一种基于“双减”政策下青少年午睡系统
摘 要
2021年教育部发布“双减五项管理”政策，对青少年儿童的睡眠时间提出了具体要求。在这种环境下大多数学校都延长了学生的午休时间，经过调查发现困扰学生午睡的因素有很多，比如：而且长期压迫手臂和脸部，会影响正常血液循环，使两臂、脸部发麻甚至酸痛，学生难以入睡，整体舒适度也极低；人在睡熟之后，全身基础代谢减慢，体温调节功能亦随之下降，导致机体抵抗力降低。全身毛孔都处于张开状态，如果不注意保暖，醒来后，往往会出现鼻塞、头晕等症状。同时埋着头会导致颈椎的曲度与正常的生理曲度相反，肩颈部的肌肉也会因长时间保持一个非常态的姿势而僵硬，所以很容易患颈椎病。同时夏天教室蚊子比较多，学生午睡的时候会有蚊虫叮咬；冬天在教室午睡感觉寒冷，夏天又感觉炎热。
基于以上青少年午睡存在的问题，本课题提出一种改善学生在校午睡质量和健康睡眠的解决方案，设计一款集温控、驱蚊于一体的舒适柔软多功能抱枕。对抱枕进行外观和内部设计，并完成面料实验、驱蚊实验、加热实验和制冷实验。本研究还利用计算机技术、物理学、生物学与人体工程学原理，实现了设计目标。实验表明，该午睡系统可以很好解决青少年午睡存在的问题，改善青少年午睡的舒适度，提高青少年健康午睡质量。
关键词：午睡，“双减”政策，多功能抱枕，舒适度
目 录
第一章
绪 论............................................ 3
1.1研究背景.............................................. 3
1.2研究内容.............................................. 3
1.3课题创新点............................................ 4
第二章 研究过程................................................ 4
2.1研究方法.............................................. 5
2.2抱枕设计.............................................. 5
2.3工作原理.............................................. 6
第三章 实验过程与结果.................................... 6
3.1 抱枕面料实验......................................... 7
3.2 抱枕填充材料实验..................................... 7
3.3 抱枕驱蚊方式实验..................................... 8
3.4 抱枕加热系统实验..................................... 9
3.5 制冷系统实验......................................... 9
第四章
总结与展望...................................... 11
4.1 总结................................................ 11
4.2展 望................................................ 11
参考文献.............................................. 12
2019年中国睡眠研究会发布的《中国青少年儿童睡眠白皮书》[1]指出在13-17岁青少年儿童睡眠不足标准已成常态。不足7小时睡眠的占比高达59.4%，而且呈年龄越大睡眠越少的趋势。2021年教育部发布的“双减五项管理”中的睡眠管理政策规定[2]，小学生每天睡眠时间应达到10小时，初中生应达到9小时，高中生应达到8小时，学校、家庭及有关方面应共同努力，确保中小学生充足睡眠时间。然而，学校的基础设备课桌椅基本都是硬质材料制作而成，如图1-1所示，导致学生无法舒适的午睡。学生在校午睡的方式一般是趴睡，如图1-2所示。但是趴睡会引起许多健康问题，比如：呼吸不畅、手臂发麻、胃部被压迫等。再加上市面上现有抱枕具有面料不透气，填充物容易变形、结块、缺乏弹性，抱枕高低不可调节等缺点。
