賈一丹 江豐光

（上海師范大學(xué) 教育學(xué)院，上海 200234）

一、引言

學(xué)生的學(xué)習(xí)效果受多種因素的影響。在線學(xué)習(xí)和線下教授相結(jié)合的混合學(xué)習(xí)模式為學(xué)生提供了多樣化的學(xué)習(xí)空間。伴隨新冠疫情常態(tài)化的影響，在線課程建設(shè)成為高等教育的新趨勢(shì)（柳瑩，2018），在短時(shí)間內(nèi)也取得了較快發(fā)展。探尋網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下交互模式變化對(duì)教學(xué)效果的影響（羅恒，曾蘭，楊婷婷，2019），分析總結(jié)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)社群中存在的學(xué)習(xí)表現(xiàn)形成評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（朱鎣彬，江豐光，2020）以及影響MOOC學(xué)習(xí)者持續(xù)學(xué)習(xí)原因（孫田琳子，沈書(shū)生，2017）等成為研究影響學(xué)習(xí)效果的主要方面，也有研究結(jié)合情感負(fù)荷理論來(lái)探討興趣程度、情感狀態(tài)以及搜索學(xué)習(xí)效果之間的關(guān)系（夏立新，周鼎，葉光輝，孫哲林，2020）。學(xué)習(xí)空間的研究逐漸受到國(guó)內(nèi)研究者的重視。開(kāi)始從最初的現(xiàn)狀分析（許亞鋒，尹晗，張際平，2015；塔衛(wèi)剛，張際平，2018），到國(guó)外新型學(xué)習(xí)空間案例比較（江豐光，孫銘澤，2014），到探索國(guó)內(nèi)空間設(shè)計(jì)架構(gòu)（陳向東，蔣中望，2011；白曉晶，季瑞芳，吳莎莎，張春華，李國(guó)云，2018），再到主動(dòng)學(xué)習(xí)教室如何影響學(xué)生的學(xué)習(xí)效果（張屹等，2019）等方面，但較少有實(shí)證研究站在環(huán)境心理學(xué)的角度論證教室環(huán)境中物理因素對(duì)學(xué)習(xí)效果的影響。

教室內(nèi)物理因素涵蓋了空氣、自然與人照光、溫度、顏色、空間布局、濕度等，不同的研究會(huì)因側(cè)重點(diǎn)的差異對(duì)其有不同的探討。國(guó)內(nèi)學(xué)習(xí)空間領(lǐng)域?qū)淌噎h(huán)境設(shè)計(jì)以實(shí)踐為主，缺乏理論支撐，而本文主要基于環(huán)境心理學(xué)的視角來(lái)探究教室物理因素對(duì)學(xué)生的認(rèn)知影響。國(guó)外在《環(huán)境心理學(xué)》一書(shū)中指出物理環(huán)境在環(huán)境心理學(xué)范疇中主要涵蓋噪音、溫度、空氣質(zhì)量、環(huán)境設(shè)計(jì)、空間密度（即擁擠程度）、個(gè)人空間等（保羅·貝爾，托馬斯·格林，杰弗瑞·費(fèi)爾希，安德魯·鮑姆，2009）。根據(jù)文獻(xiàn)，教室內(nèi)物理因素可以分為三類(lèi)：第一類(lèi)是空間環(huán)境中的屬性，包括溫度、聲音、照明和空氣質(zhì)量等；第二類(lèi)包括與空間環(huán)境相關(guān)的屬性，如教室布局、教室內(nèi)家具、色彩、座位選擇等；第三類(lèi)包括與技術(shù)相關(guān)的屬性，包括教室內(nèi)高科技硬件功能的適宜性、軟件的易用性、網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)乃俣鹊龋╕ang, Becerik-Gerber, ＆ Mino, 2013）。認(rèn)知是指人們獲取知識(shí)，進(jìn)而應(yīng)用知識(shí)的信息加工過(guò)程，它包括感覺(jué)、知覺(jué)、記憶、思維、想象和語(yǔ)言等（彭聃齡，2010）。

一個(gè)良好的學(xué)習(xí)或工作環(huán)境往往是由多種物理因素彼此作用的結(jié)果。教室是學(xué)生除家庭環(huán)境外身處時(shí)間最長(zhǎng)的學(xué)習(xí)場(chǎng)所，無(wú)論是學(xué)校、圖書(shū)館還是培訓(xùn)機(jī)構(gòu)中，教室內(nèi)顏色（Al-Ayash, Kane, Smith,＆ Green-Armytage, 2016）、溫濕度、光照、聲音、空氣質(zhì)量以及氣味（Pan, Kjaergaard, ＆ M?Lhave,2003）等都會(huì)影響學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)的注意力和學(xué)習(xí)效果（Hygge ＆ Knez, 2001）。Marchand、Nardi、Reynolds和Pamoukov（2014）將溫度、光照和聲學(xué)稱(chēng)為室內(nèi)環(huán)境的“物理基礎(chǔ)”，同時(shí)一些高校團(tuán)隊(duì)、企業(yè)公司等也相繼展開(kāi)了衡量該指標(biāo)的相關(guān)研究。舒適的環(huán)境并不等于適合學(xué)習(xí)的環(huán)境，究竟溫度、聲音在何種設(shè)定值組合下才是最適合學(xué)生學(xué)習(xí)的環(huán)境，這值得國(guó)內(nèi)學(xué)者進(jìn)行思考。

