Четыре временные конструкции водных горок, адаптированные к различным условиям склона, чтобы способствовать социализации детей на игровых площадках

Резюме

Социальное обучение в раннем возрасте усиливается за счет взаимодействия с эффективно спроектированной средой. Четыре мероприятия были проведены в разных городских парках с использованием недорогих временных водных горок для стимулирования социального обучения. В этом исследовании описываются используемые прототипы и оценка взаимодействия детей.

Аннотация

Возросшая урбанизация сократила доступ детей к различным природным средам на открытом воздухе. Чтобы противодействовать этому недостатку в раннем возрасте, мы спроектировали четыре временные водные горки, каждая из которых адаптирована к различным условиям городского парка. Водные горки были просты в строительстве, с рамами, построенными из легкодоступных ресурсов, таких как бамбуковые стержни из местного леса и простые трубы и соединения, покрытые брезентом. Фанерные доски, картон и брезент были использованы для создания бассейна у подножия горок, которые были размещены на существующих склонах или лестницах в каждом парке. Вода непрерывно сбрасывалась вниз по горке в течение каждых 1-2 часов. На каждом мероприятии в парке дети спонтанно собирались, чтобы покататься на горках и пообщаться. Во время испытаний на водной горке серьезных аварий не произошло. Чтобы понять, как дети использовали каждую водную горку, активность на водных горках была записана на видео. Минута наивысшего уровня активности на водной горке была количественно проанализирована для определения линий потока, окружающих водную горку, а также средних и максимальных скоростей, достигнутых при использовании водной горки.

Введение

Возросшая урбанизация привела к уменьшению возможностей детей исследовать природную среду на открытом воздухе. В частности, отчасти из-за снижения рождаемости и увеличения распространенности малых нуклеарных семей японские дети теряют возможность на собственном опыте узнать о диверсифицированных социальных структурах¹. Министерство образования, культуры, спорта, науки и технологий Японии сообщило о росте числа учащихся начальной школы с нарушениями развития и связанными с ними социальными нарушениями, хотя причинно-следственная связь не была продемонстрирована ^2,3. Более того, опрос Организации экономического сотрудничества и развития (ОЭСР) показал, что японские дети в младших классах средней школы взаимодействуют с социальными сетями чаще, чем дети в других странах, несмотря на то, что многие семьи не разрешают своим детям доступ к смартфонам в раннем возрасте⁴ лет. Поскольку родители стали более ориентированными на образование, дети больше не играют на улице в рискованных мероприятиях и проводят больше времени в помещении под бдительным оком взрослых⁵. Тем не менее, вне дома, который разнообразен и полон неизвестных и потенциальных угроз, часто является лучшей образовательной средой, в которой дети могут учиться и расти, находя свои собственные проблемы и учась преодолевать трудности, работая вместе с друзьями⁶.

Чтобы поощрять игры на свежем воздухе, мы проводили мероприятия в игровых парках, чтобы дать детям возможность добровольно познакомиться с природой через игру, а также социально взаимодействовать и делиться проблемами с друзьями и другими людьми⁷. Игровой парк - это специальная секция в городском парке, где дети могут участвовать в различных мероприятиях на свежем воздухе, таких как лазание по деревьям, строительство игрового оборудования из натуральных материалов, а также обучение строительству и управлению огнем⁸. В рамках совместного проекта по созданию игрового парка в городе Убе, префектура Ямагути, Япония, в 2018-2019 годах мы изучили, как граждане могут активно создавать для детей природный опыт. Мы ставим перед собой следующие цели: (i) способствовать социальному взаимодействию, поощряя детей собираться спонтанно, и (ii) создавать среду, полную творческих возможностей, используя природные ресурсы, такие как небо, почва, вода и деревья ^9,10, и очищать окружающую среду с помощью обрезков картона. Мероприятия должны были состояться в четырех городах в течение лета и осени. Учитывая, что большинство детей инстинктивно любят играть в воде, мы спроектировали четыре водные горки, которые воспользовались бы региональными ресурсами. В этом отчете описываются результаты совместного проекта Университета Ямагути Ube City 2019 «Play Leader Training Course», который был создан в рамках сотрудничества между университетом и местными жителями. В 2019 году было завершено три мероприятия; четвертое событие произошло в 2021 году в период, когда COVID-19 мешал социализации детей. Дата и время проведения мероприятий в игровом парке приведены в таблице 1. «Время» — это продолжительность события, а «Максимальное время» — это период в 1 минуту на каждом событии, которое было количественно проанализировано (наиболее активный 1 мин). В этой статье представлены четыре использованные конструкции, их реализация и количественная оценка того, как дети взаимодействовали с водными горками и друг с другом во время наших наблюдений.

