梁樹英 楊 易 王文軒 傅三超 白玉柱 LIANG Shuying, YANG Yi, WANG Wenxuan, FU Sanchao, BAI Yuzhu

0 引言

教室是學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)活動(dòng)的重要場(chǎng)所，其大部分學(xué)習(xí)時(shí)間是在教室里度過的，教室光環(huán)境質(zhì)量的好壞不僅直接影響學(xué)生的視力健康，還對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)效率、心理健康產(chǎn)生重要影響[1]。根據(jù)《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB50034的要求，教室課桌面的照度標(biāo)準(zhǔn)值為300 lx，美術(shù)教室桌面的照度標(biāo)準(zhǔn)值為500 lx。相對(duì)于傳統(tǒng)教室，設(shè)計(jì)類教室學(xué)生的座位更為固定、學(xué)習(xí)時(shí)間更長、學(xué)習(xí)行為模式更多樣，它是學(xué)生的自主學(xué)習(xí)空間，也是每個(gè)設(shè)計(jì)專業(yè)學(xué)子的第二個(gè)家[2]。從本課題組前期的問卷調(diào)查中分析可知，學(xué)生在設(shè)計(jì)類教室中需開展方案匯報(bào)、交流討論、圖紙繪制、圖紙拷貝、模型制作與拍攝等專業(yè)活動(dòng)。這意味著在設(shè)計(jì)類教室中，學(xué)生需進(jìn)行近距離、長時(shí)間、高強(qiáng)度的視覺作業(yè)活動(dòng)，視覺任務(wù)復(fù)雜且負(fù)荷大，面臨著更嚴(yán)重的視疲勞風(fēng)險(xiǎn)[3]。但是，目前設(shè)計(jì)類教室還基本按照普通教室的光環(huán)境進(jìn)行設(shè)計(jì)。同時(shí)，本課題組調(diào)查發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)類專業(yè)學(xué)生對(duì)目前設(shè)計(jì)類教室的照度水平滿意度較低，說明普通教室300 lx的照度水平無法滿足其視覺要求。因此，對(duì)于設(shè)計(jì)類教室而言，確定其適宜的照度水平還需要進(jìn)行更深入的研究。

研究表明，良好的照度水平不僅可以提高學(xué)生的舒適度，降低視疲勞，還能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，從而間接提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效率[4]。那紅宇等[5]通過大山正曾的實(shí)驗(yàn)研究，總結(jié)提出照度對(duì)學(xué)習(xí)效率、視力有著重要的影響。保拉·里恰爾迪（Paola Ricciardi）[6]指出平均測(cè)量照度值與感知視覺舒適度密切相關(guān)。瓦萊里婭·德·朱利（Valeria De Giuli）等[7]通過調(diào)研威尼斯28間教室照明環(huán)境，并對(duì)614名學(xué)生進(jìn)行心理影響評(píng)價(jià)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)桌面照度不足是影響學(xué)生舒適度的重要因素。戈文·湯米（Govén Tommy）等[8]研究表明小學(xué)生的閱讀速度，寫作和算術(shù)水平在照度500 lx的照明環(huán)境下，均優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)照度300 lx的學(xué)習(xí)環(huán)境。何偉等[9]對(duì)室內(nèi)LED光照藍(lán)光進(jìn)行測(cè)量分析，結(jié)果表明照度為3 000 lx時(shí)，LED藍(lán)光危害程度遠(yuǎn)小于室內(nèi)天然采光，且較高照度有益于改善人們的室內(nèi)活動(dòng)。楊春宇等[10]研究發(fā)現(xiàn)，在適宜的照度范圍內(nèi)（不超過1 500 lx），隨著照度值的提高，學(xué)生腦疲勞程度在逐漸降低。毛鵬等[11]對(duì)10名受試者進(jìn)行主觀感受調(diào)查以及認(rèn)知能力測(cè)試，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在低照度環(huán)境下，受試者的學(xué)習(xí)效率降低，消極情緒增加。既往研究大多基于傳統(tǒng)教室的照明需求來分析不同光環(huán)境對(duì)學(xué)生視覺舒適度和學(xué)習(xí)效率的影響，對(duì)行為模式多樣的設(shè)計(jì)類教室的光環(huán)境研究還需進(jìn)一步探索。

