高校教室室內照度對學習效率的影響

毛鵬，王文翰，李婕，王涵，唐彥釗，熊麗林

(1.南京林業大學土木工程學院，江蘇 南京 210037；2.南京市疾病預防控制中心 環境衛生科，江蘇 南京 210003)

隨著社會生活水平的提高，人們對學習和工作環境的要求也越來越高[1]。高校教室是高等學校開展教學活動的主要場所，教室內環境的好壞對大學生的學習效率有著直接或者間接的影響[2]。研究表明，良好的學習環境可以提高學習效率，而光環境也會通過影響視覺效果直接影響人們的工作績效。光環境的優劣不僅會影響人的舒適程度，還會影響人的工作或學習熱情，從而間接地對工作績效產生影響[3]。因此，研究高校教室室內照度對學習效率的影響規律，對提高教師和學生的工作或學習效率意義重大。本研究通過主觀感受調查與客觀學習效率測試相結合的方法來探討高校教室室內照度對學習效率的影響，以加深人們對于室內照度與學習效率之間關系的認識，為高校教室室內光環境的改善提供理論支持和實踐引導。

1 材料與方法

1.1 實驗環境

本研究的實驗在某高校教學樓教室進行。該教室尺寸為11.7 m×9.0 m×3.0 m，單側采光，安裝有中央空調。為了研究受試者在不同照度環境下學習效率的差異，根據前期實驗所測得的單側采光教室常見的照度值范圍，選取了3種照度等級進行實驗，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。在實驗過程中利用人工光源進行調節和補充，盡量保證教室內照度均勻。為保證實驗結果的可靠性，每種照度等級下分別進行3次平行實驗,各實驗之間相互獨立。實驗于2016年10月進行，共9 d，每天進行1次實驗，時間為13∶00～14∶00。實驗中，利用空調將室溫控制在22～26 ℃，教室門窗保持關閉，保持安靜無噪聲。

1.2 受試者

選取10名在校大學生作為受試者，男女各5名，年齡18～23歲。要求受試者身體長期保持健康水平，無酗酒、吸煙等不良嗜好，同時在實驗前和實驗期間保持充足良好的睡眠，注意飲食規律，保持情緒穩定。所有受試者在實驗前均被明確告知實驗流程及相關注意事項。

1.3 主觀感受調查

1.4 認知能力測試

測試先從斯特普魯字色干擾測驗開始，之后進行閱讀理解、無意義圖形再認和一般注意力測試，整個測試過程大約用時30 min。所有測試題目均參考相關文獻自行編制，并在每次測試時選用不同的題目。為避免受試者對測試的熟練程度變化造成的結果偏差，所有受試者被要求全程參與本研究實驗，并在正式實驗前1周參與1次前期培訓和多次操作練習，以保證完全熟悉測試的流程和所有測試題型。

以上每種測試項目中受試者的正確、錯誤數目以及反應時間都會被記錄。本實驗對每個測試項目用準確率(accuracy，AC)、反應時間(reaction time，RT)和綜合績效(performance indicators，PI)來評價測試績效(PI=AC/RT)。

1.5 統計學處理

采用SPSS22.0統計軟件對所得數據進行統計分析。在分析數據前先對其進行正態分布檢驗以確保準確性。如果實驗數據服從正態分布，則采用單因素方差分析來進行顯著性分析，否則選用Friedman檢驗的非參數檢驗方法[10]。顯著性水平α=0.05。

2 結 果

2.1 光環境評價

經過測試，本研究3種照度等級下受試者對光環境的評價差異有統計學意義(P<0.001)。在低照度等級的環境下，受試者感覺室內環境暗，光環境評價為2.67±0.96；在中等照度下，感覺一般偏亮，光環境評價為3.73±0.78；在高照度下，感覺很明亮，光環境評價為6.03±1.09。說明在這3種照度等級下，受試者的視覺感受會發生明顯的變化。

2.2 情緒評價

不同照度等級下，受試者情感狀態的結果見表1。由表1可知，照度對受試者消極情緒和情緒狀態總評價有顯著影響(P<0.05)。在低照度環境下，受試者的消極情緒最高，情緒狀態總評價也最高，情緒狀態不佳。在高照度環境下，受試者的情緒狀態總評價最低，情緒狀態較好。

表1照度對情感狀態的影響

項 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情緒狀態總評價TMD22.87±10.4116.03±9.3015.20±9.475.600.005