протокол

Этот протокол исследования был одобрен Комитетом по обзору Университета Ямагути для немедицинских исследований с участием людей. Список всех материалов, оборудования и программного обеспечения, используемых в этом протоколе, см. в таблице материалов . Были сделаны публичные объявления относительно даты, времени и места, где дети вместе со своими родителями или опекунами могли собраться для добровольного сотрудничества по созданию, использованию, а затем очистке игрового парка в среде, предназначенной для поощрения их творчества.

1. Парковые ландшафты и ресурсы

1. Проведите обследование топографии и ресурсов каждого парка на месте и специально спроектируйте водные горки для каждого парка, чтобы использовать конкретные доступные ресурсы. Если есть возможность, разместите водные горки на открытой площадке так, чтобы они были видны со всех сторон, чтобы привлечь посетителей на детскую площадку.
   ПРИМЕЧАНИЕ: На рисунке 1 показан вид каждого парка с высоты птичьего полета Google Maps с указанием местоположения и направления водной горки (WS).
2. Проектируйте и стройте водные горки на основе существующего рельефа.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Уклон и длина каждой водной горки показаны в таблице 1.
   1. Сделать водную горку для ровного парка (Парк 1, WS1; Видео 1):
      1. Спроектируйте башенную конструкцию с использованием строительных лесов, труб и хомутов, чтобы упростить сборку прочной, но временной конструкции (рис. 2Ab).
      2. Соорудите каркас для бассейновой секции водной горки из бамбуковых стержней длиной 3 м (рис. 2Аа1). Убедитесь, что водная горка (рис. 2Aa2) имеет угол 25°, длину 1,8 м и включает бассейн на дне.
         ПРИМЕЧАНИЕ: Парк Куроиси плоский (рис. 2А).
   2. Сделать водную горку для холмистого парка (Парк 2, WS2; Видео 2), воспользуйтесь естественным склоном.
      1. Как и на шаге 1.2.1, соорудите каркас для секции бассейна из бамбуковых прутьев и фанеры, используя региональные ресурсы (рис. 2B). Убедитесь, что водная горка имеет угол 30°, длину 6 м и включает в себя бассейн на дне.
         ПРИМЕЧАНИЕ: Парк Котосаки холмистый (рис. 1B).
   3. Если парк имеет небольшой уклон в центре (Парк 3, WS3; Видео 3), создайте водную горку, используя этот небольшой склон.
      1. Используйте бамбуковые стержни и строительные леса, чтобы увеличить естественный уклон (рис. 2C), на котором можно построить водную горку, как показано на шаге 1.2.1. Убедитесь, что водная горка имеет угол 21° в самом крутом месте, длину 4 м и включает бассейн на дне.
         ПРИМЕЧАНИЕ: Парк Киванами имеет небольшой уклон в центре (рис. 1C).
   4. Если есть, используйте лестницу для создания водной горки (Школа 4, WS4; Видео 4).
      1. Чтобы покрыть лестницу, постройте конструкцию из фанеры и квадратных деревянных стержней (дополнительный файл 1), покрытых картоном, чтобы сформировать рельс, чтобы дети держались на горке (рис. 2D, рисунок в центре). Убедитесь, что водная горка имеет угол 27° и длину 6 м.
         ПРИМЕЧАНИЕ: Начальная школа Камиубе имеет лестницу на школьном дворе (рис. 1D).
   5. Подумайте о безопасности игровых парков (Дополнительный файл 1).
      1. Чтобы проверить безопасность конструкций, рассчитайте прочность с помощью таких симуляций, как методы конечных элементов (FEM) (например, Adobe Fusion 360; Дополнительный файл 1).
      2. Сделайте прототип. Попросите нескольких человек пилотировать прототип, чтобы найти любые потенциальные риски, такие как твердые / выступающие детали. Если они обнаружены, устраните или накройте такие части мягкими колпачками. Подумайте о том, чтобы оставить некоторые минимальные риски, чтобы дети могли научиться преодолевать риски самостоятельно (Дополнительный файл 1).
3. Накройте склон брезентом, чтобы создать водную горку и бассейн (дополнительный файл 1).
4. Подавать воду на водную горку можно по шлангу от паркового водопровода.

