楊 霄 王 潔 副教授 冉令華

(1.首都經(jīng)濟(jì)貿(mào)易大學(xué) 管理工程學(xué)院,北京 100070;2.中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化研究院,北京 100089)

0 引言

《中國(guó)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展?fàn)顩r統(tǒng)計(jì)報(bào)告》顯示,截至2022年12月,我國(guó)在線教育用戶規(guī)模已超過3.25億。隨著視覺顯示終端(Visual Display Terminal,VDT)越來(lái)越多地應(yīng)用于教學(xué)場(chǎng)所[1-2],視疲勞癥狀在大學(xué)生群體中越來(lái)越常見。由于大學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)間更為自由,因此學(xué)習(xí)方式更趨向終端視頻電子化[3],這無(wú)形中大大增加了電子平板顯示設(shè)備的使用時(shí)間,導(dǎo)致出現(xiàn)多種眼部不適癥狀。針對(duì)線上授課環(huán)境引起的視疲勞,陳成明等[4]通過閃光融合頻率等實(shí)驗(yàn)對(duì)比研究,得出LCD比OLED平板電腦引起更嚴(yán)重的視覺疲勞;陶然等[5]通過實(shí)驗(yàn)得出,電子設(shè)備使用時(shí)間過長(zhǎng)會(huì)增加近視發(fā)展的風(fēng)險(xiǎn),當(dāng)使用電子產(chǎn)品時(shí),應(yīng)優(yōu)先選擇觀看較大的電子屏幕,這有利于減少視屏行為對(duì)學(xué)生視力的影響;且多位學(xué)者[6-8]研究表明,終端屏幕發(fā)出的藍(lán)光及其反射使人在使用電子設(shè)備后眨眼次數(shù)顯著降低,而角膜的光滑和濕潤(rùn)程度與眨眼頻率有關(guān),所以終端屏幕的用眼過度導(dǎo)致的眨眼次數(shù)降低可能是引起視疲勞癥狀的機(jī)制之一。針對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)模式觀看投影儀對(duì)學(xué)生視力的影響,不少學(xué)者也對(duì)此做出研究。石巖菲[9]采用Radiance模擬教室采光,給亞熱帶地區(qū)的教室前期設(shè)計(jì)提供參考;劉琳等[10]針對(duì)教室光環(huán)境進(jìn)行抽樣分析,從照度值、照度均勻度等方面對(duì)教室光環(huán)境進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),并對(duì)優(yōu)化后的光源布置進(jìn)行分析驗(yàn)證;同濟(jì)大學(xué)林丹丹[11]對(duì)上海市中小學(xué)視力健康與光照環(huán)境進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究,提出在照度值大于500lux的光環(huán)境下學(xué)生的視覺作業(yè)效率較高,且視覺感受較好。

平板電腦與智能手機(jī)的顯示原理相同,區(qū)別僅在于屏幕顯示尺寸不同,因此本文主要研究移動(dòng)端線上教學(xué)模式使用智能手機(jī)與傳統(tǒng)教學(xué)模式觀看投影儀,對(duì)用戶的視疲勞影響作對(duì)比分析,從視覺疲勞和舒適性的角度出發(fā),研究線上及線下教學(xué)課程模式下,環(huán)境照度這一光學(xué)特性對(duì)用戶視覺健康的影響,為以平板顯示器為載體的工作或?qū)W習(xí)提供工作設(shè)計(jì)、任務(wù)設(shè)計(jì)等理論支撐和應(yīng)用支持。

1 視覺功效實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

1.1 研究方法

以首都經(jīng)濟(jì)貿(mào)易大學(xué)(以下簡(jiǎn)稱“首經(jīng)貿(mào)”)教學(xué)樓教室為例,為更好地測(cè)量投影儀投影照度參數(shù)、環(huán)境照度參數(shù)等,采用九點(diǎn)測(cè)量法進(jìn)行測(cè)量,以避免環(huán)境及投影照度不均勻的情況;通過控制單一變量法,以環(huán)境照度為自變量,視覺績(jī)效行為指標(biāo)(完成視覺搜索任務(wù)正確率及反應(yīng)時(shí)間)、視覺生理疲勞指標(biāo)閃光融合頻率為因變量進(jìn)行研究,進(jìn)行線上學(xué)習(xí)模式與傳統(tǒng)教學(xué)模式引發(fā)的視覺績(jī)效和視疲勞程度作對(duì)比分析。

