基于主觀評價與實測調(diào)查的高校多媒體教室光環(huán)境綜合評價
——以沈陽建筑大學(xué)某多媒體教室為例

楊葉欣，王奕涵，王晶晶，孫上詞

沈陽建筑大學(xué)，遼寧 沈陽 110168

0 引言

多媒體技術(shù)在教育領(lǐng)域的運用與普及，帶來了比傳統(tǒng)黑板更加直觀、多元的教學(xué)效果，但教室的光環(huán)境卻存在許多使用行為與功能需求的矛盾。在多媒體的使用過程中，教室主要依靠人工光源提供照明，而教師往往注意不到整體照度[1]。學(xué)生在投影幕布、黑板、講臺和課桌面四者之間頻繁變動注視對象和方向，頻繁調(diào)節(jié)明暗視覺，極易導(dǎo)致視覺疲勞并引發(fā)近視[2]。為保證多媒體屏幕使用，需要在自然光充足的白天使用大量人工照明，這不僅不利于學(xué)生的身心健康，也造成大量的能源浪費[3]，與健康建筑理念與可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)相悖。在北方地區(qū)，自然光資源充足，應(yīng)在室內(nèi)采光設(shè)計中充分利用自然采光營造舒適的光環(huán)境[4]。

當(dāng)前，光環(huán)境設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)依然停留在以黑板為主的教學(xué)方式上，在國家提出“碳中和”節(jié)能減排戰(zhàn)略的背景之下，在要求關(guān)注青少年健康成長的“健康中國”的需求之下，文章基于主觀評價和客觀實測方法研究了高校多媒體教室的光環(huán)境，分析了多媒體教室自然光環(huán)境存在的問題，為多媒體教室采光設(shè)計與標(biāo)準(zhǔn)制定提供依據(jù)。

1 多媒體教室光環(huán)境研究方案

1.1 研究對象

沈陽建筑大學(xué)位于遼寧省沈陽市渾南區(qū)，屬于Ⅲ類光氣候區(qū)，教學(xué)樓群層數(shù)均為5層，為網(wǎng)格形布局，圍合形成若干庭院。通過對沈陽建筑大學(xué)所有多媒體教室的走訪調(diào)研，根據(jù)尺寸大小和開窗情況將多媒體教室歸納為5個類型：小型單側(cè)開窗教室、中型單側(cè)開窗教室、大型單側(cè)開窗教室、大型雙側(cè)開窗教室、超大型單側(cè)開窗教室。其中，大型雙側(cè)開窗多媒體教室使用頻率最高，使用人群最廣，故選取該類型教室甲2501為研究對象，甲2501教室的平面圖如圖1所示。

圖1 甲2501教室平面圖

1.2 光環(huán)境實測調(diào)查

兩次測試的時間分別為2021年6月1日15：30（夏季）和2021年11月26日15：30（冬季），測量儀器為OHSP-350BF光譜照度計。在打開所有窗簾、打開投影儀、關(guān)閉所有燈具的自然采光狀態(tài)下，測量該教室課桌面照度。測點布置采用中心布點法[5]，取每張課桌面中心點；測量高度為桌面高度。

1.3 光環(huán)境主觀評價調(diào)查

在實測數(shù)據(jù)的同時，向正在使用該教室的大學(xué)生發(fā)放問卷，調(diào)查使用者對該多媒體教室光環(huán)境的滿意度與舒適度，以調(diào)研教室的光環(huán)境問題與現(xiàn)狀，確定使人感到滿意與舒適的光環(huán)境條件。問卷填寫時間約45 min，問卷內(nèi)容主要包括學(xué)生年齡、座位位置、視力情況等基本信息，以及對教室光環(huán)境的整體評價、對桌面光環(huán)境的滿意度、光環(huán)境問題對課堂學(xué)習(xí)的影響程度、對多媒體教室光環(huán)境的改進(jìn)期望等。

