2015年3月12日，“小眼鏡”越來越多讓人感到憂心。怎么才能解決問題?科學(xué)用眼、加強(qiáng)體育鍛煉……專家們給出過各種天氣均勻各樣的答案。東四九條小學(xué)六年級(jí)的柳天駿試圖通過思考，來解決“孩子們自己的問題”。經(jīng)過調(diào)查，他發(fā)現(xiàn)他們每天置身其中的教室其實(shí)存在光線分布不均的問題，這會(huì)影響同學(xué)們的視力。為此，他設(shè)計(jì)了“太陽光導(dǎo)入”系統(tǒng)，希望以更環(huán)保、更健康的方式，給同學(xué)們的學(xué)習(xí)生活營(yíng)造舒適的光線環(huán)境。
緣起：班里“小眼鏡”數(shù)量增加
五年級(jí)的下學(xué)期，柳天駿發(fā)現(xiàn)班里又有三名同學(xué)帶上了“小眼鏡”，他計(jì)算了一下，班里戴眼鏡的同學(xué)占全班同學(xué)人數(shù)的38%。一天的課上下來，柳天駿也時(shí)常感覺眼睛很不舒服，“我們每天大部分時(shí)間都是在教室內(nèi)度過，那么教室的亮度是否會(huì)對(duì)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(jí)2班的教室在三層教學(xué)樓的頂層陽面，而整棟教學(xué)樓坐落在胡同里，陽面教室都被大樹擋著。由于亮度不夠，每天從早到晚，無論陰晴，教室里的燈都是開著的。而位于陰面的六年級(jí)1班教室雖無遮擋，燈也是亮著的。“他們班這學(xué)期也多了幾名戴眼鏡的同學(xué)。不管陰面教室還是陽面教室，‘小眼鏡’都在增加!”
后來發(fā)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后靠窗的位置，正好沒有被大樹的枝葉擋住。一天上午，刺眼的陽光射進(jìn)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。于是他請(qǐng)求坐在門口的同學(xué)把照明用的燈關(guān)上，但門口的同學(xué)卻說，他們那里很黑不能關(guān)燈，由此幾個(gè)小伙伴起了爭(zhēng)議。開關(guān)之間才發(fā)現(xiàn)，門口的位置關(guān)了燈真的很黑。“不論開燈還是關(guān)燈，班里總有一部分同學(xué)對(duì)光線感到不滿意。所以，我決定調(diào)查清楚我們班的照度情況，解決這個(gè)小難題。”
準(zhǔn)備：測(cè)量發(fā)現(xiàn)光線強(qiáng)弱相差50倍
為了驗(yàn)證自己的體驗(yàn)是否跟大家一致，柳天駿調(diào)研、制作了大半年針對(duì)室內(nèi)光線和眼部感受等問題面向六年級(jí)的所有同學(xué)設(shè)計(jì)、發(fā)放了126份調(diào)查問卷，問卷需要學(xué)生、家長(zhǎng)和老師共同回答，可以全面反映大家對(duì)教室內(nèi)光線的感受。調(diào)查顯示，六年級(jí)的同學(xué)中有43%戴眼鏡，53%的同學(xué)時(shí)常感到眼睛疲勞或不適，73%的同學(xué)認(rèn)為教室內(nèi)的光線不均勻，84%的同學(xué)每天在教室停留8小時(shí)或以上。“問卷調(diào)查的結(jié)論說明，大家普遍認(rèn)為教室內(nèi)的光線不太理想，需要找到合適的方案進(jìn)行調(diào)整、改造。”
為了進(jìn)一步驗(yàn)證這個(gè)結(jié)論，柳天駿買來了兩個(gè)測(cè)光儀，在分處陰、陽兩面的六年級(jí)1班、2班各選了5個(gè)測(cè)試點(diǎn)，每到下課同學(xué)們都在玩耍的時(shí)候，他都在忙著測(cè)光線的情況。“為了測(cè)算出不同時(shí)間段的照度，每天要分上午、中午、下午3次進(jìn)行測(cè)光。同時(shí)，我還專門拿出幾天，來測(cè)試不同特殊天氣的光線情況，如陰天、下雨天。”
經(jīng)過反復(fù)測(cè)算，柳天駿最終得出了結(jié)論：陽面教室外大樹的枝葉嚴(yán)重影響室內(nèi)的照度;兩個(gè)教室在開燈的情況下，照度值超標(biāo)嚴(yán)重;陽面教室不同位置的照度不均衡現(xiàn)象更為突出;陽面教室左后靠窗戶的位置照度超標(biāo)嚴(yán)重;陽面教室窗簾遮擋陽光效果不足;開關(guān)燈電路存在問題。“按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)光線強(qiáng)度在300lx時(shí)，眼部感受最舒適。但在靠窗左后方的位置，光線最強(qiáng)可達(dá)2000lx;而在陽面大樹后遮擋處的位置則低至40lx，兩者相差50倍?？梢?，教室里光線分布不均勻的情況非常嚴(yán)重，需要想辦法解決了。”[NT:PAGE]