基于上述，本研究在以往研究的基礎(chǔ)上，作為階段性研究選擇關(guān)注度最高的溫度和聲音兩個(gè)因素（Marchand et al., 2014），探索教室內(nèi)物理因素（溫度、聲音）如何對(duì)學(xué)生認(rèn)知活動(dòng)產(chǎn)生影響。研究問(wèn)題是：教室內(nèi)物理因素（溫度、聲音）的相互作用對(duì)學(xué)生處理不同類(lèi)型任務(wù)有何影響，是否對(duì)不同性別學(xué)生影響不同？最后從提升學(xué)生學(xué)習(xí)效率的角度切入，讓國(guó)內(nèi)學(xué)者、教師、學(xué)校管理層等都能逐漸意識(shí)到教室內(nèi)物理因素對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)的重要性，希望他們能夠設(shè)計(jì)更合理的教室學(xué)習(xí)環(huán)境，進(jìn)而促進(jìn)國(guó)內(nèi)對(duì)此方面的研究和重視。

二、文獻(xiàn)綜述

（一）影響學(xué)生認(rèn)知因素相關(guān)研究

Paas和Van Merrienboer（1994）提出的“認(rèn)知負(fù)荷構(gòu)建模型”（The Model of the Construct of Cognitive Load）認(rèn)為，學(xué)習(xí)者特征、任務(wù)特征及其相互作用是認(rèn)知負(fù)荷的因果因素。該模型并未厘清學(xué)習(xí)任務(wù)和學(xué)習(xí)環(huán)境兩個(gè)因素。Choi、van Merrinboer和 Paas（2014）對(duì)該模型進(jìn)行了完善和調(diào)整（見(jiàn)圖1），提出“物理學(xué)習(xí)環(huán)境”（見(jiàn)圖1左側(cè)部分），其包含完成教與學(xué)任務(wù)發(fā)生場(chǎng)所中所有的物理屬性因素，強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)環(huán)境、任務(wù)和學(xué)習(xí)者兩者或三者之間交互作用對(duì)認(rèn)知負(fù)荷產(chǎn)生影響。學(xué)習(xí)環(huán)境、學(xué)習(xí)者和學(xué)習(xí)活動(dòng)三者之間不是互相獨(dú)立存在的，物理學(xué)習(xí)環(huán)境中任何事物的變化包括空氣質(zhì)量、光照、溫濕度、聲音、色彩、氣味等都會(huì)影響學(xué)習(xí)者的體驗(yàn)感和學(xué)習(xí)效率。國(guó)內(nèi)對(duì)于物理因素影響學(xué)生學(xué)習(xí)的實(shí)驗(yàn)研究相對(duì)較少，多停留在學(xué)習(xí)空間設(shè)計(jì)時(shí)需要關(guān)注空間中溫度、光線、色彩的個(gè)性化調(diào)控的理論部分。國(guó)外早在20世紀(jì)對(duì)室內(nèi)物理因素的研究發(fā)現(xiàn)，討論最多的是溫度、聲音、光照三個(gè)因素，探究因素單獨(dú)或交互作用時(shí)對(duì)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)效率和績(jī)效產(chǎn)生的影響（見(jiàn)表1）。

表1 國(guó)外物理因素研究

圖1 認(rèn)知負(fù)荷構(gòu)建的調(diào)整模型（Choi et al., 2014）

在對(duì)芬蘭學(xué)校教室聲學(xué)等級(jí)評(píng)估中發(fā)現(xiàn)，超過(guò)50%的時(shí)間里，教室里的聲音水平過(guò)高，超出了建議標(biāo)準(zhǔn)，完全影響學(xué)生學(xué)習(xí)（Sala ＆ Rantala,2016）。Al-Ayash等（2016）在探究教室內(nèi)顏色對(duì)大學(xué)生學(xué)習(xí)成績(jī)和情緒的影響因素時(shí)發(fā)現(xiàn)，藍(lán)色明顯比紅色或黃色更使人心情愉快，而在做閱讀理解任務(wù)時(shí)教室空間是色彩鮮艷組的得分明顯高于淺色組。當(dāng)參與者暴露在明亮的光線下時(shí)，他們會(huì)更少感到困倦，變得更有活力、更快樂(lè)（Smolders ＆Kort, 2013）。而對(duì)環(huán)境內(nèi)氣味和聲音之間的交互作用研究發(fā)現(xiàn)，添加噪音可能減少（掩蓋）對(duì)氣味的不適感知，而添加氣味對(duì)噪音的感知沒(méi)有或幾乎沒(méi)有影響（Pan et al., 2003）。在探討溫度、噪音和照明三因素對(duì)不同類(lèi)型任務(wù)學(xué)習(xí)效率的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，在低于50dB的聲音條件且不低于300lx的光照條件下學(xué)習(xí)效率會(huì)達(dá)到最大值，同時(shí)處理不同類(lèi)型的任務(wù)又有各自最適合的環(huán)境（Xiong et al., 2018），并且不同因素對(duì)不同性別學(xué)生在處理不同類(lèi)型認(rèn)知任務(wù)的影響上也有差異，與男性相比女性尤其在高光照條件下的問(wèn)題解決能力明顯更好（Hygge ＆ Knez,2001）；女性的熱感知能力比男性更強(qiáng)，傾向于處在熱中性環(huán)境下（Pellerin ＆ Candas, 2003）。