為研究設(shè)計(jì)類教室適宜的照度水平，本研究在真實(shí)的設(shè)計(jì)類教室中安裝LED燈具，并在不同照度水平條件下進(jìn)行視覺作業(yè)實(shí)驗(yàn)，通過客觀生理指數(shù)測(cè)量、主觀心理感受問卷調(diào)查、視覺作業(yè)測(cè)試和面部表情視頻采集，分析不同照度水平條件下被試的生理指數(shù)變化率、主觀舒適度評(píng)價(jià)、作業(yè)績效和面部情緒，探討設(shè)計(jì)類教室不同照度水平與舒適度、學(xué)習(xí)效率之間的關(guān)系，為設(shè)計(jì)類教室的光環(huán)境研究提供參考和依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)置

實(shí)驗(yàn)在重慶大學(xué)B區(qū)第二綜合樓17樓建筑學(xué)專業(yè)設(shè)計(jì)教室進(jìn)行。該教室長 11.74 m，寬10.4 m，高3.6 m，單側(cè)采光,裝有中央空調(diào)。教室內(nèi)采用18盞402-54W 4 000 K LED教育燈盤和2盞 4024MX-48W 4 000 K LED教育（消毒）燈盤，垂直黑板布置成4排5列，黑板上方布置3盞 5 000 K LED黑板燈，布置情況如圖1所示。教室內(nèi)各表面的反射比分別為：桌面反射比為0.52，黑板反射比為0.11，瓷磚反射比為0.50，墻面反射比為 0.54，窗簾反射比為 0.32。教室照明實(shí)際測(cè)量計(jì)算結(jié)果為：課桌面照度均勻度0.69，學(xué)生視點(diǎn)眩光值為15.06 UGR，光源色溫4 000 K，全部滿足《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB50034的要求。

圖1 實(shí)驗(yàn)教室內(nèi)燈具布置情況Fig.1 lighting arrangement in the experimental classroom

為保證實(shí)驗(yàn)正常進(jìn)行和數(shù)據(jù)可靠，要求被試者生理參數(shù)穩(wěn)定，實(shí)驗(yàn)依從性高，無眼部疾病等病理因素，年齡分布均在18—22歲之間，被試身體狀態(tài)良好，睡眠充足，且情緒穩(wěn)定。實(shí)驗(yàn)選取重慶大學(xué)建筑系學(xué)生共計(jì)20名作為被試，最終14名學(xué)生完成了實(shí)驗(yàn)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的完整性和考慮男女比例，選擇其中12名被試的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，其中男女各6人。所有被試在實(shí)驗(yàn)前均被明確告知實(shí)驗(yàn)流程及相關(guān)注意事項(xiàng)。

實(shí)驗(yàn)于2022年3月進(jìn)行，為期20天，為避免室外天然光的不穩(wěn)定性[12]對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響，每天均在晚上7:00—9:00進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。為了研究被試在不同照度水平下學(xué)習(xí)效率和心理主觀舒適度的差異，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)驗(yàn)教室LED可調(diào)范圍，選取了5種照度等級(jí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，分別為125 lx、300 lx、500 lx、750 lx、1 000 lx。在實(shí)驗(yàn)過程中盡量保證教室內(nèi)光照條件均勻[11]。通過手機(jī)APP調(diào)節(jié)照度，并用XYI-III全數(shù)字照度計(jì)測(cè)量實(shí)時(shí)照度，以保證實(shí)驗(yàn)照度穩(wěn)定。實(shí)驗(yàn)中，利用中央空調(diào)將室溫控制在 22～26 ℃，并保持實(shí)驗(yàn)教室安靜無噪聲。