2.3 健康舒適評價

照度對受試者健康舒適狀況的影響結果見表2。對多數病態建筑綜合征來說，照度對其無顯著影響。其中，想睡覺和眼睛刺激兩個癥狀明顯受到照度的影響；在低照度環境下想睡覺這一癥狀較為明顯，在高照度環境下眼睛刺激癥狀較為嚴重。

2.4 學習熱情和學習效率自我評價

不同照度對學習熱情有顯著影響(P<0.001)。在低照度環境下，受試者的學習熱情有明顯降低，而在中等照度和高照度環境下，學習熱情較高。3種照度等級下，學習效率的自我評價并無顯著差異(P>0.05)。見表3。

表2照度對人員健康舒適狀況的影響

項 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照度對學習熱情和學習效率自我評價的影響

測 試低照度中等照度高照度F值P值學習熱情3.23±0.144.37±1.524.47±1.208.76<0.001學習效率自我評價3.90±1.184.37±1.194.30±1.341.240.294

2.5 認知能力測試結果

除閱讀理解以外，照度對于另外3項認知能力測試結果均有顯著影響(P<0.05)。在低照度環境下，多數測試中受試者的準確率、反應速度和學習綜合績效最低；而在中等照度和高照度環境下，各項指標的測試結果得到改善。這在一定程度上顯示，良好的光環境有益于大多數學習任務的效率提高。見表4。

表4各照度等級下認知能力測試結果

測 試指 標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色干擾測驗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種照度等級下受試者對光環境的評價有顯著差異，且在低照度環境下，受試者消極情緒增長，想睡覺這一癥狀明顯，學習熱情明顯下降。研究表明，照度越低，會使得大腦皮層不能夠得到足夠光刺激而降低興奮度，從而產生壓抑和憂郁的情緒[11]，且當光環境不佳時，工作人員感到疲勞，工作熱情減退。而眼睛長時間疲勞會影響人的視力，引起頭痛及其他不良癥狀等。因此，光環境與人們的健康息息相關[12]。由此可見，低照度會讓人產生不舒適感。在日常教室不開燈情況下，遠窗一側座位的照度(低照度)明顯不能夠讓人感到舒適。

在低照度環境下受試者在多數認知能力測試中的學習績效都有所下降。根據人因工程學的理念，照明良好時，人員的近視力和遠視力提高，工作效率得到提升，差錯率降低。當照明不良時，人員可能因反復辨認而感到疲勞，同時積極性受到影響，工作效率下降，這種情況較為嚴重時還會引起工作人員出現全身性疲勞。適當的高照度能夠提高人的辨認速度，從而提高工作效率。在一定范圍內提高照度可以提高人的視覺舒適度和任務績效。本研究中，與感知、學習和記憶、注意力相關的認知能力測試績效普遍在中等照度和高照度環境下較高。如在斯特普魯字色干擾測驗中，高照度環境下受試者的準確率、速度和綜合績效都為最高。但是高照度并非對所有任務的效率都有利，尤其是與思維相關的學習任務，例如受試者在進行閱讀理解測試時的準確率、反應速度和綜合績效受照度的影響并不明顯，這有可能是因為光線的刺激會使視神經產生興奮，但同時過于強烈的光線會使得視神經過于興奮，而這種過度的興奮則會使人遺忘儲存于長時記憶中的一些深層次知識，當人員長時記憶中的知識無法被調取時，抽象邏輯思維能力也將無法被調用[13]。另外，對于無意義圖形再認和一般注意力測試兩項測試，照度對準確率的影響不顯著，而對速度和綜合績效的影響顯著，因此對于與記憶力和注意力相關的學習任務，照度雖然對學習者的準確率影響不明顯，但卻能夠通過引起學習者反應速度的顯著變化來影響學習效率。

本研究結果顯示，高校教室室內照度對學習效率存在著一定的影響，低照度在一定程度上會降低學習效率，但是高照度也并不利于所有類型的學習任務，這對教室環境設計有著重要的參考意義，如自然采光的設計、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控制系統，根據外界環境的變化，自動調整照明狀態，既可以方便地控制照度，也可以盡可能使教室內的人保持最佳的學習狀態。此外，本研究僅對短期暴露下的照度變化對學習效率的影響進行了探討，對長期暴露下的結果還有待于進一步深入探索。