人因技術支持下住區環境分析實驗課程建設研究
——以老舊小區戶外環境分析為例

張翠娜，郜 飛，張君怡，韓 培，孫 璐

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

人因工程學(Ergonomics)是研究人在某種環境中的生理、心理等方面因素；研究人和機器及環境的相互作用；研究人的健康、安全和舒適等問題的交叉學科。[1]近年來，依托該學科新興的“環境監測”“行為觀察分析”“眼動追蹤”“可穿戴生理記錄”等人因技術與設備迅速發展，為環境行為領域科研與教學提供新的途徑。

“居住區規劃設計”是建筑設計方向重要設計課程，居住區環境行為分析是本課程的重要調研與實驗環節，同時也是“城鄉規劃原理”“村鎮規劃設計”等理論課的延伸與實操。人因技術支持下的居住區環境行為分析實驗環節是學生調研實踐能力培養和建筑環境行為研究的重要平臺。

一、研究現狀與分析

(一)研究現狀

1．“建筑環境行為分析”實驗教學研究尚缺乏

當前環境行為、環境心理方面的教學研究主要圍繞應用型人才培養、整合教學模式、教學內容探索等方面。[2-4]截止2022年7月19日，中國知網檢索“環境行為學”課程研究9篇，涉及案例式教學、建筑設計與風景園林專業背景下教學等方面，實踐教學方面，[5-7]許薌斌等人開展了以漸進式空間尺度為核心的實踐環節教學研究。[8]但總體來說，在建筑環境行為學領域的實驗教學研究尚缺乏。

2．人因輔助“建筑環境行為”教學研究較少

胡揚本著實現教育科技化的目的，將VR技術應用到環境行為學教學中，形成以學生為主體的教學模式。[9]VR技術也有在動漫專業實踐教學中的應用研究，[10]但由于人因工程技術發展時間有限，目前基于人因技術輔助建筑環境行為類課程教學論文尚鮮有發現。Ayan基于VR技術的虛擬教學開發環境等，進行虛擬教學技術結構和實際案例研究。[11]Umemura、Shatu也在環境行為課程中進行了VR工具的開發應用和案例研究。[12-13]可見，在當下建筑、環境、行為相關教學中，人因技術體現主要以VR為主，其他技術較少。

3．人因與“建筑環境行為”研究方興未艾

相比較于教學研究，人因與環境行為在科研領域研究頗有一些。朱曉玥、劉凌漢通過Ergo-lab人機環境交互平臺通過測試皮膚電導水平及心率變異性等指標，利用實景照片和效果圖研究戶外環境恢復效應。[14-15]朱玉潔借助眼動儀和聲景感知評價問卷探究聲景感知對森林公園視覺注意力恢復效益的影響。[16]Franěk等人研究證明了眼球運動與感知恢復具有積極聯系。[17]Mavros等人利用皮電等無線生理設備研究人生理反應、個體情緒與空間環境的關系。[18]目前，人因技術融入建筑、環境、行為相關研究不斷涌現，研究人因技術促進建筑環境設計與相關教學勢在必行。

(二)問題分析

針對當前研究現狀，人因輔助建筑環境教學有如下問題亟待研究：

1．人因技術支持的建筑環境行為分析實踐教學構建

主要包括：課程教案、課程大綱、教學模式、操作流程等，亦包括：實踐環節推廣、學生動手實操能力培養等問題。

2．人因實驗結果導向的建筑環境設計的推動

逐步扭轉由于技術所限而采取的定性居住區環境設計方法，培養學生從定量角度科學的獲取環境對行為、心理影響，指導學生基于人因實驗結果完成居住區環境設計方案。

3．多項人因技術設備戶外真實場景實踐教學和科學研究的開展

拓展VR外其他技術，如：PsyLAB行為觀察分析系統、ErgoLAB物理環境監測系統、智能穿戴人因記錄儀等技術設備在戶外真實場景而非虛擬實驗室的“環境行為分析”實驗教學，推動此類人因工程與“建筑環境行為”相關科學研究。

(三)課程建設必要性

1．探索基于人因的環境行為實驗課程

為增加建筑專業“環境行為”相關實驗教學研究、拓展多項人因技術融入教學與實踐，促進人因與環境、行為領域的科研與教學發展，人因工程技術支持下的“建筑環境行為分析”實驗課程建設與實踐急需開展。

2．促進老舊小區環境改造研究

當下，老舊小區改造是我國城市更新進程的重要環節，老舊小區設施陳舊、用地緊張等環境問題突出。在自然、社會、經濟等環境交互作用下，老舊小區居民身心健康、戶外行為等具有特殊性。老舊小區戶外環境行為分析是城市更新改造不容忽視之處。

本文將以“老舊小區環境行為分析”為例，對上述問題展開研究。

二、教學改革內容及目標

(一)教學改革內容

居住區規劃設計課程“老舊住區環境行為分析”實驗環節，改革內容如下：

1．制定基于人因的“環境行為分析”實驗方案

在居住區規劃設計調研環節，制定基于人因技術的環境行為分析實驗方案，包括：制定實驗目標、選擇人因工程設備、初篩調研地點、設置調研分組、制定實踐操作流程、調研成果評價等。

2．實操基于人因的“環境行為分析”實驗流程

按照上述實踐方案，在“居住區規劃設計”實踐課時(16課時/學期)中實操環境行為分析實踐流程，包括：調研地點勘測、實驗設備使用培訓、學生預調研、正式試驗、實驗結果分析與整理、撰寫實踐報告，形成居住區環境設計指導方案。

