四个临时滑水道设计，适应不同的斜坡条件，鼓励儿童在游乐场进行社交活动

摘要

早期社会学习通过与有效设计环境的互动得到增强。在不同的城市公园举办了四场活动，使用廉价的临时滑水道来刺激社会学习。本研究描述了所使用的原型和对儿童互动的评估。

摘要

城市化进程的加快减少了儿童接触各种自然户外环境的机会。为了弥补早期生活体验中的这种缺陷，我们设计了四个临时滑水道，每个滑水道都针对不同的城市公园条件量身定制。滑水道的构造很简单，框架由易于获得的资源制成，例如来自当地森林的竹竿和简单的管道和接缝，上面覆盖着防水布。胶合板，纸板和防水布用于在滑梯脚下创建一个水池，这些水池放置在每个公园的现有斜坡或楼梯上。在每1-2小时事件期间，水不断从载玻片上释放。在每次公园活动中，孩子们都会自发地聚集在一起使用滑梯并进行社交互动。在滑水道试验期间没有发生严重事故。为了了解孩子们如何使用每个滑水道，通过视频记录了滑水道的活动。定量分析了滑水道最高活动水平的分钟数，以确定滑水道周围的流线以及使用滑水道时达到的平均和最大速度。

引言

城市化进程的加快导致儿童探索自然户外环境的机会减少。特别是，部分由于出生率下降和小型核心家庭的日益普及，日本儿童正在失去体验式学习多样化社会结构的机会¹。日本文部科学省报告说，患有发育障碍和相关社会残疾的小学生人数不断增加，尽管尚未证明因果关系^2，3。此外，经济合作与发展组织（OECD）的一项调查发现，尽管许多家庭在⁴岁时就不允许孩子使用智能手机，但日本初中儿童与社交媒体的互动频率高于其他国家的儿童。随着父母越来越注重教育，孩子们不再在高风险活动中在户外玩耍，而是^{在成年人的}监督下花更多的时间在室内5。然而，在家庭之外，这个家庭是多种多样的，充满了未知和潜在的威胁，往往是最好的教育环境，孩子们可以在发现自己的挑战和学习克服困难的同时，与朋友一起工作⁶.

为了鼓励户外游戏，我们举办了游乐园活动，让孩子们有机会通过游戏自愿体验大自然，并与朋友和其他人进行社交互动和分享挑战⁷.游乐园是城市公园的一个特殊区域，孩子们可以体验各种户外活动，例如爬树，用天然材料建造游乐场设备，以及学习建造和管理火灾⁸。在2018-2019年期间在日本山口县宇部市创建游乐园的合作项目中，我们探索了公民如何主动为儿童创造基于自然的体验。我们设定了以下目标:（i）通过鼓励儿童自发聚集来促进社会互动，以及（ii）通过利用天空，土壤，^{水和树木等}自然资源来创造一个充满创造性机会的环境9，^10，并使用废纸板清洁环境。这些活动计划于夏季和秋季在四个城市城镇举行。鉴于大多数孩子本能地喜欢在水中玩耍，我们设计了四个滑水道，以利用区域资源。本报告介绍了山口大学宇部市2019年合作项目"游戏领袖培训课程"的结果，该项目是通过大学与当地居民的合作创建的。2019年完成了三项活动;第四起事件发生在 2021 年，当时 COVID-19 干扰了儿童社交。游乐园活动的日期和时间如表1所示。"时间"是事件的持续时间，"最大时间"是定量分析的每个事件的 1 分钟时间段（最活跃的 1 分钟）。本文介绍了使用的四种设计，它们的实现，以及对儿童在观察过程中如何与滑水道以及彼此相互作用的定量评估。

研究方案

该研究方案已获得山口大学涉及人类参与者的非医学研究审查委员会的批准。有关此协议中使用的所有材料、设备和软件的列表，请参阅 材料表 。关于儿童及其父母或监护人可以聚集在一起自愿合作在旨在鼓励其创造力的环境中创建、使用和清理游戏公园的日期、时间和地点进行了公开宣布。

