基于学生心理健康的创客实践

催眠小夜灯的设计制作

摘 要：本文旨在探讨如何通过创客实践活动设计一款促进学生心理健康、引导睡眠、便携式的小夜灯。这款小夜灯不仅具备基本的照明功能，还融入了心理学、生物学原理与智能控制技术，旨在为学生提供一个放松身心、促进睡眠的办法。通过引导学生参与设计、制作和调试过程，培养他们的创新思维、动手能力和自我关怀意识，从而间接促进学生的心理健康。

关键词：心理健康；引导睡眠；创客实践便携式；小夜灯；

近年来，学生群体面临的学习压力、社交压力以及电子产品的过度使用等问题，导致其睡眠质量普遍下降，进而影响了他们的心理健康，已经成为压在青少年抑郁症患者身上的一座大山。因此，设计一款能够引导学生形成良好睡眠习惯、改善睡眠质量的睡眠小夜灯显得尤为重要。本文提出的创客实践项目，正是基于这一背景，通过学生亲手制作引导睡眠小夜灯，不仅解决了实际问题，还促进了学生的心理健康发展。

1. 设计背景

《2023中国精神心里健康》蓝皮书显示，学生群体，夜间睡眠时长普遍偏短，有51%的人在零点后入睡，更有19%的人入睡超过凌晨2:00。报告显示，大多数人都曾有过睡眠困扰。被调查对象中，失眠问题不容乐观，59%的人存在失眠症状，完全无睡眠障碍人群仅占19%。2023年度学生群体的心理健康问题日益突出，且呈现低龄化趋势。长时间失眠和症状比较严重的失眠，有部分患者会出现精神、心理压力过大，进而诱发抑郁症。高中生的抑郁症检出率高达40%，就连小学生中，也有10%的人群存在严重的心理问题。

对于失眠和抑郁症患者来说，及时寻求专业的医疗帮助并采取有效的治疗方法是非常重要的。同时，患者要注意调整自己的生活方式和心态，促进身心健康的恢复。特别是轻度患者，更应该注意调节自己的睡眠时间与质量尤为为重要。

通过文献查询、专家询问，了解到呼吸频率对人的睡眠具有显著的影响，主要体现在以下几个方面：

1）神经系统调节：呼吸频率与神经系统的兴奋性密切相关。呼吸频率快时，可以激活交感神经系统，使人感到兴奋和紧张；而呼吸频率慢时，则能激活副交感神经系统，使人感到放松和平静，从而更容易进入睡眠状态。

2）心跳与气血运行：缓慢均匀的呼吸有助于降低心跳速度，使气血运行和生命活动逐渐缓和下来，为进入睡眠状态创造有利条件。

3） 氧气供应：当呼吸频率平稳且适度时，大脑能够获得充足的氧气供应，这对于维持大脑的正常功能至关重要。足够的氧气有助于大脑进行信息处理、记忆巩固等关键活动，确保人在醒来后拥有清晰的思维和良好的认知能力。

4）认知功能：呼吸频率异常（如过缓或过快、呼吸暂停）会影响大脑的氧气供应，进而干扰大脑细胞的正常代谢过程，导致注意力难以集中、记忆力减退、思维能力下降等认知功能障碍。

2. 设计理念

呼吸调节法：通过特定的呼吸调节法（如4-7-8呼吸法）可以降低呼吸频率，激活副交感神经系统，减少杂念，从而帮助人们更好地入睡。良好的睡眠环境是保障高质量睡眠的基础。

本研究设计的催眠小夜灯应用“4-7-8呼吸法”，通过柔和的灯光、适宜的色温、灯光的呼吸频率以及可能的自然声音（如雨声、海浪声）等，引导学生进行深呼吸练习，帮助学生放松身心，快速进入深度睡眠状态，改善睡眠质量。通过创客实践引导学生亲身参与设计、制作和调试过程，培养创新思维和动手能力，增强他们的自信心和成就感，促进心理健康发展。

