學(xué)習(xí)績(jī)效與教室照明環(huán)境研究述評(píng)

(1.滑鐵盧大學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程系，滑鐵盧 N2L3G1 加拿大；2.廊坊市教育局教學(xué)儀器站，廊坊 065000)

青少年學(xué)生處于生理和心理發(fā)育期，并且長(zhǎng)時(shí)間在教室內(nèi)學(xué)習(xí)，因此學(xué)生所處的教室環(huán)境對(duì)他們的身心健康和學(xué)習(xí)效果有著不可忽視的影響。Gilavand(2016)認(rèn)為教室是一個(gè)特殊的社交空間，健康的環(huán)境能夠在學(xué)生的社會(huì)化過程中提高學(xué)生的績(jī)效。教室環(huán)境包括諸多因素，對(duì)于有些影響因素，研究者已基本形成共識(shí)，例如Earthman(2004)將溫度、取暖和空氣質(zhì)量列為影響學(xué)生學(xué)習(xí)效果的重要因素。而對(duì)于照明對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)效果的影響，以往研究尚未給出明確的結(jié)論(Higgins et al.,2005)。研究人員試圖從不同角度找出教學(xué)環(huán)境的最佳照明方案，同時(shí)，關(guān)于教室最佳照明方案的爭(zhēng)論和探索也沒有停止過。

最近十多年來(lái)，室內(nèi)照明技術(shù)發(fā)展迅速，照明系統(tǒng)能夠更精細(xì)地控制亮度與色溫。與此同時(shí)，學(xué)校教學(xué)場(chǎng)景也越來(lái)越豐富，而單一照明方案無(wú)法滿足教學(xué)場(chǎng)景多樣化的需求。這些發(fā)展和變化給教室照明設(shè)計(jì)提供了創(chuàng)新的空間和可能性，也對(duì)教室照明環(huán)境研究提出了新的要求。本文的目的是通過調(diào)查和整理以往關(guān)于教室照明環(huán)境對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)績(jī)效影響的學(xué)術(shù)文獻(xiàn)，歸納和分析相關(guān)研究的共性、問題，以及發(fā)展趨勢(shì)，并在此基礎(chǔ)上為后續(xù)研究提供參考和建議。

1 文獻(xiàn)來(lái)源

本研究檢索文獻(xiàn)來(lái)源包括：Google Scholar、Elsevier、ResearchGate、百度學(xué)術(shù)，以及中國(guó)專利庫(kù)。檢索關(guān)鍵詞(英文和中文)是從以下A、B、C三個(gè)組中各選取一個(gè)，構(gòu)成一個(gè)檢索條件，例如：classroom+lighting+concentration。文獻(xiàn)檢索過程按此規(guī)則嘗試各種組合。

A組：classroom,school,student,indoor environment，教室，學(xué)生

B組：light,lighting,brightness,color-temperature,illuminance，照明，色溫

C組：performance,behavior,concentration,attention,productivity,learning,perception，成績(jī)，績(jī)效

考慮到研究的時(shí)效性，年份篩選條件設(shè)置為2000年及以后。最初檢索結(jié)果包含113篇文獻(xiàn)，對(duì)文獻(xiàn)泛讀后去掉了其中與教育無(wú)關(guān)的研究(如辦公室、商業(yè)等)25篇，而后根據(jù)教育領(lǐng)域?qū)＜业囊庖娮罱K選取其中47篇文獻(xiàn)精讀，精讀過程中從論文所引用的文獻(xiàn)中又補(bǔ)充了5篇(個(gè)別文獻(xiàn)早于2000年)，因此，最終共精讀52篇文獻(xiàn)。