1.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集

1.2.1 主觀評(píng)價(jià)調(diào)查

主觀問卷由三部分組成：第一部分為被試的基本信息；第二部分為主觀舒適度評(píng)價(jià)，綜合考慮明亮感、疲勞感、顯色性、放松感和愉悅感這5個(gè)指標(biāo)，并分為“-2～2”5個(gè)評(píng)分等級(jí)，即“不明亮～明亮”“疲勞～不疲勞”“失真～不失真”“不放松～放松”“不愉悅～愉悅”，得分越高，主觀舒適度越好，反之，主觀舒適度越差；第三部分為學(xué)習(xí)狀態(tài)自我評(píng)價(jià)，是被試對(duì)學(xué)習(xí)熱情和效率的主觀自我評(píng)價(jià)，采用七級(jí)李克特式量表計(jì)分[13]，分?jǐn)?shù)越高，代表學(xué)習(xí)狀態(tài)越好。

1.2.2 生理指數(shù)測(cè)試

實(shí)驗(yàn)前后的生理指標(biāo)參數(shù)包括血壓、體溫和心率。使用手腕式自動(dòng)血壓儀 PG-800A3測(cè)試心率和血壓變化，非接觸式體溫計(jì)測(cè)試體溫變化。以上生理指數(shù)測(cè)量儀器均測(cè)量簡單快速，讀數(shù)直觀。由于實(shí)驗(yàn)主要考察同一被試在實(shí)驗(yàn)前后的各項(xiàng)生理指數(shù)的變化情況，因而也可以排除儀器誤差[14]。

1.2.3 面部表情視頻采集

情緒是影響心理健康的重要原因之一[15]，研究表明合理的教室照明對(duì)調(diào)節(jié)學(xué)生情緒具有積極作用[16]。實(shí)驗(yàn)中利用攝像頭采集被試全程的面部視頻數(shù)據(jù)，再使用面部表情分析系統(tǒng)（FaceReader）對(duì)面部表情視頻圖像進(jìn)行心理狀態(tài)分析，捕捉被試的情緒變化。通過系統(tǒng)分析，可以從心理角度對(duì)不同照度水平下被試的情緒變化進(jìn)行評(píng)估和對(duì)比。

1.2.4 作業(yè)績效提取

本實(shí)驗(yàn)以心理學(xué)領(lǐng)域的研究成果為基礎(chǔ)，以效度、信度和難度為準(zhǔn)則，選取了3項(xiàng)具有代表性且認(rèn)可度高的測(cè)試項(xiàng)目，即指針表辨認(rèn)測(cè)試、一般注意力測(cè)試和斯特普魯字色干擾測(cè)驗(yàn)來進(jìn)行學(xué)習(xí)效率測(cè)試。

首先是指針表辨認(rèn)測(cè)試，試卷由8個(gè)方向一共160個(gè)箭頭組成，實(shí)驗(yàn)過程中由實(shí)驗(yàn)者指定任意2個(gè)方向的箭頭，被試將指定的2個(gè)箭頭勾選出來。其次是一般注意力測(cè)試，被試按照順序在100個(gè)打亂順序的數(shù)字中，找出15個(gè)連續(xù)數(shù)字。最后是斯特普魯字色干擾測(cè)驗(yàn)，測(cè)試時(shí)要求被試盡快而準(zhǔn)確說出文字的顏色。整個(gè)測(cè)試過程用時(shí)約15 min。

為避免被試對(duì)測(cè)試的熟練程度不同引起的結(jié)果偏差，要求被試全程參與本研究實(shí)驗(yàn)，并在正式實(shí)驗(yàn)前參與一次前期培訓(xùn)和操作練習(xí)，以保證充分掌握測(cè)試的流程和所有測(cè)試題型。每個(gè)測(cè)試項(xiàng)目用準(zhǔn)確率（accuracy/AC）、反應(yīng)時(shí)間（reaction time/RT）和綜合績效（performance indicator/PI）來評(píng)價(jià)。