本研究设计了一款可以让青少年在校舒适的午睡的多功能抱枕，选用合适的面料，填充物和电子设备来实现抱枕舒适柔软、防蚊、抑菌、冬暖夏凉的功能，以达到青少年舒适安静午睡的目的。
本课题研究的多功能抱枕其外包裹层前端设置有前支撑腿，后端设置有后支撑腿，后支撑腿内部开设有放置仓，放置仓一侧设置有盖板，盖板外壁开设有透气孔，外包裹层内部设置有填充块，外包裹层内部开设有气囊。多功能抱枕通过加热管和制冷器实现加热和制冷双向调节，通过导线将加热管和制冷器相连接，开关设置发热档位和制冷档位，调节不同档位实现冷热效果，因加热管和制冷器具有良好的导电性能，具有升温降温速度快、更安全，可以使抱枕在短时间内可以快速的加热或降温，使学生可以在快速的进入到睡眠中，提高学生在课间的休息的效果。
（1）通过加热管和制冷器实现抱枕加热和制冷双向调节。
（2）抱枕高度可通过气囊调节。
（3）抱枕空腔设计可以防止学生午睡时呼吸困难。
第一章 研究过程
文献查阅法：通过查阅对相关文献资料，并对参考文献进行梳理与总结，找到目前抱枕存在的问题，说明青少年午睡的重要性，对本课题抱枕的额研究提供理论基础。
问卷调查法：针对本课题的研究内容设置了调查问卷，通过发放调查问卷的形式了解青少年在午睡时会有那些困扰，希望抱枕具备哪些功能，喜欢哪种抱枕款式等。
实验法：通过对抱枕外包裹层面料、抱枕填充物、驱蚊方式、加热和制冷方式进行对比实验，找到适合本课题抱枕的材料。
抱枕整体设计为倾斜状态，更加符合人体颈部曲线。外包裹层采用舒适亲肤、抗菌、抗污染面料，使接触面更加舒适，便于清洁。气囊位于抱枕枕芯与底座之间，气囊设置成环形，并在内部环形设置有多个制冷器，通过控制气囊内的空气的体积调整抱枕的高度。同时制冷器可以快速对抱枕进行制冷。在抱枕中间设计一个圆形空腔，不仅可以对学生的面部进行支撑，还可以防止学生的面部直接与外包裹层接触，导致学生在午睡时呼吸困难。抱枕内部设置多个挤压囊，挤压囊环形管阵列于外包裹层的内部，挤压囊的顶部开设有多个凹槽，学生在呼吸的过程中会对挤压囊进行挤压，挤压囊挤压之后内部的空气会沿着挤压囊顶部的贯穿孔挤出，空气经过加热管时会带走加热管表面的热量，然后气体穿过外包裹层进入到表面，从而可以使抱枕的热量均匀分布在外包裹层的表面。填充物采用有支撑力的软质填充物，为抱枕提供更好的弹性。抱枕底部侧面盖板内部设置多个透气孔，在放置仓内放入驱蚊片，驱蚊片的味道通过透气孔流出之后可以驱赶附近的蚊虫，防止学生在休息的过程中受到蚊虫的干扰。抱枕下部设置手臂环抱区，减轻头部对手臂的压迫，从而消除手臂的酸麻感觉。如图2-3所示。
抱枕的后面设置有挂钩，日常不使用抱枕时可以悬挂在课桌的一侧。当学生课间需要休息时，将抱枕放在桌面，然后挤压充气口，充气口将气体通过连接管挤压到气囊的内部，使气囊膨胀，然后气囊带动外包裹层膨胀，从而可以调整抱枕的高度，使抱枕可以适应不同身高的学生，然后根据天气启动加热管或制冷器，加热管可以进行制热，制冷器可以进行制冷，然后在放置仓的内部放入驱蚊片。
学生在休息时，面部的周围与透气槽顶部设置的垫圈贴合，空腔可以防止学生的口鼻直接与外包裹层接触造成呼吸困难，学生在呼吸的过程中会对外包裹层进行挤压，外包裹层会对内部设置的挤压囊进行挤压，挤压囊受到挤压之后内部的空气会从顶部开设的贯穿孔出来，空气出来之后会经过加热管或制冷器，从而可以带动加热管或制冷器表面的热量或冷气，使热量或冷气可以均匀分布于在外包裹层的表面，使抱枕可以快速制热或制冷，使学生可以快速进入睡眠状态。
第三章 实验过程与结果
3.1 抱枕面料实验
实验过程：使用上述五种面料分别制作抱枕（该抱枕除了面料不相同，其余因素均一致），10名实验对象分别使用抱枕午睡30分，之后对其进行评价。评价结果如表3-1所示。最终选择竹纤维作为抱枕面料。
