人因技術(shù)支持下住區(qū)環(huán)境分析實(shí)驗(yàn)課程建設(shè)研究
——以老舊小區(qū)戶(hù)外環(huán)境分析為例

張翠娜，郜 飛，張君怡，韓 培，孫 璐

(1．汕頭大學(xué) 工學(xué)院，廣東 汕頭 515063；2．哈爾濱學(xué)院 教師教育學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150086；3．哈爾濱理工大學(xué) 建筑工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150006)

人因工程學(xué)(Ergonomics)是研究人在某種環(huán)境中的生理、心理等方面因素；研究人和機(jī)器及環(huán)境的相互作用；研究人的健康、安全和舒適等問(wèn)題的交叉學(xué)科。[1]近年來(lái)，依托該學(xué)科新興的“環(huán)境監(jiān)測(cè)”“行為觀察分析”“眼動(dòng)追蹤”“可穿戴生理記錄”等人因技術(shù)與設(shè)備迅速發(fā)展，為環(huán)境行為領(lǐng)域科研與教學(xué)提供新的途徑。

“居住區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)”是建筑設(shè)計(jì)方向重要設(shè)計(jì)課程，居住區(qū)環(huán)境行為分析是本課程的重要調(diào)研與實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，同時(shí)也是“城鄉(xiāng)規(guī)劃原理”“村鎮(zhèn)規(guī)劃設(shè)計(jì)”等理論課的延伸與實(shí)操。人因技術(shù)支持下的居住區(qū)環(huán)境行為分析實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)是學(xué)生調(diào)研實(shí)踐能力培養(yǎng)和建筑環(huán)境行為研究的重要平臺(tái)。

一、研究現(xiàn)狀與分析

(一)研究現(xiàn)狀

1．“建筑環(huán)境行為分析”實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究尚缺乏

當(dāng)前環(huán)境行為、環(huán)境心理方面的教學(xué)研究主要圍繞應(yīng)用型人才培養(yǎng)、整合教學(xué)模式、教學(xué)內(nèi)容探索等方面。[2-4]截止2022年7月19日，中國(guó)知網(wǎng)檢索“環(huán)境行為學(xué)”課程研究9篇，涉及案例式教學(xué)、建筑設(shè)計(jì)與風(fēng)景園林專(zhuān)業(yè)背景下教學(xué)等方面，實(shí)踐教學(xué)方面，[5-7]許薌斌等人開(kāi)展了以漸進(jìn)式空間尺度為核心的實(shí)踐環(huán)節(jié)教學(xué)研究。[8]但總體來(lái)說(shuō)，在建筑環(huán)境行為學(xué)領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究尚缺乏。

2．人因輔助“建筑環(huán)境行為”教學(xué)研究較少

胡揚(yáng)本著實(shí)現(xiàn)教育科技化的目的，將VR技術(shù)應(yīng)用到環(huán)境行為學(xué)教學(xué)中，形成以學(xué)生為主體的教學(xué)模式。[9]VR技術(shù)也有在動(dòng)漫專(zhuān)業(yè)實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用研究，[10]但由于人因工程技術(shù)發(fā)展時(shí)間有限，目前基于人因技術(shù)輔助建筑環(huán)境行為類(lèi)課程教學(xué)論文尚鮮有發(fā)現(xiàn)。Ayan基于VR技術(shù)的虛擬教學(xué)開(kāi)發(fā)環(huán)境等，進(jìn)行虛擬教學(xué)技術(shù)結(jié)構(gòu)和實(shí)際案例研究。[11]Umemura、Shatu也在環(huán)境行為課程中進(jìn)行了VR工具的開(kāi)發(fā)應(yīng)用和案例研究。[12-13]可見(jiàn)，在當(dāng)下建筑、環(huán)境、行為相關(guān)教學(xué)中，人因技術(shù)體現(xiàn)主要以VR為主，其他技術(shù)較少。