Рисунок 1: Парковые пейзажи на картах Google. (A) WS1 в парке 1: Куроиси. (B) WS2 в парке 2: Котосаки. (C) WS3 в парке 3: Киванами. d) WS4 в начальной школе 4: Камиубе. Масштабные линейки = 20 м (A-D). Аббревиатура: WS = водная горка. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

2. Монтажные материалы (см. Таблицу материалов)

1. Разгладьте и очистите поверхность материала.
2. Соберите каркас из труб, досок, соединений, шурупов и веревок, используя ударный шуруповерт и пилу (дополнительный файл 1).
3. Вбейте углы каркаса в землю.
4. Закрепите картонные подушки на ступеньках.
5. Накройте брезентом, чтобы он соответствовал формам, и закрепите кольями и водонепроницаемой лентой (дополнительный файл 1).
6. Спустите воду из шланга с верхней части слайда.
7. Неоднократно проверяйте безопасность и усиливайте по мере необходимости.
8. Постоянно следите за безопасностью во время использования и немедленно устраняйте любые проблемы.

3. Учет и количественный анализ деятельности

1. Запечатлейте использование детьми слайдов с помощью видеокамер.
2. Оцените возраст детей, использующих каждую водную горку, в зависимости от их роста (таблица 2).
3. Оцените взаимосвязь между линиями потока и уровнем активности с помощью качественных наблюдений и количественного анализа, как показано на рисунке 3.
   1. Преобразуйте видеоданные в файлы изображений JPEG в секунду с помощью Python (дополнительный файл 2).
   2. Используйте Keynote, чтобы отслеживать местоположение каждого ребенка по отношению к водной горке. Вручную преобразуйте информацию о местоположении в изображение водной горки сверху (дополнительный файл 2).
   3. Преобразуйте скриншоты серии дорожек объекта в файлы MP4 (дополнительный файл 2).
   4. Используйте обнаружение Python в файлах MP4 для определения координат объекта (дополнительный файл 2) и вычисления скорости (дополнительный файл 2).
   5. Выполните одностороннюю ANOVA, чтобы определить различия в движении ребенка [м/с] в WS1-4 друг против друга (поставьте *, если p-значение равно <0,05).

Результаты

Дети собирались, общались и играли вместе на всех водных горках (рис. 4). Дети, использующие WS4, были старше, чем те, кто использовал другие слайды (таблица 2). Репрезентативный паттерн отслеживания движения ребенка в течение 1 минуты максимальной скорости на каждом WS визуализируется на видео 5. На рисунке 5 показана репрезентативная линия движения IN-OUT вокруг каждой водной горки. Для WS1 были обнаружены две разные линии движения, между подструктурами a и b (рис. 5A). Однако, поскольку линия в b не соединялась с водной горкой, только линия в a была определена как относящаяся к водной горке. Для водных горок с бассейном на дне (WS1-3) некоторые линии движения указывали на использование бассейна без использования горки (рис. 5A-C). Также часто наблюдалось повторяющееся движение вверх и вниз по слайду без выхода (рис. 5A-C). По сравнению с WS1-3, линия потока для WS4 включала повторяющиеся серии скольжения вниз, затем подъема по боковой лестнице и снова скольжения без выхода (рис. 5D).

Кроме того, мы сравнили среднее и максимальное движение каждого отдельного ребенка с учетом площади (таблица 1) и количества детей, использующих водную горку (рис. 6A, B). Области WS1, WS2 и WS3 сильно отличались друг от друга, но уровень движения детей в каждой из них был одинаковым. Движение вокруг WS4 было значительно выше, чем на других слайдах.

