探究学生在教室中的环境偏好:一项基于虚拟现实的关于照明和声学条件的离散选择实验

《BUILDING AND ENVIRONMENT》:Exploring Students’ Environmental Preferences in Classrooms: A VR-Based Discrete Choice Experiment on Lighting and Acoustic Conditions

【字体: 时间:2026年02月04日 来源:BUILDING AND ENVIRONMENT 7.6

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  如何通过虚拟现实离散选择实验评估大学生对教室照明与声学环境的偏好及交互效应,以及个体差异的影响。研究显示背景噪音和照明强度是主要影响因素,存在显著交互作用,且年龄、性别和环保态度等个体差异会改变环境偏好。

  
侯慧英(Cynthia Hou)| 胡海峰(Lan Haifeng)
中国香港香港理工大学建筑环境与能源工程系

摘要

本研究基于环境偏好理论,探讨了大学生对教室环境中视听条件的认知与评价,特别关注照明和声学方面。研究人员开发了一个虚拟现实(VR)平台,模拟了具有不同照明和声学设置的教室环境,并将其整合到离散选择实验(DCE)框架中。研究分为两个阶段进行:首先是焦点小组讨论,其次是基于VR的DCE。焦点小组确定了四个关键的环境属性——照明强度、照明色温、背景噪音和干扰噪音——这些属性被用于DCE的设计。共有54名学生参与了实验,每位学生在沉浸式VR场景中完成了15个配对选择任务。结果表明,背景噪音和照明强度是影响偏好的主要因素。参与者普遍更喜欢适度的背景噪音和高照明水平,以提升舒适度和认知参与度。此外,还发现了照明和噪音条件之间的显著交互效应,表明协调良好的感官环境可以增强用户的感知体验。同时,个体差异(如年龄、性别和环境态度)也显著影响了学生对教室环境的感受。本研究提出了一种新的基于VR的DCE方法,用于评估复杂的室内环境,并为基于实证用户偏好的适应性更强、以用户为中心的学习空间设计提供了实用见解。

引言

近年来,个性化室内环境在教育设计中受到关注,这体现了学生对感官、认知和情感需求的多样性[[1], [2], [3]]。照明和声学是室内环境质量(IEQ)的关键方面,不仅影响舒适度,还影响认知表现、注意力和心理健康[[4], [5], [6]]。然而,教室环境往往依赖于标准化参数,这些参数可能无法反映学生的实际体验[[1,7,8]]。传统研究侧重于通过客观指标(如照度、色温、噪音水平)和主观调查来优化照明和声学舒适度[[6], [7], [8], [9], [10], [11], [12], [13], [14], [15]]。最近的研究开始关注记忆和注意力等认知因素[[7,[11], [12], [13], [14], [15], [16], [17], [18]]。研究人员开始使用脑电图(EEG)、眼动追踪和皮肤电导等生理工具,探索环境条件与学生生理和心理反应之间的更深层次联系[[19], [20], [21], [22]]。理解这些反应对于使教室设计符合学生的实际需求至关重要。
在真实的教室环境中,照明和声学相互作用,创造出复杂的多感官体验[[23], [24], [25]]。虽然以舒适度为基础的研究提供了技术上的见解,但它忽略了学生在感官条件冲突时所做的权衡——例如,在明亮嘈杂的房间和安静昏暗的房间之间做出选择。环境行为心理学通过“环境偏好”概念来解释这一现象,揭示了个体如何平衡不同的感官输入[[26,27]]。“陈述偏好”(SP)方法基于效用理论,向参与者提供结构化的选择集,使研究人员能够估计环境特征对用户偏好的相对重要性和影响[[28,29]]。
环境偏好是一个动态过程,受到感官输入、主观评估和认知判断的影响[[27,30]]。它反映了环境属性与个体特征之间的相互作用。研究表明,教室中的照明和声学既独立又相互作用地影响感知和认知,它们的综合效果共同塑造了整体体验[[23], [24], [25]]。此外,个人特征(如人口统计或心理因素)也会调节这些效果,导致在相同条件下产生不同的反应。这凸显了环境决策的复杂性,以及在教室设计中需要同时考虑环境和个体因素。
尽管人们越来越意识到照明和声学条件对学生舒适度和表现的影响,但现有文献大多孤立地研究这些环境因素,未能反映真实教室体验的多感官和冲突性质。从理论上讲,关于个体如何在竞争性感官刺激之间进行认知评估和权衡的环境偏好概念在教育领域尚未得到充分发展。从实证角度来看,目前缺乏同时控制照明和声学条件并进行行为模拟的研究[[29,31]]。此外,现有研究往往忽略了个体人口统计和心理特征对环境决策的调节作用[[16,25]]。
本研究通过结合虚拟现实(VR)和离散选择实验(DCE)的方法论框架,解决了这些未解决的问题。VR能够创建生态学上有效的沉浸式教室环境,其中照明和声学条件可以精确操控[[32,33]]。DCE提供了一种结构化的机制,用于量化学生的偏好及其所做的权衡,从而捕捉决策过程而不仅仅是报告的舒适度[[29,31]]。通过纳入个体层面的数据,本研究进一步探讨了个人特征如何调节环境评价。这种方法不仅填补了实证研究的空白,还为多感官、现实世界学习环境中的环境偏好理论模型的发展做出了贡献。本研究的具体目标如下:
  • (1)
    开发一个高保真的基于VR的教室模拟平台,以支持包含多种照明和声学条件组合的离散选择实验(DCE)。
  • (2)
    评估照明和声学属性对个体和环境偏好的单独及综合影响。
  • (3)
    研究个体差异(如人口统计和心理特征)在环境属性与个体偏好之间的作用。
  • 本研究引入了一种创新的VR-DCE框架,通过实证评估学生的照明和声学偏好,推动了人机交互研究,并为以用户为中心的教室设计提供了依据。本文的结构如下:第2节进行了全面的文献回顾,第3节详细阐述了研究设计,第4节解释了研究的主要发现,第5节讨论了结果及其理论和实践意义,第6节总结了研究的主要贡献并提出了未来研究的方向。