3. 设计过程

3.1 设计准备

在设计催眠小夜灯之前，我们进行充分的准备工作，包括市场调研、技术选型和团队分工。通过对现有产品的分析，了解市场需求和用户反馈，为后续设计提供参考。

附：中小学催眠小夜灯需求调研结果.pdf

初步构思

设计软件：SketchUp 2019

以月球为原型，把LED灯安装在球内，控制板、开关放在方形底座。如下图

 本设计体积150mm*150mm*300mm，满足学生在家休息，放在枕头柜上，不适合中小学生寄宿时携带与存放，所以重新设计。

经过调研交流，最后我们拟定本作品的设计要求。

设计要求：

1）作品外观设计以偏平盒子为原型，考虑使用对象是中小学生，方便放在书包携带。

2）运用3D打印技术，采用PLA材料打印，体积110mm*110mm*35mm；没有条件的，也可以用大致规格的硬纸盒代替。

3）主要功能通过灯光亮暗频率引导呼吸，帮助人们更好地入睡；兼顾阅读照明灯光，以及休闲时补充氛围光。

4）考虑到小夜灯具有催眠功能，还应该设计定时关机功能。

5) 使用白色盒体，外加黄色边框进行美化，提升产品的吸引力。

3.2 模型制作

3.2.1外观设计（设计软件：SketchUp 2019）

本设计巧妙利用了掌控宝自身紧凑的原型，嵌入圆角的方形盒子，不遮挡掌控板上原有的环境光、声音、触摸等传感器，还保留A、B键正常使用，USB口可以随时重刷程序，满足中小学生实现各种创新想法。

3.2.2 模型制作

设备：Bambu Lab X1 Carbon 0.4 nozzle，

材料：PLA

分色：盒体（白色），上下盖板（黄色）

匀光膜 :厚1mm，双面胶固定

3.3硬件设计

硬件连接图

打开扩展板，将内置锂电池并联一个外拉的锂电池，LED灯条连接P0引脚，语音合成模块连接IIC，确保各个元器件之间的连接正确，保证电路的稳定性和安全性。

3.4 软件开发

编程环境：使用Mind+软件Arduino C

import time

# 初始化

def initialize():

print(“初始化…”)

# 这里可以添加更多的初始化代码

global sleep_mode

sleep_mode = False

global custom_sleep_time

custom_sleep_time = 60  # 默认睡眠时间为60秒

global color_index

color_index = 0

global colors

colors = [“红色”, “绿色”, “蓝色”]

# 主循环

def main_loop():

while True:

# 是否处于睡眠模式?

if sleep_mode:

handle_breathing_effect()

check_sleep_timeout()

else:

task1()

task2()

task3()

# 处理呼吸效果和检查睡眠超时

def handle_breathing_effect():

print(“处理呼吸效果…”)

# 这里可以添加呼吸效果的实现代码

def check_sleep_timeout():

print(“检查睡眠超时…”)

# 这里可以添加检查睡眠超时的逻辑

global sleep_mode

if time.time() – start_sleep_time > custom_sleep_time:

close_sleep_mode()

# 关闭睡眠模式

def close_sleep_mode():

print(“关闭睡眠模式…”)

global sleep_mode

sleep_mode = False

# 任务1

def task1():

print(“执行任务1…”)

# 这里可以添加任务1的实现代码

# 任务2

def task2():

print(“执行任务2…”)

# 这里可以添加任务2的实现代码

if is_touchpad_t_touched():

if not sleep_mode:

activate_sleep_mode()

else:

continue_task2()

def is_touchpad_t_touched():

# 这里可以添加检测触摸板T是否被触摸的逻辑

return False

def activate_sleep_mode():

print(“激活睡眠模式…”)

global sleep_mode

global start_sleep_time

sleep_mode = True

start_sleep_time = time.time()

def continue_task2():

print(“继续任务2…”)

# 这里可以添加继续任务2的实现代码

# 任务3

def task3():

print(“执行任务3…”)

# 这里可以添加任务3的实现代码

if is_touchpad_h_touched():

switch_to_next_color()

def is_touchpad_h_touched():

# 这里可以添加检测触摸板H是否被触摸的逻辑

return False

def switch_to_next_color():

print(“切换到下一个颜色…”)

global color_index

color_index = (color_index + 1) % len(colors)

print(f”当前颜色: {colors[color_index]}”)

# 按钮A按下?

def is_button_a_pressed():

# 这里可以添加检测按钮A是否被按下的逻辑

return False

def show_usage_instructions():

print(“显示使用说明…”)

# 这里可以添加显示使用说明的实现代码

# 按钮B按下?

def is_button_b_pressed():

# 这里可以添加检测按钮B是否被按下的逻辑

return False

def set_custom_sleep_time():

print(“设置自定义睡眠时间…”)

global custom_sleep_time

# 这里可以添加设置自定义睡眠时间的逻辑

custom_sleep_time = 120  # 示例：设置为120秒

def set_custom_color():

print(“设置自定义颜色…”)

global color_index

# 这里可以添加设置自定义颜色的逻辑

color_index = 1  # 示例：设置为绿色

# 主程序入口

if __name__ == “__main__”:

initialize()

main_loop()