3．人因與“建筑環(huán)境行為”研究方興未艾

相比較于教學(xué)研究，人因與環(huán)境行為在科研領(lǐng)域研究頗有一些。朱曉玥、劉凌漢通過(guò)Ergo-lab人機(jī)環(huán)境交互平臺(tái)通過(guò)測(cè)試皮膚電導(dǎo)水平及心率變異性等指標(biāo)，利用實(shí)景照片和效果圖研究戶(hù)外環(huán)境恢復(fù)效應(yīng)。[14-15]朱玉潔借助眼動(dòng)儀和聲景感知評(píng)價(jià)問(wèn)卷探究聲景感知對(duì)森林公園視覺(jué)注意力恢復(fù)效益的影響。[16]Franěk等人研究證明了眼球運(yùn)動(dòng)與感知恢復(fù)具有積極聯(lián)系。[17]Mavros等人利用皮電等無(wú)線生理設(shè)備研究人生理反應(yīng)、個(gè)體情緒與空間環(huán)境的關(guān)系。[18]目前，人因技術(shù)融入建筑、環(huán)境、行為相關(guān)研究不斷涌現(xiàn)，研究人因技術(shù)促進(jìn)建筑環(huán)境設(shè)計(jì)與相關(guān)教學(xué)勢(shì)在必行。

(二)問(wèn)題分析

針對(duì)當(dāng)前研究現(xiàn)狀，人因輔助建筑環(huán)境教學(xué)有如下問(wèn)題亟待研究：

1．人因技術(shù)支持的建筑環(huán)境行為分析實(shí)踐教學(xué)構(gòu)建

主要包括：課程教案、課程大綱、教學(xué)模式、操作流程等，亦包括：實(shí)踐環(huán)節(jié)推廣、學(xué)生動(dòng)手實(shí)操能力培養(yǎng)等問(wèn)題。

2．人因?qū)嶒?yàn)結(jié)果導(dǎo)向的建筑環(huán)境設(shè)計(jì)的推動(dòng)

逐步扭轉(zhuǎn)由于技術(shù)所限而采取的定性居住區(qū)環(huán)境設(shè)計(jì)方法，培養(yǎng)學(xué)生從定量角度科學(xué)的獲取環(huán)境對(duì)行為、心理影響，指導(dǎo)學(xué)生基于人因?qū)嶒?yàn)結(jié)果完成居住區(qū)環(huán)境設(shè)計(jì)方案。

3．多項(xiàng)人因技術(shù)設(shè)備戶(hù)外真實(shí)場(chǎng)景實(shí)踐教學(xué)和科學(xué)研究的開(kāi)展

拓展VR外其他技術(shù)，如：PsyLAB行為觀察分析系統(tǒng)、ErgoLAB物理環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、智能穿戴人因記錄儀等技術(shù)設(shè)備在戶(hù)外真實(shí)場(chǎng)景而非虛擬實(shí)驗(yàn)室的“環(huán)境行為分析”實(shí)驗(yàn)教學(xué)，推動(dòng)此類(lèi)人因工程與“建筑環(huán)境行為”相關(guān)科學(xué)研究。

(三)課程建設(shè)必要性

1．探索基于人因的環(huán)境行為實(shí)驗(yàn)課程

為增加建筑專(zhuān)業(yè)“環(huán)境行為”相關(guān)實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究、拓展多項(xiàng)人因技術(shù)融入教學(xué)與實(shí)踐，促進(jìn)人因與環(huán)境、行為領(lǐng)域的科研與教學(xué)發(fā)展，人因工程技術(shù)支持下的“建筑環(huán)境行為分析”實(shí)驗(yàn)課程建設(shè)與實(shí)踐急需開(kāi)展。

2．促進(jìn)老舊小區(qū)環(huán)境改造研究

當(dāng)下，老舊小區(qū)改造是我國(guó)城市更新進(jìn)程的重要環(huán)節(jié)，老舊小區(qū)設(shè)施陳舊、用地緊張等環(huán)境問(wèn)題突出。在自然、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)等環(huán)境交互作用下，老舊小區(qū)居民身心健康、戶(hù)外行為等具有特殊性。老舊小區(qū)戶(hù)外環(huán)境行為分析是城市更新改造不容忽視之處。

