教室內(nèi)物理因素對大學(xué)生認(rèn)知影響的實驗研究

賈一丹 江豐光

（上海師范大學(xué) 教育學(xué)院，上海 200234）

一、引言

學(xué)生的學(xué)習(xí)效果受多種因素的影響。在線學(xué)習(xí)和線下教授相結(jié)合的混合學(xué)習(xí)模式為學(xué)生提供了多樣化的學(xué)習(xí)空間。伴隨新冠疫情常態(tài)化的影響，在線課程建設(shè)成為高等教育的新趨勢（柳瑩，2018），在短時間內(nèi)也取得了較快發(fā)展。探尋網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下交互模式變化對教學(xué)效果的影響（羅恒，曾蘭，楊婷婷，2019），分析總結(jié)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)社群中存在的學(xué)習(xí)表現(xiàn)形成評價標(biāo)準(zhǔn)（朱鎣彬，江豐光，2020）以及影響MOOC學(xué)習(xí)者持續(xù)學(xué)習(xí)原因（孫田琳子，沈書生，2017）等成為研究影響學(xué)習(xí)效果的主要方面，也有研究結(jié)合情感負(fù)荷理論來探討興趣程度、情感狀態(tài)以及搜索學(xué)習(xí)效果之間的關(guān)系（夏立新，周鼎，葉光輝，孫哲林，2020）。學(xué)習(xí)空間的研究逐漸受到國內(nèi)研究者的重視。開始從最初的現(xiàn)狀分析（許亞鋒，尹晗，張際平，2015；塔衛(wèi)剛，張際平，2018），到國外新型學(xué)習(xí)空間案例比較（江豐光，孫銘澤，2014），到探索國內(nèi)空間設(shè)計架構(gòu)（陳向東，蔣中望，2011；白曉晶，季瑞芳，吳莎莎，張春華，李國云，2018），再到主動學(xué)習(xí)教室如何影響學(xué)生的學(xué)習(xí)效果（張屹等，2019）等方面，但較少有實證研究站在環(huán)境心理學(xué)的角度論證教室環(huán)境中物理因素對學(xué)習(xí)效果的影響。

教室內(nèi)物理因素涵蓋了空氣、自然與人照光、溫度、顏色、空間布局、濕度等，不同的研究會因側(cè)重點的差異對其有不同的探討。國內(nèi)學(xué)習(xí)空間領(lǐng)域?qū)淌噎h(huán)境設(shè)計以實踐為主，缺乏理論支撐，而本文主要基于環(huán)境心理學(xué)的視角來探究教室物理因素對學(xué)生的認(rèn)知影響。國外在《環(huán)境心理學(xué)》一書中指出物理環(huán)境在環(huán)境心理學(xué)范疇中主要涵蓋噪音、溫度、空氣質(zhì)量、環(huán)境設(shè)計、空間密度（即擁擠程度）、個人空間等（保羅·貝爾，托馬斯·格林，杰弗瑞·費爾希，安德魯·鮑姆，2009）。根據(jù)文獻(xiàn)，教室內(nèi)物理因素可以分為三類：第一類是空間環(huán)境中的屬性，包括溫度、聲音、照明和空氣質(zhì)量等；第二類包括與空間環(huán)境相關(guān)的屬性，如教室布局、教室內(nèi)家具、色彩、座位選擇等；第三類包括與技術(shù)相關(guān)的屬性，包括教室內(nèi)高科技硬件功能的適宜性、軟件的易用性、網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)乃俣鹊龋╕ang, Becerik-Gerber, ＆ Mino, 2013）。認(rèn)知是指人們獲取知識，進而應(yīng)用知識的信息加工過程，它包括感覺、知覺、記憶、思維、想象和語言等（彭聃齡，2010）。

一個良好的學(xué)習(xí)或工作環(huán)境往往是由多種物理因素彼此作用的結(jié)果。教室是學(xué)生除家庭環(huán)境外身處時間最長的學(xué)習(xí)場所，無論是學(xué)校、圖書館還是培訓(xùn)機構(gòu)中，教室內(nèi)顏色（Al-Ayash, Kane, Smith,＆ Green-Armytage, 2016）、溫濕度、光照、聲音、空氣質(zhì)量以及氣味（Pan, Kjaergaard, ＆ M?Lhave,2003）等都會影響學(xué)生學(xué)習(xí)時的注意力和學(xué)習(xí)效果（Hygge ＆ Knez, 2001）。Marchand、Nardi、Reynolds和Pamoukov（2014）將溫度、光照和聲學(xué)稱為室內(nèi)環(huán)境的“物理基礎(chǔ)”，同時一些高校團隊、企業(yè)公司等也相繼展開了衡量該指標(biāo)的相關(guān)研究。舒適的環(huán)境并不等于適合學(xué)習(xí)的環(huán)境，究竟溫度、聲音在何種設(shè)定值組合下才是最適合學(xué)生學(xué)習(xí)的環(huán)境，這值得國內(nèi)學(xué)者進行思考。