1. 公园景观和资源

1. 对每个公园的地形和资源进行现场调查，并为每个公园专门设计滑水道，以利用可用的特定资源。如果可能，将滑水道放置在开放区域，以便从各个方向都可以看到它们，以吸引游客到游乐场。
   注意:图 1 显示了每个公园的 Google 地图鸟瞰 图 ，指示了滑水道 （WS） 的位置和方向。
2. 根据现有地形设计和建造滑水道。
   注意:每个滑水道的坡度和长度如 表1所示。
   1. 为平坦的公园制作滑水道（公园 1、WS1; 视频 1）:
      1. 使用脚手架管和夹子设计塔架结构，以便轻松组装坚固但临时的结构（图 2Ab）。
      2. 用3米长的竹竿为滑水道的水池部分建造框架（图2Aa1）。确保滑水道（图2Aa2）的角度为25°，长度为1.8米，并在底部包括一个水池。
         注意:黑石公园是平坦的（图2A）。
   2. 为丘陵公园（公园 2、WS2; 视频2），利用自然坡度。
      1. 与步骤1.2.1一样，使用区域资源用竹竿和胶合板为池部分构建框架（图2B）。确保滑水道的角度为 30°，长度为 6 m，底部包括一个游泳池。
         注意:琴崎公园是丘陵（图1B）。
   3. 如果公园的中心有一个小斜坡（公园 3、WS3; 视频3），使用这个小斜坡创建滑水道。
      1. 使用竹竿和脚手架增加建造滑水道的自然坡度（图2C），如步骤1.2.1所示。确保滑水道最陡峭的角度为21°，长度为4 m，并在底部包括一个游泳池。
         注意:Kiwanami公园的中心有小斜坡（图1C）。
   4. 如果存在，请使用楼梯创建滑水道（学校 4、WS4; 视频 4）。
      1. 为了覆盖楼梯，用胶合板和方形木杆（补充文件1）建造一个用纸板覆盖的结构，形成一个栏杆，让孩子们保持在滑梯上（图2D，中心图）。确保滑水道的角度为 27°，长度为 6 m。
         注意:Kamiube小学在校园里有一个楼梯（图1D）。
   5. 考虑游乐园的安全性（补充文件1）。
      1. 为了验证结构的安全性，请使用有限元方法（FEM）（例如Adobe Fusion 360; 补充文件 1）。
      2. 制作原型。让多人试用原型以发现任何潜在风险，例如硬/突出的零件。如果发现，请用软盖消除或覆盖此类部件。考虑留下一些最小的风险，让孩子学习如何自己克服风险（补充文件1）。
3. 用防水布覆盖斜坡以创建滑水道和泳池区（补充文件1）。
4. 通过公园供水的软管 向 滑水道供水。

图1:谷歌地图上的公园景观。 （A）公园1的WS1:黑石。（B） 公园2的WS2:琴崎。（C） 3号公园的WS3:Kiwanami。（D） 小学4的WS4:Kamiube。比例尺 = 20 m （A-D）。缩写:WS = 滑水道。请点击此处查看此图的大图。

2. 组装材料（见材料表）

1. 平滑和清洁材料表面。
2. 使用冲击起子和锯子用管道、板、接头、螺钉和绳索组装框架（补充文件 1）。
3. 将框架的角落固定在地面上。
4. 在台阶上固定纸板垫。
5. 用防水布覆盖以适合形状，并用木桩和防水胶带固定（补充文件 1）。
6. 将软管水从滑轨顶部向动。
7. 反复检查安全性，并根据需要加强。
8. 在使用过程中持续监控安全性，并立即修复任何问题。

