高校教室室內(nèi)照度對(duì)學(xué)習(xí)效率的影響

毛鵬，王文翰，李婕，王涵，唐彥釗，熊麗林

(1.南京林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，江蘇 南京 210037；2.南京市疾病預(yù)防控制中心 環(huán)境衛(wèi)生科，江蘇 南京 210003)

隨著社會(huì)生活水平的提高，人們對(duì)學(xué)習(xí)和工作環(huán)境的要求也越來越高[1]。高校教室是高等學(xué)校開展教學(xué)活動(dòng)的主要場(chǎng)所，教室內(nèi)環(huán)境的好壞對(duì)大學(xué)生的學(xué)習(xí)效率有著直接或者間接的影響[2]。研究表明，良好的學(xué)習(xí)環(huán)境可以提高學(xué)習(xí)效率，而光環(huán)境也會(huì)通過影響視覺效果直接影響人們的工作績(jī)效。光環(huán)境的優(yōu)劣不僅會(huì)影響人的舒適程度，還會(huì)影響人的工作或?qū)W習(xí)熱情，從而間接地對(duì)工作績(jī)效產(chǎn)生影響[3]。因此，研究高校教室室內(nèi)照度對(duì)學(xué)習(xí)效率的影響規(guī)律，對(duì)提高教師和學(xué)生的工作或?qū)W習(xí)效率意義重大。本研究通過主觀感受調(diào)查與客觀學(xué)習(xí)效率測(cè)試相結(jié)合的方法來探討高校教室室內(nèi)照度對(duì)學(xué)習(xí)效率的影響，以加深人們對(duì)于室內(nèi)照度與學(xué)習(xí)效率之間關(guān)系的認(rèn)識(shí)，為高校教室室內(nèi)光環(huán)境的改善提供理論支持和實(shí)踐引導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)環(huán)境

本研究的實(shí)驗(yàn)在某高校教學(xué)樓教室進(jìn)行。該教室尺寸為11.7 m×9.0 m×3.0 m，單側(cè)采光，安裝有中央空調(diào)。為了研究受試者在不同照度環(huán)境下學(xué)習(xí)效率的差異，根據(jù)前期實(shí)驗(yàn)所測(cè)得的單側(cè)采光教室常見的照度值范圍，選取了3種照度等級(jí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，分別為高照度(2 167.77±46.33)lx、中等照度(331.17±6.51)lx和低照度(64.22±3.38)lx。在實(shí)驗(yàn)過程中利用人工光源進(jìn)行調(diào)節(jié)和補(bǔ)充，盡量保證教室內(nèi)照度均勻。為保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性，每種照度等級(jí)下分別進(jìn)行3次平行實(shí)驗(yàn),各實(shí)驗(yàn)之間相互獨(dú)立。實(shí)驗(yàn)于2016年10月進(jìn)行，共9 d，每天進(jìn)行1次實(shí)驗(yàn)，時(shí)間為13∶00～14∶00。實(shí)驗(yàn)中，利用空調(diào)將室溫控制在22～26 ℃，教室門窗保持關(guān)閉，保持安靜無噪聲。

1.2 受試者

選取10名在校大學(xué)生作為受試者，男女各5名，年齡18～23歲。要求受試者身體長(zhǎng)期保持健康水平，無酗酒、吸煙等不良嗜好，同時(shí)在實(shí)驗(yàn)前和實(shí)驗(yàn)期間保持充足良好的睡眠，注意飲食規(guī)律，保持情緒穩(wěn)定。所有受試者在實(shí)驗(yàn)前均被明確告知實(shí)驗(yàn)流程及相關(guān)注意事項(xiàng)。