基于上述，本研究在以往研究的基礎(chǔ)上，作為階段性研究選擇關(guān)注度最高的溫度和聲音兩個因素（Marchand et al., 2014），探索教室內(nèi)物理因素（溫度、聲音）如何對學(xué)生認(rèn)知活動產(chǎn)生影響。研究問題是：教室內(nèi)物理因素（溫度、聲音）的相互作用對學(xué)生處理不同類型任務(wù)有何影響，是否對不同性別學(xué)生影響不同？最后從提升學(xué)生學(xué)習(xí)效率的角度切入，讓國內(nèi)學(xué)者、教師、學(xué)校管理層等都能逐漸意識到教室內(nèi)物理因素對學(xué)生學(xué)習(xí)的重要性，希望他們能夠設(shè)計更合理的教室學(xué)習(xí)環(huán)境，進而促進國內(nèi)對此方面的研究和重視。

二、文獻(xiàn)綜述

（一）影響學(xué)生認(rèn)知因素相關(guān)研究

Paas和Van Merrienboer（1994）提出的“認(rèn)知負(fù)荷構(gòu)建模型”（The Model of the Construct of Cognitive Load）認(rèn)為，學(xué)習(xí)者特征、任務(wù)特征及其相互作用是認(rèn)知負(fù)荷的因果因素。該模型并未厘清學(xué)習(xí)任務(wù)和學(xué)習(xí)環(huán)境兩個因素。Choi、van Merrinboer和 Paas（2014）對該模型進行了完善和調(diào)整（見圖1），提出“物理學(xué)習(xí)環(huán)境”（見圖1左側(cè)部分），其包含完成教與學(xué)任務(wù)發(fā)生場所中所有的物理屬性因素，強調(diào)學(xué)習(xí)環(huán)境、任務(wù)和學(xué)習(xí)者兩者或三者之間交互作用對認(rèn)知負(fù)荷產(chǎn)生影響。學(xué)習(xí)環(huán)境、學(xué)習(xí)者和學(xué)習(xí)活動三者之間不是互相獨立存在的，物理學(xué)習(xí)環(huán)境中任何事物的變化包括空氣質(zhì)量、光照、溫濕度、聲音、色彩、氣味等都會影響學(xué)習(xí)者的體驗感和學(xué)習(xí)效率。國內(nèi)對于物理因素影響學(xué)生學(xué)習(xí)的實驗研究相對較少，多停留在學(xué)習(xí)空間設(shè)計時需要關(guān)注空間中溫度、光線、色彩的個性化調(diào)控的理論部分。國外早在20世紀(jì)對室內(nèi)物理因素的研究發(fā)現(xiàn)，討論最多的是溫度、聲音、光照三個因素，探究因素單獨或交互作用時對學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)效率和績效產(chǎn)生的影響（見表1）。