3. 活动的记录和定量分析

1. 使用摄像机捕捉儿童对幻灯片的使用。
2. 根据身高估计使用每个滑水道的儿童的年龄（表2）。
3. 通过定性观察和定量分析评估流线与活动水平之间的关系，如图 3所示。
   1. 使用Python每秒将视频数据转换为JPEG图像文件（补充文件2）。
   2. 使用 Keynote 讲演来跟踪每个孩子相对于滑水道的位置。手动将位置信息转换为水滑梯设计的顶视图图像（补充文件 2）。
   3. 将一系列对象轨道的屏幕截图转换为MP4文件（补充文件2）。
   4. 对 MP4 文件使用 Python 检测来确定对象坐标（补充文件 2）并计算速度（补充文件 2）。
   5. 执行单因素方差分析以确定 WS1-4 中彼此之间的子运动 [m/s] 差异（如果 p 值为 <0.05，则输入 *）。

结果

孩子们聚集在一起，进行社交互动，并在所有滑水道上一起玩耍（图4）。使用WS4的儿童估计比其他载玻片的儿童年龄大（表2）。 视频 5 中可视化了每个 WS 最大速度 1 分钟内的代表性儿童运动跟踪模式。图 5 显示了每个滑水道周围的代表性 IN-OUT 运动线。在WS1中检测到子结构a和b之间的两条不同的运动线（图5A）。但是，由于b处的线没有连接到滑水道，因此只有a处的线被定义为与滑水道相关。对于底部有水池的水滑梯（WS1-3），一些运动线表明在不使用滑梯的情况下使用水池（图5A-C）。还经常观察到滑块上反复上下移动而不退出（图5A-C）。与 WS1-3 相比，WS4 的流程线包括反复滑下，然后上侧楼梯，然后再次滑动而不退出（图 5D）。

此外，我们比较了每个儿童的平均和最大运动，考虑了面积（表1）和使用滑水道的儿童数量（图6A，B）。WS1，WS2和WS3的区域彼此差异很大，但儿童的运动水平相似。WS4周围的运动明显高于其他幻灯片。

图 2:滑水道设计 。 （A） 1 号公园的 WS1。（B） 2号公园的WS2。（C） 3号公园的WS3。（D） 学校的WS4 4.缩写:WS = 滑水道。 请点击此处查看此图的大图。

图 3:定量分析应用流程图和协议。 请参阅协议步骤 3。 请点击此处查看此图的大图。

图4:四个滑水道的场景 。 （A）黑石公园的WS1。（B） 琴崎公园的WS2。（C） 基瓦波公园的WS3。（D） 学校的WS4 4. 请点击此处查看此图的大图。

图 5:每个滑水道周围的代表性 IN-OUT 运动线。 （A） WS1:子结构 a 处最具代表性的线是红色。还看到了两种不同的模式:a处的黑线，仅使用池，或b处的单个红线，不指向a。 （B） WS2:出现了三种模式:一条蓝线使用整个幻灯片高速，一条黑线使用部分幻灯片，一条红线留在池中。（C） WS3:两条红线表示使用或不使用斜坡下部结构。（D）WS4:行为模式是统一的（他们使用幻灯片）。A-D:a = 游泳池，b = 滑水道;红色 = 出;绿色 = 在。缩写:WS = 滑水道。请点击此处查看此图的大图。

图6:四种类型滑水道的定量比较。 黑色圆圈代表手段。圆点代表单个子项。（A） 比较运动方式。WS1-4 标签下的数字表示在相同的 1 分钟内在载玻片上收集的最大子级数量。 （B） 从与 A 相同的数据得出的最大速度。* WS4 明显高于其他 WS（单因子方差分析， p < 0.05）。 请点击此处查看此图的大图。

公园/学校		日期	时间	最大时间		滑动面积 （m2）	坡度（°）	长度（m）
公园1"黑石"		16-06-2019	13:00-16:00	14:21:30-14:22:30		3.2	25.0	1.8
公园2"琴崎"		31-08-2019	13:00-16:00	13:43:00-13:44:00		12.0	30.0	6.0
公园3"木波"		28-09-2019	12:00-16:00	12:49:00-12:50:00		8.0	21.0	4.0
学校4"上部"		08-08-2021	13:00-18:00	17:14:00-17:15:00		5.4	27.0	6.0