由此發(fā)現(xiàn)，國(guó)外對(duì)于室內(nèi)物理因素研究較為成熟，通常以溫度、聲音、光照三個(gè)因素單獨(dú)或是交叉影響研究為主，關(guān)注其對(duì)學(xué)生或工作人員的學(xué)習(xí)和績(jī)效的影響，并且涉及面較廣，加入其他因素如顏色、氣味、空氣質(zhì)量等。然而，國(guó)內(nèi)對(duì)于教室環(huán)境的研究已逐步從傳統(tǒng)教室改進(jìn)至主動(dòng)學(xué)習(xí)教室，對(duì)師生教與學(xué)效果影響到網(wǎng)絡(luò)教育新時(shí)代背景下設(shè)計(jì)開(kāi)放智慧的學(xué)習(xí)空間（王宏，肖君，譚偉，2018），但對(duì)教室內(nèi)物理因素的研究多停留在：關(guān)注學(xué)生對(duì)教室環(huán)境的滿(mǎn)意度、舒適度、教室內(nèi)物理因素測(cè)量是否符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)等較淺層方面。并且，由于地區(qū)氣候環(huán)境條件和不同人種體質(zhì)的差異，使得國(guó)外研究結(jié)論無(wú)法直接在我國(guó)實(shí)踐。因此，探尋出適合我國(guó)環(huán)境條件和文化習(xí)慣的教室內(nèi)物理因素及相互作用對(duì)學(xué)習(xí)者的影響是非常必要的。

（二）認(rèn)知測(cè)量的方法與工具

認(rèn)知要素主要是認(rèn)知加工策略，是學(xué)習(xí)行為的核心，表示學(xué)習(xí)者獲得知識(shí)或?qū)χR(shí)中的信息進(jìn)行加工的過(guò)程（余繼，閔維方，2018）。目前認(rèn)知要素的測(cè)量方法主要分為以下四種：讓學(xué)習(xí)者自主回顧認(rèn)知過(guò)程，傳達(dá)對(duì)任務(wù)難度和心理付出努力感受的主觀測(cè)量法（Schnotz ＆ Kürschner,2007）；通過(guò)測(cè)定學(xué)習(xí)者完成指定任務(wù)的績(jī)效來(lái)判定學(xué)習(xí)者認(rèn)知負(fù)荷的任務(wù)績(jī)效測(cè)量法；測(cè)量學(xué)習(xí)者完成任務(wù)時(shí)的生理指標(biāo)的生理測(cè)量法以及將主觀心理感受和客觀行為表現(xiàn)相結(jié)合的多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)方法（孫崇勇，2012）。Wickens和Hollands（2000）提出的測(cè)量認(rèn)知表現(xiàn)的理論框架中表明，認(rèn)知表現(xiàn)等同于信息處理，并非一種單一的技能，而是由不同認(rèn)知任務(wù)組成的復(fù)雜過(guò)程。在信息處理方法中，從感覺(jué)功能開(kāi)始，不同的認(rèn)知功能有一個(gè)可接受的層次結(jié)構(gòu)，這也表明來(lái)自周?chē)h(huán)境的信息必須先被感官功能感知，然后才能被認(rèn)知系統(tǒng)訪問(wèn)。認(rèn)知加工是通過(guò)注意力、記憶和推理等基本認(rèn)知過(guò)程來(lái)完成的。復(fù)雜的認(rèn)知過(guò)程有如閱讀和文本理解，并需要與基本認(rèn)知功能相結(jié)合（Liebl et al., 2012）。

三、研究設(shè)計(jì)