表1 國外物理因素研究

圖1 認(rèn)知負(fù)荷構(gòu)建的調(diào)整模型（Choi et al., 2014）

在對芬蘭學(xué)校教室聲學(xué)等級評估中發(fā)現(xiàn)，超過50%的時間里，教室里的聲音水平過高，超出了建議標(biāo)準(zhǔn)，完全影響學(xué)生學(xué)習(xí)（Sala ＆ Rantala,2016）。Al-Ayash等（2016）在探究教室內(nèi)顏色對大學(xué)生學(xué)習(xí)成績和情緒的影響因素時發(fā)現(xiàn)，藍(lán)色明顯比紅色或黃色更使人心情愉快，而在做閱讀理解任務(wù)時教室空間是色彩鮮艷組的得分明顯高于淺色組。當(dāng)參與者暴露在明亮的光線下時，他們會更少感到困倦，變得更有活力、更快樂（Smolders ＆Kort, 2013）。而對環(huán)境內(nèi)氣味和聲音之間的交互作用研究發(fā)現(xiàn)，添加噪音可能減少（掩蓋）對氣味的不適感知，而添加氣味對噪音的感知沒有或幾乎沒有影響（Pan et al., 2003）。在探討溫度、噪音和照明三因素對不同類型任務(wù)學(xué)習(xí)效率的影響時發(fā)現(xiàn)，在低于50dB的聲音條件且不低于300lx的光照條件下學(xué)習(xí)效率會達(dá)到最大值，同時處理不同類型的任務(wù)又有各自最適合的環(huán)境（Xiong et al., 2018），并且不同因素對不同性別學(xué)生在處理不同類型認(rèn)知任務(wù)的影響上也有差異，與男性相比女性尤其在高光照條件下的問題解決能力明顯更好（Hygge ＆ Knez,2001）；女性的熱感知能力比男性更強，傾向于處在熱中性環(huán)境下（Pellerin ＆ Candas, 2003）。

由此發(fā)現(xiàn)，國外對于室內(nèi)物理因素研究較為成熟，通常以溫度、聲音、光照三個因素單獨或是交叉影響研究為主，關(guān)注其對學(xué)生或工作人員的學(xué)習(xí)和績效的影響，并且涉及面較廣，加入其他因素如顏色、氣味、空氣質(zhì)量等。然而，國內(nèi)對于教室環(huán)境的研究已逐步從傳統(tǒng)教室改進至主動學(xué)習(xí)教室，對師生教與學(xué)效果影響到網(wǎng)絡(luò)教育新時代背景下設(shè)計開放智慧的學(xué)習(xí)空間（王宏，肖君，譚偉，2018），但對教室內(nèi)物理因素的研究多停留在：關(guān)注學(xué)生對教室環(huán)境的滿意度、舒適度、教室內(nèi)物理因素測量是否符合國家標(biāo)準(zhǔn)等較淺層方面。并且，由于地區(qū)氣候環(huán)境條件和不同人種體質(zhì)的差異，使得國外研究結(jié)論無法直接在我國實踐。因此，探尋出適合我國環(huán)境條件和文化習(xí)慣的教室內(nèi)物理因素及相互作用對學(xué)習(xí)者的影響是非常必要的。

（二）認(rèn)知測量的方法與工具

認(rèn)知要素主要是認(rèn)知加工策略，是學(xué)習(xí)行為的核心，表示學(xué)習(xí)者獲得知識或?qū)χR中的信息進行加工的過程（余繼，閔維方，2018）。目前認(rèn)知要素的測量方法主要分為以下四種：讓學(xué)習(xí)者自主回顧認(rèn)知過程，傳達(dá)對任務(wù)難度和心理付出努力感受的主觀測量法（Schnotz ＆ Kürschner,2007）；通過測定學(xué)習(xí)者完成指定任務(wù)的績效來判定學(xué)習(xí)者認(rèn)知負(fù)荷的任務(wù)績效測量法；測量學(xué)習(xí)者完成任務(wù)時的生理指標(biāo)的生理測量法以及將主觀心理感受和客觀行為表現(xiàn)相結(jié)合的多指標(biāo)綜合評價方法（孫崇勇，2012）。Wickens和Hollands（2000）提出的測量認(rèn)知表現(xiàn)的理論框架中表明，認(rèn)知表現(xiàn)等同于信息處理，并非一種單一的技能，而是由不同認(rèn)知任務(wù)組成的復(fù)雜過程。在信息處理方法中，從感覺功能開始，不同的認(rèn)知功能有一個可接受的層次結(jié)構(gòu)，這也表明來自周圍環(huán)境的信息必須先被感官功能感知，然后才能被認(rèn)知系統(tǒng)訪問。認(rèn)知加工是通過注意力、記憶和推理等基本認(rèn)知過程來完成的。復(fù)雜的認(rèn)知過程有如閱讀和文本理解，并需要與基本認(rèn)知功能相結(jié)合（Liebl et al., 2012）。