Рисунок 2: Конструкции водных горок . (A) WS1 в парке 1. (B) WS2 в парке 2. (C) WS3 в парке 3. (D) WS4 в школе 4. Аббревиатура: WS = водная горка. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 3: Блок-схема приложения и протокол количественного анализа. См. шаг 3 протокола. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 4: Сцены на четырех водных горках . (A) WS1 в парке Куроиси. (B) WS2 в парке Котосаки. (C) WS3 в парке Киванами. (D) WS4 в школе 4. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 5: Репрезентативные линии движения IN-OUT вокруг каждой водной горки. (A) WS1: Наиболее репрезентативная линия на подструктуре a была красной. Также были замечены два различных паттерна: черная линия в точке a, использующая только бассейн, или отдельная красная линия в точке b, не ведущая к a. (B) WS2: Появились три паттерна: синяя линия, использующая всю горку с высокой скоростью, черная линия, использующая горку частично, и красная линия, остающаяся в бассейне. (C) WS3: Две красные линии, обозначающие либо использующую, либо не использующую основание склона. (D) WS4: Поведенческий паттерн был унифицирован (они использовали слайд). A-D: a = бассейн, b = водная горка; красный = аут; зеленый = в. Аббревиатура: WS = водная горка. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 6: Количественное сравнение четырех типов водных горок. Черные круги обозначают средства. Точки обозначают отдельных детей. (А) Средства движения сравниваются. Цифры под надписями WS1-4 указывают наибольшее количество детей, собравшихся на слайде в течение той же 1 минуты. (B) Максимальная скорость, полученная из тех же данных, что и A. * WS4 значительно выше, чем у других WS (односторонний ANOVA, p < 0,05). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Парк/Школа		Дата	Время	Максимальное время		Площадь горки (м2)	Уклон (°)	Длина (м)
Парк 1 «Куроиси»		16-06-2019	13:00-16:00	14:21:30-14:22:30		3.2	25.0	1.8
Парк 2 «Котосаки»		31-08-2019	13:00-16:00	13:43:00-13:44:00		12.0	30.0	6.0
Парк 3 «Киванами»		28-09-2019	12:00-16:00	12:49:00-12:50:00		8.0	21.0	4.0
Школа No4 «Камиубе»		08-08-2021	13:00-18:00	17:14:00-17:15:00		5.4	27.0	6.0

Таблица 1: Время проведения мероприятий в игровом парке и аналитическое целевое время, а также информация о водных горках.

ВС #	Количество детей	Рост ребенка [см]
		значить	СД
Парк 1	12	130.4	22.0
Парк 2	5	132.0	14.7
Парк 3	3	116.7	12.5
Школа 4	8	147.5	12.0

Таблица 2: Рост (среднее и стандартное отклонение) детей, играющих на каждой водной горке в течение «Максимального времени». Приблизительный рост детей способствовал предсказанию возраста.

Видео 1: Самая активная 1 мин, «Максимальное время», на WS1 в парке Куроиси. Эта водная горка была спроектирована в парке без уклона. Необходимость построить склон для водной горки привела к тому, что водная горка имела относительно меньшую площадь по сравнению с другими водными горками. Многие дети до сих пор играли вместе на этой водной горке. Аббревиатура: WS = водная горка. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить это видео.

Видео 2: Самый активный 1 мин, «Максимальное время», на WS2 в парке Котосаки. Эта водная горка была построена в парке с естественным широким, крутым (30°) и длинным склоном. Были различия в том, как дети использовали этот слайд. Некоторые дети мчались вниз по горке, в то время как другие осторожно ходили вверх и вниз. Аббревиатура: WS = водная горка. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить это видео.

Видео 3: Самая активная 1 мин, «Максимальное время», на WS3 в парке Киванами. Это событие состоялось в 2019 году до пандемии COVID19. На этой водной горке дети младшего возраста дольше играли на пологом склоне. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить это видео.

Видео 4: Самый активный 1 мин, "Максимальное время", на WS4 в школе Камиубе. Четвертое мероприятие по водной горке состоялось в 2021 году во время пандемии COVID19. На этой водной горке дети постарше многократно мчались вниз по горке вместе. Использование лестницы в этом дизайне, возможно, способствовало такому поведению. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить это видео.

Видео 5: Каждый репрезентативный паттерн наиболее активного движения ребенка на WS1-4. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить это видео.

Дополнительный файл 1: Соображения безопасности и сборка. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить этот файл.

Дополнительный файл 2: Методы отслеживания движения детей с кодами Python и файлами Keynote. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить этот файл.