（一）研究對(duì)象及環(huán)境設(shè)置

經(jīng)過(guò)梳理文獻(xiàn)，實(shí)驗(yàn)環(huán)境設(shè)置最終選擇溫度和聲音這兩個(gè)關(guān)注度最高（Pellerin ＆ Candas, 2003）的室內(nèi)物理因素變量。聲音設(shè)定以我國(guó)頒布的《民用建筑隔聲設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50118-2010）中規(guī)定的普通教室允許的噪聲級(jí)（40dB-45dB）為依據(jù)（中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，2019），并且以國(guó)外學(xué)者M(jìn)ackenzie（1975）將50～80dB估計(jì)為典型的室內(nèi)噪聲為參考。因此，最終確定本實(shí)驗(yàn)的聲音變量值為：40dB和60dB。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，所有門(mén)窗都被關(guān)閉以減少外界干擾，并且被試者進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)不允許戴耳機(jī)。采用一段模擬的教室活動(dòng)錄音，通過(guò)教室內(nèi)的多媒體設(shè)備播放為學(xué)生營(yíng)造聲音環(huán)境，并采用專(zhuān)業(yè)的聲級(jí)計(jì)進(jìn)行測(cè)量。溫度設(shè)定以我國(guó)頒布的《室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 18883-2002）中規(guī)定的夏季空調(diào)設(shè)定22℃～28℃、冬季采暖設(shè)定16℃～24℃為依據(jù)（中華人民共和國(guó)生態(tài)環(huán)境部，2003），以國(guó)外學(xué)者Seppanen、Fisk和Lei（2006）的研究發(fā)現(xiàn)，溫度在22攝氏度被認(rèn)為是最佳性能的創(chuàng)造條件為參考。因此，最終確定實(shí)驗(yàn)的溫度變量值為：20℃和28℃。在實(shí)驗(yàn)室中，通過(guò)中央空調(diào)控制，并且使用專(zhuān)業(yè)儀器進(jìn)行測(cè)量。

本研究以上海某高校大學(xué)生為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，共招募32人，其中男生16人，女生16人，平均年齡為23±1歲，并具有相似的學(xué)科背景。研究為了將個(gè)體差異減小到最低，每位被試者要求穿著與當(dāng)?shù)貧夂驐l件下室內(nèi)典型服裝相對(duì)應(yīng)（服裝熱阻：1.0clo）的服裝，且實(shí)驗(yàn)完成后會(huì)給予每人相應(yīng)的被試者實(shí)驗(yàn)參與費(fèi)。根據(jù)確定變量值：溫度（20℃和28℃）和聲音（40dB和60dB），將各因素變量進(jìn)行組合：溫度（2）×聲音（2）形成4個(gè)不同的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景（見(jiàn)表2）。將性別對(duì)應(yīng)的16名男生和16名女生隨機(jī)平均分配到某一環(huán)境中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，因此每個(gè)環(huán)境有4男4女共8名學(xué)生（見(jiàn)表2）。

表2 實(shí)驗(yàn)環(huán)境對(duì)象設(shè)計(jì)表

（二）研究方法

實(shí)驗(yàn)研究法是本研究的核心方法，通過(guò)控制教室內(nèi)物理因素（溫度和聲音）形成4個(gè)不同的學(xué)習(xí)環(huán)境，學(xué)生在環(huán)境中進(jìn)行4種認(rèn)知任務(wù)，并通過(guò)進(jìn)一步分析來(lái)探尋物理因素相互作用對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)效果的影響。

（三）研究工具

認(rèn)知方面任務(wù)主要由四部分內(nèi)容組成，分別是知覺(jué)任務(wù)、注意力任務(wù)、記憶力任務(wù)以及問(wèn)題解決任務(wù)。

罐材的薄壁化，要求其內(nèi)在冶金質(zhì)量好、深沖性能好、制耳率低.林明山等人[35]的研究表明，3104 鋁合金罐用板材減薄至0.265mm 是可以實(shí)現(xiàn)的，經(jīng)過(guò)再次拉深及三次減薄后，罐體最薄壁厚可達(dá)到0.0989 mm，并能滿(mǎn)足耐壓的要求.在罐體的生產(chǎn)過(guò)程中，減薄拉深工序中最容易發(fā)生斷罐，進(jìn)而導(dǎo)致生產(chǎn)中斷.因此，在降低材料厚度的同時(shí)，要保證生產(chǎn)效率，避免廢品增多而引起隱性成本增加.

1. 知覺(jué)任務(wù)

采用基于1935年美國(guó)心理學(xué)家約翰·雷德利·斯特魯普（John Riddly Stroop）提出的斯特魯普效應(yīng)形成的斯特魯普顏色-單詞測(cè)試（Stroop Color-Word Test，SCWT）（陳俊，劉海燕，張積家，2007）。通過(guò)利用刺激材料，在屏幕上呈現(xiàn)出顏色和意義上相矛盾的詞語(yǔ)，要求被試者快速地選擇出屏幕上呈現(xiàn)的“字的顏色”，進(jìn)而對(duì)被試者的知覺(jué)進(jìn)行測(cè)定。實(shí)驗(yàn)使用APP版本，軟件會(huì)自動(dòng)統(tǒng)計(jì)出被試者正確完成所有任務(wù)的時(shí)間（s），總計(jì)時(shí)間越短表示完成的效果越好。

2. 注意力任務(wù)

選取舒爾特方格的APP軟件進(jìn)行測(cè)試。屏幕會(huì)呈現(xiàn)1cm×1cm 的N個(gè)方格，每個(gè)格子內(nèi)有任意的阿拉伯?dāng)?shù)字，共有N個(gè)數(shù)字。測(cè)試時(shí)，要求被試者用手指按數(shù)字順序依次點(diǎn)擊完所有N個(gè)方格，用時(shí)越短注意力水平越高。實(shí)驗(yàn)時(shí)，被試者依次由易到難點(diǎn)擊完3×3、4×4、5×5、6×6方格。軟件會(huì)自動(dòng)統(tǒng)計(jì)出被試者正確完成4次訓(xùn)練的時(shí)間（s），總計(jì)時(shí)間越短表示注意力越高。

