Teaching environmental health in primary and secondary schools in Shanghai and its association with screening myopia applying multilevel models
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摘要:
目的 了解中小学校教室教学环境卫生状况及其与近视的关联，为儿童青少年近视精准防控提供依据。 方法 于2020年9—10月采用分层整群抽样法，在上海市16个区抽取中小学校以整班为单位进行调查，将教学环境检测教室与进行问卷调查学生所在的教室进行匹配，检测教室共470间，调查学生14 624名。由经过培训的专业技术人员采用激光测距仪、照度计等设备检测教学环境指标，并对学生进行视力检查和问卷调查。采用多水平模型分析教学环境与筛查性近视的关联。 结果 2020年上海市中小学校教学环境各指标合格率分别为窗地比(93.0%)、教室人均面积(82.1%)、黑板照度均匀度(79.7%)、黑板尺寸(68.7%)、采光系数(67.0%)、黑板悬挂高度(66.9%)、课桌面平均照度(66.4%)、课桌面照度均匀度(63.6%)、黑板反射比(46.8%)、黑板平均照度(41.4%)、墙面反射比(33.2%)、课桌椅分配符合率(19.8%)。两水平Logistic模型分析结果显示，黑板面平均照度不合格与学生筛查性近视呈正相关(OR=1.24，95%CI=1.05~1.47，P < 0.05)。 结论 上海市中小学校教学环境现况不容乐观，教学环境尤其是课桌椅符合率有待改善，黑板面平均照度不合格与学生筛查性近视的发生呈正相关。学校近视防控工作应重点关注课桌椅分配符合情况，提高黑板面照度。 Abstract:Objective To understand the status of teaching environmental health in primary and secondary schools and explore its association with myopia, so as to provide a basis for precision myopia prevention and control. Methods From September to October 2020, a stratified cluster sampling method was used in 16 districts of Shanghai. After matching the teaching environment testing classrooms with the classrooms where the students were surveyed, totally 470 classrooms and 14 624 students were monitored. Trained professional technicians used laser range finder, luxmeter to measure parameters about teaching environmental health. Students were subject vision testing and questionnaires. Multilevel models was used to analyze the association between teaching environment and screening myopia. Results The qualified rates of each indicators of teaching environmental health were as follows: window to floor area ratio (93.0%), classroom area per capita (82.1%), uniformity ratio of illuminance of blackboard (79.7%), blackboard size (68.7%), daylight factor (67.0%), blackboard hanging height (66.9%), average illuminance on desk (66.4%), uniformity ratio of illuminance of desk (63.6%), reflectance of blackboard (46.8%), average illuminance on blackboard (41.4%), reflectance of wall (33.2%), desk and chair allocation compliance rate (19.8%). The results of two-level Logistic model analysis showed that unqualified average