2 研究背景

照明對(duì)人的作用包括視覺效應(yīng)和非視覺效應(yīng)。人類視網(wǎng)膜上的視覺感受器包括視錐細(xì)胞和視桿細(xì)胞。視錐細(xì)胞集中于視網(wǎng)膜中央凹區(qū)域，對(duì)視覺信息的細(xì)節(jié)分辨率高，且有三種視錐細(xì)胞為顏色知覺提供信息。但是視錐細(xì)胞工作需要較高的照明亮度。在較暗的環(huán)境下，視覺更加依賴視桿細(xì)胞，但是視桿細(xì)胞分布較為稀疏，對(duì)視覺信息的細(xì)節(jié)分辨率較低，也無(wú)法分辨顏色。因此，照明亮度對(duì)視敏度和顏色分辨能力的影響是非常明顯的。已有研究闡述了燈光的質(zhì)量(如頻閃、炫光)和顏色是如何影響視覺能力，進(jìn)而影響學(xué)生的學(xué)習(xí)成績(jī)的(Mott et al.,2012)。除了視錐和視桿細(xì)胞之外，人眼視網(wǎng)膜上還存在第三類感光細(xì)胞，專門負(fù)責(zé)傳遞環(huán)境光線信息給大腦的生物鐘調(diào)節(jié)器，影響生物節(jié)律(Berson,et al.,2002)。這類細(xì)胞接受到光線刺激(特別是藍(lán)光波段)，會(huì)導(dǎo)致大腦中激素分泌的變化，褪黑分泌素減少，皮質(zhì)醇分泌增加。褪黑素是睡眠激素，它的減少會(huì)讓人興奮，不易入睡。皮質(zhì)醇的增加則使人注意力集中，心率加快。光照的效應(yīng)也存在于分子生物學(xué)層面。2017年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)?lì)C給3位美國(guó)科學(xué)家，獲獎(jiǎng)理由為“發(fā)現(xiàn)了調(diào)控晝夜節(jié)律的分子機(jī)制”，從而為光照對(duì)生物體的影響提供了分子生物學(xué)的基礎(chǔ)依據(jù)(Mealey-Ferrara,Montalvo,and Hall,2003)。光線對(duì)生物節(jié)律的影響屬于照明對(duì)人的非視覺效應(yīng)(Berman,2008；Huang,2010；Fabio et al.,2015)。非視覺效應(yīng)也包括光線對(duì)人的健康、情緒和機(jī)敏度的影響。研究發(fā)現(xiàn)人工照明的亮度和色溫對(duì)人體的許多生理指標(biāo)，如血壓、心率變異、腦電波，以及體溫也有顯著影響(Sleegers et al.,2013)。

盡管室內(nèi)照明環(huán)境需要考慮的因素很多，但對(duì)光照本身而言主要的考慮是光照度和色溫。光照度，即亮度，單位為勒克司(lux)，指的是被攝主體表面單位面積上受到的光通量。1勒克司相當(dāng)于被攝主體每平方米的面積上，受距離1米且發(fā)光強(qiáng)度為1燭光的光源垂直照射的光通量。色溫(correlated color temperature，CCT)的度量單位為開爾文(Kelvin)，用K表示。色溫指的是當(dāng)一個(gè)光源的顏色表現(xiàn)與某一溫度下的黑體輻射的光色相近似時(shí)，便用此時(shí)黑體的溫度來(lái)表示該光源的色溫。高色溫光源偏冷色(藍(lán)、白)，低色溫光源偏暖色(紅、黃)。目前教室照明環(huán)境研究的主要內(nèi)容就是通過實(shí)驗(yàn)測(cè)試和數(shù)據(jù)分析，尋找更合適特定教學(xué)場(chǎng)景的亮度與色溫的組合。

3 相關(guān)研究的發(fā)展歷程

室內(nèi)照明是一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)，涉及的方面很多，比如光源的各種特性、具體的使用場(chǎng)景、參與者的個(gè)體差異等等。而受到照明產(chǎn)品技術(shù)和應(yīng)用環(huán)境的限制，這必然是一個(gè)逐步完善和深入的過程。通過對(duì)這個(gè)過程的回顧和梳理，我們可以找出發(fā)展的趨勢(shì)和規(guī)律。