    环境偏好的理论基础

    环境偏好源于环境心理学,指的是个体对物理环境的情感和认知评价[[34,35]]。这种偏好的形成被广泛认为是一个多阶段过程,包括感官检测、情感反应、认知评估和行为选择[[36,37]]。这一理论模型有助于理解人机交互,强调了个体特征之间的匹配重要性。

    方法论

    本研究采用结构化的多阶段研究设计,结合VR和DCE来探讨学生对教室环境中照明和声学的认知与评价。首先通过文献回顾和焦点小组讨论,识别并细化相关的环境属性(特别是照明和声学因素),然后使用高效的分割因子设计将这些属性组合成实验选择集。

    参与者的人口统计和心理测量描述

    共招募了54名参与者,其中28名为女性,26名为男性。参与者按年龄分为四组(18–24岁:66.7%,25–34岁:20.4%,35–44岁:11.2%,45–54岁:1.9%),随后将年龄数据重新分类为两组,以便进行平衡的数据分析:年轻组(18–24岁)和年长组(25–54岁)。
    为了评估心理调查的可靠性和有效性,进行了统计分析,包括Cronbach’s Alpha系数、KMO值和Bartlett球形度检验(表4)。结果

    讨论

    本研究采用沉浸式VR-DCE方法,探讨了照明和声学条件以及个体特征(人口统计特征和心理特征)如何影响教室环境中的环境偏好。

    结论

    本研究将环境偏好理论与沉浸式VR-based离散选择实验(VR-DCE)相结合,系统地研究了学生如何评价教室的照明和声学条件。通过分析主要效应、综合效应和调节效应,本研究深入了解了影响学习空间环境偏好的因素。
    主要研究发现,学生偏好适度的背景噪音(25–45分贝)和高照明强度(500–1000勒克斯)。

    作者贡献声明

    侯慧英(Cynthia Hou):撰写——审稿与编辑、初稿撰写、验证、监督、软件开发、资金获取、数据分析、数据整理、概念构建。胡海峰(Lan Haifeng):方法论设计、实验实施、数据分析。
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