Исследовательская работа "Влияние состава воздуха в классе на самочувствие учеников"

Исследовательская работа

«ВЛИЯНИЕ СОСТАВА ВОЗДУХА В КЛАССЕ

НА  САМОЧУВСТВИЕ  УЧЕНИКОВ»

Научные руководители:

Головина Инна Евгеньевна, МОУСОШ №7, учитель начальных классов,

высшая категория

Правиленко Ирина Борисовна, МОУСОШ № 7, учитель химии, высшая категория

Исполнители проекта – учащиеся 5-Б класса МОУСОШ № 7 г.Североморска:

1. Правиленко Михаил (анализ информационных источников, конструирование прибора для измерения количества углекислого газа в воздухе, замеры количества углекислого газа в воздухе, расчеты и построение диаграмм)
2. Мамонова Анастасия (анализ литературы о составе воздуха и анатомии человека, поиск интересных фактов по теме исследования, анкетирование, обработка результатов)
3. Лойк Егор (наблюдения за поведением учащихся в классе во время занятий при разных условиях, измерение температуры в классе, анализ полученных данных)

ВВЕДЕНИЕ

          Воздух окружает нас со всех сторон. Он очень легок и невидим. Воздух – это жизненно важный компонент окружающей среды. Человек дышит воздухом. Воздух – это смесь разных газов. Для дыхания всему живому нужен кислород, а выдыхают живые организмы углекислый газ. Состав воздуха в атмосфере всегда  примерно одинаков. Но, замечено, что в одних помещениях дышится легко и самочувствие хорошее, а в других – нет. Почему так происходит? Мы живем в суровых полярных условиях, влажность нашего воздуха высокая, нередко дуют пронзительные ледяные ветры, люди (особенно дети) часто болеют простудными заболеваниями. Как создать благоприятный микроклимат в помещениях классных комнат в течение всего учебного дня, особенно осенью и зимой? В поисках ответа на эти вопросы возникла гипотеза: самочувствие учеников зависит от концентрации определенных компонентов воздуха классной комнаты.

Объект исследования – микроклимат в классной комнате в течение учебного дня.

Предмет исследования – состав воздуха в классной комнате, его влияние на самочувствие и работоспособность учеников.

Цель: Выяснить, как изменяется состав воздуха в классной комнате во время занятий и  

            влияет на самочувствие учеников.

Задачи:

1. Изучить литературу о составе воздуха, процессе дыхания человека и строении его органов дыхания;

2. Объяснить, как осуществляется циркуляция воздуха при открывании форточки в классе;
3. Провести опрос среди учащихся начальной школы о необходимости проветривания;  
4. Понаблюдать, что происходит с учащимися при работе в проветриваемом и непроветриваемом помещении;
5. Установить, как изменяется состав воздуха в классе при проветривании и без него;
6. Сформулировать предложения о способах создания благоприятного климата в классе.

Методы:

1. поисково-теоретический (работа с литературой, изучение проблемы, опрос компетентных людей, опрос учащихся по поставленной проблеме);
2. опытно-экспериментальный (постановка эксперимента);
3. заключительно-обобщающий (систематизация материала, обобщение результатов, выводы и рекомендации по применению полученных знаний на практике).

Характеристика работы: работа носит прикладной характер, полученные данные можно будет применять на уроках предметов естественно-научного цикла (природоведение, биология, химия), во внеклассной работе по формированию сознательного отношения учеников к своему здоровью и в просветительской деятельности среди детей и их родителей. Исследование проводилось в кабинете № 27 МОУСОШ №7 города Североморска  активистами школьного исследовательского кружка «Я - исследователь».

1. АНАЛИЗ ЛИТЕРАТУРЫ ПО ИЗУЧАЕМОЙ ПРОБЛЕМЕ.

1.1 Как происходит дыхание. Строение дыхательной системы человека.

         Дыхательная система человека состоит из легких и дыхательных путей, которые ведут к ним. Все живые ткани нуждаются в постоянном источнике энергии, вырабатывающейся при сжигании углеводов, жиров и белков, которые сгорают, соединяясь с кислородом. Человек вдыхает воздух в легкие, и кислород из воздуха попадает в кровь, которая разносит его по телу. При сгорании кислорода (окислении) образуются три конечных продукта - энергия, вода и углекислый газ. Отходы дыхания –  углекислый газ и другие  вещества – попадают через кровь обратно в легкие и выдыхаются.

          При нормальном дыхании человек дышит через нос. Внутренняя поверхность носа покрыта слизистой оболочкой (влажной и теплой), и волосками. Это необходимо для того, чтобы воздух нагревался до нужной температуры, а часть пыли и других частиц задерживались и не проходили в легкие.