1.2 數(shù)據(jù)收集與準(zhǔn)備

根據(jù)首經(jīng)貿(mào)教室容納人數(shù),選取可容納300人(大型教室)、100人(中型教室)、30人(小型教室)的3種測(cè)試地點(diǎn)分別進(jìn)行測(cè)試。根據(jù)教學(xué)樓大中小型教室投影儀光學(xué)參數(shù)測(cè)量結(jié)果,選擇3個(gè)級(jí)別的環(huán)境照度,分別為:0、100、500lux。

選取被試共24人,男女生各12人,均為本科生或研究生,年齡為18～25周歲,佩戴眼鏡比例為29%。實(shí)驗(yàn)過程用到的設(shè)備有:智能觸摸屏手機(jī)、心理學(xué)實(shí)驗(yàn)軟件E-prime、亮度計(jì)SpectraDuo PR680、照度計(jì)HT-1318、閃光融合頻率計(jì)BD-Ⅱ-118型、直尺、量角器、卷尺、夏普XG-ER30LXA投影儀、聯(lián)想筆記本電腦。

1.3 實(shí)驗(yàn)任務(wù)

用E-prime軟件進(jìn)行編程,智能手機(jī)/投影儀屏幕中央呈現(xiàn)一個(gè)注視點(diǎn)“+”,時(shí)長(zhǎng)為500ms;注視點(diǎn)結(jié)束后,智能手機(jī)/投影儀屏幕上呈現(xiàn)出一個(gè)表示朝向的黑色箭頭,時(shí)長(zhǎng)為3 000ms;然后呈現(xiàn)蘭道環(huán)圖片20 000ms。被試的任務(wù)是觀察蘭道環(huán)圖片中缺口的朝向,將朝向與上一畫面中箭頭朝向相同的蘭道環(huán)個(gè)數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì),并說(shuō)出正確答案,主試用計(jì)算機(jī)記錄。不同環(huán)境照度下被試進(jìn)行60個(gè)試次的判讀任務(wù),持續(xù)約30min。

實(shí)驗(yàn)任務(wù)設(shè)計(jì)為通過視覺搜索任務(wù)測(cè)試同一環(huán)境照度下智能手機(jī)及投影儀對(duì)學(xué)生視疲勞的影響,其中在視覺搜索任務(wù)中使用蘭道環(huán)作為判斷視覺績(jī)效的材料,如圖1。智能手機(jī)及投影儀屏幕每次呈現(xiàn)出25個(gè)排列整齊的蘭道環(huán)圖片。將圖片背景設(shè)置為白色,RGB編碼為(255,255,255);黑色缺口圓環(huán)RGB編碼為(0,0,0),且蘭道環(huán)圖片缺口朝向均不同。將有著4個(gè)方向的大寫字母“E”置于每個(gè)蘭道環(huán)底部,字母“E”RGB編碼為(127,127,127),主要為了防止被試產(chǎn)生天花板效應(yīng),起干擾作用。

