高校教室室内照度对学习效率的影响

毛鹏，王文翰，李婕，王涵，唐彦钊，熊丽林

(1.南京林业大学土木工程学院，江苏 南京 210037；2.南京市疾病预防控制中心 环境卫生科，江苏 南京 210003)

随着社会生活水平的提高，人们对学习和工作环境的要求也越来越高[1]。高校教室是高等学校开展教学活动的主要场所，教室内环境的好坏对大学生的学习效率有着直接或者间接的影响[2]。研究表明，良好的学习环境可以提高学习效率，而光环境也会通过影响视觉效果直接影响人们的工作绩效。光环境的优劣不仅会影响人的舒适程度，还会影响人的工作或学习热情，从而间接地对工作绩效产生影响[3]。因此，研究高校教室室内照度对学习效率的影响规律，对提高教师和学生的工作或学习效率意义重大。本研究通过主观感受调查与客观学习效率测试相结合的方法来探讨高校教室室内照度对学习效率的影响，以加深人们对于室内照度与学习效率之间关系的认识，为高校教室室内光环境的改善提供理论支持和实践引导。

1 材料与方法

1.1 实验环境

本研究的实验在某高校教学楼教室进行。该教室尺寸为11.7 m×9.0 m×3.0 m，单侧采光，安装有中央空调。为了研究受试者在不同照度环境下学习效率的差异，根据前期实验所测得的单侧采光教室常见的照度值范围，选取了3种照度等级进行实验，分别为高照度(2 167.77±46.33)lx、中等照度(331.17±6.51)lx和低照度(64.22±3.38)lx。在实验过程中利用人工光源进行调节和补充，尽量保证教室内照度均匀。为保证实验结果的可靠性，每种照度等级下分别进行3次平行实验,各实验之间相互独立。实验于2016年10月进行，共9 d，每天进行1次实验，时间为13∶00～14∶00。实验中，利用空调将室温控制在22～26 ℃，教室门窗保持关闭，保持安静无噪声。

1.2 受试者

选取10名在校大学生作为受试者，男女各5名，年龄18～23岁。要求受试者身体长期保持健康水平，无酗酒、吸烟等不良嗜好，同时在实验前和实验期间保持充足良好的睡眠，注意饮食规律，保持情绪稳定。所有受试者在实验前均被明确告知实验流程及相关注意事项。

1.3 主观感受调查

1.4 认知能力测试

测试先从斯特普鲁字色干扰测验开始，之后进行阅读理解、无意义图形再认和一般注意力测试，整个测试过程大约用时30 min。所有测试题目均参考相关文献自行编制，并在每次测试时选用不同的题目。为避免受试者对测试的熟练程度变化造成的结果偏差，所有受试者被要求全程参与本研究实验，并在正式实验前1周参与1次前期培训和多次操作练习，以保证完全熟悉测试的流程和所有测试题型。

以上每种测试项目中受试者的正确、错误数目以及反应时间都会被记录。本实验对每个测试项目用准确率(accuracy，AC)、反应时间(reaction time，RT)和综合绩效(performance indicators，PI)来评价测试绩效(PI=AC/RT)。

1.5 统计学处理

采用SPSS22.0统计软件对所得数据进行统计分析。在分析数据前先对其进行正态分布检验以确保准确性。如果实验数据服从正态分布，则采用单因素方差分析来进行显著性分析，否则选用Friedman检验的非参数检验方法[10]。显著性水平α=0.05。

2 结 果

2.1 光环境评价

经过测试，本研究3种照度等级下受试者对光环境的评价差异有统计学意义(P<0.001)。在低照度等级的环境下，受试者感觉室内环境暗，光环境评价为2.67±0.96；在中等照度下，感觉一般偏亮，光环境评价为3.73±0.78；在高照度下，感觉很明亮，光环境评价为6.03±1.09。说明在这3种照度等级下，受试者的视觉感受会发生明显的变化。

2.2 情绪评价

不同照度等级下，受试者情感状态的结果见表1。由表1可知，照度对受试者消极情绪和情绪状态总评价有显著影响(P<0.05)。在低照度环境下，受试者的消极情绪最高，情绪状态总评价也最高，情绪状态不佳。在高照度环境下，受试者的情绪状态总评价最低，情绪状态较好。

表1照度对情感状态的影响

项 目低照度中等照度高照度F值P值消极情绪(紧张+抑郁+愤怒+疲劳+慌乱)47.33±6.9342.73±5.8543.93±6.624.060.021积极情绪(精力+自尊感)24.47±6.6926.70±6.9628.73±6.852.920.059情绪状态总评价TMD22.87±10.4116.03±9.3015.20±9.475.600.005

