«Влияние повышенной концентрации углекислого газа в помещении на здоровье и работоспособность учащихся» победитель муниципальной НПК, призер Всероссийского конкурса исследовательских работ "Первые шаги в науке"
материал

«Влияние повышенной концентрации углекислого газа в помещении на здоровье и работоспособность учащихся»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы: После реализации проекта «Цветочный остров» в 2013-2014 учебном году, в котором я принимала участие, в школьных кабинетах появилось больше комнатных растений. Мы решили выяснить, принесло ли это пользу учащимся и учителям, которые в этих кабинетах проводят много времени, этому была посвящена научно-исследовательская работа «Влияние комнатных растений на концентрацию углекислого газа в помещениях». Эта работа была представлена на XV Всероссийском детском конкурсе «Первые шаги в науке»,  где была удостоена Диплома 1 степени. Работая над этим исследованием, я встречала много статей, посвященных влиянию углекислого газа на состояние здоровья и работоспособность человека. Я очень заинтересовалась этим вопросом еще и потому, что он является логическим продолжением моих предыдущих работ.

Цель исследования – Выявить   зависимость самочувствия и работоспособности учащихся от концентрации   углекислого газа в помещениях.

Задачи: изучить литературные источники по теме исследования;

• подготовить необходимые материалы и оборудование;
• провести эксперимент;
• провести корректурные пробы на внимание и память;
• посмотреть мед. статистику по заболеваемости ОРВ и ОРВИ учащихся 3-х классов;
• проанализировать полученные результаты и сделать выводы;
• составить рекомендации по подбору видового состава комнатных растений для помещений и уходу за ними;

Объект исследования – работоспособность и самочувствие учащихся.

Предмет исследования – влияние   концентрации углекислого газа в помещении на работоспособность и самочувствие учащихся.

Гипотезы исследования: 1.  Повышенная концентрация углекислого газа в помещении ухудшает внимание и снижает работоспособность учащихся.

2. Повышенная концентрация углекислого газа в классных комнатах приводит к повышению числа заболеваний ОРВИ и ОРЗ.

 Практическая значимость: полученные знания   можно использовать в повседневной жизни для грамотного озеленения своих квартир, выращивая такие виды комнатных растений, которые наиболее эффективно очищают воздух от загрязнителей (углекислого газа и др.) Увеличивая количество комнатных растений в помещениях можно влиять на качественный состав воздуха. следовательно, и на здоровье, внимание и работоспособность  обитателей этих помещений.

В своей работе я использовала следующие методы исследования:

•        изучение имеющихся сведений;
•        анализ и систематизация;
•        эксперимент и наблюдение;
•        математический.

1. ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫЙ ЭТАП

1.1.ПЛАНИРУЕМЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

Приступая к работе, я планирую   узнать много нового:

• Как повышенная концентрация углекислого газа влияет на самочувствие человека;
• Какие  гигиенические условия необходимо создать для нормальной работоспособности учащихся;
• Как можно повлиять на концентрацию  углекислого газа в помещениях.

Исследовательская работа поможет приобрести и развить навыки и умения:

• Сжимать необходимую информацию и отображать её в виде диаграмм и таблиц;
• Создавать презентацию;
• Выступать перед аудиторией;
• Уметь инструктировать испытуемых.

1.2 ЭТАПЫ РАБОТЫ

Вся работа была распланирована на 4 месяца, и разбита на 3 основных этапа:

I этап – подготовительный (октябрь 2015 г);

ΙI этап – практический (октябрь-ноябрь 2015 г);

III этап – заключительный (декабрь-январь 2015-2016 г).

          Был составлен Календарный план, в котором были обозначены эти этапы, задачи, сроки, планируемые результаты.  См. Приложение  1

1.3 ГИГИЕНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ВОЗДУХА

Воздух представляет собой смесь различных газообразных веществ: азота, кислорода, аргона, углекислого газа, водяных паров и других газов. Кислород - наиболее важная для человека часть воздуха. Физиологические сдвиги в организме человека наступают, если содержание кислорода падает до 16-17%. При 11-13% наблюдается выраженная кислородная недостаточность, а при 7-8% может наступить смерть. Кислородная недостаточность может наступить в закрытых помещениях, где кислород заменяется углекислым газом в результате дыхания. Углекислый газ - бесцветный, не имеет запаха, в 1,5 раза тяжелее воздуха, поэтому способен накапливаться в нижних частях закрытых помещений. Источником его являются люди и животные, которые выделяют его при дыхании. Предельно допустимое количество содержания углекислого газа в закрытом помещении не должно превышать 1%. [1]