illuminance on blackboard was positively associated with screening myopia (OR=1.24, 95%CI=1.05-1.47, P < 0.05). Conclusion Teaching environmental health of primary and secondary schools in Shanghai is not optimistic, teaching environment especially the desk and chair allocation compliance rate need to be improved. The average illumination on blackboard is positively correlated with screening myopia, suggesting that myopia prevention and control can focus on improving the illuminance on blackboard. -
Key words:
- Environmental health /
- Myopia /
- Eligibility determination /
- Regression analysis /
- Students
1) 利益冲突声明 所有作者声明无利益冲突。 -
教室是中小学生学习的重要场所，符合卫生条件的教学环境是促进学生身心健康、生长发育及全面发展的重要条件。不良的教学环境如课桌椅高度或采光照明不达标与近视、脊柱弯曲等常见病均有关联[1-2]。国内多地教学环境监测结果显示总体情况不容乐观，课桌椅分配符合率和采光照明等方面均存在不同程度问题，改善学校教学环境日益重要[3-5]。
近视是学生的常见病之一，我国儿童青少年总体近视发病形势严峻，2018年全国儿童青少年总体近视率为53.6%[6]，儿童青少年近视防控工作已上升为国家战略。多数研究认为近视是遗传与环境共同作用的结果，与基因、用眼行为和时长、户外活动、营养以及视觉环境等均有关联[7]。既往研究显示教学环境与学生近视或视力不良相关[8]。本研究利用2020年上海市学生常见病和教学环境监测数据，了解上海市教学环境卫生状况，采用多水平模型探索其与学生筛查性近视的关联，以促进学校改善教学环境卫生，为儿童青少年近视进行精准防控提供依据。
1. 对象与方法
1.1 对象
2020年9—10月，采用分层整群抽样法在上海市16个区用直接抽取法各抽取2所小学和5所中学(中学包含2所初中、2所高中、1所中等职业技术学校)。小学抽取四至五年级，中学包含全年级，每个年级直接抽取1~3个班级，抽到教室的所有学生进行屈光检测和问卷调查，共计14 912名。剔除关键信息缺失和无效问卷后，共纳入14 624人，有效回收率98.1%。其中城区(黄浦、徐汇、长宁、静安、普陀、虹口和杨浦区)5 739名(39.2%)，郊区(闵行、宝山、嘉定、浦东、金山、松江、青浦、奉贤和崇明区)8 885名(60.8%)；小学生2 386名(16.3%)，中学生12 238名(83.7%)；男生7 404名(50.6%)，女生7 220名(49.4%)；平均年龄为(14.4±2.7)岁。检测教室共470间，其中城区188间，郊区282间；小学78间，中学392间。本研究获得了上海市疾病预防控制中心伦理审查委员会的批准(批号：2021-81)。
1.2 教学环境检测方法
按照《2020年上海市学生常见病和健康影响因素监测与干预工作手册》中“学校环境健康影响因素调查表监测细则”[9]，及国家标准《采光测量方法》(GB/T 5699—2017)[10]、《照明测量方法》(GB/T 5700—2008)[11]、《学校卫生综合评价》(GB/T 18205—2012)[12]中相关要求开展教学环境检测。检测结果依据《中小学校设计规范》(GB 50099—2011)[13]、《学校课桌椅功能尺寸》(GB/T 3976—2014)[14]、《中小学校教室采光和照明卫生标准》(GB 7793—2010)[15]进行评价，并计算各指标合格率。因62间教室使用电子白板，黑板悬挂高度、黑板反射比、黑板面平均照度、黑板面照度均匀度的监测只涵盖408间教室。
1.3 学生资料收集
1.3.1 问卷调查
采用“2020年上海市学生常见病和健康影响因素监测与干预”项目的用眼行为调查表(部分)在班级内组织学生自填问卷。调查内容包括学生基本情况和近视相关影响因素，如学生用眼行为、读写姿势、视屏行为及时间、户外活动情况以及父母近视情况等。
1.3.2 视力检查
裸眼远视力采用实测值，检查方法按照《标准对数视力表》(GB 11533—2011)[16]和《学生健康检查技术规范》(GB/T 26343—2010)[17]的规定进行。屈光检测方法为在非睫状肌麻痹条件下，使用台式自动电脑验光仪进行检测，记录双眼球镜度数、柱镜度数等结果。每只眼测量3次，取平均值；若其中任意2次的球镜度数测量值相差≥0.50 D，则进行额外的测量，再取平均值。平均值保留小数点后2位。符合以下两种情况之一即判定为筛查性近视：(1)确认为佩戴角膜塑形镜；(2)裸眼视力 < 5.0且非睫状肌麻痹下电脑验光等效球镜度数(spherical equivalent, SE)<－0.50 D，SE=球镜度数+(柱镜度数/2)[18]。