三、研究設(shè)計

（一）研究對象及環(huán)境設(shè)置

經(jīng)過梳理文獻(xiàn)，實驗環(huán)境設(shè)置最終選擇溫度和聲音這兩個關(guān)注度最高（Pellerin ＆ Candas, 2003）的室內(nèi)物理因素變量。聲音設(shè)定以我國頒布的《民用建筑隔聲設(shè)計規(guī)范》（GB 50118-2010）中規(guī)定的普通教室允許的噪聲級（40dB-45dB）為依據(jù)（中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，2019），并且以國外學(xué)者Mackenzie（1975）將50～80dB估計為典型的室內(nèi)噪聲為參考。因此，最終確定本實驗的聲音變量值為：40dB和60dB。在實驗過程中，所有門窗都被關(guān)閉以減少外界干擾，并且被試者進行實驗時不允許戴耳機。采用一段模擬的教室活動錄音，通過教室內(nèi)的多媒體設(shè)備播放為學(xué)生營造聲音環(huán)境，并采用專業(yè)的聲級計進行測量。溫度設(shè)定以我國頒布的《室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 18883-2002）中規(guī)定的夏季空調(diào)設(shè)定22℃～28℃、冬季采暖設(shè)定16℃～24℃為依據(jù)（中華人民共和國生態(tài)環(huán)境部，2003），以國外學(xué)者Seppanen、Fisk和Lei（2006）的研究發(fā)現(xiàn)，溫度在22攝氏度被認(rèn)為是最佳性能的創(chuàng)造條件為參考。因此，最終確定實驗的溫度變量值為：20℃和28℃。在實驗室中，通過中央空調(diào)控制，并且使用專業(yè)儀器進行測量。

本研究以上海某高校大學(xué)生為實驗對象，共招募32人，其中男生16人，女生16人，平均年齡為23±1歲，并具有相似的學(xué)科背景。研究為了將個體差異減小到最低，每位被試者要求穿著與當(dāng)?shù)貧夂驐l件下室內(nèi)典型服裝相對應(yīng)（服裝熱阻：1.0clo）的服裝，且實驗完成后會給予每人相應(yīng)的被試者實驗參與費。根據(jù)確定變量值：溫度（20℃和28℃）和聲音（40dB和60dB），將各因素變量進行組合：溫度（2）×聲音（2）形成4個不同的實驗場景（見表2）。將性別對應(yīng)的16名男生和16名女生隨機平均分配到某一環(huán)境中進行實驗，因此每個環(huán)境有4男4女共8名學(xué)生（見表2）。

表2 實驗環(huán)境對象設(shè)計表

（二）研究方法

實驗研究法是本研究的核心方法，通過控制教室內(nèi)物理因素（溫度和聲音）形成4個不同的學(xué)習(xí)環(huán)境，學(xué)生在環(huán)境中進行4種認(rèn)知任務(wù)，并通過進一步分析來探尋物理因素相互作用對學(xué)生學(xué)習(xí)效果的影響。

（三）研究工具

認(rèn)知方面任務(wù)主要由四部分內(nèi)容組成，分別是知覺任務(wù)、注意力任務(wù)、記憶力任務(wù)以及問題解決任務(wù)。

罐材的薄壁化，要求其內(nèi)在冶金質(zhì)量好、深沖性能好、制耳率低.林明山等人[35]的研究表明，3104 鋁合金罐用板材減薄至0.265mm 是可以實現(xiàn)的，經(jīng)過再次拉深及三次減薄后，罐體最薄壁厚可達(dá)到0.0989 mm，并能滿足耐壓的要求.在罐體的生產(chǎn)過程中，減薄拉深工序中最容易發(fā)生斷罐，進而導(dǎo)致生產(chǎn)中斷.因此，在降低材料厚度的同時，要保證生產(chǎn)效率，避免廢品增多而引起隱性成本增加.

1. 知覺任務(wù)

采用基于1935年美國心理學(xué)家約翰·雷德利·斯特魯普（John Riddly Stroop）提出的斯特魯普效應(yīng)形成的斯特魯普顏色-單詞測試（Stroop Color-Word Test，SCWT）（陳俊，劉海燕，張積家，2007）。通過利用刺激材料，在屏幕上呈現(xiàn)出顏色和意義上相矛盾的詞語，要求被試者快速地選擇出屏幕上呈現(xiàn)的“字的顏色”，進而對被試者的知覺進行測定。實驗使用APP版本，軟件會自動統(tǒng)計出被試者正確完成所有任務(wù)的時間（s），總計時間越短表示完成的效果越好。

2. 注意力任務(wù)