1.3 主觀感受調(diào)查

1.4 認(rèn)知能力測(cè)試

測(cè)試先從斯特普魯字色干擾測(cè)驗(yàn)開始，之后進(jìn)行閱讀理解、無意義圖形再認(rèn)和一般注意力測(cè)試，整個(gè)測(cè)試過程大約用時(shí)30 min。所有測(cè)試題目均參考相關(guān)文獻(xiàn)自行編制，并在每次測(cè)試時(shí)選用不同的題目。為避免受試者對(duì)測(cè)試的熟練程度變化造成的結(jié)果偏差，所有受試者被要求全程參與本研究實(shí)驗(yàn)，并在正式實(shí)驗(yàn)前1周參與1次前期培訓(xùn)和多次操作練習(xí)，以保證完全熟悉測(cè)試的流程和所有測(cè)試題型。

以上每種測(cè)試項(xiàng)目中受試者的正確、錯(cuò)誤數(shù)目以及反應(yīng)時(shí)間都會(huì)被記錄。本實(shí)驗(yàn)對(duì)每個(gè)測(cè)試項(xiàng)目用準(zhǔn)確率(accuracy，AC)、反應(yīng)時(shí)間(reaction time，RT)和綜合績(jī)效(performance indicators，PI)來評(píng)價(jià)測(cè)試績(jī)效(PI=AC/RT)。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

采用SPSS22.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。在分析數(shù)據(jù)前先對(duì)其進(jìn)行正態(tài)分布檢驗(yàn)以確保準(zhǔn)確性。如果實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)服從正態(tài)分布，則采用單因素方差分析來進(jìn)行顯著性分析，否則選用Friedman檢驗(yàn)的非參數(shù)檢驗(yàn)方法[10]。顯著性水平α=0.05。

2 結(jié) 果

2.1 光環(huán)境評(píng)價(jià)

經(jīng)過測(cè)試，本研究3種照度等級(jí)下受試者對(duì)光環(huán)境的評(píng)價(jià)差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.001)。在低照度等級(jí)的環(huán)境下，受試者感覺室內(nèi)環(huán)境暗，光環(huán)境評(píng)價(jià)為2.67±0.96；在中等照度下，感覺一般偏亮，光環(huán)境評(píng)價(jià)為3.73±0.78；在高照度下，感覺很明亮，光環(huán)境評(píng)價(jià)為6.03±1.09。說明在這3種照度等級(jí)下，受試者的視覺感受會(huì)發(fā)生明顯的變化。

2.2 情緒評(píng)價(jià)

不同照度等級(jí)下，受試者情感狀態(tài)的結(jié)果見表1。由表1可知，照度對(duì)受試者消極情緒和情緒狀態(tài)總評(píng)價(jià)有顯著影響(P<0.05)。在低照度環(huán)境下，受試者的消極情緒最高，情緒狀態(tài)總評(píng)價(jià)也最高，情緒狀態(tài)不佳。在高照度環(huán)境下，受試者的情緒狀態(tài)總評(píng)價(jià)最低，情緒狀態(tài)較好。

表1照度對(duì)情感狀態(tài)的影響

項(xiàng) 目低照度中等照度高照度F值P值消極情緒(緊張+抑郁+憤怒+疲勞+慌亂)47.33±6.9342.73±5.8543.93±6.624.060.021積極情緒(精力+自尊感)24.47±6.6926.70±6.9628.73±6.852.920.059情緒狀態(tài)總評(píng)價(jià)TMD22.87±10.4116.03±9.3015.20±9.475.600.005

2.3 健康舒適評(píng)價(jià)

照度對(duì)受試者健康舒適狀況的影響結(jié)果見表2。對(duì)多數(shù)病態(tài)建筑綜合征來說，照度對(duì)其無顯著影響。其中，想睡覺和眼睛刺激兩個(gè)癥狀明顯受到照度的影響；在低照度環(huán)境下想睡覺這一癥狀較為明顯，在高照度環(huán)境下眼睛刺激癥狀較為嚴(yán)重。

2.4 學(xué)習(xí)熱情和學(xué)習(xí)效率自我評(píng)價(jià)