3．創建基于人因進行居住區環境設計的教學模式

根據實操流程反饋，總結基于人因的“環境行為分析”教學方法，確立基于人因實驗實證結果指導建筑環境設計的教學理念，構建“居住區環境行為分析”及建筑學相關課程的“基于人因進行環境設計”的教學模式。

(二)教學改革目標

老舊小區戶外環境行為分析實驗課程改革，最終目標如下：

1．完成基于人因的居住區“環境行為分析”實驗環節建設

形成“居住區環境行為分析”人因實踐環節教學教案、教學大綱、實踐操作手冊、實踐案例推廣等一系列課程材料，完成基于人因設備的“環境行為分析”實驗環節建設。

2．培養學生基于人因實驗進行建筑環境設計的實踐能力

項目期間，培養學生參與課程實踐，通過“環境行為分析”人因實踐課程，帶領學生完成實踐報告、環境設計方案，指導學生利用人因實驗結果分析環境行為關系，培養其利用人因實驗進行建筑環境設計的能力。

3．推動人因技術在建筑環境行為領域的教學與科研

推廣基于人因技術的環境行為分析實踐教學模式，為建筑學乃至其他環境心理學科教學提供參考。借助本研究帶領學生參加“人因工程技術”相關科研項目，完成相關論文、專利等，推動人因與建筑領域科學研究。

三、改革方案與方法

下文以當前城市更新背景下老舊小區改造為主題，對老舊居住區環境行為實驗的方案、方法和實施計劃展開論述。

(一)制定實踐方案

根據教學經驗和文獻查閱形成“人因實驗”初步教案；與企業技術人員溝通確定實驗設備、流程等細節；在前期理論課對學生訪談，獲取敏感環境要素、分組信息等；制定詳細造作流程，完成人因實驗方案。

實踐教案制定之前應對老舊小區戶外環境特點、居民戶外活動進行初步了解，根據戶外環境特點選取特定類型空間若干，選取戶外體力活動(Physical Activity，PA)作為主要行為研究對象，設定分析戶外空間的物理環境特性、空間環境視覺特征等對居民體力活動、心理與生理指標影響為主要研究目的。

(二)實操實驗流程

根據初步教案選取不同類型老舊小區戶外空間4處為實驗地點，包括樓下空地、小區廣場、住區公園和住區廣場四種類型；按照實驗地點將學生分4組，每組8人左右(實驗中選取22名隨機志愿者，大學生同時輔助志愿者完成實驗)；利用多項人因設備開展環境行為分析，包括：ErgoLAB物理環境測量模塊測量物理環境測量；Psylab戶外行為觀察采集系統測量戶外行為測量；ErgoLAB智能穿戴人因記錄儀測量人群生理指標測量；Tobii Glasses2可穿戴眼動儀測量視覺環境反應測量；PsyLAB心理測評系統(問卷)測量人群心理測量。接下來，利用結構方程模型(SEM)對環境、行為、心理各變量進行分析，實驗內容細則見圖1。最后，學生提交實踐實習報告、調研場所環境優化設計方案。

圖1 實操“環境行為分析”實驗流程圖

(三)教學模式生成

根據實操流程反饋總結，編寫基于人因技術的“居住區環境行為分析”實驗教學大綱、實驗手冊，整理實驗流程照片視頻，以便推廣應用。建構“環境行為分析”人因工程實驗課程教學模式，包括教學理念、教學目標、教學程序、教學條件、教學評價等方面，形成可復制、可推廣的教學機制，具體內容如下：

1．教學理念

利用“環境行為分析”人因實驗，實踐利用實驗數據輔助學生完成建筑環境設計的教學理念。

2．教學目標

培養學生利用智能新技術獲取“人因”與建筑環境數據，完成提高學生動手實操和循證設計能力的教學目標。

3．教學程序

通過“實驗設計→智能新技術應用→驗證理論和主觀假設→指導設計”的步驟履行教學程序。

4．教學條件

通過實操流程，檢驗“調研場地+實驗設備+被試人員等”教學條件。

5．教學評價

通過考核“調研準備、學生實驗指導、學生設計能力培養”等，建立該實踐環節的教學評價體系。

四、總結與分析

1．“環境行為分析”是人因工效學、建筑學領域都關注的重要議題，也是建筑學專業研究的重要內容，然而，這一內容與人因技術結合的教學研究僅在VR領域有少量研究，本文建構了真實場景中利用PsyLAB行為觀察分析系統、ErgoLAB物理環境監測系統、智能穿戴人因記錄儀等多種人因技術與設備開展環境行為分析的實踐教學體系，是復合人因技術支持“環境行為研究”實踐課程的新探索。

2．建筑環境行為學主張從環境對行為、心理“影響”入手來指導建筑環境設計，然而一直以來，設計院、設計課都由于技術所限更多以定性方法來分析這種“影響”。本文將人因設備使用引入環境設計教學，培養學生從定量角度科學的獲取環境對行為、心理影響，為以人因實驗結果為導向進行建筑環境設計制定實踐流程。

3．以往基于人因與工效學的環境行為研究，大多在實驗室完成，環境采樣更多為虛擬的視覺、聲音等場景，本研究選取戶外真實場景為實驗地點，進一步探索人因技術在戶外真實場景輔助課程實驗和科學研究的新模式。

綜上所述，本文在分析人類工效學和“環境行為”教學等相關問題基礎上，建構了基于人因技術的住區環境行為分析實驗課程體系，包括課程改課內容、改革目標、課程實施方案、方法與步驟等詳細內容，為此類課程開展提供指導，也為相關領域教學研究提供啟示。