          Но это не все преграды на пути к легким. Почти вся слизистая оболочка дыхательных путей покрыта крохотными ресничками – мерцательным эпителием. Они все время движутся и выводят из дыхательных путей все инородные тела.

          Легкие напоминают большую губку. Когда они в расправленном состоянии, происходит вдох и воздух засасывается внутрь. А когда легкие сжатые, то воздух выталкивается, и происходит выдох. Работать легкие заставляет диафрагма – специальная мышца, которая отделяет органы грудной клетки от брюшной полости.  (К. Роджерс, К. Хендерсон, Детская Энциклопедия) Так происходит постоянная циркуляция воздуха по дыхательным путям человека.

1.2 Как изменяется состав воздуха в помещении при дыхании.

          Для успешной учёбы и сохранения здоровья детям  нужны свежий воздух, оптимальная температура и влажность.

          Если не проветривать помещение, то количество кислорода в воздухе уменьшается. Чем активнее человек, тем больше кислорода ему нужно. Это связано с тем, что при работе мышц количество необходимого кислорода возрастает почти в два раза! Поэтому увеличивается  и количество углекислого газа и паров воды, потому что при выдохе выделяются именно эти вещества. Человек вдыхает в сутки 1,4м3 кислорода и выдыхает в окружающую среду около 400 веществ, в том числе токсичных для него самого.

          Воздушно-тепловые условия оказывают существенное влияние на центральную нервную систему. Повышение температуры влечет за собой быстрое утомление организма во время работы, что выражается в снижении внимания, замедлении скорости реакций, нарушении точности и координации движений (Энциклопедия для детей). Ухудшается самочувствие детей – появляются головная боль, ощущение разбитости, вялости. Повышение температуры в сочетании с высокой влажностью и малыми скоростями  движения воздуха ухудшает отдачу тепла организмом. У детей учащается пульс, дыхание, то есть организм прилагает усилия не на полезную работу (усвоение учебного материала), а на борьбу с неблагоприятными условиями внешней среды.

          В Детской энциклопедии обнаружились такие  факты: в классе, если помещение не проветривать, углекислого газа к 11 часам утра становится почти в 3 раза больше, чем перед началом занятий. Температура в классе только за один урок  за счёт выделения тепла учениками повышается на 3 – 4. Количество ошибок к концу занятий в жарком помещении увеличивается в два – два с половиной раза!   

               В то же время ослабление работоспособности, быстрое утомление, возрастание речевых и орфографических ошибок возникают, если в комнате или классе холодно.

          Какой же должна быть зона теплового комфорта? Оказалось, что она колеблется от 160 до 260 в зависимости от климатического района и времени года. По гигиеническим требованиям к условиям обучения школьников в нашей местности температура воздуха в классных помещениях и учебных кабинетах должна составлять 18 – 200, относительная влажность воздуха должна соблюдаться в пределах 40-60% (Internet: п. 2.5.6 СанПиН 2.4.2 1178-02).

1.3 Влияние компонентов воздуха на человека.

           Очень важно дышать свежим  и чистым воздухом. Когда он чистый, то все дыхательные пути широко раскрыты и воздух обильно поступает в легкие. В организм поступает достаточное количество кислорода, повышается обмен веществ, у человека появляется бодрость и хорошее самочувствие.

           Совсем другое влияние оказывает избыток углекислого газа. Углекислый газ – это отходы жизнедеятельности. Он должен удаляться, что и происходит при выдохе. Углекислый газ оказывает угнетающее действие на человека. Когда его много поступает при вдохе, то человек быстро утомляется, начинает зевать, становится рассеянным. Наступает кислородная недостаточность. (Детская Энциклопедия)

            Но во время дыхания происходит не только обмен кислорода и углекислого газов. При выдохе выделяется и лишняя вода. Это можно проверить, если выдохнуть на зеркало – появляются капельки воды – или вспомнить, как на морозе идет пар изо рта или носа. Это все и есть вода, которая выделяется из организма. За сутки ребенок выдыхает около двух стаканов воды, а взрослый – целых четыре! То есть, если в классе находятся 22 ученика и 1 учитель (как в нашем классе), то все вместе мы выдохнем за 4 часа около 1.5 л воды! Влажность воздуха в классе должна значительно повыситься.