1.3 實(shí)驗(yàn)流程設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)開始前10 min 將LED 開啟以保持光環(huán)境處于穩(wěn)定狀態(tài)。調(diào)節(jié)LED到指定照度水平，被試先進(jìn)行5 min的光環(huán)境適應(yīng)。在此期間，對(duì)被試的血壓、心率、體溫進(jìn)行測(cè)量和記錄。適應(yīng)后發(fā)放視覺作業(yè)量表，開始進(jìn)行認(rèn)知能力答題測(cè)試，其中認(rèn)知能力測(cè)試題每道題都需要工作人員獨(dú)立計(jì)時(shí)并記錄在冊(cè)。被試在完成視覺作業(yè)后，填寫該照明水平下的主觀評(píng)價(jià)問卷，再對(duì)其完成視覺作業(yè)后的血壓、心率、體溫進(jìn)行測(cè)量和記錄。在實(shí)驗(yàn)過程中，利用攝像頭采集被試在進(jìn)行視覺作業(yè)時(shí)全程的面部數(shù)據(jù)。單次實(shí)驗(yàn)的總時(shí)長約為20 min。完成該照度水平下的實(shí)驗(yàn)后，隨機(jī)調(diào)節(jié)到另一照度水平，在被試閉眼休息10 min后[17]，工作人員會(huì)根據(jù)里奇奇·克萊爾（Rechichi Clair）等人提出視疲勞的10個(gè)主訴癥狀（眨眼、畏光、眼癢、視物模糊、復(fù)視、眼沉重、眼刺痛、流淚、惡心、頭痛）[18]，對(duì)被試的視疲勞狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估，保證被試已充分緩解視覺疲勞后，再進(jìn)行下一個(gè)單次實(shí)驗(yàn)，直到完成該被試的5個(gè)單次實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)照明場(chǎng)景如圖2所示，單次實(shí)驗(yàn)流程如圖3所示。

圖2 實(shí)驗(yàn)照明場(chǎng)景圖Fig.2 experimental lighting scene diagram

圖3 單次實(shí)驗(yàn)路程設(shè)計(jì)圖Fig.3 design diagram of single experiment distance

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

全部實(shí)驗(yàn)完成后在整理的過程中手動(dòng)剔除存在較大誤差的數(shù)據(jù)，然后對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行整合匯總[19]。12名被試分別在5種不同的實(shí)驗(yàn)條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，共收集到有效數(shù)據(jù)60組。每組數(shù)據(jù)包含實(shí)驗(yàn)過程中收集的3種生理指數(shù)變化數(shù)據(jù)2次，3種作業(yè)績效數(shù)據(jù)3組，面部表情數(shù)據(jù)一次和主觀問卷數(shù)據(jù)一次，采用Excel和SPSS軟件處理和分析統(tǒng)計(jì)以上實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)。

2.1 生理指數(shù)變化分析

對(duì)被試完成視覺作業(yè)前后的血壓和心率的生理指數(shù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)求平均值，生理指數(shù)變化率=（作業(yè)前后的生理指數(shù)變化差值/作業(yè)前的生理指數(shù)）×100%[20]，得到在5種照度水平下，視覺作業(yè)前后生理指數(shù)變化平均值及變化率如表1和圖4所示。

表1 五種照度LED燈下視覺作業(yè)前后生理指數(shù)變化Tab.1 changes of physiological index before and after visual operation under fivekinds of illumination LED lights

圖4 五種照度水平下生理指數(shù)平均變化率比較Fig.4 comparison of the average change rate of physiological index under five different illumination levels

從圖4可以看出，完成視覺作業(yè)前后，各照度水平對(duì)體溫?zé)o明顯影響，對(duì)血壓和心率影響較為明顯。在300 lx的照度水平下，血壓和心率的平均變化率最大；在1 000 lx照度水平下，血壓和心率的平均變化率較大；在125 lx和500 lx照度水平下，血壓和心率的平均變化率接近，但相對(duì)來說，在125 lx的照度水平下平均變化率較?。辉?50 lx照度水平下，血壓和心率的平均變化率最小。