表1:游乐园活动的时间和分析目标时间，以及滑水道信息。

WS#	儿童人数	儿童身高 [厘米]
		意味 着	标清
公园 1	12	130.4	22.0
公园 2	5	132.0	14.7
公园 3	3	116.7	12.5
学校 4	8	147.5	12.0

表2:"最大时间"期间在每次滑水道上玩耍的儿童的身高（平均值和标准偏差）。 孩子们的大致身高有助于预测年龄。

视频1:最活跃的1分钟，"最大时间"，在黑石公园的WS1。 这个滑水道是在没有坡度的公园里设计的。必须为滑水道建造一个斜坡，导致与其他滑水道相比，滑水道的面积相对较小。许多孩子仍然在这个滑水道上一起玩耍。缩写:WS = 滑水道。 请点击此处下载此视频。

视频2:在琴崎公园的WS2最活跃的1分钟，"最大时间"。 这个滑水道建在一个自然宽阔、陡峭（30°）和长坡的公园里。儿童使用这张幻灯片的方式有所不同。一些孩子在滑梯上加速，而另一些孩子则小心翼翼地走上走下。缩写:WS = 滑水道。 请点击此处下载此视频。

视频3:在Kiwanami公园的WS3最活跃的1分钟，"最大时间"。 该活动于 2019 年 COVID19 大流行之前举行。在这个滑水道上，可以看到年幼的孩子在缓坡上玩耍的时间更长。 请点击此处下载此视频。

视频4:在Kamiube学校的WS4最活跃的1分钟"最大时间"。 第四次滑水道活动于 2021 年在 COVID19 大流行期间举行。在这个滑水道上，年龄较大的孩子一起重复地从滑梯上加速。在此设计中使用楼梯可能促成了这种行为。 请点击此处下载此视频。

视频 5:WS1-4 上最活跃的儿童跟踪运动的每个代表性模式。请点击此处下载此视频。

补充文件1:安全注意事项和组装。请点击此处下载此文件。

补充文件2:使用Python代码和主题演讲文件的儿童运动跟踪方法。请点击此处下载此文件。

讨论

这些滑水道的设立旨在鼓励孩子们自发地聚集在城市公园中，彼此之间以及与自然环境互动。我们强调了儿童、成人、学生和公民共同努力设计、建造和清理滑水道的协作创作过程。所有人都喜欢共同努力克服挑战^11，12。动物模型表明，这种关键期学习经历¹³，¹⁴的缺陷可能会影响未来的社会适应能力和心理情绪功能²，^15，16。

为了创建滑水道，使用了地面斜坡（WS2，WS3）或楼梯（WS4）。如果没有坡度，则通过用木板和单管脚手架（WS1）建造平台来创建一个简单的临时斜坡。竹子是一种现成的区域资源¹⁷，用于公园 1-3 的水滑梯框架。竹子生长迅速，必须加以控制以防止过度生长，因此在此应用中使用竹子是理想的¹⁸。

关于WS1，在确认运动跟踪线（图5A）之前，我们曾期望整个框架（图2Aa1，a2，b）将包含在滑水道结构中。然而，运动跟踪分析揭示了两条不同的子结构线的明确划分。因此，在对WS1进行第一次试验和分析之后，我们通过移除额外的塔来简化滑水道设计。因此，WS1的塔（图2Ab）从定量分析中删除。

