西安医科大学空气负离子改善学生学习疲劳的初步探讨

空气负离子改善学生学习疲劳的初步探讨 张晓征 张振军 侯如兰 王维清 （西安医科大学卫生系） 学生在学习过程中由于学习内容的难度、脑力负荷沉重、学习时间延长、教学方法不当以及学时环境不佳等因素的影响，会出现以大脑工作能力下降为主的疲劳现象。围绕学习疲劳问题，国内外采取了许多预防疲劳措施，如减轻学生学习负担、安排好课表、调节课时、做课间操、眼保健操、讲究教学法、加强人工照明、美化校园环境等，但很少从改善教室空气质量、防止和尽快恢复疲劳入手。空气离子不但具有净化空气的作用，而且还有调节中枢神经兴奋与抑制、改善大脑皮质功能、缩短感觉及运动时值、增加肺活量、促进组织生物氧化还原过程等效应。实验表明吸入空气负离子可增强意识行为的正常生理节律，加快单纯时间反应，提高大脑及海马回中锌含量，调节大脑中5 -HT消长、因而收到增进学习记忆，提高工作能力、减少工作错误率等良好效益。 本研究采用“空气离子化——挂线法”，改善教室空气质量，输送大量空气负离子，通过在教室安装空气离子发射装置前后，对学生数项脑力作业能力指标和考试成绩的分析，认为空气负离子有明显地提高学生大脑工作能力、防止和恢复疲劳作用，对提高学习成绩、保证教学质量和改善学习环境有一定的应用前景。 1 对象和方法 1.1实验对象 以西安医科大学子弟小学四年级两个班学生分别为实验、对照组。随机分组、双盲对照（四一班为实验组，四二班为对照组）。 1.2实验条件 (1)两教室均装有40W荧光灯9只人工辅助照明。实验正式开始前测定两教室课桌面、黑板的照度，计算两班课桌面平均照度分别为333. 2lux和337。8lux,两均数之间无显著性差异(P>0.5)，两教室黑板面平均照度分别为292Tx和314.61x，两均数之间亦无显著性差异(P>0.5>。 (2)两教室课桌椅均按“教室课桌椅内部布置"⑥一致安排，每班学生40～42人。 (3)人工空气负离子化——“挂线法”：在两教室学生活动区域上空等间距架设同样、同数量的电晕线及适量发射电极，将其连接于便携式负离子发生器上。通电后，沿电晕线即可产生大量空气负离子。对照组则在便携式负离子发生器内切断电源，电晕线不发射负离子。装负离子发生器前、后，两教室均按对角线布点，于每日早读前、第一节课后、最末节课后，在学生坐位呼吸带同时测量空气离子及气象条件，每季度复查一次，每次连测3天，取其均值。负离子化前两教室正离子浓度均为110个／cm3，负离子浓度为28～29个／Cm3，两班气象条件亦无差异。 (4)每试验日学生在校学习负荷时间为4小时40分钟。除早读30分钟外，每节课45分钟，上午第一节课后休息20分钟，其余课间休息10分钟。两班课表安排完全一致，试验期间授课老师固定不变。 1.3测试内容 (1)剂量作业试验用安菲莫夫字母表，令受试者在两分钟内完成简单的删字任务④。作业能力指标为作业能力指数( AYP)，阅字数，错误率人平均值及疲劳率⑤。 (2)短时记忆测定每2秒显示1个，每次显示20个互无概念联系的，为受试者所熟悉的汉字后，令学生在60秒内默写出记住的字⑦。短时记忆测定大脑工作能力指标，用人平均默对率表示⑤。 (3)闪光融合临界频率用北京大学电子仪器厂生产的数字亮点闪烁仪，两班各选12名学习成绩居中的学生进行测试，测试条件始终保持一致，大脑工作能力指标用人均H2表示。 固定测试人员，每种方法正式试验前均经五次以上预测，使受试者熟悉其方法，以尽量减少使用方法上的误差。 (4)向两班班主任收集吹离子前后两班学生期末考试成绩，两班学生考试时间统一，命题一致。 中国校医一 1.4测试时间 在试验日，于早读前，第一、三节课后，下午课前，末节课后各测一次，供日作业能力动态分析；试验周，从周1至周6子早读前，第一节课后，下午末节课后各测一次，供周作业能力动态分析⑤。剂量作业试验和短时记忆测定，分别在两周内进行。 