不同照度對(duì)學(xué)習(xí)熱情有顯著影響(P<0.001)。在低照度環(huán)境下，受試者的學(xué)習(xí)熱情有明顯降低，而在中等照度和高照度環(huán)境下，學(xué)習(xí)熱情較高。3種照度等級(jí)下，學(xué)習(xí)效率的自我評(píng)價(jià)并無顯著差異(P>0.05)。見表3。

表2照度對(duì)人員健康舒適狀況的影響

項(xiàng) 目低照度中等照度高照度F值P值頭疼1.27±0.521.27±0.521.17±0.380.440.647頭暈1.20±0.481.30±0.471.17±0.460.650.523想睡覺1.53±0.861.13±0.351.10±0.315.490.006無精打采1.27±0.581.43±0.941.30±0.540.470.629腦力思考能力下降1.47±0.731.17±0.381.17±0.463.040.053難以集中注意力1.33±0.661.30±0.541.43±0.630.390.679疲勞1.50±0.681.30±0.601.30±0.601.020.365眼睛刺激1.10±0.311.17±0.462.07±0.8326.48<0.001

表3照度對(duì)學(xué)習(xí)熱情和學(xué)習(xí)效率自我評(píng)價(jià)的影響

測(cè) 試低照度中等照度高照度F值P值學(xué)習(xí)熱情3.23±0.144.37±1.524.47±1.208.76<0.001學(xué)習(xí)效率自我評(píng)價(jià)3.90±1.184.37±1.194.30±1.341.240.294

2.5 認(rèn)知能力測(cè)試結(jié)果

除閱讀理解以外，照度對(duì)于另外3項(xiàng)認(rèn)知能力測(cè)試結(jié)果均有顯著影響(P<0.05)。在低照度環(huán)境下，多數(shù)測(cè)試中受試者的準(zhǔn)確率、反應(yīng)速度和學(xué)習(xí)綜合績(jī)效最低；而在中等照度和高照度環(huán)境下，各項(xiàng)指標(biāo)的測(cè)試結(jié)果得到改善。這在一定程度上顯示，良好的光環(huán)境有益于大多數(shù)學(xué)習(xí)任務(wù)的效率提高。見表4。

表4各照度等級(jí)下認(rèn)知能力測(cè)試結(jié)果

測(cè) 試指 標(biāo)低照度中等照度高照度F值P值斯特普魯字AC/%93.33±7.0097.78±4.0498.67±3.239.70<0.001色干擾測(cè)驗(yàn)RT/s162.86±31.09157.59±25.93134.46±24.899.10<0.001PI0.60±0.130.64±0.110.76±0.1512.52<0.001閱讀理解AC/%72.67±19.2976.67±17.4976.67±19.000.460.631RT/s179.52±27.75163.91±29.89169.59±29.192.230.113PI0.41±0.120.48±0.120.47±0.152.170.120無意義圖形再認(rèn)AC/%85.33±12.5283.67±13.5185.33±13.580.160.853RT/s35.05±8.5824.15±6.5124.29±7.1221.11<0.001PI2.56±0.693.69±1.133.79±1.2812.30<0.001一般注意力測(cè)試AC/%99.33±2.6899.77±1.2899.54±1.730.360.701RT/s79.31±15.6671.07±13.4470.30±11.993.940.023PI1.30±0.281.45±0.281.46±0.243.300.042

3 討 論

本研究3種照度等級(jí)下受試者對(duì)光環(huán)境的評(píng)價(jià)有顯著差異，且在低照度環(huán)境下，受試者消極情緒增長(zhǎng)，想睡覺這一癥狀明顯，學(xué)習(xí)熱情明顯下降。研究表明，照度越低，會(huì)使得大腦皮層不能夠得到足夠光刺激而降低興奮度，從而產(chǎn)生壓抑和憂郁的情緒[11]，且當(dāng)光環(huán)境不佳時(shí)，工作人員感到疲勞，工作熱情減退。而眼睛長(zhǎng)時(shí)間疲勞會(huì)影響人的視力，引起頭痛及其他不良癥狀等。因此，光環(huán)境與人們的健康息息相關(guān)[12]。由此可見，低照度會(huì)讓人產(chǎn)生不舒適感。在日常教室不開燈情況下，遠(yuǎn)窗一側(cè)座位的照度(低照度)明顯不能夠讓人感到舒適。