3. 記憶力任務(wù)

使用APP軟件進(jìn)行“無(wú)顏色記憶”來(lái)測(cè)試被試者的短時(shí)記憶能力（朱瀅，2014）。在屏幕的方格矩陣中會(huì)出現(xiàn)一些顏色不同的圖形，在規(guī)定的時(shí)間記憶后，被試者需要在矩陣中點(diǎn)出屏幕上出現(xiàn)的顏色圖案對(duì)應(yīng)的格子位置。測(cè)試時(shí)，被試者會(huì)先進(jìn)行練習(xí)，當(dāng)完全熟悉規(guī)則后進(jìn)行6次正式測(cè)試。軟件會(huì)自動(dòng)統(tǒng)計(jì)出被試者正確完成所有訓(xùn)練的時(shí)間（s），總計(jì)時(shí)間越短表示記憶效果越好。

4. 問(wèn)題解決任務(wù)

參考國(guó)外論文中測(cè)評(píng)方式（Xiong et al., 2018）選取《2019國(guó)家公務(wù)員考試行測(cè)試題》，根據(jù)不同類(lèi)目整理出單選共9道題，以紙質(zhì)版的形式進(jìn)行測(cè)評(píng)，研究者手動(dòng)評(píng)分回答正確的題目數(shù)。

對(duì)于教室內(nèi)不同物理因素的調(diào)控和測(cè)量分別是：溫度通過(guò)中央空調(diào)進(jìn)行控制，測(cè)量采用優(yōu)利德A25D空氣質(zhì)量檢測(cè)儀；聲音通過(guò)一段模仿教室內(nèi)活動(dòng)噪音的錄音進(jìn)行控制，測(cè)量采用深圳勝利VC1350型噪聲測(cè)試儀。

（四）實(shí)驗(yàn)流程及數(shù)據(jù)分析

研究者提前將教室內(nèi)各個(gè)環(huán)境因素變量調(diào)整到預(yù)先設(shè)計(jì)的值，被試者進(jìn)入實(shí)驗(yàn)環(huán)境中提前簽署《實(shí)驗(yàn)知情同意書(shū)》并且適應(yīng)當(dāng)前環(huán)境5分鐘，之后依次完成問(wèn)題解決、注意力、知覺(jué)、記憶4種認(rèn)知任務(wù)，在每個(gè)場(chǎng)景下進(jìn)行的所有測(cè)試都是相互獨(dú)立的，沒(méi)有順序影響，全程大約40分鐘左右。每次測(cè)試之間還有幾分鐘的休息時(shí)間，因此疲勞對(duì)長(zhǎng)時(shí)任務(wù)的影響可忽略不計(jì)。本研究參考國(guó)外相關(guān)研究設(shè)計(jì)選取被試隨機(jī)分配進(jìn)不同環(huán)境進(jìn)行測(cè)試（Hygge＆ Knez, 2001；Veitch, 1990；Pellerin ＆ Candas,2003；Knez ＆ Kers, 2000），使用SPSS26.0版本進(jìn)行多元方差分析（MANOVA）并對(duì)交互結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步的簡(jiǎn)單效應(yīng)分析（Simple Effect Text），探討溫度（2）×聲音（2）×性別（2）對(duì)學(xué)生處理不同認(rèn)知任務(wù)的主效應(yīng)和交互影響，定義p＜0.05為具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

四、研究結(jié)果

首先，對(duì)四種不同認(rèn)知任務(wù)（問(wèn)題解決、注意力、知覺(jué)、記憶）數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)檢驗(yàn)，經(jīng)過(guò)K-S方法和S-W方法檢驗(yàn)后的p值均大于0.05，說(shuō)明數(shù)據(jù)呈正態(tài)分布；經(jīng)方差齊性檢驗(yàn)p值大于0.05，無(wú)差異，然后進(jìn)行多元方差分析。

（一）教室內(nèi)物理因素對(duì)不同性別學(xué)生處理不同任務(wù)的主效應(yīng)

通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)（見(jiàn)表3），物理因素溫度顯著性檢驗(yàn)的威爾克值為0.040（p＜.05），表示溫度對(duì)處理四類(lèi)認(rèn)知任務(wù)上有單獨(dú)的顯著影響，而聲音的威爾克值為0.947（p＞.05），表示聲音的主效應(yīng)影響并不顯著。針對(duì)溫度進(jìn)一步分析如何對(duì)四種認(rèn)知任務(wù)產(chǎn)生影響發(fā)現(xiàn)如下頁(yè)圖2所示：相比20℃的溫度環(huán)境，在28℃下，學(xué)生的問(wèn)題解決和知覺(jué)反映整體變好；然而在20℃的低溫環(huán)境下學(xué)生的注意力、記憶效果較好，并且溫度對(duì)注意力有顯著影響（F=4.925，p＜.05）（見(jiàn)下頁(yè)表4）。然而溫度和聲音的交互作用并沒(méi)有對(duì)四種任務(wù)產(chǎn)生顯著影響（p=.05），這表明對(duì)于大學(xué)生而言，聲音在一定的范圍內(nèi)對(duì)于學(xué)習(xí)的影響并不太強(qiáng)，反而溫度的變化更能刺激學(xué)生的學(xué)習(xí)效果與注意力。