1.4 质量控制
教学环境检测人员为各区疾病预防控制中心学校卫生专业技术人员，视力检查人员为社区医生或具有资质的第三方检测机构。现场调查开展前统一进行培训，检测设备均经过专业机构检定或校准。现场检测时由市级和区级质控员对仪器设备、操作方法进行现场质控，检测数据双人录入后进行核查。
1.5 统计学方法
采用EpiData 3.1软件进行数据录入，使用SPSS 26.0软件进行统计分析。经Kolmogorov-Smirnov法正态性检验，教学环境各指标检测值均不符合正态分布，故采用M(P25，P75)进行统计描述。分类资料采用频数或百分比表示，组间比较采用χ2检验。关联分析采用多水平模型，以班级为水平2，学生为水平1，建立两水平Logistic模型。检验水准α=0.05(双侧)。
2. 结果
2.1 教学环境总体情况
2020年上海市中小学校教学环境检测各指标合格率从高到低分别为窗地面积比(93.0%，437/470)、教室人均面积(82.1%，386/470)、黑板面照度均匀度(79.7%，325/408)、黑板尺寸(68.7%，323/470)、采光系数(67.0%，315/470)、黑板悬挂高度(66.9%，273/408)、课桌面平均照度(66.4%，312/470)、课桌面照度均匀度(63.6%，299/470)、黑板反射比(46.8%，191/408)、黑板面平均照度(41.4%，169/408)、墙面反射比(33.2%，156/470)、课桌椅分配符合率(19.8%，93/470)。
2.2 不同类型学校教学环境各指标合格率
小学的教室人均面积合格率低于中学，课桌面照度均匀度合格率高于中学，差异均有统计学意义(P值均 < 0.05)。城区的黑板尺寸、黑板悬挂高度、课桌椅分配符合率、墙面反射比、黑板面平均照度、课桌面平均照度、课桌面照度均匀度合格率均高于郊区，差异均有统计学意义(P值均 < 0.05)。见表 1。
表 1 上海市2020年不同组别中小学校教学环境各项目合格率比较Table 1. Comparison of qualified rates of items on teaching environmental health among different primary and secondary schools of Shanghai in 2020组别 选项 教室数 统计值 人均面积 黑板尺寸 黑板悬挂高度* 课桌椅分配符合率 黑板反射比* 采光系数 窗地面积比 墙面反射比 黑板面平均照度* 黑板面照度均匀度* 课桌面平均照度 课桌面照度均匀度 学段 小学 78 51(65.4) 59(75.6) 36(58.1) 20(25.6) 32(51.6) 56(71.8) 72(92.3) 25(32.1) 24(38.7) 50(80.6) 59(75.6) 58(74.4) 中学 392 335(85.5) 264(67.3) 237(68.5) 73(18.6) 159(46.0) 259(66.1) 365(93.1) 131(33.4) 145(41.9) 275(79.5) 253(64.5) 241(61.5) χ2值 17.86 2.08 2.59 2.02 0.68 0.96 0.07 0.06 0.22 0.04 3.59 4.66 P值 < 0.01 0.15 0.11 0.16 0.41 0.33 0.80 0.82 0.64 0.83 0.06 0.03 地区 城区 188 149(79.3) 139(73.9) 136(81.0) 57(30.3) 73(43.5) 120(63.8) 173(92.0) 75(39.9) 88(52.4) 138(82.1) 145(77.1) 137(72.9) 郊区 282 237(84.0) 184(65.2) 137(57.1) 36(12.8) 118(49.2) 195(69.1) 264(93.6) 81(28.7) 81(33.8) 187(77.9) 167(59.2) 162(57.4) χ2值 1.76 3.96 25.43 21.90 1.30 1.44 0.44 6.35 14.14 1.09 16.21 11.60 P值 0.18 < 0.05 < 0.01 < 0.01 0.26 0.23 0.51 0.01 < 0.01 0.30 < 0.01 < 0.01 注： ()内数字为合格率/%；* 小学62所，中学346所；城区168所，郊区240所。 2.3 教学环境与学生筛查性近视的两水平Logistic模型分析
以学生是否近视(1=是，0=否)为应变量，以班级为水平2，学生为水平1，拟合两水平零模型。结果显示，水平2的随机效应方差成分为0.700，差异有统计学意义(χ2=11.39，P < 0.01)，组内相关系数(intraclass correlation efficient, ICC)为0.588，提示筛查性近视存在不同水平间的差异，适合多水平模型分析。