         К чистоте воздуха относится и запылённость.  Больше всего пыли проникает в помещение с обувью. Пыль может повредить эпителий дыхательных путей.     Поэтому слизистая носа будет отекать и дыхание станет затрудненным. Пыль может быть опасной и подругой причине – на ней «путешествует» множество бактерий и вирусов, которые вызывают  простудные и другие заболевания.      В открытой атмосфере болезнетворные микробы встречаются крайне редко, что связано с губительным действием на них ультрафиолетовых лучей. А в помещении количество колоний микроорганизмов в 1м3 к концу учебного дня возрастает в 6-7 раз. (Популярная медицинская энциклопедия, ДЭ, М. Лукьянов)

          Из всего можно сделать вывод, что циркуляция воздуха в помещении просто необходима. При дыхании состав воздуха изменяется не в лучшую для человека сторону: уменьшается количество кислорода, увеличивается концентрация углекислого газа, а вместе с ним растет количество вредных для здоровья отходов дыхания, увеличивается температура, повышается влажность воздуха, в легкие может попадать большое количество пыли, а вместе с ней болезнетворные микробы.

1.4  Как происходит циркуляция воздуха в помещении.

          Ученые-гигиенисты советуют делать сквозное проветривание путем открывания форточек или фрамуг и дверей в перерывах между уроками, до начала занятий и после них. (Коростелев Н.), т.к. существующей в школе вентиляции недостаточно.        

           Когда открывается форточка или фрамуга, движение чистого и «грязного» воздуха осуществляется по физическим законам: теплый «грязный» воздух расширяется, поднимается наверх и выходит из форточки, чистый прохладный воздух проникает в помещение и опускается вниз. (Большая книга экспериментов)

          Самое быстрое улучшение качества воздуха достигается при сквозном проветривании. Если проветривать помещение в течение часа только через форточку, количество углекислого газа в воздухе снижается на 7%, при проветривании через открытую дверь – на 20%, а при сквозном проветривании содержание углекислого газа снижается почти на 76% (такое проветривание эффективнее обычного в 5 – 10 раз!) (Антропова М.В.)

           Проветривая помещение, необходимо придерживаться следующих требований.

           Для того, чтобы убедиться в выводах, полученных на основании изучения литературы,

были проведены практические исследования.

2. ОСНОВНАЯ (ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ) ЧАСТЬ ИССЛЕДОВАНИЯ.

            Был составлен план практической части исследования:

1. Опросить учащихся начальной школы о том, считают ли они необходимым регулярно и в любое время года проветривать помещения;
2. Провести наблюдения за самочувствием учащихся 4-Б класса в проветриваемом и непроветриваемом помещении;
3. Провести наблюдения за изменением температуры воздуха в классе в разных условиях;
4. Провести наблюдения за изменением влажности воздуха в классной комнате в разных условиях;
5. Собрать прибор для определения количества углекислого газа;
6.  Измерить содержание углекислого газа в классной комнате в разных условиях;
7. Построить диаграмму, таблицы и график по полученным результатам исследования;
8. Сравнить полученные результаты с литературными данными;
9. Сделать выводы по результатам эксперимента и сформулировать практические рекомендации.

2.1 Опрос учащихся начальной школы.

           В опросе приняли участие учащиеся 1 – 4  классов МОУСОШ №7 в количестве 80 человек. Было предложено выбрать вариант ответа на вопрос: как часто необходимо проветривать помещения? Варианты ответов: а) Регулярно, в любое время года; б)  Только, если на улице  и в помещении не холодно; в) Как можно реже, чтобы не заболеть. Результаты опроса приведены в диаграмме №1.

           Вывод: Результаты опроса показали, что большинство опрошенных учащихся (80%) не считают необходимым регулярно и в любое время года проветривать помещение.

2.2 Наблюдения за самочувствием учащихся в проветриваемом и

непроветриваемом помещении.

          Велись наблюдения за поведением и самочувствием учеников в проветриваемом и непроветриваемом помещении в разные дни в течение 4 часов. Результаты наблюдений занесены в таблицу №1.

          Вывод: Действительно, в классе с достаточной циркуляцией воздуха самочувствие учеников было хорошее, работоспособность высокая, учащиеся активно отвечали на вопросы. Напротив, в непроветриваемом классе самочувствие учеников ухудшалось, становилось душно, работоспособность уменьшалась, ребята часто отвлекались, делали больше ошибок в устных ответах, чаще отвечали невпопад, участились случаи зевания, появились жалобы на головную боль.

2.3 Наблюдения за изменением температуры и влажности  воздуха в классе

 в разных условиях.

           В эти же дни фиксировались показания классного термометра и психрометра.  Показания снимались перед началом занятий, в середине учебного дня и в конце занятий. Результаты наблюдений отображены в диаграмме №2.

           Вывод:  Во время регулярного проветривания температура в классе не превышала нормы. В непроветриваемом помещении температура сильно изменилась, показания превысили норму. Влажность воздуха в классе без проветривания повышается, становится душно и самочувствие учеников ухудшается (учащаются пульс и дыхание).