此外，無論在哪種照度水平下，收縮壓（高壓）的變化幅度都比舒張壓（低壓）的變化幅度大，這與人在緊張應(yīng)急狀態(tài)下的正常生理反應(yīng)機(jī)制是一致的[21]。變化率越小，說明被試在這種環(huán)境下越放松。因此，本實(shí)驗(yàn)從生理指數(shù)變化率的角度分析，在設(shè)計(jì)類專業(yè)教室，學(xué)生在750 lx的照度水平下學(xué)習(xí)最放松。

2.2 作業(yè)績效測(cè)試分析

對(duì)被試完成斯特普魯字色干擾測(cè)驗(yàn)、指針表辨認(rèn)測(cè)試和一般注意力測(cè)試的準(zhǔn)確率（AC）、反應(yīng)時(shí)間（RT）和綜合績效（PI）求平均值。其中綜合績效（PI）=準(zhǔn)確率（AC）/反應(yīng)時(shí)間（RT），得到在五種照度水平下的測(cè)試績效平均值，計(jì)算結(jié)果如表2所示、差異比較如圖5-7所示。

表2 五種照度水平下作業(yè)績效結(jié)果Tab.2 performance results under five levels of illumination

圖5 五種照度水平下視覺作業(yè)準(zhǔn)確率比較Fig.5 comparison of visual operation accuracy under five different illumination levels

從圖5、圖6和圖7可以看出，在實(shí)驗(yàn)照度范圍內(nèi)，隨著照度升高，視覺作業(yè)準(zhǔn)確率和綜合績效先升后降，產(chǎn)生反應(yīng)時(shí)間先降后升。在125 lx的照度水平下，視覺作業(yè)準(zhǔn)確率和綜合績效最低，產(chǎn)生反應(yīng)時(shí)間最長。在750 lx的照度水平下，視覺作業(yè)準(zhǔn)確率最高。在500 lx的照度水平下，產(chǎn)生反應(yīng)時(shí)間最短，綜合績效最高。說明在設(shè)計(jì)類專業(yè)教室光環(huán)境方面可以通過提高照度的方式來提高學(xué)習(xí)效率。但是該方式有一定限制，當(dāng)照度升高到750 lx時(shí)，視覺作業(yè)綜合績效會(huì)出現(xiàn)小幅度下降 ，反應(yīng)時(shí)間加長。當(dāng)照度升高到1 000 lx時(shí)，視覺作業(yè)準(zhǔn)確率會(huì)出現(xiàn)一定程度的下降?？赡苁且?yàn)楦哒斩葧?huì)分散人的注意力，進(jìn)而影響學(xué)習(xí)效率。邊恭敏（Byoung-Kyong Min）等[22]研究發(fā)現(xiàn)，在持續(xù)的注意力任務(wù)中，較高的光照會(huì)產(chǎn)生更長的反應(yīng)時(shí)間,會(huì)導(dǎo)致人的注意力受到影響。

圖6 五種照度水平下視覺作業(yè)反應(yīng)時(shí)間比較Fig.6 comparison of visual task response time under five different illumination levels

圖7 五種照度水平下視覺作業(yè)綜合績效比較Fig.7 comparison of performance indicator of visual homework under five different illumination levels

因此，從視覺作業(yè)的準(zhǔn)確率、反應(yīng)時(shí)間和綜合績效分析，在一定照度范圍內(nèi)，提高照度水平有益于學(xué)習(xí)任務(wù)的效率提高。在設(shè)計(jì)類專業(yè)教室，學(xué)生在500 lx和750 lx的照度水平下學(xué)習(xí)效率更高。