最初，研究人員關(guān)注自然光和人工照明的區(qū)別。Hathaway(1983)發(fā)現(xiàn)老師和小學(xué)生更喜歡自然光,其后的一些研究則表明自然光更能對(duì)學(xué)生產(chǎn)生積極影響(Rittner and Robbin,2002；Heschong,2003；Earthman,2004)。然而，教室單純依靠自然光不現(xiàn)實(shí)(Higgins et al.,2005)，而且不足或者過度的自然光都會(huì)引起學(xué)生的抱怨(Singh and Arora,2014)。因此，可控的自然光配合適當(dāng)?shù)娜斯ふ彰鲗?duì)學(xué)習(xí)績(jī)效非常重要(John & Timothy,2005)?？紤]到自然光的控制在建筑完成后，主要靠玻璃和窗簾，調(diào)節(jié)的效果非常有限。因此，對(duì)人工照明的研究逐漸成為室內(nèi)照明環(huán)境的重點(diǎn)。

轉(zhuǎn)入人工照明研究后，研究者首先關(guān)注的是人工照明的質(zhì)量。其中，對(duì)健康有直接影響的因素包括頻閃、炫光、顯色指數(shù)以及熒光燈黑化問題等。這些問題引發(fā)的抱怨很多，例如頭疼、眼疲勞、身體疲倦、注意力不集中、近視等(Higgins et al.,2005；An et al.,2008)。隨著學(xué)校照明標(biāo)準(zhǔn)的完善和提高以及LED(發(fā)光二極管)的普及，合格的LED產(chǎn)品憑借其高效、體積小、節(jié)能、環(huán)境友好以及實(shí)時(shí)頻譜可調(diào)等特性得到廣泛歡迎和使用(Smet et al.,2011；?ukauskas et al.,2010)，光源的質(zhì)量本身已經(jīng)不再是障礙，關(guān)鍵在于如何應(yīng)用。

之后越來(lái)越多學(xué)者開始研究室內(nèi)照明的亮度，各國(guó)也陸續(xù)出臺(tái)了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，例如：美國(guó)、英國(guó)、中國(guó)等國(guó)家都規(guī)定教室的平均照度不應(yīng)低于300 lux，且一般要求亮度分布均勻。那么教室里的照明亮度是否越亮越好？做到亮度均勻分布是否就足夠了？近期研究結(jié)果傾向于否定的答案。雖然一些研究表明高亮度(如1000 lux)能夠提高學(xué)生注意力(Sleegers et al.,2013；Singh and Arora,2014)，減少困倦、增加活力和提高興奮程度(Smolders,2014；Fabio et al.,2015)，然而，Winterbottom(2009)認(rèn)為過量照明會(huì)引發(fā)身體不適和眩光失能(Kim and Koga,2005;Osterhaus,2005)，因此建議通過窗簾和燈光調(diào)節(jié)將教室照明亮度控制在1000 lux以內(nèi)。Veronika(2015)通過測(cè)量發(fā)現(xiàn)高亮度(5000 lux)和低亮度(400 lux)對(duì)受試者的褪黑素變化沒有顯著影響，高亮度與低亮度條件相比反而會(huì)降低受試者的績(jī)效。此外，一項(xiàng)針對(duì)英國(guó)小學(xué)的調(diào)研發(fā)現(xiàn)交互式智能顯示屏已經(jīng)在教室中廣泛安裝，在使用顯示屏的多數(shù)時(shí)間里高亮度照明并不是所希望的，老師們更希望使用顯示屏?xí)r亮度足夠低，從而提高顯示內(nèi)容的對(duì)比度，而在學(xué)生閱讀書本時(shí)再把亮度提高(Zhang et al.,2016)。更進(jìn)一步，一些特定教學(xué)場(chǎng)景需要調(diào)整亮度分布，例如老師授課和學(xué)生自習(xí)時(shí)講臺(tái)與學(xué)生區(qū)的亮度對(duì)比需要反轉(zhuǎn)；幻燈片或投影儀演示時(shí)需要減少自然光、關(guān)閉屏幕區(qū)域的照明，而聽眾區(qū)域需要保持適當(dāng)?shù)恼彰?；即興演講需要聚光燈效果；而小組討論最好能夠分區(qū)域照明，減少組間干擾。