在低照度環(huán)境下受試者在多數(shù)認(rèn)知能力測(cè)試中的學(xué)習(xí)績(jī)效都有所下降。根據(jù)人因工程學(xué)的理念，照明良好時(shí)，人員的近視力和遠(yuǎn)視力提高，工作效率得到提升，差錯(cuò)率降低。當(dāng)照明不良時(shí)，人員可能因反復(fù)辨認(rèn)而感到疲勞，同時(shí)積極性受到影響，工作效率下降，這種情況較為嚴(yán)重時(shí)還會(huì)引起工作人員出現(xiàn)全身性疲勞。適當(dāng)?shù)母哒斩饶軌蛱岣呷说谋嬲J(rèn)速度，從而提高工作效率。在一定范圍內(nèi)提高照度可以提高人的視覺舒適度和任務(wù)績(jī)效。本研究中，與感知、學(xué)習(xí)和記憶、注意力相關(guān)的認(rèn)知能力測(cè)試績(jī)效普遍在中等照度和高照度環(huán)境下較高。如在斯特普魯字色干擾測(cè)驗(yàn)中，高照度環(huán)境下受試者的準(zhǔn)確率、速度和綜合績(jī)效都為最高。但是高照度并非對(duì)所有任務(wù)的效率都有利，尤其是與思維相關(guān)的學(xué)習(xí)任務(wù)，例如受試者在進(jìn)行閱讀理解測(cè)試時(shí)的準(zhǔn)確率、反應(yīng)速度和綜合績(jī)效受照度的影響并不明顯，這有可能是因?yàn)楣饩€的刺激會(huì)使視神經(jīng)產(chǎn)生興奮，但同時(shí)過于強(qiáng)烈的光線會(huì)使得視神經(jīng)過于興奮，而這種過度的興奮則會(huì)使人遺忘儲(chǔ)存于長(zhǎng)時(shí)記憶中的一些深層次知識(shí)，當(dāng)人員長(zhǎng)時(shí)記憶中的知識(shí)無法被調(diào)取時(shí)，抽象邏輯思維能力也將無法被調(diào)用[13]。另外，對(duì)于無意義圖形再認(rèn)和一般注意力測(cè)試兩項(xiàng)測(cè)試，照度對(duì)準(zhǔn)確率的影響不顯著，而對(duì)速度和綜合績(jī)效的影響顯著，因此對(duì)于與記憶力和注意力相關(guān)的學(xué)習(xí)任務(wù)，照度雖然對(duì)學(xué)習(xí)者的準(zhǔn)確率影響不明顯，但卻能夠通過引起學(xué)習(xí)者反應(yīng)速度的顯著變化來影響學(xué)習(xí)效率。

本研究結(jié)果顯示，高校教室室內(nèi)照度對(duì)學(xué)習(xí)效率存在著一定的影響，低照度在一定程度上會(huì)降低學(xué)習(xí)效率，但是高照度也并不利于所有類型的學(xué)習(xí)任務(wù)，這對(duì)教室環(huán)境設(shè)計(jì)有著重要的參考意義，如自然采光的設(shè)計(jì)、教室的尺寸、日光燈布置的位置以及照度選擇等。另外，可以考慮采用教室照明自動(dòng)控制系統(tǒng)，根據(jù)外界環(huán)境的變化，自動(dòng)調(diào)整照明狀態(tài)，既可以方便地控制照度，也可以盡可能使教室內(nèi)的人保持最佳的學(xué)習(xí)狀態(tài)。此外，本研究?jī)H對(duì)短期暴露下的照度變化對(duì)學(xué)習(xí)效率的影響進(jìn)行了探討，對(duì)長(zhǎng)期暴露下的結(jié)果還有待于進(jìn)一步深入探索。