Обсуждение

Эти водные горки были созданы с целью побудить детей спонтанно собираться в городском парке и взаимодействовать друг с другом и с окружающей средой. Мы подчеркнули совместные творческие процессы, в которых дети, взрослые, студенты и граждане работали вместе, чтобы спроектировать, построить и очистить водные горки. Всем понравилось работать вместе, чтобы преодолеть трудности^11,12. Модели на животных показали, что дефицит опыта обучения в этот тип критического периода^13,14 может повлиять на будущую социальную адаптивность и психоэмоциональную функцию ^2,15,16.

Для создания водных горок использовался грунтовый уклон (WS2, WS3) или лестница (WS4). Если уклона не было, простой временный уклон создавался путем строительства платформы из досок и однотрубных лесов (WS1). Бамбук, легкодоступный региональный ресурс¹⁷, был использован для каркасов водных горок в парках 1-3. Бамбук быстро растет, и его необходимо контролировать, чтобы предотвратить чрезмерный рост, что делает его использование в этом приложении идеальным¹⁸.

Что касается WS1, то до подтверждения линий отслеживания движения (рис. 5A) мы ожидали, что вся структура (рис. 2Aa1, a2, b) будет включена в структуру водной горки. Однако анализ отслеживания движения выявил четкое разделение на две разные линии подструктуры. Следовательно, после этого первого испытания и анализа WS1 мы упростили конструкцию водной горки, удалив дополнительную башню. Таким образом, башня WS1 (рис. 2Ab) была удалена из количественного анализа.

Все четыре типа горок привлекали детей к спонтанному сбору. Активность на WS4 была выше, чем на других горках, возможно, потому, что, основываясь на наших оценках (таблица 2), дети, использующие WS4, были старше, чем на других водных горках, и, следовательно, вероятно, имели более развитую личность. Это может привести к детям с более продвинутыми социальными навыками, строительными идеями и способностями к сотрудничеству. Разница в активности также может быть вызвана разной конструкцией водных горок; В отличие от других горок, на дне которых был бассейн, где дети могли оставаться после скольжения вниз, у WS4 не было бассейна, а была боковая лестница, которая позволяла детям легко подниматься снова после скольжения вниз, возможно, поощряя более простое повторяющееся поведение. Расположение водной горки, возможно, также было ответственно за более высокую активность на WS4. WS1-3 были в местных парках, в то время как WS4 находился на школьном дворе, где разумно предположить, что ученики могли расслабиться и поиграть в привычной обстановке. Если бы можно было собрать образовательные и социально-экономические опросы для людей, использующих это оборудование, комбинация информации могла бы дать представление о нервно-психологическом развитии детей. Кроме того, необходимо учитывать потенциальное воздействие COVID-19. Активность на WS4 оценивалась в 2021 году, во время продолжающихся ограничений, связанных с COVID, тогда как активность на WS1-3 имела место до пандемии. Уровень активности на WS4 может представлять собой реакцию на длительный период сокращения возможностей для социальных игр¹⁹. Из-за ограничений, присущих этим единичным наблюдениям, требуются дальнейшие подробные исследования, включая индивидуальные личные опросы.

Для определения механической безопасности каркасных конструкций ^20,21 был выполнен конечно-элементный имитационный анализ²² с использованием Adobe Fusion (бесплатная версия)²³ для изгиба фанеры на вспомогательной опорной раме в секции скольжения. Вспомогательная конструкция была рассчитана на то, чтобы выдерживать вес 100 кг, предполагая, что четыре ребенка весом 25 кг каждый будут использовать горку одновременно (не показано). Все водные горки успешно использовались детьми без серьезных аварий. Брезент слегка соскользнул вниз и несколько раз поправлялся. Был зафиксирован лишь один инцидент; В этом случае речь шла о мальчике-первокласснике с диагнозом аутизм ^7,24. Сначала ребенок казался напуганным, но, посмотрев на других детей, он тоже захотел присоединиться. Мальчик робко подошел и начал медленно сползать вниз. После нескольких попыток он поскользнулся, упал и ударился ртом о поверхность скольжения. У него был небольшой порез на внутренней стороне рта. После этого опыта он вернулся к матери. Мы были обеспокоены тем, что это может быть негативным опытом для него. Однако впоследствии он участвовал в мероприятиях в игровых парках с большим волнением и повышенным риском.

Материалы

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)