圖1 蘭道環(huán)材料Fig.1 Material of Landau ring

1.4 實(shí)驗(yàn)流程

通過前期調(diào)查,線上學(xué)習(xí)和課堂學(xué)習(xí)使用場(chǎng)景多為室內(nèi),因此選取暗室作為實(shí)驗(yàn)室,通過控制開燈數(shù)量調(diào)節(jié)環(huán)境照度。具體實(shí)驗(yàn)步驟,可分為以下幾步:首先,收集被試基本信息,填寫被試手冊(cè)基本信息匯總表,所有被試均代碼標(biāo)識(shí);其次,打開實(shí)驗(yàn)室/教室全部燈光,實(shí)驗(yàn)人員對(duì)被試宣讀實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)語(yǔ),并講解操作要求和注意事項(xiàng);隨后,在實(shí)驗(yàn)開始前先測(cè)量被試閃光融合頻率視覺實(shí)驗(yàn)前測(cè)值(打開實(shí)驗(yàn)室全部燈光),測(cè)量方法采用極限法,遞增遞減各3次,各取閃光頻率和融合頻率的平均值作為閃光融合頻率視覺實(shí)驗(yàn)前測(cè)的基數(shù);隨后調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)光學(xué)指標(biāo)環(huán)境照度,完成視覺搜索任務(wù);接著,在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后測(cè)量被試閃光融合頻率視覺實(shí)驗(yàn)后測(cè)值(打開實(shí)驗(yàn)室全部燈光),測(cè)量方法與實(shí)驗(yàn)前測(cè)量方法相同;最后,被試者眼睛遠(yuǎn)望5min,且每完成一項(xiàng)指標(biāo)測(cè)試,重復(fù)以上步驟,直至完成所有光學(xué)指標(biāo)測(cè)試,結(jié)束實(shí)驗(yàn)。

2 環(huán)境照度對(duì)視覺功效的影響

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)使用SPSS22.0軟件處理,為保證視覺實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的真實(shí)性,首先要將異常數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選刪除,再對(duì)被試完成視覺搜索實(shí)驗(yàn)的正確率、搜索時(shí)間及閃光融合頻率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,刪除數(shù)據(jù)占總數(shù)據(jù)量的0.013%。

針對(duì)線上線下教學(xué)環(huán)境照度對(duì)視覺功效的影響研究,本次實(shí)驗(yàn)采用單一變量法進(jìn)行。具體變量參數(shù),見表1。

表1 線上線下教學(xué)具體變量設(shè)計(jì)Tab.1 Specific variable design of online and offline teaching

2.1 不同教學(xué)模式下環(huán)境照度對(duì)視覺績(jī)效影響對(duì)比

2.1.1 不同教學(xué)模式下視覺搜索任務(wù)正確率

當(dāng)取智能手機(jī)屏幕亮度為80cd/m2,投影儀照度取350lux時(shí)(同等光學(xué)特性條件),不同環(huán)境照度下智能手機(jī)與投影儀進(jìn)行視覺搜索任務(wù)正確率具有顯著性差異(P=0.019且P<0.05),見表2。

表2 不同環(huán)境照度下智能手機(jī)與投影儀被試正確率配對(duì)T檢驗(yàn)Tab.2 Paired T-test of correct rate of smartphone and projector subjects under different ambient illuminance

在同等光學(xué)特性不同環(huán)境照度條件下,投影儀視覺搜索任務(wù)正確率明顯低于智能手機(jī)視覺搜索正確率,如圖2。

圖2 不同環(huán)境照度下智能手機(jī)與投影儀被試正確率(M±SD)Fig.2 Correct rate of smartphone and projector subjects under different ambient illumination (M±SD)

2.1.2 不同教學(xué)模式下視覺搜索任務(wù)時(shí)間

通過配對(duì)樣本T檢驗(yàn)可得,當(dāng)環(huán)境照度為0lux時(shí),t=2.239>1,P=0.155>0.05,智能手機(jī)與投影儀進(jìn)行視覺搜索任務(wù)搜索時(shí)間不具有顯著性差異;當(dāng)環(huán)境照度為100和500lux時(shí),P=0.001<0.05,被試通過智能手機(jī)與投影儀進(jìn)行視覺搜索任務(wù)的搜索時(shí)間具有顯著性差異,見表3。

表3 不同環(huán)境照度下手機(jī)與投影儀搜索時(shí)間配對(duì)T檢驗(yàn)Tab.3 Paired T-test of mobile phone and projector search time under different ambient illuminance