3.5 制作与组装

3.5.1 硬件组装：

按照设计方案，将LED灯、传感器、控制模块等部件组装在一起，确保连接稳固。

3.5.2 软件上传

将编写好的程序上传到控制模块中，进行初步测试。

3.6 测试与优化

经测试，对催眠小夜灯进行优化设计，结合多种功能，旨在通过智能照明和用户交互来改善用户的睡眠质量和心理健康。通过提供多种颜色选择和自定义功能，用户可以根据个人喜好调整灯光效果，增强使用体验。呼吸调节和定时功能的结合，使得小夜灯不仅仅是一个照明设备，更是一个促进放松和睡眠的智能助手。灵活性和个性化，适应不同用户的需求。

3.6.1多种照明模式

•  催眠小夜灯：提供柔和的照明，帮助用户放松身心，促进睡眠。
•  平静模式：通过特定的灯光和呼吸调节，帮助用户进入放松状态。

3.6.2颜色切换功能

•  预定义颜色选项：用户可以在多种预定义颜色（如红色、绿色、蓝色、白色、黄色、青色、洋红色、橙色和紫色）之间切换，以满足不同的情绪和环境需求。
•  自定义颜色：用户可以输入RGB值来自定义灯光颜色，增强个性化体验。

3.6.3睡眠模式

•  定时功能：用户可以设置睡眠模式的持续时间（默认为30分钟），在设定时间后自动关闭灯光，避免长时间照明对睡眠的干扰。
•  语音提示：在进入睡眠模式和结束时，系统会通过语音提示用户，增强用户体验。

3.6.4呼吸调节功能

•  呼吸引导：通过灯光的亮度变化模拟呼吸节奏，帮助用户进行深呼吸练习，促进放松和入睡。
•  状态机管理：使用状态机管理呼吸的不同阶段（吸气、憋气、呼气），确保灯光变化的平滑性和自然性。

3.6.5 用户交互

•  按钮控制：通过按钮输入，用户可以轻松切换颜色、进入睡眠模式和设置自定义时间。
•  显示界面：通过显示屏提供用户友好的界面，显示当前状态和操作提示。

4.创新与不足

4.1创新点

4.1.1心理健康与创客实践结合：设计将心理学的4-7-8呼吸法与创客实践相结合，通过灯光调节引导呼吸，帮助用户放松和入睡，这是一种创新的催眠方式。

4.1.2个性化颜色调节：提供了颜色调节功能，增加了产品的个性化和用户体验，尽管目前是预设颜色，但已是一个不错的开始。

4.1.3定时开关机功能：实用的定时功能方便用户根据自己的作息时间设置，避免忘记关灯，提升产品的便利性。

4.2不足之处

4.2.1声音播放单一：目前只有语音提示，缺乏自然声音的播放（如雨声、海浪声），这些声音可能对催眠效果更佳。

4.2.2电源续航问题：虽增加了锂电池，但续航时间不明确，需进一步测试和优化，确保使用过程中电量充足。

4.2.3用户体验反馈不足:需要更多用户反馈来优化产品功能和设计，确保真正满足目标用户需求。

5. 5. 结束语

通过设计和制作催眠小夜灯，学生不仅解决了实际问题，还培养了创新思维和动手能力，促进了心理健康的发展。该设计在创新性和实用性方面表现出色，但也存在一些需要改进的地方。通过进一步优化和完善，尤其是增强颜色调节的灵活性、丰富声音播放选项和提高定时功能的自定义性，该产品有望成为一款非常实用和受欢迎的健康辅助工具。

参考文献：

[1]中国精神心理健康蓝皮书编委会. (2023). 《2023中国精神心理健康》蓝皮书. 北京: 中国心理健康出版社.

[2]Weil, A. (2015). Breathing: The Master Key to Self Healing. New York: Sounds True.

[3]李明华, 张伟. (2022). 创客教育在中学心理健康教育中的应用研究. 教育研究与实验, 41(3), 45-52.

[4]National Sleep Foundation. (2021). Sleep Hygiene and Mental Health. Retrieved from https://www.sleepfoundation.org

[5]王晓峰, 陈静. (2021). 呼吸调节法对睡眠质量的影响研究. 心理学报, 53(2), 123-130.

[6]张丽, 刘洋. (2020). 智能小夜灯设计与应用. 电子技术与软件工程, 18(4), 67-70.

[7]陈志强, 李娜. (2019). 创客教育与学生创新能力的培养. 教育科学, 37(5), 89-95.

[8]赵晓东, 王丽. (2023). 青少年心理健康问题的现状与对策. 中国健康教育, 39(1), 34-40.

作者：邬肖英，男，1969-，福建省宁德市第五中学，高级教师，研究方向：创客教育；

地址：福建省宁德市东侨区梦龙路1号  邮编：352100

电话：18059309913

邮箱：ndwzwxy@126.com

（基金项目：本文系福建省电化教育馆2024年度教育信息技术研究立项课题“中小学创客教育课程开发与应用研究”(立项号：KT24063)的研究成果之一。）