選取舒爾特方格的APP軟件進行測試。屏幕會呈現(xiàn)1cm×1cm 的N個方格，每個格子內(nèi)有任意的阿拉伯?dāng)?shù)字，共有N個數(shù)字。測試時，要求被試者用手指按數(shù)字順序依次點擊完所有N個方格，用時越短注意力水平越高。實驗時，被試者依次由易到難點擊完3×3、4×4、5×5、6×6方格。軟件會自動統(tǒng)計出被試者正確完成4次訓(xùn)練的時間（s），總計時間越短表示注意力越高。

3. 記憶力任務(wù)

使用APP軟件進行“無顏色記憶”來測試被試者的短時記憶能力（朱瀅，2014）。在屏幕的方格矩陣中會出現(xiàn)一些顏色不同的圖形，在規(guī)定的時間記憶后，被試者需要在矩陣中點出屏幕上出現(xiàn)的顏色圖案對應(yīng)的格子位置。測試時，被試者會先進行練習(xí)，當(dāng)完全熟悉規(guī)則后進行6次正式測試。軟件會自動統(tǒng)計出被試者正確完成所有訓(xùn)練的時間（s），總計時間越短表示記憶效果越好。

4. 問題解決任務(wù)

參考國外論文中測評方式（Xiong et al., 2018）選取《2019國家公務(wù)員考試行測試題》，根據(jù)不同類目整理出單選共9道題，以紙質(zhì)版的形式進行測評，研究者手動評分回答正確的題目數(shù)。

對于教室內(nèi)不同物理因素的調(diào)控和測量分別是：溫度通過中央空調(diào)進行控制，測量采用優(yōu)利德A25D空氣質(zhì)量檢測儀；聲音通過一段模仿教室內(nèi)活動噪音的錄音進行控制，測量采用深圳勝利VC1350型噪聲測試儀。

（四）實驗流程及數(shù)據(jù)分析

研究者提前將教室內(nèi)各個環(huán)境因素變量調(diào)整到預(yù)先設(shè)計的值，被試者進入實驗環(huán)境中提前簽署《實驗知情同意書》并且適應(yīng)當(dāng)前環(huán)境5分鐘，之后依次完成問題解決、注意力、知覺、記憶4種認(rèn)知任務(wù)，在每個場景下進行的所有測試都是相互獨立的，沒有順序影響，全程大約40分鐘左右。每次測試之間還有幾分鐘的休息時間，因此疲勞對長時任務(wù)的影響可忽略不計。本研究參考國外相關(guān)研究設(shè)計選取被試隨機分配進不同環(huán)境進行測試（Hygge＆ Knez, 2001；Veitch, 1990；Pellerin ＆ Candas,2003；Knez ＆ Kers, 2000），使用SPSS26.0版本進行多元方差分析（MANOVA）并對交互結(jié)果進行進一步的簡單效應(yīng)分析（Simple Effect Text），探討溫度（2）×聲音（2）×性別（2）對學(xué)生處理不同認(rèn)知任務(wù)的主效應(yīng)和交互影響，定義p＜0.05為具有統(tǒng)計學(xué)意義。

四、研究結(jié)果

首先，對四種不同認(rèn)知任務(wù)（問題解決、注意力、知覺、記憶）數(shù)據(jù)進行正態(tài)檢驗，經(jīng)過K-S方法和S-W方法檢驗后的p值均大于0.05，說明數(shù)據(jù)呈正態(tài)分布；經(jīng)方差齊性檢驗p值大于0.05，無差異，然后進行多元方差分析。

（一）教室內(nèi)物理因素對不同性別學(xué)生處理不同任務(wù)的主效應(yīng)

通過分析發(fā)現(xiàn)（見表3），物理因素溫度顯著性檢驗的威爾克值為0.040（p＜.05），表示溫度對處理四類認(rèn)知任務(wù)上有單獨的顯著影響，而聲音的威爾克值為0.947（p＞.05），表示聲音的主效應(yīng)影響并不顯著。針對溫度進一步分析如何對四種認(rèn)知任務(wù)產(chǎn)生影響發(fā)現(xiàn)如下頁圖2所示：相比20℃的溫度環(huán)境，在28℃下，學(xué)生的問題解決和知覺反映整體變好；然而在20℃的低溫環(huán)境下學(xué)生的注意力、記憶效果較好，并且溫度對注意力有顯著影響（F=4.925，p＜.05）（見下頁表4）。然而溫度和聲音的交互作用并沒有對四種任務(wù)產(chǎn)生顯著影響（p=.05），這表明對于大學(xué)生而言，聲音在一定的范圍內(nèi)對于學(xué)習(xí)的影響并不太強，反而溫度的變化更能刺激學(xué)生的學(xué)習(xí)效果與注意力。

