробом.

• Простота в использовании: управление устройством интуитивно понятно для детей младшего школьного возраста.

• Эстетика: тренажер имеет простой и привлекательный вид.

Рекомендации: предложил заменить обычную электровилку на электровилку с заземлением, потому что это:

• Дополнительная защита от поражения электрическим током.

• Снижение риска короткого замыкания и возгорания.
  Данное предложение мы сразу учли и заменили электровилку.

Подсказал нам варианты усовершенствования нашего тренажера на будущее.

Вывод: электронное изобретение для гимнастики глаз – это замечательная идея, которая объединяет технологии и заботу о здоровье. Главное – обеспечить удобство и безопасность, а также разнообразить упражнения для поддержания интереса у детей. С правильным подходом это устройство может стать отличным помощником в развитии зрительных навыков у учеников, подытожил учитель физики- электротехник.

2. Цель: узнать профессиональное мнение у врача-офтальмолога Виктории Николаевны А.

На этом этапе мы обратились к заведующей офтальмологическим отделением детского стационара ГБУЗ ОКБ №2 города Тюмени, главного внештатного специалиста детского офтальмолога Департамента здравоохранения Тюменской области Виктории Николаевне для оценки нашего электронного тренажера для зрения. Это позволило нам получить профессиональное мнение о его эффективности и безопасности.

Мы дистанционно продемонстрировали работу тренажера в реальном времени. Подробно рассказали о принципах работы тренажера – чем он может быть полезен и какие с его помощью можно выполнять зрительные упражнения.

После презентации получили следующие рекомендации от врача-офтальмолога:

• Положительные аспекты: Виктория Николаевна отметила удобство в использовании устройства и его современное исполнение. Также была отмечена эффективность упражнений для детей младшего школьного возраста, также мы получили комментарии по поводу занятий на этом тренажере для Даши, учитывая ее диагноз. Здесь ситуация оказалась серьезной. Таким тренажером проблему косоглазия, в следствии артифакии, конечно, не решить, но доктор отметила, что данные упражнения на нашем тренажере будут полезны для Даши в решении проблемы с амблиопией: нужно тренировать левый глаз, закрывая здоровый правый.

• Рекомендации: Виктория Николаевна А. рекомендовала учитывать возрастные особенности пользователей при создании программ упражнений, так как данный тренажер можно использовать не только детям, но и взрослым.

1. 3. Тестирование тренажера для глаз

1. Этап тестирования тренажера для глаз на Даше, 6 лет на основании вышесказанных рекомендаций от врача-офтальмолога.

Цель тестирования: оценить эффективность и безопасность использования электронного тренажера для зрения, направленного на коррекцию зрения с амблиопией у ребенка 6 лет.

Подготовка к тестированию: мы выбрали участника исследования – Даша, 6 лет, с установленным диагнозом амблиопия, развитым в последствии артифакии.

Подготовка тренажера: убедились, что электронный тренажер исправен и настроен на нужный уровень сложности (начальный уровень).

Создание комфортной обстановки: провели тестирование в спокойной и светлой комнате, минимизировав отвлекающие факторы.

Позиционирование ребенка: ребенок сидит на стуле, расстояние до экрана тренажера составляет 50 см – это безопасное расстояние, обеспечивающее комфортное восприятие изображения. (Приложение 6)

Проведение гимнастики: закрыв здоровый правый глаз заслонкой в течение 5 минут Даша следила за движущимися огоньками на экране (точка красного цвета, которая перемещается по периметру первой фигуры – квадрата). Затем Даша выполняла то же самое с фигурой зигзаг (змейка). Упражнения постепенно усложняли: меняли цвет точки и скорость бегущего огонька, заканчивали упражнение, включая режим, где Даша смотрела за хаотично бегающей точкой по периметру фигуры квадрат. Между упражнениями Даша делала небольшие паузы (1-2 минуты), быстро моргая, но не жмурясь. После упражнений Даша закрывала глаза сначала оба одновременно, а затем по очереди, чтобы избежать утомления и дать отдых обоим глазам.

Продолжительность сессии: каждая сессия гимнастики длилась около 15 минут, проводилась 2-3 раза ежедневно на протяжении месяца.

Результаты проведенного тестирования: по окончанию месяца, проведённого в формате занятий, мы заметили следующие изменения:

• Улучшение визуального восприятия – Даша стала быстрее реагировать на изображения, отмечала значительное увеличение точности определения и направления движения точки.

• Улучшение координации – Даша стала гораздо реже набегать на дверной проем и предметы мебели, находясь в окклюзии (заслонка на правый глаз).

• Даша положительно отзывалась о тренажере, была активна во время занятий и проявляла интерес к выполнению заданий.

Вывод: электронный тренажер для зрения был успешно применен для гимнастики зрения у ребенка с амблиопией. Результаты показывают положительное влияние занятий на зрение, что в свою очередь благоприятно сказалось на качестве жизни. Данный факт подтверждает гипотезу о его эффективности. Рекомендуется продолжить тестирование с увеличением времени занятий и сложностью упражнений для достижения оптимальных результатов. Также стоит рассмотреть возможность привлечения офтальмолога для дальнейшего наблюдения за остротой зрения Даши.

2. Этап тестирования тренажера для глаз на учениках младших классов.

Целью данного этапа является оценка эффективности электронного тренажера для зрения, используемого в 3 «О» классе, а также его влияние на зрительные навыки и общее восприятие учебного процесса.

Методика тестирования: тестирование проводилось в три этапа с участием учеников 3 «О» класса. Экспериментальная группа состояла из 26 человек, использовавших тренажер с согласия родителей. Дети, находясь в классе с достаточным освещением, сидели на стульях. Расстояние до тренажера составляло около 2 метров. (Приложение 7).