圖2 溫度對(duì)四種認(rèn)知任務(wù)影響

表3 溫度、聲音、性別對(duì)不同任務(wù)主效應(yīng)影響

性別因素的威爾克值分別0.004（p＜.01），表明性別對(duì)四類(lèi)認(rèn)知任務(wù)有非常顯著的主效應(yīng)(見(jiàn)上頁(yè)表3)。尤其在問(wèn)題解決任務(wù)（F=10.562，p＜.01）和注意力任務(wù)（F=5.258，p＜.05）中，男女生表現(xiàn)差異較大（見(jiàn)表4）。根據(jù)描述性統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)：女生在處理問(wèn)題解決任務(wù)時(shí)正確回答題目的數(shù)量明顯優(yōu)于男生（女：M=6.00，SD=1.63；男：M=4.37，SD=1.36），并且注意力比男生較集中（女：M=103.07，SD=16.27；男：M=116.62，SD=22.11），能用較短時(shí)間正確完成任務(wù)。

（二）教室內(nèi)物理因素對(duì)不同性別學(xué)生處理不同任務(wù)的交互效應(yīng)

教室內(nèi)溫度、聲音和性別之間對(duì)于4種不同任務(wù)的交互性影響不同（見(jiàn)表4），其中聲音和性別對(duì)于注意力任務(wù)有顯著影響（F=6.902，p＜.05）；溫度、聲音和性別存在對(duì)問(wèn)題解決任務(wù)的顯著性影響（F=5.063，p＜.05）。接下來(lái)將分別對(duì)這兩種交互作用進(jìn)行簡(jiǎn)單效應(yīng)分析來(lái)驗(yàn)證某一因素下其他因素各水平間變化差異。

表4 溫度、聲音、性別交互作用對(duì)不同任務(wù)影響

對(duì)溫度和性別的簡(jiǎn)單效應(yīng)分析發(fā)現(xiàn)見(jiàn)下頁(yè)表5（a），以聲音為自變量，男女生在60dB的條件下對(duì)注意力任務(wù)的效果有極其顯著差異（p＜.01），具體為女生的注意力明顯優(yōu)于男生，而女生在不同的聲音環(huán)境下對(duì)注意力影響有顯著差異（p＜.05），在60dB下注意力最集中，如圖3（a）所示。對(duì)溫度、聲音和性別的簡(jiǎn)單效應(yīng)分析發(fā)現(xiàn)見(jiàn)下頁(yè)表5（b），在溫度和聲音為20℃和60dB（p＜.01）以及28℃和40dB（p＜.05）的環(huán)境下，男女生的問(wèn)題解決效果有顯著差異，女生總體表現(xiàn)要比男生好，而對(duì)于女生來(lái)說(shuō)，在40dB的安靜條件下，溫度的高低有顯著差異（p＜.05），在28℃能夠取得最好效果，如圖3（b）所示。而性別與其他物理因素的交互作用并沒(méi)有對(duì)知覺(jué)和記憶任務(wù)造成影響。

圖3 交互作用的簡(jiǎn)單效應(yīng)圖

表5 交互作用的簡(jiǎn)單效應(yīng)分析

五、結(jié)論與展望

（一）結(jié)論與討論

1. 溫度對(duì)不同認(rèn)知任務(wù)有主效應(yīng)

總體上看，教室內(nèi)物理因素溫度對(duì)四類(lèi)認(rèn)知任務(wù)存在主效應(yīng)，尤其對(duì)注意力任務(wù)產(chǎn)生顯著影響。注意力任務(wù)的心理過(guò)程是指，對(duì)有意識(shí)的思維進(jìn)行信息選擇和一定對(duì)象的指向與集中（羅伯特·L·索爾索，1990）。研究發(fā)現(xiàn)，在20℃的低溫環(huán)境下，學(xué)生正確完成注意力任務(wù)的時(shí)間較短，表明注意力水平較高，如圖2所示，相反在高溫的室內(nèi)中并不利用學(xué)習(xí)者注意力集中。最早Wyon（1970）在總結(jié)的一系列有關(guān)熱對(duì)學(xué)校成績(jī)影響的研究中發(fā)現(xiàn)，可接受且較低溫度如20℃，相比較溫暖的環(huán)境更容易促使學(xué)生發(fā)揮最佳能力，這并不違背后人對(duì)室內(nèi)環(huán)境因子可接受范圍的發(fā)現(xiàn)：溫度范圍在20.9℃～30.4℃（Huang et al., 2012）。從人的生理機(jī)制來(lái)看，當(dāng)人感到溫暖時(shí)，心率、呼吸和動(dòng)脈二氧化碳分壓顯著增加、動(dòng)脈血氧飽和度下降，導(dǎo)致病態(tài)建筑綜合癥（SBS）癥狀的強(qiáng)度增加，對(duì)環(huán)境的滿(mǎn)意度產(chǎn)生負(fù)面影響（Lan, Wargocki, Wyon, ＆ Lian, 2011）。并且多人研究也發(fā)現(xiàn)，在較低溫度下雖然體感不適但卻能完成較多任務(wù)（Pepler ＆ Warner, 1968），疲勞和頭痛感會(huì)明顯降低（Fang, Wyon, Clausen, ＆ Franger,2004），較適合完成注意力任務(wù)（Xiong et al.,2018）。