2 實測數(shù)據(jù)與結(jié)果分析

2.1 采光系數(shù)與采光均勻度

通過測量同一時間、同一地點的室內(nèi)外由天空漫射光產(chǎn)生的照度平均值，得到該多媒體教室在夏季與冬季的采光系數(shù)分別為5.816%、7.364%，采光均勻度分別為0.312、0.249，如表1所示。沈陽屬于Ⅲ類光氣候區(qū)，在光氣候系數(shù)為1.0的條件下，滿足現(xiàn)行《建筑采光設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50033—2013）[6]所規(guī)定的“教育建筑的普通教室的采光不應(yīng)低于采光等級Ⅲ級的采光標(biāo)準(zhǔn)值，側(cè)面采光的采光系數(shù)不應(yīng)低于3.0%”的要求。整體上，該教室在兩個季節(jié)的采光系數(shù)較大，但采光均勻度較差。

對比夏季與冬季的測量數(shù)據(jù)與實地觀察數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)雖然冬季太陽輻射強(qiáng)度較小，但由于太陽高度角較小，更多的太陽直射光進(jìn)入室內(nèi)，導(dǎo)致其采光系數(shù)更高，整體采光效果更好，但照度均勻度比較差。

2.2 桌面照度

2.2.1 夏季桌面照度

根據(jù)表1，夏季桌面照度平均值為569 lx，滿足《建筑照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50034—2013）[7]中照度平均值不小于300 lx的規(guī)定。桌面照度實測結(jié)果如圖2所示。以圖2（a）為例，可以看出，在夏季，有20%的桌面照度低于上述標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的照度標(biāo)準(zhǔn)值，最低值僅178 lx，無法滿足正常閱讀、書寫的視覺要求。不滿足300 lx照度標(biāo)準(zhǔn)值的桌面位置主要分布于前排與后排的中間區(qū)域，尤其是前排區(qū)域的未達(dá)標(biāo)桌面數(shù)量達(dá)到45%。

表1 教室采光與桌面照度實測數(shù)據(jù)

圖2 桌面照度實測結(jié)果（單位：lx）

在夏季，教室桌面照度均勻度為0.313，遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的0.6，桌面照度均勻度較差。為了更加直觀、清晰地表示照度分布情況，制作桌面平均照度實測數(shù)據(jù)的色階圖，如圖3所示。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)中的照度標(biāo)準(zhǔn)值分級要求，將其分為200 lx以下、200～300 lx、300～500 lx、500～750 lx、750～1 000 lx、1 000～1 500 lx、1 500～2 000 lx、2 000 lx以上八個色階等級。由于該教室為雙側(cè)采光，靠近兩側(cè)窗口的桌面照度普遍較高，向中間區(qū)域照度逐漸減小，自兩側(cè)向中間桌面照度的下降趨勢明顯，照度差達(dá)到2 200 lx，照度差別比值近1/14。下午受到太陽直射的西南側(cè)區(qū)域，最高照度值達(dá)到2 460 lx，光照刺眼，會引起視覺不適，且嚴(yán)重影響學(xué)生的正常閱讀書寫，需要采取一定的遮陽措施以降低靠窗區(qū)域照度。

圖3 夏季桌面照度色階圖

為了更好地了解各區(qū)域照度的分布情況，對教室桌面進(jìn)行分區(qū)，1～4排為前排、5～8排為中排、9～11排為后排；以座位間過道為界，1～5列為西南區(qū)、6～15列為中間區(qū)、16～20列為東北區(qū)。九個區(qū)域的桌面照度統(tǒng)計結(jié)果如表2所示。根據(jù)表2，夏季整體上西南側(cè)靠窗的三個區(qū)的平均照度最高，其次是東北側(cè)靠窗區(qū)域，中間三區(qū)的平均照度最低，僅為323 lx，勉強(qiáng)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。從前后排來看，前排由于前部墻體遮擋，平均照度相對較低，前排中間區(qū)是整個教室中采光條件最差的區(qū)域，照度平均值僅252 lx，有90%的位置低于照度標(biāo)準(zhǔn)值。中排西南區(qū)由于靠窗且部分桌面受到太陽直射，整體照度較大，但因為窗間柱影響，照度均勻度低于0.6，不滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。前排西南區(qū)雖然平均照度適宜，但其照度最不均勻，照度均勻度僅為0.425，照度最大值與最小值相差超過2 000 lx。這主要是由于該區(qū)前部有側(cè)墻遮擋，后部又受到側(cè)窗光線直射。應(yīng)采取相應(yīng)的措施，在保證黑板與多媒體的清晰度的同時，提高前區(qū)照度均勻度。

