CC BY
74
УДК 628.94: 378.1
СВЕТОДИОДНОЕ ОСВЕЩЕНИЕ КАК СПОСОБ СТИМУЛИРОВАНИЯ УЧЕБНО -ПОЗНАВАТЕЛЬНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ
*Шириев Р.Р., канд. техн. наук, доцент *Садыков М.Ф., канд. техн. наук **Черкасова О.С., старший менеджер проектов **Павлова А.В., директор по развитию медицинского освещения
*ФГБОУ ВО «КГЭУ», г. Казань **ООО «МГК «Световые Технологии», г.Москва Контакты: [email protected]
Приведены результаты исследований влияния светодиодных светильников при разных цветовых температурах светового потока на работоспособность и эмоциональное состояние человека, от которых зависит эффективность учебного процесса. В работе приведено описание действующей опытной ультрасовременной осветительной установки с динамичным управлением световым потоком и цветовой температурой излучения светодиодных источников света.
Ключевые слова: светодиодное освещение, цветовая температура, педагогика, работоспособность, эмоциональное состояние.
Мы живем в эпоху больших перемен, которые затронули все сферы деятельности человека. Система образования тоже претерпевает изменения под гнётом возникающих глобальных задач. Нынешний век недаром называют веком информации и просвещения. С каждым годом подрастающему поколению граждан становится сложнее усваивать возрастающий поток информации - поток знаний, необходимый для адаптации в современном мире. Система образования вынуждена искать новые методы и подходы к обучению. Зачастую изменения условий труда, применение каких-то дополнительных инструментов, технических новшеств, приводят к значительному росту качества образования.
144
Методы обучения, как вид деятельности, можно условно подразделить на методы организации, осуществления, контроля эффективности и стимулирования учебно-познавательной деятельности [1]. Особое место занимают методы стимулирования учебно-познавательной деятельности.Это определенные поощрения в формировании мотивации, чувства ответственности, обязательств, интересов в процессе овладения учащимся знаниями, умениями и навыками.
Все чаще образовательную деятельность рассматривают как технологический процесс. К процессу обучения применяют термин «образовательные технологии», заменяя при этом талант преподавателя на универсальную технологию обучения, что предусматривает многофакторную оптимизацию методики обучения, предполагая при этом уменьшение влияния человеческого фактора - преподавателя и применение технических новшеств.
Методы стимулирования учебно-познавательной деятельности, как и другие методы обучения, основаны на сознательном взаимодействии учащихся с преподавателем. Стимулирование учебно-познавательной деятельности возможно осуществлять и на других уровнях восприятия окружающего мира. Световой климат играет чуть ли не самую важную роль в этом процессе, так как более 80% информации мы получаем посредством зрения.
Наиболее перспективным направлением в современной светотехнике, способным помочь в данном вопросе, является применение светильников с динамично изменяемыми светотехническими параметрами. Регулирование интенсивности светового потока и спектра излучения светильников будет способствовать поддержанию благоприятного светового микроклимата в помещении, оздоровлению психофизического состояния людей и тем самым - усвоению учебного материала.
Обзор периодических изданий [2; 3; 4] свидетельствует о заметном влиянии цветовой температуры светового потока источников света на циркадные ритмы человека - циклические колебания
145
интенсивности биологических процессов, связанных со сменой дня и ночи,хотя и светотехнические параметры естественного освещения не отличаются постоянством, что является нормой и служит фундаментом для хронобиологических явлений.
Принято считать, что отдыху и подготовке ко сну способствует освещение «теплых» тонов, для работы рекомендуется «нейтральная» (около 4000К) цветовая температура, а более «холодные» тона с цветовой температурой выше 4000К провоцируют к более высокой умственной активности [2; 4]. Эти общеизвестные постулаты базируются в основном на результатах научных достижений прошлого столетия, когда объектом научных исследований в сфере светотехники служили тепловые источники, лампы накаливания и газоразрядные источники света. В системах искусственного освещения помещений повсеместно применяются светильники с газоразрядными люминесцентными источниками света. За многолетний срок эксплуатации в осветительных сетях они зарекомендовали себя как надежные и экономичные, по сравнению с лампами накаливания, приборы.
Большая часть современных публикаций в светотехнических журналах посвящены светодиодным светильникам. Светодиодное освещение по спектру, коэффициенту пульсации и другим светотехническим параметрам сильно отличается от излучения ламп накаливания и газоразрядных источников света [5; 6]. Чрезвычайная сложность процессов зрительного восприятия человека предполагает недопустимость присваивать одним источникам света свойства, присущие другим.
Таким образом, осознав тот факт, что современные светодиодные светильники требуют всестороннего изучения, совместно с ООО «МГК «Световые Технологии», были проведены научные исследования на предмет взаимосвязи цветосветовой среды, работоспособности и эмоционального состояния человека.