最近幾年的研究開始關(guān)注色溫，也包括對(duì)亮度和色溫的綜合研究。Sleegers(2013)的研究表明在高色溫(6500K)照明環(huán)境中學(xué)生更能集中注意力。在學(xué)生的認(rèn)知方面也有類似發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)erlazzo(2014)發(fā)現(xiàn)中等色溫(4000K)相對(duì)于較低色溫(2800K)光源對(duì)于學(xué)生的三維物體識(shí)別能力以及多任務(wù)處理能力等有明顯提高；而德國(guó)Ulm大學(xué)的研究人員(Keis et al.,2014)發(fā)現(xiàn)在中等色溫光源(4000 K)中混合超高色溫光源(14000 K)能夠提高學(xué)生的認(rèn)知處理速度和注意力，但對(duì)短時(shí)間記憶加工和檢索績(jī)效基本沒有影響。在此基礎(chǔ)上，近年來(lái)部分學(xué)者開始關(guān)注不同教學(xué)場(chǎng)景對(duì)照明方案的不同需求。Ayash(2016)指出，在鮮艷的色彩下學(xué)生能取得更高的閱讀分?jǐn)?shù)；Weesolowski(2014)發(fā)現(xiàn)照明的豐富變化能夠提高小學(xué)生的社交行為；韓國(guó)KAIST大學(xué)的兩位研究者(Choi and Suk,2016)建議在長(zhǎng)時(shí)間的學(xué)習(xí)環(huán)境中，光線應(yīng)該有所變化，對(duì)于簡(jiǎn)單、標(biāo)準(zhǔn)和高認(rèn)知負(fù)荷的活動(dòng)建議分別使用3500K，5000K和6500K色溫；而另一個(gè)韓國(guó)研究團(tuán)隊(duì)(Lee et al.,2016)開發(fā)了一個(gè)能自適應(yīng)多種教學(xué)場(chǎng)景(如數(shù)學(xué)、藝術(shù)、社交等)的照明系統(tǒng)，并提出了分別針對(duì)這些場(chǎng)景的亮度和色溫配置。

圖1室內(nèi)照明相關(guān)研究的發(fā)展

從上述文獻(xiàn)整理可以看出，近十多年來(lái)，研究人員對(duì)室內(nèi)照明與學(xué)生績(jī)效相關(guān)研究大致經(jīng)歷過四個(gè)階段(參見圖1)：自然光與人工照明的比較研究、人工照明的質(zhì)量對(duì)人的影響、亮度的優(yōu)化，以及不同色溫對(duì)人的影響和優(yōu)化。目前的研究趨勢(shì)是在綜合之前的成果集成，研究更貼近工作學(xué)習(xí)實(shí)踐，進(jìn)入場(chǎng)景化、集成化的新階段。

4 理論框架總結(jié)

在相關(guān)文獻(xiàn)中，部分學(xué)者試圖從理論上解釋照明是如何影響人員績(jī)效的，于是提出了一些研究理論框架。雖然這些研究理論框架都是定性分析，無(wú)法直接應(yīng)用于工程實(shí)踐中的定量?jī)?yōu)化，但是它們對(duì)于理解系統(tǒng)中各因素之間的關(guān)系并據(jù)此進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)意義。因此，我們?cè)谶@里匯總了六個(gè)有代表性的研究理論框架。

Boyce(2004)在“照明影響工作績(jī)效的三個(gè)途徑的概念框架”(參見圖2)中提出視覺效應(yīng)通過認(rèn)知績(jī)效、任務(wù)績(jī)效和運(yùn)動(dòng)績(jī)效三個(gè)途徑直接或間接影響人員績(jī)效。此模型包含的因素非常多，是六個(gè)模型中最復(fù)雜的一個(gè)，可以幫助人們?nèi)嬲J(rèn)識(shí)照明對(duì)工作績(jī)效影響的機(jī)制。

圖2照明影響工作績(jī)效的三個(gè)途徑的概念框架

經(jīng)授權(quán)，翻譯自Figure 1 “A conceptual framework setting out the three routes whereby lighting conditions can influence human performance”(Boyce,2004)