表2 分區(qū)桌面照度與均勻度

2.2.2 冬季桌面照度

從表1、圖2（b）中冬季桌面照度實測結(jié)果可以看出，該多媒體教室在冬季整體桌面照度平均值為686 lx，符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。由于冬季的太陽高度角較小，進(jìn)入室內(nèi)的光通量增加，故冬季平均照度整體高于同一地點的夏季平均照度。在冬季晴天下午自然采光場景下，有24%的桌面照度低于《建筑照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50034—2013）中的300 lx的照度標(biāo)準(zhǔn)值，最低值僅為171 lx，相較夏季不符合標(biāo)準(zhǔn)的桌面數(shù)量更多。這些桌面主要分布于前排的中間與中前排靠東北側(cè)區(qū)域，少量位于中后排偏右側(cè)，相比夏季不符合標(biāo)準(zhǔn)的區(qū)域整體向教室東北側(cè)移動。

在該場景下，教室桌面照度均勻度僅為0.249，遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)中不小于0.6的規(guī)定，照度均勻度比夏季同場景更差。冬季桌面照度色階圖如圖4所示，由于下午太陽位于南偏西，且太陽高度較低，因此照度較大的高亮區(qū)域沿西側(cè)太陽入射方向分布，西南側(cè)靠窗的照度普遍較高，向北側(cè)前區(qū)照度逐漸減小。尤其是教室后排最靠西南側(cè)窗口位置，強(qiáng)烈的陽光直射使得桌面照度達(dá)3 000 lx以上，產(chǎn)生極為不舒適的光環(huán)境感受。照度差別比值達(dá)1/17，超過2 000 lx的位置占3%，超過1 000 lx的位置達(dá)25%，與照度低于300 lx的桌面數(shù)量相當(dāng)。相比夏季，高照度桌面集中于兩側(cè)靠窗區(qū)域，部分高照度桌面出現(xiàn)在中間區(qū)域，并且與低照度桌面相鄰。如坐標(biāo)（15，6）的桌面照度為1 456 lx，而鄰近坐標(biāo)（15，5）的桌面照度僅為273 lx，相鄰工作面照度差近1 200 lx，產(chǎn)生嚴(yán)重的照度不均情況，易導(dǎo)致學(xué)生視覺疲勞與視力損傷。同時，從圖4中還能看到窗間柱對室內(nèi)自然采光的顯著影響。在有窗間柱遮擋的區(qū)域，照度明顯下降，平均照度在420 lx左右，而與其相鄰的無遮擋區(qū)域，平均照度超過1 000 lx，形成極大的照度差，不利于視覺工作。

圖4 冬季桌面照度色階圖

從表2中冬季教室不同區(qū)域的桌面照度統(tǒng)計結(jié)果可以看出，各區(qū)的平均照度都達(dá)到300 lx的標(biāo)準(zhǔn)值，但各區(qū)差異較大，整體仍是靠窗區(qū)域平均照度最高，西南靠窗明顯高于東北側(cè)。從前后排來看，冬季和夏季一樣，前排平均照度相對中后排較低，但整體采光條件最差的區(qū)域由前排中間區(qū)變?yōu)榍芭艝|北區(qū)，平均照度為320 lx。此外，前排東北區(qū)由于遠(yuǎn)離直射陽光，其照度均勻度高于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的0.6，滿足要求，其他各區(qū)均勻度均在0.38～0.5，均不滿足要求。其中，后排東北區(qū)照度最不均，均勻度僅為0.310，1 000 lx以上與500 lx以下的桌面各占比47%，照度差距懸殊，均勻度很差。