圖2 溫度對四種認(rèn)知任務(wù)影響

表3 溫度、聲音、性別對不同任務(wù)主效應(yīng)影響

性別因素的威爾克值分別0.004（p＜.01），表明性別對四類認(rèn)知任務(wù)有非常顯著的主效應(yīng)(見上頁表3)。尤其在問題解決任務(wù)（F=10.562，p＜.01）和注意力任務(wù)（F=5.258，p＜.05）中，男女生表現(xiàn)差異較大（見表4）。根據(jù)描述性統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)：女生在處理問題解決任務(wù)時正確回答題目的數(shù)量明顯優(yōu)于男生（女：M=6.00，SD=1.63；男：M=4.37，SD=1.36），并且注意力比男生較集中（女：M=103.07，SD=16.27；男：M=116.62，SD=22.11），能用較短時間正確完成任務(wù)。

（二）教室內(nèi)物理因素對不同性別學(xué)生處理不同任務(wù)的交互效應(yīng)

教室內(nèi)溫度、聲音和性別之間對于4種不同任務(wù)的交互性影響不同（見表4），其中聲音和性別對于注意力任務(wù)有顯著影響（F=6.902，p＜.05）；溫度、聲音和性別存在對問題解決任務(wù)的顯著性影響（F=5.063，p＜.05）。接下來將分別對這兩種交互作用進行簡單效應(yīng)分析來驗證某一因素下其他因素各水平間變化差異。

表4 溫度、聲音、性別交互作用對不同任務(wù)影響

對溫度和性別的簡單效應(yīng)分析發(fā)現(xiàn)見下頁表5（a），以聲音為自變量，男女生在60dB的條件下對注意力任務(wù)的效果有極其顯著差異（p＜.01），具體為女生的注意力明顯優(yōu)于男生，而女生在不同的聲音環(huán)境下對注意力影響有顯著差異（p＜.05），在60dB下注意力最集中，如圖3（a）所示。對溫度、聲音和性別的簡單效應(yīng)分析發(fā)現(xiàn)見下頁表5（b），在溫度和聲音為20℃和60dB（p＜.01）以及28℃和40dB（p＜.05）的環(huán)境下，男女生的問題解決效果有顯著差異，女生總體表現(xiàn)要比男生好，而對于女生來說，在40dB的安靜條件下，溫度的高低有顯著差異（p＜.05），在28℃能夠取得最好效果，如圖3（b）所示。而性別與其他物理因素的交互作用并沒有對知覺和記憶任務(wù)造成影響。

圖3 交互作用的簡單效應(yīng)圖

表5 交互作用的簡單效應(yīng)分析

五、結(jié)論與展望

（一）結(jié)論與討論

1. 溫度對不同認(rèn)知任務(wù)有主效應(yīng)

總體上看，教室內(nèi)物理因素溫度對四類認(rèn)知任務(wù)存在主效應(yīng)，尤其對注意力任務(wù)產(chǎn)生顯著影響。注意力任務(wù)的心理過程是指，對有意識的思維進行信息選擇和一定對象的指向與集中（羅伯特·L·索爾索，1990）。研究發(fā)現(xiàn)，在20℃的低溫環(huán)境下，學(xué)生正確完成注意力任務(wù)的時間較短，表明注意力水平較高，如圖2所示，相反在高溫的室內(nèi)中并不利用學(xué)習(xí)者注意力集中。最早Wyon（1970）在總結(jié)的一系列有關(guān)熱對學(xué)校成績影響的研究中發(fā)現(xiàn)，可接受且較低溫度如20℃，相比較溫暖的環(huán)境更容易促使學(xué)生發(fā)揮最佳能力，這并不違背后人對室內(nèi)環(huán)境因子可接受范圍的發(fā)現(xiàn)：溫度范圍在20.9℃～30.4℃（Huang et al., 2012）。從人的生理機制來看，當(dāng)人感到溫暖時，心率、呼吸和動脈二氧化碳分壓顯著增加、動脈血氧飽和度下降，導(dǎo)致病態(tài)建筑綜合癥（SBS）癥狀的強度增加，對環(huán)境的滿意度產(chǎn)生負(fù)面影響（Lan, Wargocki, Wyon, ＆ Lian, 2011）。并且多人研究也發(fā)現(xiàn)，在較低溫度下雖然體感不適但卻能完成較多任務(wù)（Pepler ＆ Warner, 1968），疲勞和頭痛感會明顯降低（Fang, Wyon, Clausen, ＆ Franger,2004），較適合完成注意力任務(wù)（Xiong et al.,2018）。