1987年12月份第一次基数测试完成后，在两教室同时安装便携式负离子发生器．但四二班负离子发生器内切断电源，不发射负离子，作为双盲对照。四一班安装后，空气中负离子浓度从28个/c m3上升到3073个／cm3。1988年4月份，第二次测试之后即用统计学方法处理两次测试结果。12月至4月期间反复测定各项环境条件多次，并做好。 结 果 2.1 日作业能力动态分析 在实验条件下，四一班安装空气负离子装置前后，两次试验日两班学生各项测定值的差值比较如表1所示。 表1 吹负离子前后试验与对照班学生作业能力日变动差值※的比较 剂量作业实验 短时记(默写率)闪光融合临界 时间 AYP 阅字数（个） 错误率 （%） 频率（H2） 四一班 四二班 四一班 四二班 四一班 四二班 四一班 四二班 四一班 四二班 课前 +56.31 +6.29 +119.02 +15.45 -0.06 +0.02 +4.95 +2.98 +0.59 +0.69 一节后 +29.27 +9.42 +78.37 +43.04 -0.27 -0.01 +3.81 -1.68 +4.10 +0.58 三节后 +14.65 +11.45 +35.83 +31.95 -0.10 +0.19 +1.55 -3.31 -0.81 +0.47 四节后 +25.17 +6.44 +89.16 +41.84 -0.03 +0.29 +5.47 +2.94 +1.24 -3.50 五节后 +21.69 +21.34 +70.00 +46.97 +0.06 +0.04 -4.4 +2.62 +1.73 -1.38 ※差值=双盲安装空气负离子装置后测定值均数一基数测定值均数 两班学生作业能力日变动差值对比结果表明：四一班安装空气负离子装置以后，所测各项指标均比四二班明显改善。剂量作业试验评价指标工作能力指数( AYP)、阅字数实验班（四一）均比对照班（四二）明显增加，错误率在四二班大多增加的情况下，而四一班则明显减少；短时记忆评价指标默对率，除第五节课后，实验班（四一）吹空气负离子后均有不同程度的增加，而对照班（四二）则有所减少，或者虽有增加，但增加值小于实验班。闪光融合临界频率两次测定结果的差值除课前、第三节课后两次四一班与四二班之间无显著性差异外(P>0.05)余所有数表明四一班吹离子后临界频率增加，作业能力上升，四二班则大多临界频率减小，作业能力下降，或者上升不明显。 作者也对用剂量作业试验测定疲劳率改变情况做了分析，上午各测点四一、四二班 两次变化均很小或无变化。但下午两测点四一班吹空气负离子后疲劳率有所降低，降低 率为3.2%和7.56%，四二班则有所增加或降低率低于四一班。 2.2周作业能力动态分析 在各种实验条件稳定不变的情况下，双盲安装空气负离子装置前后，两次试验周学生作业能力动态变化，结果如下： 表2 吹负离子前后试验与对照班学生作业能力周变动差值对比 剂量作业实验 短时记忆（默写率）闪光融合临界 星期 AYP 阅字数(个) 错误率（%0 (%) 频率（H2） 四一班 四二班 四一班 四二班 四一班 四二班 四一班 四二班 四一班 四二班 1 +66.58 +34.17 +156.39 +96.40 -0.08 +0.16 +1.02 +3.89 +3.10 -3.39 2 +51.02 +56.57 +122.27 +135.20 -0.17 +0.05 -3.08 +1.67 +2.02 -3.19 3 +44.08 +55.12 +90.25 +135.70 0.00 +0.13 -1.17 -2.04 +1.12 -3.39 4 +41.84 +12.52 +83.24 +34.54 -0.08 0.00 +1.23 +1.62 +2.14 -0.15 5 +33.79 +11.52 +99.13 +26.20 -0.09 0.00 +0.68 -6.22 -0.75 -1.24 6 +45.86 _0.78 +87.35 +11.38 -0.14 +0.10 +1.89 -1.58 +0.92 -1.37 表2所示学生作业能力周变动差值更进一步证明了日动态所得结论，即空气负离子有改善大脑工作能力的作用。