本文將以“老舊小區(qū)環(huán)境行為分析”為例，對(duì)上述問(wèn)題展開(kāi)研究。

二、教學(xué)改革內(nèi)容及目標(biāo)

(一)教學(xué)改革內(nèi)容

居住區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)課程“老舊住區(qū)環(huán)境行為分析”實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，改革內(nèi)容如下：

1．制定基于人因的“環(huán)境行為分析”實(shí)驗(yàn)方案

在居住區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)研環(huán)節(jié)，制定基于人因技術(shù)的環(huán)境行為分析實(shí)驗(yàn)方案，包括：制定實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)、選擇人因工程設(shè)備、初篩調(diào)研地點(diǎn)、設(shè)置調(diào)研分組、制定實(shí)踐操作流程、調(diào)研成果評(píng)價(jià)等。

2．實(shí)操基于人因的“環(huán)境行為分析”實(shí)驗(yàn)流程

按照上述實(shí)踐方案，在“居住區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)”實(shí)踐課時(shí)(16課時(shí)/學(xué)期)中實(shí)操環(huán)境行為分析實(shí)踐流程，包括：調(diào)研地點(diǎn)勘測(cè)、實(shí)驗(yàn)設(shè)備使用培訓(xùn)、學(xué)生預(yù)調(diào)研、正式試驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與整理、撰寫(xiě)實(shí)踐報(bào)告，形成居住區(qū)環(huán)境設(shè)計(jì)指導(dǎo)方案。

3．創(chuàng)建基于人因進(jìn)行居住區(qū)環(huán)境設(shè)計(jì)的教學(xué)模式

根據(jù)實(shí)操流程反饋，總結(jié)基于人因的“環(huán)境行為分析”教學(xué)方法，確立基于人因?qū)嶒?yàn)實(shí)證結(jié)果指導(dǎo)建筑環(huán)境設(shè)計(jì)的教學(xué)理念，構(gòu)建“居住區(qū)環(huán)境行為分析”及建筑學(xué)相關(guān)課程的“基于人因進(jìn)行環(huán)境設(shè)計(jì)”的教學(xué)模式。

(二)教學(xué)改革目標(biāo)

老舊小區(qū)戶(hù)外環(huán)境行為分析實(shí)驗(yàn)課程改革，最終目標(biāo)如下：

1．完成基于人因的居住區(qū)“環(huán)境行為分析”實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)建設(shè)

形成“居住區(qū)環(huán)境行為分析”人因?qū)嵺`環(huán)節(jié)教學(xué)教案、教學(xué)大綱、實(shí)踐操作手冊(cè)、實(shí)踐案例推廣等一系列課程材料，完成基于人因設(shè)備的“環(huán)境行為分析”實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)建設(shè)。

2．培養(yǎng)學(xué)生基于人因?qū)嶒?yàn)進(jìn)行建筑環(huán)境設(shè)計(jì)的實(shí)踐能力

項(xiàng)目期間，培養(yǎng)學(xué)生參與課程實(shí)踐，通過(guò)“環(huán)境行為分析”人因?qū)嵺`課程，帶領(lǐng)學(xué)生完成實(shí)踐報(bào)告、環(huán)境設(shè)計(jì)方案，指導(dǎo)學(xué)生利用人因?qū)嶒?yàn)結(jié)果分析環(huán)境行為關(guān)系，培養(yǎng)其利用人因?qū)嶒?yàn)進(jìn)行建筑環(huán)境設(shè)計(jì)的能力。