因此，根據(jù)國內(nèi)關(guān)于教室內(nèi)溫度范圍的規(guī)定：夏季空調(diào)設(shè)定22℃～28℃、冬季采暖設(shè)定16℃～24℃（中華人民共和國生態(tài)環(huán)境部，2003），結(jié)合國外學(xué)者的發(fā)現(xiàn)和本研究的發(fā)現(xiàn)，在20℃的低溫環(huán)境下更有利于學(xué)生注意力和記憶力的提高，達(dá)到最佳學(xué)習(xí)效能。本文提出未來教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)環(huán)境的建議：在可控制溫度的教室或個人學(xué)習(xí)環(huán)境中，適當(dāng)降低溫度可以提升學(xué)生的注意力，可控制的最佳范圍在20℃～24℃。

2. 性別對不同認(rèn)知任務(wù)有主效應(yīng)

性別對于四類認(rèn)知任務(wù)同樣存在主效應(yīng)，尤其對問題解決任務(wù)和注意力任務(wù)產(chǎn)生顯著影響。根據(jù)描述性統(tǒng)計結(jié)果發(fā)現(xiàn)，女生在問題解決和注意力任務(wù)上明顯比男生要好，這也驗證了早期的發(fā)現(xiàn)（Hygge ＆ Knez, 2001）。面向記憶任務(wù)是人腦對事物識記再現(xiàn)的過程，是一切高級心理活動的基礎(chǔ)，本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)男生在記憶力任務(wù)上表現(xiàn)更好，而面向知覺任務(wù)是指，人在真實情景下強調(diào)在頭腦中進行加工，并結(jié)合手眼配合對外界任務(wù)做出反應(yīng)。與問題解決任務(wù)和注意力任務(wù)不同，它更強調(diào)在視覺感知做出反應(yīng)的能力，本研究發(fā)現(xiàn)女生的表現(xiàn)比男生要好。而對于知覺任務(wù)，依據(jù)生理學(xué)理論和認(rèn)知心理學(xué)理論，高達(dá)80%的外界接收到的信息是通過視覺通路處理（Haupt ＆ Huber, 2008），光環(huán)境的強弱會對感知任務(wù)處理產(chǎn)生一定影響（Xiong et al., 2018）。

3. 溫度、聲音和性別的交互作用對問題解決和注意力有顯著影響

性別無論在課堂教學(xué)的哪一個環(huán)節(jié)設(shè)計上都是一個不可或缺的變量（McArthur, 2015），與學(xué)習(xí)空間的匹配也不例外。同溫度因素一樣，室內(nèi)聲音的高低同樣具有令人滿意與否的“一票否決權(quán)”（Huang et al., 2012）。在本研究中發(fā)現(xiàn)，聲音與性別的交互作用在注意力任務(wù)上有顯著影響，具體表現(xiàn)為在60dB的聲環(huán)境下對女生的注意力影響不大，而較容易影響男生的反映，這與性別對注意力任務(wù)具有主效應(yīng)影響的解釋一致，并且對于女生而言，在一定背景噪音環(huán)境下注意力水平更強，如圖3（a）所示。先前的研究認(rèn)為室內(nèi)環(huán)境噪音水平在低于49.6 dB時，是人們可接受的（Huang et al., 2012）；從生理學(xué)角度，噪音在一定程度上會激活大腦喚醒（Hygge, 1991），而在對聲音感知的研究中也發(fā)現(xiàn)，若50～66dB之間存在的連續(xù)噪聲，只要在適當(dāng)范圍內(nèi)就不會顯著減少人的舒適感（Pellerin ＆ Candas, 2003）。因此，本研究認(rèn)為在教室環(huán)境中整體滿意度是各個環(huán)境因素綜合作用的結(jié)果（Nagano ＆ Horikoshi, 2005; Krüger ＆Zannin, 2004），溫度和聲音之間存在一種拮抗作用（Antagonism）（Hygge, 1991），為了滿足溫度適宜，空調(diào)和通風(fēng)系統(tǒng)會增加一定程度的熱需求噪音。