В настоящее время в атмосфере содержится около 0,03% углекислого газа и примерно 21% кислорода. При этом его незначительное уменьшение или увеличение не окажет никакого влияния на наш организм. А вот изменение углекислого газа, в отличие от кислорода в ту или иную сторону всего лишь на 0,1%, наш организм сразу же реагирует и старается вернуть его к норме. Отсюда можно сделать вывод, что углекислота примерно в 60-80 раз важнее кислорода для нашего организма. Но для нормальной жизнедеятельности в крови должно быть 7-7,5% углекислого газа, а в альвеолярном воздухе - 6,5%.

Задача СО2 - вызвать дыхательный рефлекс. Когда его давление повышается, сеть тонких нервных окончаний (рецепторов) немедленно посылает сообщение в луковицы спинного и головного мозга, дыхательные центры, откуда и следует команда начать дыхательный акт. Следовательно, углекислый газ можно считать сторожевым псом, сигнализирующим об опасности.

В США и в странах Европы еще совсем недавно степень содержания углекислого газа в помещении измерялась исключительно с целью проверки качества работы вентиляционной системы. При этом было принято считать, что СО2 лишь в больших концентрациях представляет собой угрозу человеческому здоровью. Что касается концентрации углекислого газа приблизительно в 1000 ppm и ее влиянии на наш организм, то подобные исследования появились сравнительно недавно.

Мало кому известно, что концентрация углекислого газа в чистом воздухе вне городской местности составляет около 400 ppm, что является оптимальным для хорошего самочувствия человека. Жители же мегаполисов постоянно подвергаются негативному воздействию избыточного уровня СО2 в воздухе, находясь в общественном транспорте, в собственных автомобилях или на работе.

Особое внимание следует уделить качеству воздуха, которым дышат дети в классах. Концентрация углекислого газа в воздухе классной комнаты может увеличиться в несколько раз к концу занятия.

Высокая концентрация СО2 в помещениях приводит к возникновению таких симптомов, как раздражение глаз и горла, заложенность носа, головная боль и отсутствие сна.

Что происходит при повышении концентрации CO2 в воздухе, который попадает в организм? Увеличивается парциальное давление CO2 в наших альвеолах, его растворимость в крови повышается, и образуется слабая угольная кислота (CO2 + Н2O = Н2СО3), распадающаяся, в свою очередь, на Н+ и НСО3-. Кровь закисляется, что по-научному и называется ацидозом. Чем выше концентрация CO2 в воздухе, которым мы постоянно дышим, тем ниже рН крови и тем более кислую реакцию она имеет.

По данным медиков, у детей, обучающихся в классах с высокой концентрацией углекислого газа, часто наблюдается тяжелое дыхание, одышка, сухой кашель и ринит, эти дети имеют ослабленную носоглотку.

Рост концентрации углекислого газа в помещении приводит к возникновению приступов астмы у детей-астматиков.

Из-за повышения концентрации углекислого газа в школах увеличивается число пропусков уроков учащимися по болезни. Респираторные инфекции и астма являются основными заболеваниями в таких школах.

Негативные физиологические проявления при различных уровнях концентрации углекислого газа

Повышение концентрации углекислого газа в классе негативно влияет на результаты учебы детей, снижает их работоспособность. [2]

По результатам прошлогоднего эксперимента, где мы измеряли концентрацию углекислого газа в кабинетах вторых классов, мы пришли к тому, что наибольшая концентрация углекислого газа наблюдалась в том кабинете, где количество комнатных растений было меньше. Поэтому мы предположили, что это влияет на работоспособность учащихся. Чтобы проверить нашу гипотезу, мы решили провести новый эксперимент.

2. ПРАКТИЧЕСКИЙ ЭТАП ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1.  Изучение устойчивости внимания и работоспособности

Описание методики проведения эксперимента

                                     Корректурная проба

араар                 Данная методика по своей сути аналогична методике Пьерона-Рузера. Предназначена она для исследования устойчивости внимания, возможностей его переключения, исследования особенностей темпа деятельности, «врабатываемости» в задание, выявления признаков утомления и пресыщения.

Процедура проведения

При работе с корректурной пробой ребенку предлагается отыскивать и зачеркивать (выделять особым образом: подчеркнуть, зачеркнуть, обвести в кружочек и т.п.) 1-3 буквы (для младших школьников, 3-4 буквы (для старших школьников).