總體上，冬季桌面照度均勻性更差，分布更不均，應(yīng)考慮改進(jìn)其空間布局，以減少窗間柱對桌面照度與均勻性的影響。

2.3 實測結(jié)果總結(jié)

結(jié)合兩次照度實測結(jié)果可知，在自然采光條件下，該多媒體教室室內(nèi)整體桌面平均照度符合國家標(biāo)準(zhǔn)，但其照度均勻度較差。無論是夏季還是冬季，西南靠窗側(cè)的高亮桌面和靠北前排的照度不足桌面均占比較大。尤其是冬季，靠窗位置受到陽光直射，光照強(qiáng)烈，而靠北桌面照度不足，照度不均現(xiàn)象嚴(yán)重。

3 主觀評價調(diào)查結(jié)果與分析

調(diào)查問卷共發(fā)放240份，回收有效問卷216份（夏季94份，冬季122份），問卷有效率為90%。根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，在調(diào)查對象中有近視、散光及弱視等視力問題的大學(xué)生占比高達(dá)83%。

為便于數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析，以得到光環(huán)境滿意度與舒適度評價，將問題選項分為5個評價等級：1代表不滿意（不舒適），2代表不太滿意（不太舒適），3代表一般，4代表較滿意（較舒適），5代表滿意（舒適），并自定義4、5兩級為視覺滿意（舒適）[8]。

3.1 整體光環(huán)境滿意度與采光評價

教室整體光環(huán)境滿意度如圖5、圖6所示。在教室總體光環(huán)境滿意度評價中，有1.4%的人對整體光環(huán)境不滿意，6.9%的人不太滿意，47.7%的人認(rèn)為一般，38.0%的人較滿意，6.0%的人滿意。感到視覺滿意的占比44.0%，冬季整體視覺滿意占比略高于夏季，學(xué)生對該教室在自然采光場景下的整體滿意度不高。

圖5 教室整體光環(huán)境滿意度

圖6 教室整體光環(huán)境視覺滿意占比統(tǒng)計結(jié)果

對教室整體采光明暗程度的評價結(jié)果如圖7所示。在關(guān)閉人工照明僅靠自然采光的教室明暗程度評價中，感覺暗與較暗的人分別占比1.85%、18.98%，感覺亮與較亮的人分別占比18.06%、4.63%，還有56.48%的人感覺明暗合適，可見近一半調(diào)查對象認(rèn)為教室采光明暗程度可以改進(jìn)。對比冬季與夏季，可以看到冬季認(rèn)為明暗合適的人數(shù)占比高于夏季，夏季感受光照偏亮的人數(shù)占比高于冬季。

圖7 教室整體采光明暗程度評價結(jié)果

3.2 桌面光環(huán)境滿意度

教室桌面光環(huán)境滿意度如圖8所示。從圖8可以看出，有2.31%的人對桌面光環(huán)境不滿意，8.80%的人感覺不太滿意，42.59%的人認(rèn)為一般，37.50%的人較滿意，8.80%的人表示滿意。因此，認(rèn)為桌面視覺滿意的占比為46.30%，冬季與夏季的桌面滿意度差距不大。只有不到半數(shù)的人對該教室的桌面光環(huán)境表示滿意，說明桌面光照環(huán)境存在一定的問題。

圖8 教室桌面光環(huán)境滿意度

在課堂上，學(xué)生需要經(jīng)常在桌面、多媒體屏幕與黑板間進(jìn)行視線變換。對桌面與多媒體屏幕光照亮度明暗變化的評價結(jié)果如圖9所示。從圖9可以看出，超過50%的人認(rèn)為一般，19%的人認(rèn)為明暗變化過大，對觀看屏幕有輕微影響，夏季與冬季的主觀評價結(jié)果差距不大。對桌面與黑板光照亮度明暗變化的評價結(jié)果如圖10所示。與多媒體情況接近，有超過半數(shù)的人認(rèn)為一般，在夏季認(rèn)為變化不明顯的人數(shù)占比明顯高于冬季。