3．推動(dòng)人因技術(shù)在建筑環(huán)境行為領(lǐng)域的教學(xué)與科研

推廣基于人因技術(shù)的環(huán)境行為分析實(shí)踐教學(xué)模式，為建筑學(xué)乃至其他環(huán)境心理學(xué)科教學(xué)提供參考。借助本研究帶領(lǐng)學(xué)生參加“人因工程技術(shù)”相關(guān)科研項(xiàng)目，完成相關(guān)論文、專(zhuān)利等，推動(dòng)人因與建筑領(lǐng)域科學(xué)研究。

三、改革方案與方法

下文以當(dāng)前城市更新背景下老舊小區(qū)改造為主題，對(duì)老舊居住區(qū)環(huán)境行為實(shí)驗(yàn)的方案、方法和實(shí)施計(jì)劃展開(kāi)論述。

(一)制定實(shí)踐方案

根據(jù)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和文獻(xiàn)查閱形成“人因?qū)嶒?yàn)”初步教案；與企業(yè)技術(shù)人員溝通確定實(shí)驗(yàn)設(shè)備、流程等細(xì)節(jié)；在前期理論課對(duì)學(xué)生訪談，獲取敏感環(huán)境要素、分組信息等；制定詳細(xì)造作流程，完成人因?qū)嶒?yàn)方案。

實(shí)踐教案制定之前應(yīng)對(duì)老舊小區(qū)戶(hù)外環(huán)境特點(diǎn)、居民戶(hù)外活動(dòng)進(jìn)行初步了解，根據(jù)戶(hù)外環(huán)境特點(diǎn)選取特定類(lèi)型空間若干，選取戶(hù)外體力活動(dòng)(Physical Activity，PA)作為主要行為研究對(duì)象，設(shè)定分析戶(hù)外空間的物理環(huán)境特性、空間環(huán)境視覺(jué)特征等對(duì)居民體力活動(dòng)、心理與生理指標(biāo)影響為主要研究目的。

(二)實(shí)操實(shí)驗(yàn)流程

根據(jù)初步教案選取不同類(lèi)型老舊小區(qū)戶(hù)外空間4處為實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)，包括樓下空地、小區(qū)廣場(chǎng)、住區(qū)公園和住區(qū)廣場(chǎng)四種類(lèi)型；按照實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)將學(xué)生分4組，每組8人左右(實(shí)驗(yàn)中選取22名隨機(jī)志愿者，大學(xué)生同時(shí)輔助志愿者完成實(shí)驗(yàn))；利用多項(xiàng)人因設(shè)備開(kāi)展環(huán)境行為分析，包括：ErgoLAB物理環(huán)境測(cè)量模塊測(cè)量物理環(huán)境測(cè)量；Psylab戶(hù)外行為觀察采集系統(tǒng)測(cè)量戶(hù)外行為測(cè)量；ErgoLAB智能穿戴人因記錄儀測(cè)量人群生理指標(biāo)測(cè)量；Tobii Glasses2可穿戴眼動(dòng)儀測(cè)量視覺(jué)環(huán)境反應(yīng)測(cè)量；PsyLAB心理測(cè)評(píng)系統(tǒng)(問(wèn)卷)測(cè)量人群心理測(cè)量。接下來(lái)，利用結(jié)構(gòu)方程模型(SEM)對(duì)環(huán)境、行為、心理各變量進(jìn)行分析，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容細(xì)則見(jiàn)圖1。最后，學(xué)生提交實(shí)踐實(shí)習(xí)報(bào)告、調(diào)研場(chǎng)所環(huán)境優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。

圖1 實(shí)操“環(huán)境行為分析”實(shí)驗(yàn)流程圖

(三)教學(xué)模式生成

根據(jù)實(shí)操流程反饋總結(jié)，編寫(xiě)基于人因技術(shù)的“居住區(qū)環(huán)境行為分析”實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱、實(shí)驗(yàn)手冊(cè)，整理實(shí)驗(yàn)流程照片視頻，以便推廣應(yīng)用。建構(gòu)“環(huán)境行為分析”人因工程實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)模式，包括教學(xué)理念、教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)程序、教學(xué)條件、教學(xué)評(píng)價(jià)等方面，形成可復(fù)制、可推廣的教學(xué)機(jī)制，具體內(nèi)容如下：