在Boyce(2004)模型基礎(chǔ)之上，Kretschmer et al.,(2012)提出了簡(jiǎn)化版的兩通道概念模型(參見圖3)。這個(gè)模型的創(chuàng)新之處在于把光線對(duì)認(rèn)知績(jī)效的影響歸納為視覺效應(yīng)和非視覺效應(yīng)。

Mott et al.(2012)提出動(dòng)態(tài)照明對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)效果影響的概念框架(參見圖4)。該框架更有針對(duì)性，而且區(qū)分了自然光和人工照明，對(duì)工程和實(shí)際應(yīng)用有指導(dǎo)價(jià)值。

Samani(2012)的基于變量的研究框架(參見圖5)將影響因素歸納為照明質(zhì)量、顏色，以及個(gè)體差異(年齡、性別)。提出對(duì)個(gè)體差異進(jìn)行研究這一點(diǎn)具有創(chuàng)新性，不過個(gè)體差異涵蓋的內(nèi)容非常廣泛，遠(yuǎn)不止年齡和性別，除了生理差異和心理差異，文化差異也不能忽視。

Kort & Veitch (2014)提出照明對(duì)生理機(jī)能影響線路框架(參見圖6)。該理論框架與Kretschmer et al.,(2012)的模型有相似之處，都包括視覺影響和非視覺影響兩部分，但主要區(qū)別在于Kort & Veitch (2014)在模型中增加了視覺影響和非視覺影響之間的交互作用。

Pulay(2015)提出的概念理論框架將光線對(duì)學(xué)生的影響分為行為和認(rèn)知兩種，且兩者之間有交互作用。這些影響都來(lái)自生理、心理和荷爾蒙三個(gè)方面。

綜觀上述研究理論框架，視覺效果和非視覺效果是比較公認(rèn)的影響通道，構(gòu)成了理論模型的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。不同研究者根據(jù)其研究關(guān)注的方向和思路，對(duì)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)進(jìn)行變化和擴(kuò)充，從而形成不同的研究框架。

圖3 在Boyce(2004)模型基礎(chǔ)上簡(jiǎn)化的兩通道概念模型

經(jīng)授權(quán)，翻譯自Figure 1 “A simplified conceptual model of the relation-ship between lighting and cognitive performance,including the two different light-sensitive pathways via the visual system and the circadian system” (Kretschmer et al.,2012)

5 實(shí)驗(yàn)方法總結(jié)

以往的行為實(shí)驗(yàn)研究基本都采用了實(shí)驗(yàn)組和控制組對(duì)照的設(shè)計(jì)，且多數(shù)采用實(shí)驗(yàn)前后對(duì)比測(cè)驗(yàn)。受試者數(shù)量基本都在100人以內(nèi)(N<100)。實(shí)驗(yàn)中因變量的測(cè)量大體上可分為以下四類。

1.生理學(xué)指標(biāo)：用生理學(xué)設(shè)備對(duì)受試者的體征進(jìn)行測(cè)量，通過測(cè)量數(shù)據(jù)反映受試者的生理或心理狀態(tài)。具體方法包括心電圖(ECG)、腦電波(EEG)、皮膚電(EDA)等。例如：Choi and Suk(2016)使用ECG作為先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)手段確認(rèn)不同色溫能夠引發(fā)不同的生理反應(yīng)；Shin(2013)，Yunhee(2015)通過測(cè)量EEG確定受試者的注意力和放松程度；Smolders(2017)在研究中使用了ECG和EDA作為輔助手段記錄受試者在測(cè)試過程中的生理變化。

2.認(rèn)知任務(wù)指標(biāo)：閱讀、算術(shù)、打字、拼圖等任務(wù)的成績(jī)。

圖4動(dòng)態(tài)照明對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)效果影響的概念框架

經(jīng)授權(quán)，翻譯自Figure I “Conceptual framework of the study”(Mott et al.,2012)

注：ADHD=注意力缺乏多動(dòng)癥(attention deficit hyperactivity disorder)