По количеству правильно зачеркнутых букв можно установить степень устойчивости внимания, его объем. Распределение ошибок по всему листу указывает на колебания внимания: заметное нарастание ошибок к концу работы может свидетельствовать об ослаблении внимания в связи с утомлением (снижение работоспособности) или пресыщением; равномерное распределение ошибок указывает на снижение устойчивости внимания, трудности его произвольной концентрации; волнообразное появление и исчезновение ошибок говорит о флуктуациях или колебаниях внимания.

Анализируемые показатели

- возможность удержания инструкции;

- темповые характеристики деятельности;

- параметры внимания (устойчивость, распределение и переключение);

- количество ошибок;

- наличие факторов пресыщения или утомления.

Возрастные особенности использования

Методика может применяться при работе с детьми, умеющими опознавать буквы начиная с 7-8 лет. В этом возрасте в норме дети почти до конца бланка правильно выполняют 3 символа (буквы). При добавлении четвертого символа для выделения либо резко падает темп работы и быстро наступает пресыщение, либо ребенок начинает делать много ошибок. [3]

2.2 Подготовка необходимых материалов и оборудования

Для выполнения работы требуется:

- ручки;

- бланки корректурных проб (50 шт.);

- бланк инструктажа;

- сводная таблица;

Раздали бланки корректурных проб учащимся 3-х классов. Провели инструктаж, провели исследование. 

2.3 Место проведения эксперимента

Мы проводили эксперимент в 2-х классных помещениях. Для чистоты эксперимента мы попросили убрать из 3 Б класса все комнатные растения. Выбор кабинетов осуществлялся по следующим критериям:

2.4 Полученные результаты

Измерения проводились после третьего урока. Полученные результаты занесли в таблицу. См. Приложение 2

5. Анализ полученных результатов

Анализ показал:

             Так как кабинеты  имели  одинаковые: площадь, количество учащихся,  количество уроков, и отличались только количеством комнатных растений, которые поглощают на свету углекислый газ, то это дает нам возможность сделать вывод о том, что:

             Высокая концентрация углекислого газа приводит к снижению внимания и работоспособности учащихся.

2.6. Пути решения проблемы загрязненности воздуха помещений углекислым газом

         Состояние воздуха в жилом и рабочем помещении оказывает значительное влияние на наше самочувствие. Комнатные растения могут повысить влажность воздуха, очистить его вредных веществ и улучшить микроклимат помещения. Очень важно суметь выбрать самые эффективные из них.

        Доказано, что по сравнению с уличным воздухом, концентрация вредных веществ в воздухе внутри помещений выше в 1,5 — 4 раза. Разумеется, комнатные растения не способны полностью очистить воздух от токсичных веществ: с этой задачей смогли бы справиться разве что несколько десятков растений. Однако повысить влажность воздуха и уменьшить концентрацию загрязняющих веществ в помещении можно, правильно подобрав для этого определённые виды растений.

        Растения в помещении способны уменьшить концентрацию многих загрязняющих воздух веществ, в том числе, и углекислого газа.

        Выделяя кислород, комнатные растения ионизируют воздух, а также повышают концентрацию лёгких ионов, снижая концентрацию тяжёлых ионов. Лёгкие отрицательные ионы, которых так мало загрязнённом воздухе, необходимы для нашей жизни: они улучшают активность дыхательных ферментов и обмен веществ, кислотно-щелочной баланс крови, укрепляют иммунную систему, повышают мышечный тонус, препятствуют повышению артериального давления. [4]

Кроме этого, в большинстве случаев, возникновение таких заболеваний как ОРВИ, грипп и т. п. связано с сухостью воздуха в помещении: в такой среде болезнетворные микроорганизмы и вирусы легко размножаются и человек более подвержен заболеваниям. Исправить эту ситуацию можно, повысив влажность воздуха, в частности, с помощью комнатных растений. Для этого будет достаточно 1 растения на 10 метров площади помещения. На основании исследований ученых НАСА составлены Рекомендации по подбору наиболее подходящих комнатных растений для очистки воздуха помещений от углекислого газа. См. Приложение 3

        А также Рекомендации по уходу за этими растениями. См. Приложение 4

2.7. Влияние повышенной концентрации углекислого газа на уровень заболеваемости ОРВИ и ОРЗ

         По данным медиков, высокий уровень углекислого газа   может явиться причиной таких заболеваний, как заложенность носа, раздражение горла и глаз, головной боли и бессонницы. Особенно это важно для людей, которые больны астмой или аллергией. Если вам в помещении душно, некомфортно и вы часто страдаете головными болями, скорее всего воздух насыщен углекислым газом. [5]

Ученые провели ряд исследований по данной теме и пришли к выводу, что высокая концентрация СО2 в кабинетах школ напрямую влияет на уровень заболеваемости ОРЗ и ОРВИ.  Мы обратились к статистическим данным по заболеваемости ОРЗ и ОРВИ среди учащихся

3-х классов и сопоставили с результатами нашего исследования.