方案：光纖與導(dǎo)光板配合使用
得出了結(jié)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(diào)整、改變教室內(nèi)照明燈的排布來解決問題，“教室內(nèi)，開關(guān)燈的電路存在問題。教室的照明燈分別位于教室的前排、中排、后排，也就是說，通過開關(guān)只能‘打包’同時(shí)控制前排三個(gè)、中間三個(gè)和后面三個(gè)燈。不可能根據(jù)亮度的分布，開啟‘豎排’模式，變成控制靠窗位置的左排、中間以及靠墻位置的右排的形式。這樣就使照度很高的靠窗一側(cè)的位置，無法單獨(dú)關(guān)掉自己一側(cè)的燈，不能起到調(diào)節(jié)亮度的作用。”因此，柳天駿建議將教室的電路開關(guān)方式改成左、中、右的“隊(duì)形”。
除了改變電路的分布，能否設(shè)計(jì)出更加環(huán)保、健康的照明系統(tǒng)呢?善于思考的柳天駿想到了將引入照明系統(tǒng)的新穎理念。通過查找、整理資料，柳天駿發(fā)現(xiàn)了“神奇”的光傳導(dǎo)工具——光纖。“查資料時(shí)我發(fā)現(xiàn)，上海世博會(huì)英國(guó)館使用光纖傳導(dǎo)太陽光，這是我第一次知道‘光纖’這玩意兒。后來我了解到，北京CBD小學(xué)的演播室就使用光纖傳導(dǎo)太陽光進(jìn)行照明，雖然只有幾個(gè)點(diǎn)性光源，室內(nèi)的光線分布也不算特別均勻，但這個(gè)理念確實(shí)啟發(fā)了我。”
僅有幾點(diǎn)光纖照明，根本無法解決室內(nèi)光線分布不均的問題，而把整個(gè)天花板都鋪滿光纖光源顯然造價(jià)太高昂，不可能實(shí)現(xiàn)。通過幾番咨詢，柳天駿找到了一種可以均勻光線的材料——導(dǎo)光板。“導(dǎo)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(dǎo)光點(diǎn)，可使導(dǎo)光板均勻發(fā)光。”柳天駿認(rèn)為可以通過光纖和導(dǎo)光板的配合使用，將導(dǎo)入教室進(jìn)行照明并達(dá)到均勻光線的效果
效果：各種天氣均勻照明
那么，這個(gè)讓柳天駿調(diào)研、制作了大半年的“太陽光導(dǎo)入照明”小模型是什么模樣呢?“首先你需要一個(gè)太陽光采集器。太陽光通過濾鏡傳導(dǎo)到太陽光采集器里，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(dǎo)入日光采集器。”
第二步是用于傳導(dǎo)太陽光的光纖。“光纖在導(dǎo)光的過程中，光與電分離，無電磁干擾，系統(tǒng)發(fā)熱低于一般的照明系統(tǒng)，最適合在教室里使用，這樣就不必?fù)?dān)心學(xué)生會(huì)遇到不慎觸電或被灼傷的危險(xiǎn)。通過濾鏡過濾后的可見光，含部分紫外線和紅外線，可提供更加健康和舒適的照明。”
最后就是用來均勻光線的導(dǎo)光板。“在教室內(nèi)，將光纖與導(dǎo)光板連接，通過各種疏密、大小不一的導(dǎo)光點(diǎn)，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(gè)系統(tǒng)還設(shè)計(jì)了風(fēng)力和太陽能發(fā)電系統(tǒng)，與之相連的是LED照明系統(tǒng)，“在采光不足的情況下，LED照明系統(tǒng)自動(dòng)開啟，它可利用蓄電池中儲(chǔ)存的電能發(fā)光，LED光源是最接近太陽光的可見光，從而達(dá)到同等的效果。”
有了以上幾款“裝備”，你就可以在教室內(nèi)享受均勻、柔和的太陽光啦。這款新穎又實(shí)用的小設(shè)計(jì)讓柳天駿一舉獲得了“北京少年科學(xué)院‘小院士’”全國(guó)一等獎(jiǎng)，金鵬科技論壇北京市三等獎(jiǎng)、東城區(qū)一等獎(jiǎng)的榮譽(yù)。
實(shí)驗(yàn)的過程是枯燥和辛苦的，“發(fā)微信求助，只有點(diǎn)贊的，卻沒有可以幫助我;記錄每一個(gè)數(shù)據(jù)，拿相機(jī)的手累到發(fā)抖;統(tǒng)計(jì)調(diào)查問卷，看到眼睛發(fā)花;到燈飾城找新型材料，找到腿發(fā)軟、頭發(fā)暈;寫論文累到手抽筋……”但“小發(fā)明家”柳天駿很慶幸自己堅(jiān)持下來了，“戰(zhàn)勝困難就是‘贏家’”。
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