圖5 基于變量的研究框架

經(jīng)授權(quán)，翻譯自Figure 3 “Research frame work base on variables”(Samani,2012)

圖6 照明對(duì)生理機(jī)能影響線路框架

經(jīng)授權(quán)，翻譯自Figure 2 “Pathways of light relevant to psychological functioning” (Kort & Veitch,2014)

3.認(rèn)知心理學(xué)測(cè)試和量表：d2視覺搜索注意力測(cè)試；卡羅林斯卡警覺度分類表(Karolinska Sleepiness Scale，KSS)；精神運(yùn)動(dòng)警覺性作業(yè)(Psychomotor Vigilance Task，PVT)；狀態(tài)自控力分類表(State Self-Control Capacity Scale，SSCCS)；安菲莫夫劑量作業(yè)表(Aventura Karimov table，AKT)等。相關(guān)方法的參考文獻(xiàn)、用途和基本信息參見表1。

4.主觀問卷：?jiǎn)柧碓谙嚓P(guān)研究中被廣泛使用，用來(lái)衡量受試者的主觀感受和偏好。多數(shù)研究中主觀問卷作為輔助手段；也有個(gè)別研究全部基于問卷調(diào)查，例如：Gilavand(2016)。

另外，需要說(shuō)明的是，很多研究使用多種度量方法，比如：EEG與簡(jiǎn)單任務(wù)結(jié)合、d2與問卷結(jié)合等等。一個(gè)研究中的多種度量方法有的是針對(duì)不同的度量指標(biāo)，有的則是對(duì)同一目標(biāo)的多角度驗(yàn)證。在某些研究中，針對(duì)同一目標(biāo)的兩種度量方法會(huì)給出矛盾的結(jié)果，例如：Sleegers(2013)的一部分研究數(shù)據(jù)中d2測(cè)試與主觀問卷結(jié)果不一致。

6 基于教學(xué)場(chǎng)景的照明方案研究

根據(jù)之前對(duì)相關(guān)研究的發(fā)展歷程的回顧，教室照明研究的重點(diǎn)逐步轉(zhuǎn)入場(chǎng)景化、集成化階段。以往的研究側(cè)重于通過實(shí)驗(yàn)手段研究照明參數(shù)，如不同的亮度和色溫，對(duì)學(xué)生的生理指標(biāo)或認(rèn)知績(jī)效測(cè)驗(yàn)指標(biāo)的影響。近期有學(xué)者開始關(guān)注在不同教學(xué)場(chǎng)景下，照明配置方案對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)績(jī)效的影響。雖然這些研究對(duì)教學(xué)場(chǎng)景的定義不同(如：簡(jiǎn)單、標(biāo)準(zhǔn)和高負(fù)荷，或者數(shù)學(xué)、藝術(shù)、社交、休息)，但是其目標(biāo)是一致的，就是尋找與教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)目標(biāo)相匹配的最優(yōu)照明配置方案。因此，本文特別針對(duì)這個(gè)方向有代表性的研究進(jìn)行了概括，參見表2。從能夠檢索到的文獻(xiàn)看，關(guān)于這個(gè)方向的研究數(shù)量有限，研究尚不充分，研究結(jié)論也有值得進(jìn)一步證實(shí)之處。而針對(duì)中國(guó)學(xué)校的相關(guān)研究更是空白。

表1 文獻(xiàn)中相關(guān)心理學(xué)測(cè)驗(yàn)方法

7 以往研究結(jié)果討論

總結(jié)以往研究，研究者普遍認(rèn)為光照條件對(duì)學(xué)習(xí)績(jī)效有重要影響，近十年來(lái)的研究主要針對(duì)不同亮度和不同色溫對(duì)學(xué)生的影響。雖然照明行業(yè)和學(xué)術(shù)界對(duì)亮度級(jí)別和色溫級(jí)別都沒有統(tǒng)一的規(guī)定，但是我們發(fā)現(xiàn)研究者大多定義300 lux以下為低亮度、300 lux至600 lux為中等亮度、600 lux至1000 lux為高亮度；亮度超過1000 lux會(huì)引發(fā)身體不適和眩光失能(Kim and Koga,2005;Osterhaus,2005)，也不節(jié)能。同時(shí)，研究者大多定義2700 K至3500 K、3500 K至5000 K，以及5000 K至6500K為低色溫、中等色溫和高色溫。