Вывод: Количество пропусков по болезни /ОРВИ и ОРЗ/ в 3«А» ниже, чем в 3«

2.8. Фотоотчет

3. ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНЫЙ ЭТАП

  Общеизвестно, что один человек в спокойном состоянии, например, работник офиса, за один час потребляет 20–30 л кислорода с выделением 18–25л углекислого газа, а при занятиях в фитнес и тренажерных залах – до 36л и более. Если во вдыхаемом воздухе содержится 0,03 % (об.) СО2, то в выдыхаемом – 3,6 % (об.), то есть возрастает более чем в 100 раз!

              Последние исследования зарубежных ученых показали, что углекислый газ негативно влияет на организм человека даже в низких концентрациях. В 2006 году итальянские ученые   провели исследования в пяти странах ЕЭС. Результаты показали, что 68 % детей испытывают на себе негативное влияние СО2 выше уровня 0,1%.   У них наблюдалось тяжелое дыхание, одышка, сухой кашель и ринит чаще, чем у других детей. Были сделаны следующие выводы: у детей, находящихся в помещении с высоким уровнем СО2, в 3,5 раза выше риск возникновения сухого кашля и в 2 раза – развитие ринита. Они имеют более уязвимую носоглотку, чем их ровесники. [6]

         Решить эту проблему можно:

         Во-первых, с помощью комнатных растений.

         Во-вторых, учителям необходимо регулярно проветривать классные помещения, а в тёплое время осуществлять сквозное проветривание, согласно рекомендуемой продолжительности сквозного проветривания учебных помещений в зависимости от температуры наружного воздуха. [7]

Такие рекомендации есть в нашей школе в каждом классе и учителя стараются им следовать.

        Данная исследовательская работа является продолжением    проекта «Цветочный остров» и «Влияние комнатных растений на изменение концентрации углекислого  газа в помещениях».

 Когда мы приступали к работе, то предполагали, что:  

1. Повышенная концентрация углекислого газа в помещении ухудшает внимание и снижает работоспособность учащихся.
2. Повышенная концентрация углекислого газа в классных комнатах приводит к повышению числа заболеваний ОРВИ и ОРЗ.

На основании результатов экспериментов мы смогли сделать Выводы:

Высокая концентрация углекислого газа приводит к снижению внимания и работоспособности учащихся.

Следовательно: первая гипотеза подтвердилась полностью.

Вторая гипотеза также нашла свое подтверждение.  

Повышенная концентрация углекислого газа в классных комнатах приводит к повышению числа заболеваний ОРВИ и ОРЗ.

Итоги:

          В процессе данной исследовательской  работы   я, как и планировала, узнала много нового:

• Как повышенная концентрация углекислого газа влияет на самочувствие человека;
• Какие  гигиенические условия необходимо создать для нормальной работоспособности учащихся;
• Как можно повлиять на концентрацию  углекислого газа в помещениях.

Исследовательская работа помогла приобрести и развить навыки и умения:

• Работы с интернет-ресурсами;
• Работать со специальной литературой и выделять главное;
• Сжимать необходимую информацию и отображать её в виде диаграмм и таблиц;
• Создавать презентацию;
• Выступать перед аудиторией;
• Уметь инструктировать испытуемых;
• Анализировать статистические данные

Я на протяжении 2-х лет  занималась изучением вопроса о влиянии комнатных растений на состав воздуха, на здоровье и работоспособность учащихся. Мне очень нравится вести исследовательскую работу, проводить эксперименты, анализировать результаты, делать выводы. Эти навыки мне пригодятся на любом уроке и дальше во взрослой жизни. Они развивают мышление, делают его гибким, живым, эффективным. Я еще не знаю, какую тему выберу для дальнейшей работы, но исследованиями заниматься обязательно продолжу.

Приложение  1

Календарный план

Приложение  2

Приложение   3

Рекомендации по подбору видов комнатных растений для помещений

Приложение 4

Рекомендации по уходу за  комнатными растениями