由圖3可明顯得到,當(dāng)取智能手機(jī)屏幕亮度為80cd/m2,投影儀照度取350lux時(shí),在中高環(huán)境照度條件下,用戶通過投影儀進(jìn)行視覺搜索任務(wù)的搜索時(shí)間明顯高于通過智能手機(jī)進(jìn)行視覺搜索任務(wù)的搜索時(shí)間;而在低環(huán)境照度條件下,用戶通過智能手機(jī)和投影儀進(jìn)行視覺搜索任務(wù)的搜索時(shí)間幾乎一致。

圖3 不同環(huán)境照度下智能手機(jī)與投影儀被試搜索時(shí)間(M±SD)Fig. 3 Search time of smartphone and projector subjects under different ambient illuminance (M±SD)

2.2 不同教學(xué)模式環(huán)境照度引起視疲勞對(duì)比

通過配對(duì)樣本T檢驗(yàn)可得,不同環(huán)境照度下被試通過智能手機(jī)與投影儀進(jìn)行蘭道環(huán)視覺搜索任務(wù)的閃光融合頻率下降值具有顯著性差異。

當(dāng)處于低環(huán)境照度時(shí),被試通過智能手機(jī)進(jìn)行視覺搜索任務(wù)后閃光融合頻率下降值略大于通過投影儀閃光融合頻率下降值;當(dāng)處于中高環(huán)境照度條件下時(shí),被試通過投影儀進(jìn)行視覺搜索任務(wù)后閃光融合頻率下降值均要高于智能手機(jī)所引起的閃光融合頻率下降值,如圖4。

圖4 不同環(huán)境照度下智能手機(jī)與投影儀被試閃光融合變化頻率(M±SD)Fig.4 Flash fusion frequency of smartphone and projector subjects under different ambient illuminance(M±SD)

2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

在以上數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上,可以得出以下結(jié)果:

(1)當(dāng)處于任一環(huán)境照度條件下,用戶通過智能手機(jī)完成視覺搜索任務(wù)時(shí)的正確率要明顯高于傳統(tǒng)學(xué)習(xí)通過投影儀完成視覺搜索任務(wù)時(shí)的正確率。

(2)當(dāng)處于低環(huán)境照度條件下時(shí),用戶通過智能手機(jī)與投影儀完成視覺搜索任務(wù)的搜索時(shí)間幾乎相同;當(dāng)處于中高環(huán)境照度條件下時(shí),用戶通過投影儀完成視覺搜索任務(wù)的搜索時(shí)間要明顯高于通過智能手機(jī)完成視覺搜索任務(wù)的搜索時(shí)間。

(3)當(dāng)處于低環(huán)境照度時(shí),被試通過智能手機(jī)進(jìn)行視覺搜索任務(wù)后閃光融合頻率下降值略大于通過投影儀閃光融合頻率下降值;當(dāng)處于中高環(huán)境照度條件下時(shí),被試通過投影儀進(jìn)行視覺搜索任務(wù)后閃光融合頻率下降值均要高于智能手機(jī)所引起的閃光融合頻率下降值。

3 結(jié)論

(1)本研究結(jié)果顯示,傳統(tǒng)教學(xué)環(huán)境投影儀模式對(duì)學(xué)生視疲勞與視覺績(jī)效的影響程度要高于通過線上網(wǎng)課學(xué)習(xí)移動(dòng)端智能手機(jī)模式對(duì)視疲勞的影響程度;同時(shí)環(huán)境照度會(huì)干擾學(xué)習(xí)者的視覺辨認(rèn)并影響到視覺疲勞程度,環(huán)境照度的高低往往決定了屏幕亮度的適用范圍,適宜屏幕亮度一般隨著環(huán)境照度的提高而提高。這些研究在應(yīng)用層面具有一定的參考價(jià)值。

(2)本研究也存在不足之處,由于各方面條件的限制,本研究?jī)H對(duì)3種不同的典型環(huán)境照度進(jìn)行了研究,由于線上教學(xué)課程學(xué)習(xí)使用智能手機(jī)的場(chǎng)景具有多樣性,可以增加環(huán)境照度水平,對(duì)不同場(chǎng)景的視覺功效進(jìn)行研究。