所有四种类型的幻灯片都吸引了孩子们自发聚集。WS4的活动高于其他滑梯，这可能是因为，根据我们的估计（表2），使用WS4的儿童比其他滑水道的儿童年龄大，因此可能具有更发达的个性。这可以转化为具有更高级社交技能、构建理念和协作能力的孩子。活动差异也可能是由不同的滑水道设计引起的;与其他滑梯不同，滑梯底部有一个游泳池，孩子们在滑下后可以呆在那里，WS4没有游泳池，只有侧楼梯，让孩子们在滑下来后可以轻松地再次爬上去，也许鼓励了更简单的重复行为。滑水道的位置也可能是WS4活动增加的原因。WS1-3在当地的公园，而WS4在校园里，在那里可以合理地假设学生能够在他们熟悉的环境中放松和玩耍。如果可以为使用这种设备的个人收集教育和社会经济调查，那么信息的组合可以提供对儿童神经心理发展的洞察。此外，还必须考虑COVID-19的潜在影响。WS4 的活动是在 2021 年评估的，这是持续与 COVID 相关的限制的时期，而 WS1-3 的活动发生在大流行之前。WS4的活动水平可以代表对长期减少社交游戏机会的反应¹⁹。由于这些单一观察事件固有的局限性，需要进一步的详细研究，包括个人个人调查。

为了确定框架设计²⁰，²¹的机械安全性^，使用Adobe Fusion（免费版）²³对滑块部分辅助支撑框架上的胶合板进行了有限元仿真分析²²。辅助结构设计为承受 100 公斤的重量，假设四个每个重 25 公斤的孩子同时使用滑梯（未显示）。所有滑水道都被孩子们成功使用，没有发生严重事故。防水布略微滑落，并被纠正了几次。只观察到一起事件;该病例涉及一名被诊断患有自闭症^的一年级男孩7^，24。起初，孩子似乎很害怕，但在看到其他孩子之后，他也想加入。男孩胆怯地走近，开始慢慢滑下来。几次尝试后，他滑倒了，摔倒了，嘴巴撞在了滑道表面。他的嘴巴内侧有一个小伤口。在这次经历之后，他回到了母亲身边。我们担心这对他来说可能是一次负面的经历。然而，他随后非常兴奋地参加了游戏公园活动，并增加了冒险精神。

材料

Name	Company	Catalog Number	Comments
WS1
pipes (6)			NFG Ecostar 700N Φ48.6 mm x 0.9 m
pipes (27)			NFG Ecostar 700N Φ48.6 mm x 1.8 m
pipes (2)			NFG Ecostar 700N Φ48.6 mm x 2.4 m
cover (35)			for Φ48.6 mm
joint (36)			for  Φ48.6 mm
Plywood boards (2)			13 x 900 x 1800 mm
tarp (blue) (1)			0.25 x 4500 x 4500 mm
bamboo rod (8)			15 mm x 2000 mm
rope (1)			Φ18 mm x 200 m
PP rope (1)			Φ6 mm x 200 m
WS2
tarp (blue) (1)			0.25 x 4500 x 4500 mm
bamboo rod (8)			15 mm x 2000 mm
PP rope (1)			Φ6 mm x 200 m
WS3
Plywood boards (2)			13 x 900 x 1800 mm
joint (11)			for  Φ48.6 mm
tarp (blue) (1)			0.25 x 4500 x 4500 mm
bamboo rod (7)			15 mm x 2000 mm
PP rope (1)			Φ6 mm x 200 m
WS4
Plywood boards (2)			13 x 900 x 1800 mm
Plywood board (1)			13 x 900 x 900 mm
wood SPF 2x4			38 x 89 x1820 mm
cardboard			free size
wood screw (1 box)			3.3x50 mm
packing tape (2)			50mmx50m
peg (4)			Φ9mmx300mm
Tool
Impact driver			18v  160N • m
Hammer			2 kg
Impact socket			17mm
Bit for impact driver			+ 65mm
Software
AUTODESK FUSION 360 2.0.12164			Drawing designs
Blender (Version 3.0.0 2021-12-03)			Drawing designs
R			one-way ANOVA
Equipment
video cameras	(JVC, G Z -RX690-D)