圖9 桌面與多媒體屏幕的光照亮度明暗變化評價結(jié)果

圖10 桌面與黑板的光照亮度明暗變化評價結(jié)果

3.3 主觀評價調(diào)查結(jié)果總結(jié)

雖然學(xué)校已經(jīng)加強(qiáng)了對大學(xué)生的視力問題與多媒體教室的天然采光情況的重視程度，但是這次主觀評價調(diào)查所反饋的滿意度結(jié)果不盡如人意。學(xué)生對教室整體滿意度偏低，桌面滿意度略高，但仍不足50%?？梢?，教室光環(huán)境對學(xué)生的課堂視覺體驗與課堂效率影響很大，存在的問題亟待改善。

4 實測與主觀評價結(jié)果的綜合分析

實測的客觀數(shù)據(jù)需要服務(wù)于人的主觀感受，以提高光環(huán)境的滿意度與舒適度。教室實測采光系數(shù)均符合國家標(biāo)準(zhǔn)，但采光均勻度較差，而且根據(jù)主觀評價結(jié)果，學(xué)生對光環(huán)境整體滿意度較低，對整體明暗情況的評價較差。因此，可以認(rèn)為自然采光的均勻度存在較大問題，會對學(xué)生的光環(huán)境感受產(chǎn)生較大影響。

學(xué)生在選擇課堂座位時受到很多因素影響，如自然采光情況、黑板與多媒體視看清晰度、聲音清晰度、燈具照明情況、個人原因等，而根據(jù)問卷結(jié)果，大多數(shù)學(xué)生會根據(jù)自然采光情況選擇座位。學(xué)生偏向于選擇照度較高、采光充足的位置，選擇西南側(cè)區(qū)域的人數(shù)多于選擇東北側(cè)的。將桌面實測照度值與桌面主觀滿意度評價結(jié)果進(jìn)行對比可以發(fā)現(xiàn)，在夏季，有25%的學(xué)生認(rèn)為300 lx以下的桌面照度比較合適，22.73%的學(xué)生認(rèn)為300～500 lx的桌面照度比較合適，認(rèn)為500～750 lx比較合適的占比20.45%，認(rèn)為750～1 000 lx與1 000 lx以上比較合適的占比15.91%。可以看到，多數(shù)學(xué)生認(rèn)為300～750 lx的中等照度比較合適。與夏季相比，在冬季認(rèn)為750 lx以上的照度比較合適的學(xué)生占比明顯增加，有24%的學(xué)生認(rèn)為750～1 000 lx的桌面照度比較合適，32%的學(xué)生認(rèn)為大于1 000 lx的桌面照度比較合適。在冬季，讓學(xué)生感到滿意的桌面照度整體偏高，可見在一般情況下令人感到滿意的桌面照度值大于《建筑照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50034—2013）中規(guī)定的300 lx，而冬季要求更高。因此，在進(jìn)行教室的采光設(shè)計時，除了滿足標(biāo)準(zhǔn)的基本要求，應(yīng)根據(jù)人的主觀感受適當(dāng)提高桌面照度值，以提高人的視覺舒適度。

5 結(jié)束語

綜上所述，由于多媒體教室有別于傳統(tǒng)教室的光環(huán)境特殊性，僅滿足其各部分的照度與均勻度要求無法實現(xiàn)較高的視覺環(huán)境滿意度，需要合理地處理、協(xié)調(diào)桌面、黑板與投影屏幕三者之間的關(guān)系，通過對天然光的有效控制來達(dá)到光環(huán)境的平衡。為維護(hù)學(xué)生的視覺健康，提供良好的學(xué)習(xí)環(huán)境，應(yīng)重視多媒體教室的采光設(shè)計，合理控制桌面的照度與分布，改進(jìn)與完善相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，以構(gòu)建舒適、健康、高效的教學(xué)光環(huán)境。