在零模型基础上，水平1引入地区、学校类型、性别，及教室人均面积、课桌椅分配符合率、黑板尺寸、黑板悬挂高度、黑板反射比、黑板面平均照度、课桌面平均照度、黑板面照度均匀度、课桌面照度均匀度、采光系数、窗地面积比、墙面反射比12项用眼相关教学环境指标为自变量，并控制读写姿势、平均每天看电视/电脑/电子设备时间、课后作业时间、白天户外活动时间、晚上读写时使用灯光、走路坐车时用眼情况、近距离用眼多久休息眼睛、睡眠时间、父母近视等其他近视影响因素，结果显示，水平2的随机效应方差成分由0.700下降为0.295，差异仍有统计学意义(χ2=7.50，P < 0.01)，说明水平1自变量的引入优化了模型，近视在班级水平的聚集性减弱，但仍然存在。影响因素分析显示，黑板面平均照度不合格与学生筛查性近视呈正相关(OR=1.24，P < 0.05)。见表 2。
表 2 中小学教学环境不合格与筛查性近视的两水平Logistic模型分析(n=14 624)Table 2. Two-level Logistic model of unqualified teaching environment and screening myopia in primary and secondary schools of Shanghai(n=14 624)自变量 β值 标准误 t值 P值 OR值(95%CI) 教室人均面积 0.04 0.10 0.45 0.65 1.04(0.86~1.26) 黑板尺寸 0.07 0.10 0.67 0.51 1.07(0.88~1.29) 黑板悬挂高度 -0.06 0.09 -0.66 0.51 0.94(0.80~1.12) 课桌椅分配符合率 -0.04 0.10 -0.42 0.68 0.96(0.78~1.17) 黑板反射比 -0.09 0.08 -1.18 0.24 0.91(0.78~1.06) 采光系数 0.00 0.08 0.01 0.99 1.00(0.86~1.17) 窗地面积比 -0.05 0.14 -0.34 0.73 0.95(0.73~1.25) 墙面反射比 -0.16 0.08 -1.92 0.06 0.85(0.72~1.00) 黑板面平均照度 0.22 0.09 2.53 0.01 1.24(1.05~1.47) 黑板面照度均匀度 0.10 0.10 1.00 0.32 1.10(0.91~1.34) 课桌面平均照度 -0.07 0.09 -0.77 0.44 0.93(0.78~1.12) 课桌面照度均匀度 0.11 0.08 1.26 0.21 1.11(0.94~1.31) 注：教学环境指标均以合格为参照。 3. 讨论
本次监测结果显示，上海市2020年中小学校教学环境状况不容乐观，各指标合格率差异较大，其中黑板平均照度和照度均匀度、课桌面平均照度和照度均匀度合格率分别为41.4%，79.7%，66.4%，63.6%，与2018年教育部、国家卫生健康委等八部委颁布实施的《综合防控儿童青少年近视实施方案》[19]中要求“学校教室照明卫生标准达标率应达到100%”仍有差距。
本次教学环境监测各项指标中课桌椅分配符合率最低，仅为19.8%。与2019年济南市[3]、2014—2015无锡市[4]的监测结果较为相近，低于2018年、2019年北京市[5]监测结果，但高于2014年上海市[20]一项调查结果。课桌椅的高度与学生读写姿势息息相关，若课桌椅高度与学生身高不符，不利于学生保持正确的读写姿势，进一步发展可导致近视、脊柱弯曲等疾病[1-2]。课桌椅分配符合率不高在各地普遍存在，主要原因为学校错误地追求课桌椅高度统一和美观；经费不足无法采购新的或可调节课桌椅[21]；无法落实每学期根据学生身高调节课桌椅高度等。另外，可进一步研究课桌课椅高度与评价标准相比偏高还是偏矮，从而开展针对性干预和指导。黑板平均照度合格率也较低，现场调研发现主要由于学校未正确使用黑板灯或安装不规范；与教室其他灯具相比，学校对黑板灯的重视程度较低。因此，亟需加强健康教育，提高大众尤其是学校老师和学校卫生工作者的健康意识，普及正确选用和调节课桌椅、灯具选用和维护知识，提高其技术水平；相关部门应加强对不合格学校的监督和指导[22]。
本研究发现，在控制地区、学段、性别、父母近视、用眼行为、户外活动行为等混杂因素后，黑板面平均照度不合格与学生近视呈正相关。蒋思彬等[23]对厦门市6所中小学的研究也发现，教室的照明环境提升后学生视力不良的上升趋势得到了控制。陶然等[24]研究也得出相同结论。但也有研究结论与之不完全一致，他卉等[25]研究显示，学生视力不良与黑板面平均照度呈正相关，与课桌面照度均匀度呈负相关。本研究尚未发现课桌椅、采光等指标以及课桌面照度与近视的关联。以上研究结果不一致可能与各类研究控制的混杂因素不同有关，且本研究仅分析了中小学两个学段，未对年级做进一步细分。