2.3 健康舒适评价

照度对受试者健康舒适状况的影响结果见表2。对多数病态建筑综合征来说，照度对其无显著影响。其中，想睡觉和眼睛刺激两个症状明显受到照度的影响；在低照度环境下想睡觉这一症状较为明显，在高照度环境下眼睛刺激症状较为严重。

2.4 学习热情和学习效率自我评价

不同照度对学习热情有显著影响(P<0.001)。在低照度环境下，受试者的学习热情有明显降低，而在中等照度和高照度环境下，学习热情较高。3种照度等级下，学习效率的自我评价并无显著差异(P>0.05)。见表3。

表2照度对人员健康舒适状况的影响

项 目低照度中等照度高照度F值P值头疼1.27±0.521.27±0.521.17±0.380.440.647头晕1.20±0.481.30±0.471.17±0.460.650.523想睡觉1.53±0.861.13±0.351.10±0.315.490.006无精打采1.27±0.581.43±0.941.30±0.540.470.629脑力思考能力下降1.47±0.731.17±0.381.17±0.463.040.053难以集中注意力1.33±0.661.30±0.541.43±0.630.390.679疲劳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照度对学习热情和学习效率自我评价的影响

测 试低照度中等照度高照度F值P值学习热情3.23±0.144.37±1.524.47±1.208.76<0.001学习效率自我评价3.90±1.184.37±1.194.30±1.341.240.294

2.5 认知能力测试结果

除阅读理解以外，照度对于另外3项认知能力测试结果均有显著影响(P<0.05)。在低照度环境下，多数测试中受试者的准确率、反应速度和学习综合绩效最低；而在中等照度和高照度环境下，各项指标的测试结果得到改善。这在一定程度上显示，良好的光环境有益于大多数学习任务的效率提高。见表4。

表4各照度等级下认知能力测试结果

测 试指 标低照度中等照度高照度F值P值斯特普鲁字AC/%93.33±7.0097.78±4.0498.67±3.239.70<0.001色干扰测验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阅读理解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无意义图形再认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<0.001一般注意力测试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 讨 论

本研究3种照度等级下受试者对光环境的评价有显著差异，且在低照度环境下，受试者消极情绪增长，想睡觉这一症状明显，学习热情明显下降。研究表明，照度越低，会使得大脑皮层不能够得到足够光刺激而降低兴奋度，从而产生压抑和忧郁的情绪[11]，且当光环境不佳时，工作人员感到疲劳，工作热情减退。而眼睛长时间疲劳会影响人的视力，引起头痛及其他不良症状等。因此，光环境与人们的健康息息相关[12]。由此可见，低照度会让人产生不舒适感。在日常教室不开灯情况下，远窗一侧座位的照度(低照度)明显不能够让人感到舒适。

在低照度环境下受试者在多数认知能力测试中的学习绩效都有所下降。根据人因工程学的理念，照明良好时，人员的近视力和远视力提高，工作效率得到提升，差错率降低。当照明不良时，人员可能因反复辨认而感到疲劳，同时积极性受到影响，工作效率下降，这种情况较为严重时还会引起工作人员出现全身性疲劳。适当的高照度能够提高人的辨认速度，从而提高工作效率。在一定范围内提高照度可以提高人的视觉舒适度和任务绩效。本研究中，与感知、学习和记忆、注意力相关的认知能力测试绩效普遍在中等照度和高照度环境下较高。如在斯特普鲁字色干扰测验中，高照度环境下受试者的准确率、速度和综合绩效都为最高。但是高照度并非对所有任务的效率都有利，尤其是与思维相关的学习任务，例如受试者在进行阅读理解测试时的准确率、反应速度和综合绩效受照度的影响并不明显，这有可能是因为光线的刺激会使视神经产生兴奋，但同时过于强烈的光线会使得视神经过于兴奋，而这种过度的兴奋则会使人遗忘储存于长时记忆中的一些深层次知识，当人员长时记忆中的知识无法被调取时，抽象逻辑思维能力也将无法被调用[13]。另外，对于无意义图形再认和一般注意力测试两项测试，照度对准确率的影响不显著，而对速度和综合绩效的影响显著，因此对于与记忆力和注意力相关的学习任务，照度虽然对学习者的准确率影响不明显，但却能够通过引起学习者反应速度的显著变化来影响学习效率。

本研究结果显示，高校教室室内照度对学习效率存在着一定的影响，低照度在一定程度上会降低学习效率，但是高照度也并不利于所有类型的学习任务，这对教室环境设计有着重要的参考意义，如自然采光的设计、教室的尺寸、日光灯布置的位置以及照度选择等。另外，可以考虑采用教室照明自动控制系统，根据外界环境的变化，自动调整照明状态，既可以方便地控制照度，也可以尽可能使教室内的人保持最佳的学习状态。此外，本研究仅对短期暴露下的照度变化对学习效率的影响进行了探讨，对长期暴露下的结果还有待于进一步深入探索。