剂量作业试验评价指标大脑工作能力指数( AY P)和阅字数除周二、三两班前后两次测定结果差值无显著性差异(P>0.05)外，余四一班差值都大于四二班，即阅字数、大脑工作能力指数(APY)比四二班明显增加。错误率四二班第二次测定值无改善甚至大多增加。反之四一班则大多有不同程度的减少。短时记忆默对率除周二外，四一_班第二次测定增加值都大于四二班，或者两班差值差异不明显(P>0.05)。闪光融合临界频率差值四二班均为负数，说明从周一至周六第二次测定值均减小，作业能力下降，相反四一班则均有不同程度增加，作业能力上升（除周二减少，但减少程度少于四二班）。 剂量作业试验分级评价发现除周二、周五两班疲劳率第二次均有不显著(P>0.05)增加外，其余各天，四一班吹离子后疲劳率均下降，四二班则增加，或下降值小于四一班。 2.3学生考试成绩分析 四年级两个班双盲对照安装空气负离子装置前后两个学年末考试成绩比较如表3所示。 表3 某小学吹离子前后试验与对照班学生学年末考试成绩均数±标准差 语文 数学 四一班 P 四二班 P 四一班 P 四二班 P 吹离子前 90.11±9.67 91.73±6.70 86.09±15.08 84.19±10.65 吹离子后 89.41±6.63 <0.05 81.16±15.84 <0.01 96.17±3.64 <0.01 92.26±10.24 <0.01 语文考试成绩四二班第二次的明显下降(P<0.01)且成绩分布不均，标准差为±15.48,在同样的考试条件下，四一班则两次考试成绩无差异(P>0.05)。数学考试成绩第二次两班均明显提高(P<0.01)。但四一班提高值大于四二班，且成绩分布较均匀，标准差为±3.64。 3．讨 论 为探讨利用空气离子的生物学效应改善学生学习疲劳，提高学习效率的可能性，进行了较长时间的系统观察。在保持两个班级其它基本环境条件相对稳定情况下，提高其中一个教室（四一班）空气中负离子浓度（从28个／Cm3升到3073个/Cm3），利用常用的学习疲劳研究方法，如教育心理学方法的短时记忆法；间接生理学方法的临界闪光融合频率；直接生理学边缘方法的校字法⑤，从各个不同的角度研究空气负离子的教室效应，结果表明；空气负离子具有明显地改善教室空气质量，提高学生大脑工作能力，减轻学生疲劳的作用。 试验组（四一班）在安装了空气负离子装置以后，无论是剂量作业试验的大脑工作能力指数指标、阅字数、错误率，疲劳率，还是短时记忆力的默对率，以及闪光融合频率临界指标的日动态、周动态变化都呈好的趋势。与对照组四二班相比，各项指标都有不同程度的改善，或者改善幅度大于四二班。 与第一次测定时间相比，第二次测定时间近学年末，学生学习负担加重，相对大脑工作能力比第一次测定时可能降低，疲劳有所增加。从以上四二班的测定结果可见，无论是周变动，还是日变动，四二班某些测定指标比第一次相对变差，如剂量作业试验错误率增加、疲劳率增加、闪光融合频率临界值减小等等。四一班因安装了空气负离子装置，则很少有增加疲劳的指标出现，相反各项测定值大多向好的方面转化，甚至有些指标基数不如四二班的，也赶上和超过了四二班。 由于教室空气离子化；学生大脑工作能力得到了改善，学生的学习成绩也在学习负荷条件不变的情况下相对提高（如表3所示）。因此，作者认为提高教室空气负离子水平对于提高学生学习作业能力，减轻和防止疲劳发生方面有一定的作用和广阔的应用前景。 （本工作承李安伯教授指导，张冶迎、高小燕、何长武、王惠英同志参加，特此致谢）(1989年2月14日收稿)