因此，根據(jù)國(guó)內(nèi)關(guān)于教室內(nèi)溫度范圍的規(guī)定：夏季空調(diào)設(shè)定22℃～28℃、冬季采暖設(shè)定16℃～24℃（中華人民共和國(guó)生態(tài)環(huán)境部，2003），結(jié)合國(guó)外學(xué)者的發(fā)現(xiàn)和本研究的發(fā)現(xiàn)，在20℃的低溫環(huán)境下更有利于學(xué)生注意力和記憶力的提高，達(dá)到最佳學(xué)習(xí)效能。本文提出未來(lái)教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)環(huán)境的建議：在可控制溫度的教室或個(gè)人學(xué)習(xí)環(huán)境中，適當(dāng)降低溫度可以提升學(xué)生的注意力，可控制的最佳范圍在20℃～24℃。

2. 性別對(duì)不同認(rèn)知任務(wù)有主效應(yīng)

性別對(duì)于四類(lèi)認(rèn)知任務(wù)同樣存在主效應(yīng)，尤其對(duì)問(wèn)題解決任務(wù)和注意力任務(wù)產(chǎn)生顯著影響。根據(jù)描述性統(tǒng)計(jì)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，女生在問(wèn)題解決和注意力任務(wù)上明顯比男生要好，這也驗(yàn)證了早期的發(fā)現(xiàn)（Hygge ＆ Knez, 2001）。面向記憶任務(wù)是人腦對(duì)事物識(shí)記再現(xiàn)的過(guò)程，是一切高級(jí)心理活動(dòng)的基礎(chǔ)，本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)男生在記憶力任務(wù)上表現(xiàn)更好，而面向知覺(jué)任務(wù)是指，人在真實(shí)情景下強(qiáng)調(diào)在頭腦中進(jìn)行加工，并結(jié)合手眼配合對(duì)外界任務(wù)做出反應(yīng)。與問(wèn)題解決任務(wù)和注意力任務(wù)不同，它更強(qiáng)調(diào)在視覺(jué)感知做出反應(yīng)的能力，本研究發(fā)現(xiàn)女生的表現(xiàn)比男生要好。而對(duì)于知覺(jué)任務(wù)，依據(jù)生理學(xué)理論和認(rèn)知心理學(xué)理論，高達(dá)80%的外界接收到的信息是通過(guò)視覺(jué)通路處理（Haupt ＆ Huber, 2008），光環(huán)境的強(qiáng)弱會(huì)對(duì)感知任務(wù)處理產(chǎn)生一定影響（Xiong et al., 2018）。

3. 溫度、聲音和性別的交互作用對(duì)問(wèn)題解決和注意力有顯著影響

性別無(wú)論在課堂教學(xué)的哪一個(gè)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)上都是一個(gè)不可或缺的變量（McArthur, 2015），與學(xué)習(xí)空間的匹配也不例外。同溫度因素一樣，室內(nèi)聲音的高低同樣具有令人滿(mǎn)意與否的“一票否決權(quán)”（Huang et al., 2012）。在本研究中發(fā)現(xiàn)，聲音與性別的交互作用在注意力任務(wù)上有顯著影響，具體表現(xiàn)為在60dB的聲環(huán)境下對(duì)女生的注意力影響不大，而較容易影響男生的反映，這與性別對(duì)注意力任務(wù)具有主效應(yīng)影響的解釋一致，并且對(duì)于女生而言，在一定背景噪音環(huán)境下注意力水平更強(qiáng)，如圖3（a）所示。先前的研究認(rèn)為室內(nèi)環(huán)境噪音水平在低于49.6 dB時(shí)，是人們可接受的（Huang et al., 2012）；從生理學(xué)角度，噪音在一定程度上會(huì)激活大腦喚醒（Hygge, 1991），而在對(duì)聲音感知的研究中也發(fā)現(xiàn)，若50～66dB之間存在的連續(xù)噪聲，只要在適當(dāng)范圍內(nèi)就不會(huì)顯著減少人的舒適感（Pellerin ＆ Candas, 2003）。因此，本研究認(rèn)為在教室環(huán)境中整體滿(mǎn)意度是各個(gè)環(huán)境因素綜合作用的結(jié)果（Nagano ＆ Horikoshi, 2005; Krüger ＆Zannin, 2004），溫度和聲音之間存在一種拮抗作用（Antagonism）（Hygge, 1991），為了滿(mǎn)足溫度適宜，空調(diào)和通風(fēng)系統(tǒng)會(huì)增加一定程度的熱需求噪音。