多水平模型又称为随机效应模型，充分考虑到数据聚集性的影响，可处理具有层次结构的数据[26]。由于同一班级的学生特征和教学环境更具相似性，因此本研究以班级为水平2，学生为水平1进行两水平分析，解决了个体数据具有相关性而不完全独立的问题，可得到较为准确的估计结果。另外，本研究中学生近视采用电脑验光数据，比远视力检查获得的视力不良数据更为精确。但由于未在睫状肌麻痹状态下进行屈光检测，可能会导致近视误判。本研究的局限性在于研究设计为横断面调查，不能证实教学环境与近视的因果关系，今后可采用前瞻性队列研究进行纵向调查，以探索两者的因果关联。另外，可进一步完善照明相关数据采集方法，如检测学生个体桌面照度，增加色温、显色指数、眩光等指标，对教室照明及其与学生视觉发育的影响进行深入研究。
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表 1 上海市2020年不同组别中小学校教学环境各项目合格率比较
Table 1. Comparison of qualified rates of items on teaching environmental health among different primary and secondary schools of Shanghai in 2020
组别 选项 教室数 统计值 人均面积 黑板尺寸 黑板悬挂高度* 课桌椅分配符合率 黑板反射比* 采光系数 窗地面积比 墙面反射比 黑板面平均照度* 黑板面照度均匀度* 课桌面平均照度 课桌面照度均匀度 学段 小学 78 51(65.4) 59(75.6) 36(58.1) 20(25.6) 32(51.6) 56(71.8) 72(92.3) 25(32.1) 24(38.7) 50(80.6) 59(75.6) 58(74.4) 中学 392 335(85.5) 264(67.3) 237(68.5) 73(18.6) 159(46.0) 259(66.1) 365(93.1) 131(33.4) 145(41.9) 275(79.5) 253(64.5) 241(61.5) χ2值 17.86 2.08 2.59 2.02 0.68 0.96 0.07 0.06 0.22 0.04 3.59 4.66 P值 < 0.01 0.15 0.11 0.16 0.41 0.33 0.80 0.82 0.64 0.83 0.06 0.03 地区 城区 188 149(79.3) 139(73.9) 136(81.0) 57(30.3) 73(43.5) 120(63.8) 173(92.0) 75(39.9) 88(52.4) 138(82.1) 145(77.1) 137(72.9) 郊区 282 237(84.0) 184(65.2) 137(57.1) 36(12.8) 118(49.2) 195(69.1) 264(93.6) 81(28.7) 81(33.8) 187(77.9) 167(59.2) 162(57.4) χ2值 1.76 3.96 25.43 21.90 1.30 1.44 0.44 6.35 14.14 1.09 16.21 11.60 P值 0.18 < 0.05 < 0.01 < 0.01 0.26 0.23 0.51 0.01 < 0.01 0.30 < 0.01 < 0.01 注： ()内数字为合格率/%；* 小学62所，中学346所；城区168所，郊区240所。 
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表 2 中小学教学环境不合格与筛查性近视的两水平Logistic模型分析(n=14 624)
Table 2. Two-level Logistic model of unqualified teaching environment and screening myopia in primary and secondary schools of Shanghai(n=14 624)
自变量 β值 标准误 t值 P值 OR值(95%CI) 教室人均面积 0.04 0.10 0.45 0.65 1.04(0.86~1.26) 黑板尺寸 0.07 0.10 0.67 0.51 1.07(0.88~1.29) 黑板悬挂高度 -0.06 0.09 -0.66 0.51 0.94(0.80~1.12) 课桌椅分配符合率 -0.04 0.10 -0.42 0.68 0.96(0.78~1.17) 黑板反射比 -0.09 0.08 -1.18 0.24 0.91(0.78~1.06) 采光系数 0.00 0.08 0.01 0.99 1.00(0.86~1.17) 窗地面积比 -0.05 0.14 -0.34 0.73 0.95(0.73~1.25) 墙面反射比 -0.16 0.08 -1.92 0.06 0.85(0.72~1.00) 黑板面平均照度 0.22 0.09 2.53 0.01 1.24(1.05~1.47) 黑板面照度均匀度 0.10 0.10 1.00 0.32 1.10(0.91~1.34) 课桌面平均照度 -0.07 0.09 -0.77 0.44 0.93(0.78~1.12) 课桌面照度均匀度 0.11 0.08 1.26 0.21 1.11(0.94~1.31) 注：教学环境指标均以合格为参照。
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