2.3 面部表情評(píng)價(jià)分析

FaceReader（Noldus）是一款用于面部表情分析的專業(yè)軟件，軟件將面部復(fù)雜肌肉分為27個(gè)區(qū)域模塊，通過增加深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（deep neural network）的算法，可得出高興、悲傷、憤怒、驚訝、害怕、厭惡和中性這七種基本情緒判斷。除這些基本情緒判斷外，還能分析表情效價(jià)、喚醒度、頭部朝向以及面部動(dòng)作單元活動(dòng)等參數(shù)[23]。同時(shí)，還能分析被試的綜合心境（平靜/緊張，痛苦/愉悅）、次級(jí)情緒（尷尬、內(nèi)疚、嫉妒、驕傲、羞恥）和復(fù)合情緒（驚喜）等。FaceReader的工作流程分為三部分：面部定位、面部建模和面部分類。本次實(shí)驗(yàn)對(duì)被試進(jìn)行面部表情視頻采集后，通過FaceReader對(duì)視頻圖像自動(dòng)分析被試面部表情的變化，根據(jù)內(nèi)置算法可自動(dòng)求得被試在設(shè)計(jì)類專業(yè)教室內(nèi)不同照度水平下情緒的變化趨勢(shì)和情緒占比，其分析過程如圖8-9所示，其數(shù)據(jù)處理結(jié)果如表3所示。

表3 五種照度水平下情緒占比平均值Tab.3 average results of emotional proportion under five different illumination levels

圖8 面部表情分析情況Fig.8 analysis of facial expression

圖9 FaceReader工作流程圖Fig.9 FaceReader workflow flowchart

從表3可以看出，在1 000 lx的照度水平下，代表舒適的愉快情緒占比最大，其次是500 lx。當(dāng)照度低于500 lx，代表不舒適的厭惡情緒無明顯變化，當(dāng)照度升高到750 lx時(shí)，厭惡情緒占比下降到最低。說明在設(shè)計(jì)類專業(yè)教室，照度保持在較高水平有益于正面情緒[24]，改善學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。趙虎等[25]研究表明光照能影響與情緒高度相關(guān)的激素分泌，進(jìn)而影響人的情緒與精神狀態(tài)，合理的照度可對(duì)人的情緒改善起到積極作用。

2.4 主觀感受評(píng)價(jià)分析

完成視覺作業(yè)之后對(duì)12名被試進(jìn)行主觀感受問卷調(diào)查，第一部分是關(guān)于主觀舒適度評(píng)價(jià)，其統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖10所示。

圖10 主觀舒適度隨照度變化規(guī)律Fig.10 variation of subjective comfort with illumination

從圖10可以看出，在實(shí)驗(yàn)照度范圍內(nèi)，隨著照度升高，主觀舒適度越來越好。說明對(duì)于主觀舒適度來說，高照度要優(yōu)于低照度。為識(shí)別影響上述主觀舒適度評(píng)價(jià)的具體因素和照度之間的關(guān)系，保證主觀數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，利用Shapiro-Wilk正態(tài)性檢驗(yàn)方法分析照度與學(xué)生在設(shè)計(jì)類專業(yè)教室主觀舒適度之間的關(guān)系，如表4所示。

表4 照度對(duì)主觀感受的影響Tab.4 influence of illumination on subjective feeling

由表4可知，明亮感、疲勞感和愉悅感明顯受照度的影響（P＜0.05），其中明亮感和愉悅感與照度顯著相關(guān)（P＜0.001）。隨照度升高，明亮感呈遞增趨勢(shì)，愉悅感在750 lx的照度水平下有顯著提升。因此，從主觀感受來看，在設(shè)計(jì)類專業(yè)教室，學(xué)生更偏好在750 lx的照度水平下進(jìn)行學(xué)習(xí)。

第二部分是對(duì)學(xué)習(xí)狀態(tài)的主觀評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)不同照度對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)有顯著影響（P＜0.05），具體如表5所示。

表5 照度對(duì)學(xué)習(xí)狀態(tài)自我評(píng)價(jià)的影響Tab.5 influence of illumination on self-evaluation of learning state

隨照度升高，學(xué)習(xí)狀態(tài)先升后降。在125 lx的照度水平下，學(xué)習(xí)狀態(tài)最差。在750 lx的照度水平下，學(xué)習(xí)狀態(tài)最好。當(dāng)照度升高至1 000 lx時(shí)，學(xué)習(xí)狀態(tài)出現(xiàn)小幅度下降，但相對(duì)于125 lx和300 lx有所改善。說明在設(shè)計(jì)類專業(yè)教室，良好的光環(huán)境有益于學(xué)生學(xué)習(xí)熱情的提高。