其次還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)環(huán)境中的溫度與聲音相互影響時(shí)，男女生在問(wèn)題解決任務(wù)上有不同效果。問(wèn)題解決任務(wù)是一種對(duì)于腦力勞動(dòng)要求較高的認(rèn)知類(lèi)任務(wù)，在平時(shí)的學(xué)習(xí)工作中大都與問(wèn)題解決相關(guān)。進(jìn)一步觀察溫度、聲音與性別的相互作用發(fā)現(xiàn)，在低溫且嘈雜或者高溫且安靜的環(huán)境下女生的表現(xiàn)都比男生好，并且在極端的環(huán)境下二者呈現(xiàn)極其顯著的差異，說(shuō)明相比男生而言女生的穩(wěn)定性較強(qiáng)，對(duì)男生更需要重視環(huán)境安排，而在安靜的環(huán)境下對(duì)女生而言，28℃的溫度環(huán)境問(wèn)題解決成績(jī)表現(xiàn)最好，如圖3（b）所示?？赡艿脑蚴桥缘纳?xiàng)l件對(duì)于溫度的需求較高，所以對(duì)于熱舒適性對(duì)應(yīng)的環(huán)境溫度水平平均要高得多，這與Pellerin和Candas（2003）在研究溫度和噪音對(duì)人體綜合影響時(shí)，得出的女性比男性更容易對(duì)溫度敏感的發(fā)現(xiàn)相呼應(yīng)。然而，從認(rèn)知任務(wù)之間相互影響的角度發(fā)現(xiàn)：低溫下注意力集中但問(wèn)題解決效果不高，這是因?yàn)閱?wèn)題解決效果的高低是由多方面因素影響的，注意力對(duì)于問(wèn)題解決任務(wù)具有相關(guān)關(guān)系但不具有因果關(guān)系，起到正相關(guān)作用但是影響程度為弱相關(guān)。

因此，在可接受的聲音范圍下，中等水平的背景噪音會(huì)導(dǎo)致人的抽象認(rèn)知從而提高創(chuàng)造力（Mehta, Zhu, ＆ Cheema, 2012），所以適當(dāng)?shù)脑胍舨粫?huì)產(chǎn)生太大的影響。而男女生在處理對(duì)腦力活動(dòng)要求較高的任務(wù)時(shí)，尤其是女生要在溫暖的環(huán)境下工作，男生則對(duì)環(huán)境的要求相對(duì)較嚴(yán)格，總之每個(gè)人都要找到最適合自己的學(xué)習(xí)環(huán)境以達(dá)到各自的最優(yōu)狀態(tài)。

（二）研究不足與展望

在以往的研究中，有較多研究探尋最舒適的學(xué)習(xí)或工作環(huán)境和可接受的環(huán)境中物理因素范圍等。例如：有研究發(fā)現(xiàn)，溫度和聲音的滿(mǎn)意度對(duì)整個(gè)室內(nèi)環(huán)境的滿(mǎn)意度具有“一票否決權(quán)”，換句話說(shuō)一旦溫度和聲音超出了人的可接受范圍，整個(gè)室內(nèi)環(huán)境就為不可接受的且易影響工作和學(xué)習(xí)。但是，可接受的讓學(xué)生體感舒適的環(huán)境條件并不等同于適合學(xué)習(xí)的、學(xué)習(xí)效率最高的條件，過(guò)于舒適安逸的環(huán)境可能會(huì)導(dǎo)致學(xué)習(xí)效率降低。正如本文發(fā)現(xiàn)的，較低溫度更有利于提升學(xué)生注意力，這無(wú)疑沖擊了人們?cè)姓J(rèn)知，對(duì)于此方面的研究同樣需要更多的研究來(lái)證明。

此外，學(xué)生的個(gè)體差異性是探尋最佳教學(xué)和學(xué)習(xí)方式的重要因素，每個(gè)人都有各自的學(xué)習(xí)風(fēng)格，這也同樣是在學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該考慮的，這呼應(yīng)了調(diào)整的認(rèn)知負(fù)荷模型中闡述的環(huán)境、任務(wù)和學(xué)習(xí)者三者相互作用的關(guān)系。因此學(xué)生的學(xué)習(xí)風(fēng)格和物理因素如何交叉影響學(xué)習(xí)效果也是未來(lái)研究的重點(diǎn)。同時(shí)，在未來(lái)的研究中還可以增加光照這一因素，教室內(nèi)適宜的環(huán)境是不同因素組合的結(jié)果，光照作為室內(nèi)環(huán)境物理基礎(chǔ)之一，也是其中至關(guān)重要的一方面。國(guó)內(nèi)有較多針對(duì)多媒體教室如何使用燈光來(lái)平衡投影效果和光需求方面的研究（白佳喜，丁文捷，2017），而光照與其他因素會(huì)產(chǎn)生怎樣的交互效果同樣值得探討。