Анкетирование первичное: перед началом тестирования все участники прошли первоначальное анкетирование для определения их уровня зрительных навыков и наличия проблем со зрением. Анкета содержала вопросы:

1. Возраст и пол участника;

2. Носишь ли ты очки;

3. Уровень зрительного комфорта в конце дня (по шкале от 1 до 10);

4. Наличие жалоб на зрение (усталость глаз, размытость изображения и т.д.);

5. Время, проводимое перед экраном (в часах в день).

Проведение гимнастики: тренажер использовался в течение учебной недели с регулярными занятиями по 15 минут ежедневно. В течение 5 минут дети двумя глазами наблюдали за движущимися огоньками на экране (точка красного цвета, которая перемещается по периметру первой фигуры - квадрата). Далее выполняли то же самое с фигурой зигзаг (змейка). Упражнения постепенно усложняли: меняли цвет точки и скорость бегущего огонька, заканчивали упражнение, включая режим, где они смотрели за хаотично бегающей точкой по периметру фигуры квадрат. Между упражнениями делали небольшие паузы (1-2 минуты), быстро моргая, но не жмурясь. В конце закрывали глаза сначала оба одновременно, а затем по очереди, чтобы избежать утомления и дать отдых обоим глазам.

Анкетирование повторное: после завершения тестирования все участники прошли повторное анкетирование, которое включало те же вопросы для сравнения результатов. Кроме того, были добавлены вопросы о впечатлениях от использования тренажера, его удобстве и привлекательности.

По итогам анкетирования было выявлено следующее:

1. Уровень зрительного комфорта увеличился в среднем с 5 до 8 баллов.

2. 81% участников отметили уменьшение усталости глаз и улучшение четкости изображения во время уроков.

3. 73% учеников выразили желание продолжать занятия с тренажером.

4. Большинство участников (92%) отметили, что тренажер был интересен и увлекателен. (Приложение 8).

Результаты тестирования показывают, что использование электронного тренажера для зрения положительно влияет на зрительные навыки учеников 3 «О» класса. Увеличение уровня зрительного комфорта, снижение жалоб на усталость глаз и высокий интерес к занятиям свидетельствуют о его эффективности. Рекомендуется продолжить работу с тренажером и предложить его использование как дополнительное средство для улучшения зрительных навыков у младших школьников.

Заключение

В ходе выполнения данного проекта была проделана работа по изучению темы о нарушениях зрения у детей и созданию практического инструмента для их решения. Цель проекта – разработка и тестирование электронного тренажера для зрения – была успешно достигнута.

Гипотеза была подтверждена – использование тренажера для улучшения зрительных функций у детей младшего школьного возраста получило положительный результат.

Важным результатом проекта стала положительная оценка наших разработок экспертами. Учитель физики подтвердил безопасность и инновационность тренажера, а врач-офтальмолог не только одобрила наш подход, но и дала ценные рекомендации по его использованию, в том числе и для детей со сложными нарушениями зрения, такими как врожденная катаракта.

Практическая значимость проекта:

1. Профилактика и коррекция нарушений зрения: в условиях растущего числа детей с нарушениями зрения, данный проект может помочь в разработке доступного и эффективного способа тренировки глаз, что позволит избежать или уменьшить проявления различных заболеваний.

2. Инновационный¹⁷ подход: проект сочетает в себе элементы технологий и педагогики, что делает его интересным не только для детей, но и для родителей и специалистов в области здравоохранения и образования.

3. Выделение оптимального (достаточного) времени на упражнения для глаз: в современном обществе дети все чаще проводят много времени за экранами, что негативно сказывается на их зрении. Электронный тренажер может стать полезным инструментом для включения в повседневное расписание коротких, но эффективных сессий для тренировки зрения.

4. Индивидуализация подхода: тренажер может иметь разные уровни сложности и адаптироваться к возрасту и умениям ребенка, что повысит его эффективность и сделает процесс обучения более увлекательным.

5. Научные исследования и информация: результаты использования электронного тренажера могут быть применены для дальнейших исследований в области офтальмологии и педагогики.

Перспективы проекта: в будущем мы планируем усовершенствовать тренажер, следуя полученным рекомендациям, разработать больше фигур и разнообразных программ упражнений, и продолжить его тестирование с привлечением большего количества детей и под наблюдением врача-офтальмолога.

Список литературы

1. Болезни глаз у детей / А. М. Шамшинова, Т. И. Катаргина. — Москва: ГЭОТАР-Медиа, 2020. — 464 с.

3. Глазные болезни : учебник / под редакцией В. Г. Копаевой. — 4-е изд., испр. и доп. — Москва : Офтальмология, 2018. — 495 с. — ISBN 978-5-903624-36-2.

Интернет-ресурсы

2. Глаз человека: строение, как работает глаз, почему глаза могут болеть.

4. 131-133.pdf

5. Катаракта у детей: причины, симптомы и лечение.

Приложение 1

Рис. 1 - зрительная гимнастика

Приложение 2

Рис. 2 – модель тренажера

Приложение 3

Рис.3 – подготовка рабочей поверхности

Приложение 4

Рис.4,5 – пайка и сборка ленты

Приложение 5

Рис. 6 – поэтапное подключение и настройка тренажер

Приложение 6

Рис. 7.8 - тестирование тренажера для глаз

Приложение 7

Рис. 9 - тестирование тренажера для глаз на младших школьниках

Приложение 8

Диаграммы 1,2,3 – результаты анкетирования