3 結(jié)論與展望

本研究基于設(shè)計(jì)類專業(yè)教室照明效果現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)了五種不同LED照度水平的教室照明環(huán)境，對(duì)12名重慶大學(xué)建筑系學(xué)生進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)調(diào)查、生理指標(biāo)測(cè)試、面部采集和作業(yè)績效測(cè)試實(shí)驗(yàn)，得到設(shè)計(jì)類專業(yè)教室不同照度水平對(duì)學(xué)生舒適度和學(xué)習(xí)效率的影響作用。主要結(jié)論如下所示。

第一，比較不同照度水平下，完成視覺作業(yè)前后的人體血壓、心率等生理指數(shù)的變化，可以看到，在750 lx的照度水平下，血壓和心率的平均變化率最低，說明學(xué)習(xí)狀態(tài)最輕松。

第二，隨著照度升高，視覺作業(yè)準(zhǔn)確率和綜合績效先升后降，產(chǎn)生反應(yīng)時(shí)間先降后升。在500 lx照度水平下，產(chǎn)生反應(yīng)時(shí)間最短，綜合績效最高。在750 lx的照度水平下，視覺作業(yè)準(zhǔn)確率最高。說明設(shè)計(jì)類專業(yè)教室在一定照度范圍內(nèi)，可以通過提高照度的方式來提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，但不超過1 000 lx為宜。

第三，照度保持在較高水平，有益于改善學(xué)生情緒。在1 000 lx的照度水平下，愉快情緒占比最大，其次是500 lx。在750 lx的照度水平下，厭惡情緒占比最小。

第四，在主觀舒適度和學(xué)習(xí)狀態(tài)兩項(xiàng)評(píng)價(jià)中，隨照度的提高，學(xué)生的主觀舒適度越好，主要是明亮感和愉悅感受照度影響顯著；隨照度升高，學(xué)習(xí)狀態(tài)主觀評(píng)價(jià)先升后降，在750 lx的照度水平下最高，到1 000 lx逐漸下降。說明在設(shè)計(jì)類專業(yè)教室，學(xué)生更偏好于在較高照度下學(xué)習(xí)。

因此，在設(shè)計(jì)類專業(yè)教室的光環(huán)境營造中，需要在普通教室的照度水平上適當(dāng)提高，以750 lx的照度水平為宜，可以進(jìn)一步提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率和舒適度。相關(guān)研究表明，教室照明光源色溫為4 000 K時(shí)，學(xué)生狀態(tài)最為舒適[21]。本研究中，實(shí)驗(yàn)采用4 000 K色溫的光源，實(shí)驗(yàn)燈具按4×5排列均勻布置，內(nèi)置擋光格柵，提高了照度均勻度，減少了眩光對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響，避免了LED光線直射和燈光在桌面上形成陰影的問題。另外，本文僅從照度變化，對(duì)學(xué)生紙質(zhì)作業(yè)時(shí)的學(xué)習(xí)狀態(tài)和同向式布局的設(shè)計(jì)類專業(yè)教室進(jìn)行了初步實(shí)驗(yàn)，而設(shè)計(jì)類專業(yè)教室的空間布置和學(xué)生學(xué)習(xí)模式多樣，后續(xù)研究工作還需要從以下兩個(gè)方面深入展開：一是結(jié)合不同的行為模式改變?cè)O(shè)計(jì)類專業(yè)教室的空間布局，驗(yàn)證照度對(duì)學(xué)生不同學(xué)習(xí)模式的學(xué)習(xí)效率和舒適度的影響；二是進(jìn)一步研究光源的照射方向、色溫以及布置方式等對(duì)設(shè)計(jì)類專業(yè)教室學(xué)生的學(xué)習(xí)效率和舒適度的影響。因此，有關(guān) LED 照明環(huán)境下設(shè)計(jì)類教室學(xué)習(xí)效率和舒適度的問題還有待進(jìn)一步深入研究和探討。

圖表來源：

圖1、3-7、9-10：作者繪制

圖2、8：作者拍攝

表1-5：作者繪制