 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

           Проведенное исследование показало, что большое количество опрошенных учащихся (80%) не считают необходимым регулярно и в любое время года проветривать помещения, что является результатом недостаточной информированности о пользе регулярного проветривания.

           По результатам наблюдений за самочувствием учеников установлено, что действительно при плохой циркуляции воздуха в классной комнате во время занятий микроклимат ухудшается (повышается температура воздуха и его влажность, становится душно), падает активность и внимание учеников. Учащиеся чувствуют себя гораздо лучше в классе с хорошей циркуляцией воздуха.

          Полученные экспериментальные данные сопоставлены с данными литературных источников. Содержание углекислого газа в атмосфере составляет 0.03 – 0.04% по объему. В промышленных центрах концентрация этого газа достигает 0.05 – 0.06%. Предельно допустимая концентрация СО2 (ПДК) в воздухе жилых помещений 0.1%. При этом сам углекислый газ не оказывает резко отрицательного воздействия на организм. Но по количеству этого газа определяют чистоту воздуха в помещениях. (Оржеховский П. и др.) Действительно, при закрытой форточке температура в классе повышается, и ее величина превышает нормальный показатель. Уровень углекислого газа в воздухе классной комнаты быстро повышался, но его показания за выбранный промежуток времени не превышал максимального значения – 0.1%, но, сравним с количеством углекислого газа в промышленных районах, и даже достигал более высоких показателей (что является негативным фактором).

          Для того, чтобы убедиться в актуальности результатов исследования, по окончании исследования проводилась просветительская работа среди учащихся начальной школы (участвовавших ранее в опросе по проблеме): на классных часах 1 – 3 классов и на уроках природоведения в 4 классах. Аудитория вновь была опрошена о пользе регулярного проветривания. Результаты опроса приведены в диаграмме № 3 и показали, что количество учащихся, убедившихся в необходимости регулярного проветривания, значительно увеличилось.

ПРОГРАММА  ДЕЙСТВИЙ.

             Проанализировав результаты работы, группа исследователей предположила, что не только учащиеся младшей школы недостаточно информированы о пользе регулярного проветривания и соблюдении гигиенических норм, но и более старшие ученики. Поэтому на классных часах были проанкетированы учащиеся 7 – 9 классов и предположения подтвердились. Оказалось, многие были удивлены, что дыхание – это не только выделение углекислого газа и воды, а еще и выделение около 400 видов вредных веществ! Учащиеся среднего звена недостаточно серьезно относились к необходимости надевать в школе сменную обувь. После просветительской работы отношение к данной теме изменилось в лучшую сторону (диаграммы 4, 5). Это доказывает, что информации с уроков часто недостаточно, чтобы дети в полной мере осознавали важность многих фактов, изучаемых в курсе школьных предметов. Юные исследователи сочли необходимым написать сценарий для классных часов на тему гигиенического режима в классах в помощь классным руководителям.

ВЫВОДЫ И  РЕКОМЕНДАЦИИ.

1. Проведенные исследования показали, что достаточно большое количество опрошенных учащихся (80%) не считают необходимым регулярно и в любое время года проветривать помещения, что является, скорее всего, результатом недостаточной информированности о пользе регулярного проветривания. После проведения просветительских мероприятий количество учащихся, понимающих важность регулярного проветривания, значительно возросло (95%).
2. При плохой циркуляции воздуха уровень углекислого газа в воздухе классной комнаты быстро повышается, его показания за выбранный промежуток времени соизмеримы с концентрацией СО2 в промышленных районах и даже достигает более высоких показателей (что является негативным фактором).
3. Действительно, при плохой циркуляции воздуха в классной комнате во время занятий микроклимат ухудшается (повышается температура воздуха и его влажность, становится душно), падает активность и внимание учеников, появляются жалобы на плохое самочувствие, частые головные боли, раздражение слизистых оболочек верхних дыхательных путей, приводящих к заболеваниям органов дыхания. Возникает синдром «больного школьного здания».

 Учащиеся чувствуют себя гораздо лучше в классе с хорошей циркуляцией воздуха. Фрамуги и форточки должны функционировать в любое время года.

4. Для того, чтобы учащиеся чувствовали себя комфортно в классе во время занятий и на переменах, необходимо создавать условия для хорошей циркуляции воздуха: проветривать помещение перед началом занятий, во время них или на переменах.
5. Регулярно проводить влажную уборку помещения с одновременным проветриванием в конце учебного дня;
6. В классе находиться в сменной обуви;
7. Полученные знания можно использовать для просвещения учащихся начальной и средней школы и их родителей (на классных часах, тематических занятиях, лекториях, родительских собраниях).