В одной из лабораторий КГЭУ была размещена экспериментальная установка (рис. 1), в состав которой вошли восемь све-
146
тильников на полупроводниковых источниках света - светодиодах LINER/S DR LED 1200 CF. Замена имеющихся светильников с люминесцентными лампами на светодиодные позволила снизить затраты на электроэнергию в четыре раза.
Рис. 1. Принципиальная схема экспериментальной установки
В медицинских центрах для оценки психоэмоционального состояния человека применяют автоматизированные системы, объединенные в единый комплекс, включающий в себя нейровизор для регистрации и анализа биоэлектрических потенциалов головного мозга, систему RED для регистрации направления взора и другое дорогостоящее оборудование.
Известны и менее затратные способы оценки эмоционального состояния человека [ 7], например, методика А. Уэссмана и Д. Рикса «Самооценка эмоциональных состояний». Согласно описанию этого метода, испытуемому предлагают 40 утверждений, объединенных в четыре раздела, характеризующие эмоциональные состояния человека. Затем анализируют выбранные человеком словесные характеристики, отражающие его состояние с использованием шкалы баллов. В отечественной практике при оценке общей умственной работоспособности применяют различные дозированные задания и специальные таблицы «корректурные пробы» А.Г. Иванова-Смоленского, В.Я. Анфимова, Бурдона.
147
К известным малозатратным методам также относится экспресс-диагностика свойств нервной системы по психомоторным показателям - теппинг-тест. Данный тест позволяет отслеживать временные изменения максимального темпа движений кистью руки человека. Этот метод привлек наш интерес, поскольку, с одной стороны, движения кистью несложно зарегистрировать, а с другой стороны, именно рука является орудием физического и интеллектуального труда. При этом максимальная частота движений, выполняемых кистью руки человека, может измеряться различными способами.
Наши исследования было решено начать с оценки умственной работоспособности, что является одним из важнейших показателей для учебной деятельности, с привлечением квалифицированных специалистов Комплексного Центра социального обслуживания «Доверие» г. Казани без применения дорогостоящего медицинского оборудования. Планировалось провести несколько серий экспериментов, в том числе оценку внимания, работоспособности, утомляемости, с помощью корректурных проб и теппинг-теста, оценку психоэмоционального состояния человека - с помощью опросника САН [7].
Исследование проводилось в двух учебных аудиториях с разными типами освещения. Эксперимент по времени занял три месяца. В исследованиях в качестве испытуемых были задействованы студенты в возрасте 20 -22 лет. Объем выборки ограничивался количеством учащихся в группе. Использовалось три вида тестовых заданий. Оценку внимания, работоспособности, утомляемости осуществляли с помощью корректурных проб и теппинг-теста, а оценку эмоционального состояния - с помощью опросника САН. Тестирование проводилось при разных условиях освещения: светильниками с люминесцентными лампами с цветовой температурой Тц=4000Ки светодиодное освещение (Тц = 2800,4000, 5800 К).
Обработка полученных результатов проводилась посредством сравнительного анализа полученных данных с применением статистических методов: усреднение, определение достоверности разни-
148
цы между средними арифметическими значениями выборок с помощью ^критерия Стьюдента, определение доверительного интервала.
Анализ результатов тестирования по опроснику САН (табл. 1) показал, что у большинства опрошенных при освещении светодиодными светильниками с цветовой температурой Тц = 5800 К(«хо-лодный свет») повышалась активность.
Таблица 1. Средние показатели по опроснику САН
ЛЛ, СД, СД, СД,
Тц = 4000 К Тц = 5800 К Тц = 4000 К Тц = 2800 К
Самочувствие 5,2 5,4 5,4 5,0
Активность 4,5 5,2 4,7 4,5
Настроение 5,4 5,4 5,6 5,2
Сравнительный анализ данных теппинг -теста, предназначенного для определения свойств нервной системы по психомоторным показателям с применением статистических методов, не позволил выявить достоверный сдвиг в результатах тестирования. Изменения темпа в результатах тестирования с помощью теппинг-теста при разных режимах освещения для каждого испытуемого было индивидуальным, хотя в целом при светодиодном освещении с цветовой температурой Тц = 5800К темп был выше (рис. 2).
Во всех режимах к концу эксперимента просматривается тенденция к снижению интенсивности моторной деятельности вследствие утомления.Предположение о том, что зрительная работоспособность должна коррелировать с четырьмя исследуемыми режимами освещения, подтвердилось. Оценку внимания, работоспособности, утомляемости с помощью корректурных проб проводили также дважды в день до и после умственной нагрузки. Результаты тестирования с помощью корректурных проб оказались многообещающими (табл. 2 и 3).