3.2 抱枕填充材料实验
实验过程：使用上述5种填充材料分别制作抱枕（该抱枕除了填充材料不相同，其余因素均一致），10名实验对象分别使用抱枕午睡30分，之后对其进行评价。评价结果如表3-2所示。抱枕填充材料选择泡沫颗粒。
3.3 抱枕驱蚊方式实验
（1）气味驱蚊[8]：主要利用1,8-桉叶素进行实验。当1,8-桉叶素剂量为4.0μL时，其在前4 min内对白纹伊蚊可达到100%的驱避率，且其对白纹伊蚊的驱避效果呈剂量依赖性增加。
（2）植物驱蚊[9]：主要利用植物精油驱蚊片进行实验。实验发现8mg 桉叶素，10mg香茅醛的驱蚊片驱避效果最好。
（3）光线驱蚊主要有两种方式[10]：第一个是利用LED蓝紫色灯驱蚊，驱蚊原理是LED灯的光线对蚊虫具有吸引效果，将蚊虫吸引过来再杀死。第二个利用LED橘色灯进行驱蚊，驱蚊原理是蚊虫排斥橘色本身，直接使蚊虫远离人体。
实验结果表明：光线驱蚊对人的生活有一点影响，不利于睡眠；有些人对气味比较敏感，甚至有些反感，所以气味驱蚊有局限性；而植物驱蚊比较环保健康，可以根据需要选择有味和无味驱蚊片，因此选择植物精油驱蚊片驱蚊。
3.4 抱枕加热系统实验
实验过程：使用上述4种加热系统分别制作抱枕（该抱枕除了填充材料不相同，其余因素均一致），10名实验对象分别使用抱枕午睡30分，之后对其进行评价。评价结果如表3-3所示。抱枕加热系统选择柔性发热片。
3.5 制冷系统实验
实验过程：使用上述4种制冷系统分别制作抱枕（该抱枕除了填充材料不相同，其余因素均一致），10名实验对象分别使用抱枕午睡30分，之后对其进行评价。评价结果如表3-4所示。抱枕制冷系统选择半导体制冷片。
为了解决青少年午睡存在的问题，本课题提出一种改善学生在校午睡质量的解决方案，设计一款集温控、驱蚊、舒适、及时唤醒于一体的多功能抱枕。首先对抱枕进行设计，抱枕外包裹层后端设置有后支撑腿，后支撑腿内部开设有放置仓，放置仓一侧设置有盖板，盖板外壁开设有透气孔，外包裹层内部设置有填充块，外包裹层内部开设有气囊，可以调节抱枕高度。接着完成面料实验、驱蚊实验、加热实验和制冷实验。最终多功能抱枕面料选择竹纤维、填充物选择泡沫颗粒，采用植物驱蚊，柔性发热片和制冷片。通过制冷器，加热管和制冷器实现加热和制冷双向调节，通过导线将加热管和制冷器相连接，开关设置发热档位和制冷档位，调节不同档位实现冷热效果，因加热管和制冷器具有良好的导电性能，具有升温降温速度快、更安全，可以使抱枕在短时间内可以快速的加热或降温。实验表明，该午睡系统可以很好解决青少年午睡存在的问题，大大提高了睡眠质量和效率。
本文对上述设计的多功能抱枕的研究主要是集中在抱枕的面料、填充物及电子设备方面，存在一定的局限性，未来还需要对抱枕的其他功能上做较为深入的研究。
[1] 中国青少年儿童睡眠健康白皮书
2019年[C]//艾瑞咨询系列研究报告（2019年第4期）.[出版者不详],2019:185-235.
[2]教育部办公厅关于进一步加强中小学生睡眠管理工作的通知[J].中华人民共和国教育部公报,2021(05):71-72.
[3] 超细桃皮绒织物综述[C]//徐谷仓论文精选.,2008:59-66.
[4]周伟,林更旺,贾言星,余君红,王飞.丝光棉针织物的染色工艺及性能探究[J].纺织导报,2021(04):68-72.
[5]吴伟香, 抑菌竹炭纤维抱枕. 浙江省,浙江节节高炭业有限公司,2019-10-20.
[6], 新型纯棉超细纤维絮片填充物. 浙江省,浙江凯特罗芙家纺有限公司,
2008-12-06.
[7]刘敏. 带有环保颗粒填充物的玩具、抱枕[P].
广东：CN2863212,2007-01-31
[8]陈凡,姚雷,王文翠.1,8-桉叶素驱蚊止痒功效的研究[J].日用化学工业,
2021,51(07):620-625.
[9]黄蕙,杨细蓉,王芳,何一斌,夏洪兵,李婷.植物精油驱蚊片对蚊的驱避效果及其气相色谱分析[J].农药科学与管理,2021,42(05):45-51.
[10]刘光熙.LED光谱驱蚊灯的发展状况[J].中国照明电器,2020(04):11-13.