關(guān)于亮度和色溫的具體效應(yīng)，根據(jù)以往研究的發(fā)現(xiàn)和結(jié)論，多數(shù)研究者認(rèn)為高亮度、高色溫能夠提升注意力和認(rèn)知績(jī)效。因此，占主導(dǎo)的觀點(diǎn)是：在教室照明中使用亮度較高、色溫較高的光線可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)績(jī)效。然而，事實(shí)上這一觀點(diǎn)仍缺少足夠的研究數(shù)據(jù)支持，甚至部分相關(guān)研究給出了與之沖突的結(jié)論(Higgins et al.,2005)。例如，基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)Yunhee(2015)認(rèn)為高色溫并不會(huì)影響學(xué)生的注意力和認(rèn)知活動(dòng)，低色溫也不會(huì)讓學(xué)生更放松、安靜。Smolders(2017)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示高色溫環(huán)境與低色溫相比并不會(huì)對(duì)大學(xué)生的“精神狀態(tài)和績(jī)效帶來(lái)明顯的有益影響，也不會(huì)產(chǎn)生生理上的激活效果”。Yan(2010)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果則顯示在中等色溫(4000 K)環(huán)境中，學(xué)生的學(xué)習(xí)效率最高，并且視/腦疲勞最低，而非高色溫(6500 K)環(huán)境。有的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示男女對(duì)燈光的反應(yīng)沒有明顯差異，而有的實(shí)驗(yàn)則給出相反結(jié)果(Knez,2000)。甚至有的實(shí)驗(yàn)中同樣的照明環(huán)境對(duì)四年級(jí)學(xué)生有影響顯著，而對(duì)六年級(jí)學(xué)生影響不顯著，而注意力測(cè)試結(jié)果跟主觀問卷結(jié)果也出現(xiàn)了矛盾(Sleegers et al.,2013)。

表2 教室場(chǎng)景化照明與學(xué)生績(jī)效相關(guān)研究的比較

對(duì)于這些不一致和矛盾，其原因可能在于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)不夠嚴(yán)密，對(duì)其他因素的控制不夠(Choi and Suk,2016)。Smolders(2017)發(fā)現(xiàn)不同測(cè)試時(shí)間，如上午時(shí)段和下午時(shí)段，對(duì)測(cè)試結(jié)果有顯著差異。Moon(2016)表示受試者的性別、年齡、工作狀態(tài)等因素也會(huì)影響個(gè)體對(duì)照明方案的反應(yīng)。Yunhee(2015)強(qiáng)調(diào)人的情緒因素的重要性，在實(shí)驗(yàn)中，情緒因素對(duì)結(jié)果的影響甚至超過了生理學(xué)反應(yīng)的影響。此外，以往研究數(shù)據(jù)樣本較小(多數(shù)研究中被試不超過100人)以及時(shí)間跨度較短(多數(shù)研究持續(xù)不超過3個(gè)月)也是重要制約因素(Sleegers et al.,2013；Pulay,2015；Fabio et al.,2015；Ayash et al.,2016)。更進(jìn)一步，通過分析以往實(shí)驗(yàn)的結(jié)果報(bào)告能夠發(fā)現(xiàn)，在報(bào)告統(tǒng)計(jì)差異顯著的40篇文獻(xiàn)中僅有6篇報(bào)告了效果量(effect size)，比例偏低。在所報(bào)告的效果量中，ηp2值在0.001至0.741之間,其中效果量較大的(ηp2≥0.5)包括：高亮度高色溫照明(1000 lux,6500 K)相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)照明(300 lux,3000 K)對(duì)提高學(xué)生注意力集中度和減少錯(cuò)誤率有積極作用(Sleegers et al.,2013)，高色溫照明(6500 K)相對(duì)于3500 K和5000 K對(duì)提高算術(shù)答題正確率有積極作用(Choi and Suk,2016)。以往研究所報(bào)告的Cohen’sd值在0.13至3.94之間，其中效果量較大的(d≥0.8)包括：高色溫照明(5500 K相對(duì)于3000 K和3500 K)對(duì)提高認(rèn)知處理速度和注意力集中度以及減少錯(cuò)誤率有積極作用(Keis et al.,2014)。