1．教學(xué)理念

利用“環(huán)境行為分析”人因?qū)嶒?yàn)，實(shí)踐利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)輔助學(xué)生完成建筑環(huán)境設(shè)計(jì)的教學(xué)理念。

2．教學(xué)目標(biāo)

培養(yǎng)學(xué)生利用智能新技術(shù)獲取“人因”與建筑環(huán)境數(shù)據(jù)，完成提高學(xué)生動(dòng)手實(shí)操和循證設(shè)計(jì)能力的教學(xué)目標(biāo)。

3．教學(xué)程序

通過(guò)“實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)→智能新技術(shù)應(yīng)用→驗(yàn)證理論和主觀假設(shè)→指導(dǎo)設(shè)計(jì)”的步驟履行教學(xué)程序。

4．教學(xué)條件

通過(guò)實(shí)操流程，檢驗(yàn)“調(diào)研場(chǎng)地+實(shí)驗(yàn)設(shè)備+被試人員等”教學(xué)條件。

5．教學(xué)評(píng)價(jià)

通過(guò)考核“調(diào)研準(zhǔn)備、學(xué)生實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)、學(xué)生設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)”等，建立該實(shí)踐環(huán)節(jié)的教學(xué)評(píng)價(jià)體系。

四、總結(jié)與分析

1．“環(huán)境行為分析”是人因工效學(xué)、建筑學(xué)領(lǐng)域都關(guān)注的重要議題，也是建筑學(xué)專(zhuān)業(yè)研究的重要內(nèi)容，然而，這一內(nèi)容與人因技術(shù)結(jié)合的教學(xué)研究?jī)H在VR領(lǐng)域有少量研究，本文建構(gòu)了真實(shí)場(chǎng)景中利用PsyLAB行為觀察分析系統(tǒng)、ErgoLAB物理環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、智能穿戴人因記錄儀等多種人因技術(shù)與設(shè)備開(kāi)展環(huán)境行為分析的實(shí)踐教學(xué)體系，是復(fù)合人因技術(shù)支持“環(huán)境行為研究”實(shí)踐課程的新探索。

2．建筑環(huán)境行為學(xué)主張從環(huán)境對(duì)行為、心理“影響”入手來(lái)指導(dǎo)建筑環(huán)境設(shè)計(jì)，然而一直以來(lái)，設(shè)計(jì)院、設(shè)計(jì)課都由于技術(shù)所限更多以定性方法來(lái)分析這種“影響”。本文將人因設(shè)備使用引入環(huán)境設(shè)計(jì)教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生從定量角度科學(xué)的獲取環(huán)境對(duì)行為、心理影響，為以人因?qū)嶒?yàn)結(jié)果為導(dǎo)向進(jìn)行建筑環(huán)境設(shè)計(jì)制定實(shí)踐流程。

3．以往基于人因與工效學(xué)的環(huán)境行為研究，大多在實(shí)驗(yàn)室完成，環(huán)境采樣更多為虛擬的視覺(jué)、聲音等場(chǎng)景，本研究選取戶(hù)外真實(shí)場(chǎng)景為實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)，進(jìn)一步探索人因技術(shù)在戶(hù)外真實(shí)場(chǎng)景輔助課程實(shí)驗(yàn)和科學(xué)研究的新模式。

綜上所述，本文在分析人類(lèi)工效學(xué)和“環(huán)境行為”教學(xué)等相關(guān)問(wèn)題基礎(chǔ)上，建構(gòu)了基于人因技術(shù)的住區(qū)環(huán)境行為分析實(shí)驗(yàn)課程體系，包括課程改課內(nèi)容、改革目標(biāo)、課程實(shí)施方案、方法與步驟等詳細(xì)內(nèi)容，為此類(lèi)課程開(kāi)展提供指導(dǎo)，也為相關(guān)領(lǐng)域教學(xué)研究提供啟示。