其次還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)環(huán)境中的溫度與聲音相互影響時，男女生在問題解決任務(wù)上有不同效果。問題解決任務(wù)是一種對于腦力勞動要求較高的認(rèn)知類任務(wù)，在平時的學(xué)習(xí)工作中大都與問題解決相關(guān)。進一步觀察溫度、聲音與性別的相互作用發(fā)現(xiàn)，在低溫且嘈雜或者高溫且安靜的環(huán)境下女生的表現(xiàn)都比男生好，并且在極端的環(huán)境下二者呈現(xiàn)極其顯著的差異，說明相比男生而言女生的穩(wěn)定性較強，對男生更需要重視環(huán)境安排，而在安靜的環(huán)境下對女生而言，28℃的溫度環(huán)境問題解決成績表現(xiàn)最好，如圖3（b）所示?？赡艿脑蚴桥缘纳項l件對于溫度的需求較高，所以對于熱舒適性對應(yīng)的環(huán)境溫度水平平均要高得多，這與Pellerin和Candas（2003）在研究溫度和噪音對人體綜合影響時，得出的女性比男性更容易對溫度敏感的發(fā)現(xiàn)相呼應(yīng)。然而，從認(rèn)知任務(wù)之間相互影響的角度發(fā)現(xiàn)：低溫下注意力集中但問題解決效果不高，這是因為問題解決效果的高低是由多方面因素影響的，注意力對于問題解決任務(wù)具有相關(guān)關(guān)系但不具有因果關(guān)系，起到正相關(guān)作用但是影響程度為弱相關(guān)。

因此，在可接受的聲音范圍下，中等水平的背景噪音會導(dǎo)致人的抽象認(rèn)知從而提高創(chuàng)造力（Mehta, Zhu, ＆ Cheema, 2012），所以適當(dāng)?shù)脑胍舨粫a(chǎn)生太大的影響。而男女生在處理對腦力活動要求較高的任務(wù)時，尤其是女生要在溫暖的環(huán)境下工作，男生則對環(huán)境的要求相對較嚴(yán)格，總之每個人都要找到最適合自己的學(xué)習(xí)環(huán)境以達(dá)到各自的最優(yōu)狀態(tài)。

（二）研究不足與展望

在以往的研究中，有較多研究探尋最舒適的學(xué)習(xí)或工作環(huán)境和可接受的環(huán)境中物理因素范圍等。例如：有研究發(fā)現(xiàn)，溫度和聲音的滿意度對整個室內(nèi)環(huán)境的滿意度具有“一票否決權(quán)”，換句話說一旦溫度和聲音超出了人的可接受范圍，整個室內(nèi)環(huán)境就為不可接受的且易影響工作和學(xué)習(xí)。但是，可接受的讓學(xué)生體感舒適的環(huán)境條件并不等同于適合學(xué)習(xí)的、學(xué)習(xí)效率最高的條件，過于舒適安逸的環(huán)境可能會導(dǎo)致學(xué)習(xí)效率降低。正如本文發(fā)現(xiàn)的，較低溫度更有利于提升學(xué)生注意力，這無疑沖擊了人們原有認(rèn)知，對于此方面的研究同樣需要更多的研究來證明。

此外，學(xué)生的個體差異性是探尋最佳教學(xué)和學(xué)習(xí)方式的重要因素，每個人都有各自的學(xué)習(xí)風(fēng)格，這也同樣是在學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計時應(yīng)該考慮的，這呼應(yīng)了調(diào)整的認(rèn)知負(fù)荷模型中闡述的環(huán)境、任務(wù)和學(xué)習(xí)者三者相互作用的關(guān)系。因此學(xué)生的學(xué)習(xí)風(fēng)格和物理因素如何交叉影響學(xué)習(xí)效果也是未來研究的重點。同時，在未來的研究中還可以增加光照這一因素，教室內(nèi)適宜的環(huán)境是不同因素組合的結(jié)果，光照作為室內(nèi)環(huán)境物理基礎(chǔ)之一，也是其中至關(guān)重要的一方面。國內(nèi)有較多針對多媒體教室如何使用燈光來平衡投影效果和光需求方面的研究（白佳喜，丁文捷，2017），而光照與其他因素會產(chǎn)生怎樣的交互效果同樣值得探討。