149
Рис. 2. Результаты тестирования с помощью теппинг-теста Таблица 2. Пример результатов тестирования с применением корректурных проб, бланк №1
Ист. света ЛЛ, Тц = 4000 К СД, Тц = 5800 К СД, Тц = 4000 К
М а m М а m М а m
z 1 40 5,27 2,15 46 6,16 1,86 38 5,91 1,87
z 2 42 3,85 1,57 48 6,29 1,9 44 5,74 1,82
z 3 35 4,81 1,96 50 6,99 2,11 43 5,84 1,85
z 4 42 2,37 0,97 53 5,97 1,8 42 4,09 1,29
А1 1,3 0,18 0,07 1,5 0,21 0,06 1,3 0,20 0,06
А2 1,4 0,13 0,05 1,6 0,21 0,06 1,5 0,19 0,06
А3 1,2 0,16 0,07 1,7 0,23 0,07 1,4 0,19 0,06
А4 1,4 0,08 0,03 1,8 0,2 0,06 1,4 0,14 0,04
В 159 11,86 4,84 197 18,86 5,69 167 19,58 6,19
z ср. группы 40 2,97 1,21 49 4,71 1,42 42 4,97 1,57
А ср. группы 1,3 0,1 0,04 1,6 0,16 0,05 1,4 0,17 0,05
150
Табл. 3. Пример результатов тестирования с применением корректурных проб, бланк №2
Параметр г 1 (30 сек) г 2 (60 сек) г 3 (90 сек) г 4 (120 сек) В А X
ЛЛ, Тц = 4000 К 284 284 274 196 999 9 3
СД, Тц = 5800 К 224 252 260 230 951 8 2
СД, Тц = 2800 К 253 238 258 245 982 8 5
Примечание: ЛЛ - светильник с люминесцентной лампой; СД - светодиодный светильник, Тц - цветовая температура;г - количество знаков в просмотренной части корректурной таблицы^ - время выполнения, 30, 60, 90, 120 сек.; А - темп выполнения, А = г / £; В - продуктивность, то есть количество просмотренных знаков в целом; Х -количество ошибок.
При тестировании испытуемых в помещении со светодиодным освещением и цветовой температуре (Тц), равной 5800 К, по сравнению с люминесцентным освещением темп выполнения тестовых заданий и продуктивность в среднем возрастали до 10 -15%, а у некоторых рост достиг 30%. Выявлено влияние освещения на психофизиологический фон, например, тенденция к расслаблению при «теплом» светодиодном освещении (Тц = 2800^).
Результаты работы могут найти применение при разработке современных систем освещения. Практическое применение осветительных установок, способных изменять интенсивность и спектр излучения светильников, при необходимости имитируя световой день, будет способствовать поддержанию благоприятного светового микроклимата в помещениях, оздоровлению психофизического состояния людей и повышению качества обучения.
Источники
1. Эрганова Н.Е.Педагогические технологии в профессиональном обучении: учебник для вузов по направлению подготовки «Профессиональное обучение». Академия, 2014. 156 с.
151
2. Аверьянов В.А., Беляева Н.М., Зоз Н.И., Мельникова С.И. Исследование и оценка динамического по спектру освещения в производственных помещениях // Светотехника. 1981. №3. С. 13-16.
3. С. Ри Марк, Дж. Фигуэро Марианна, ДиБаллоуДжей. Циркадная фотобиология: новые горизонты практической и теоретической светотехники. Перевод: А. Шаракшанэ // Полупроводниковая светотехника. 2012. № 4. С. 58-63.
4. Архангельский Д.В., Снетков В.Ю. Исследования влияния света на зрительную работоспособность и утомление человека с учетом его циркадных ритмов // Вестник Московского энергетического института.2012. №5. С. 104-108.
5. Аладов А.В., Закгейм А.Л., Мизеров М.Н., Черняков А.Е. О биологическом эквиваленте излучения светодиодных и традиционных источников света с цветовой температурой 1800-10000 К // Светотехника. 2012. № 3. С. 7-10.
6. Зак П.П., Островский М.А. Потенциальная опасность освещения светодиодами для глаз детей и подростков // Светотехника. 2012. № 3. С. 4 -6.
7. Психологические тесты / Под ред. А.А.Карелина. М.: Гуманит. изд. центр ВЛАДОС, 1999.
LED LIGHTING AS A WAY OF STIMULATING LEARNING ACTIVITIES Shiriev R.R., Sadykov M.F., Cherkasova O.S., Pavlova A.V.
The results of studies of the effect of led lamps with different color temperatures of the light flux on the performance and emotional state of a person depends on the efficiency of the educational process. The paper contains a description of the current experienced state of the art lighting system with dynamic control of luminous flux and color temperature of radiation of led light sources.
Keywords: led lighting, color temperature, pedagogy, performance, and emotional state.
Дата поступления 12.05.2016.
152