8 后續(xù)研究建議

通過對(duì)現(xiàn)有研究存在問題和發(fā)展趨勢(shì)的梳理，本文希望能夠?yàn)楹罄m(xù)研究提供一些方向性的建議。

首先，以往研究中較多使用主觀問卷，但是主觀結(jié)果受個(gè)體差異及隨機(jī)因素影響較大，并不總是能夠反映照明對(duì)學(xué)習(xí)能力和學(xué)習(xí)效果的影響，一些研究中出現(xiàn)的主觀問卷與客觀測(cè)試結(jié)果的矛盾就是例證。因此，后續(xù)研究應(yīng)減少對(duì)主觀評(píng)價(jià)的依賴，多使用客觀評(píng)測(cè)，特別是基于客觀數(shù)據(jù)的量化分析。

其次，被試人群的特征，如年齡、性別、地域及文化差異等，都有可能影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。不同被試人群對(duì)最優(yōu)照明條件可能有不同的需要。以往研究所積累的實(shí)證數(shù)據(jù)仍然不足，后續(xù)研究需要繼續(xù)收集數(shù)據(jù)并比較不同被試人群間的差異，并注意在實(shí)驗(yàn)結(jié)果中報(bào)告效果量。

第三，無(wú)論是生理學(xué)方法、心理學(xué)方法，還是認(rèn)知任務(wù)測(cè)試(參見“5.實(shí)驗(yàn)方法總結(jié)”)，現(xiàn)有研究基本都是用間接結(jié)果表示學(xué)生的學(xué)習(xí)績(jī)效。在本文檢索到的研究中，沒有一例使用真實(shí)的考試成績(jī)。雖然可能的原因有很多，但是從某種意義上，中國(guó)學(xué)生、學(xué)校和家長(zhǎng)最關(guān)心的還是學(xué)習(xí)成績(jī)。因此，后續(xù)研究需要檢驗(yàn)照明配置對(duì)學(xué)生各科成績(jī)有無(wú)顯著影響。

第四，LED、智能終端、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的發(fā)展和普及，使得可動(dòng)態(tài)調(diào)整亮度和色溫的智能照明系統(tǒng)具備了大規(guī)模應(yīng)用的條件。教學(xué)場(chǎng)景和教學(xué)手段的現(xiàn)代化、多樣化，也帶來(lái)了教室照明需求的多樣化和場(chǎng)景化，然而相關(guān)的研究目前還不充分(參見“6.基于教學(xué)場(chǎng)景的照明方案研究”)，后續(xù)研究也需要在這方面進(jìn)一步加強(qiáng)。

最后，現(xiàn)有研究的數(shù)據(jù)樣本都比較小，后續(xù)研究需要增大樣本量，提高統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)力。當(dāng)數(shù)據(jù)樣本達(dá)到一定規(guī)模后，可以考慮利用機(jī)器學(xué)習(xí)的方法進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，期望能夠得出更多結(jié)論。

綜上所述，盡管部分研究發(fā)現(xiàn)高色溫照明對(duì)提高學(xué)生注意力有積極作用，以往研究仍存在許多不足，以往的研究方法和設(shè)計(jì)需要完善和擴(kuò)展，研究者尚未對(duì)教室照明如何影響學(xué)生學(xué)習(xí)績(jī)效這個(gè)問題的答案達(dá)成共識(shí)。因此，已有研究結(jié)果尚不足以對(duì)教室照明的最佳亮度和色溫設(shè)計(jì)方案給出決定性的指導(dǎo)意見，也表明該領(lǐng)域相關(guān)研究還有較大提升空間。