照明是教室环境中的一个重要要素。照明不仅对学生的视力有影响，也会影响学生的学习绩效。本文检索了2000年今后的113篇相关文献，并依据终究选取的52篇文献，对教室照明与学生绩效相关性研讨的开展进程、研讨结构、试验办法做了回忆，总结了当前的知道和争议。在此根底上，本文指出相关研讨已进入场景化阶段，并为后续研讨供给了一些主张，包含：用学习成果等客观数据代替片面评测问卷，对被试人群按特征进一步细分，扩大样本数量及选用机器学习进行数据剖析。

关 键 词：内环境质量(IEQ) 教育环境 亮度 色温 学习绩效
中图分类号：B849文献标识码：A文章编号：1006-6020(2018)-04-0291-13
青少年学生处于生理和心理发育期，而且长期在教室内学习，因而学生所在的教室环境对他们的身心健康和学习作用有着不可忽视的影响。Gilavand(2016)以为教室是一个特别的交际空间，健康的环境可以在学生的社会化进程中进步学生的绩效。教室环境包含诸多要素，关于有些影响要素，研讨者已根本形成共识，例如Earthman(2004)将温度、取暖和空气质量列为影响学生学习作用的重要要素。而关于照明对学生学习作用的影响，以往研讨尚未给出清晰的定论(Higgins et al.，2005)。研讨人员企图从不同角度找出教育环境的最佳照明计划，一起，关于教室最佳照明计划的争辩和探究也没有中止过。
最近十多年来，室内照明技能开展迅速，照明体系可以更精细地操控亮度与色温。与此一起，校园教育场景也越来越丰厚，而单一照明计划无法满足教育场景多样化的需求。这些开展和改变给教室照明规划供给了创新的空间和或许性，也对教室照明环境研讨提出了新的要求。本文的目的是经过调查和收拾以往关于教室照明环境对学生学习绩效影响的学术文献，概括和剖析相关研讨的共性、问题，以及开展趋势，并在此根底上为后续研讨供给参考和主张。
1 文献来历
本研讨检索文献来历包含：Google Scholar、Elsevier、ResearchGate、百度学术，以及我国专利库。检索关键词(英文和中文)是从以下A、B、C三个组中各选取一个，构成一个检索条件，例如：classroom+lighting+concentration。文献检索进程按此规矩尝试各种组合。
A组：classroom，school，student，indoor environment，教室，学生
B组：light，lighting，brightness，color-temperature，illuminance，照明，色温
C组：performance，behavior，concentration，attention，productivity，learning，perception，成果，绩效
考虑到研讨的时效性，年份筛选条件设置为2000年及今后。开端检索成果包含113篇文献，对文献泛读后去掉了其间与教育无关的研讨(如办公室、商业等)25篇，而后依据教育领域专家的定见终究选取其间47篇文献精读，精读进程中从论文所引证的文献中又补充了5篇(单个文献早于2000年)，因而，终究共精读52篇文献。
2 研讨布景
照明对人的作用包含视觉效应和非视觉效应。人类视网膜上的视觉感触器包含视锥细胞和视杆细胞。视锥细胞会集于视网膜中央凹区域，对视觉信息的细节分辩率高，且有三种视锥细胞为颜色知觉供给信息。可是视锥细胞作业需求较高的照明亮度。在较暗的环境下，视觉愈加依赖视杆细胞，可是视杆细胞散布较为稀疏，对视觉信息的细节分辩率较低，也无法分辩颜色。因而，照明亮度对视敏度和颜色分辩才能的影响是非常显着的。已有研讨阐述了灯火的质量(如频闪、炫光)和颜色是怎么影响视觉才能，然后影响学生的学习成果的(Mott et al.，2012)。除了视锥和视杆细胞之外，人眼视网膜上还存在第三类感光细胞，专门担任传递环境光线信息给大脑的生物钟调理器，影响生物节律(Berson，et al.，2002)。这类细胞接遭到光线影响(特别是蓝光波段)，会导致大脑中激素排泄的改变，褪黑排泄素削减，皮质醇排泄增加。褪黑素是睡眠激素，它的削减会让人振奋，不易入眠。皮质醇的增加则使人注意力会集，心率加快。光照的效应也存在于分子生物学层面。2017年诺贝尔生理学或医学奖颁给3位美国科学家，获奖理由为“发现了调控昼夜节律的分子机制”，然后为光照对生物体的影响供给了分子生物学的根底依据(Mealey-Ferrara，Montalvo，and Hall，2003)。光线对生物节律的影响属于照明对人的非视觉效应(Berman，2008;Huang，2010;Fabio et al.，2015)。非视觉效应也包含光线对人的健康、心情和机敏度的影响。研讨发现人工照明的亮度和色温对人体的许多生理方针，如血压、心率变异、脑电波，以及体温也有显着影响(Sleegers et al.，2013)。
尽管室内照明环境需求考虑的要素许多，但对光照自身而言首要的考虑是光照度和色温。光照度，即亮度，单位为勒克司(lux)，指的是被摄主体外表单位面积上遭到的光通量。1勒克司相当于被摄主体每平方米的面积上，受间隔1米且发光强度为1烛光的光源笔直照射的光通量。色温(correlated color temperature，CCT)的度量单位为开尔文(Kelvin)，用K标明。色温指的是当一个光源的颜色表现与某一温度下的黑体辐射的光色相近似时，便用此时黑体的温度来标明该光源的色温。高色温光源偏冷色(蓝、白)，低色温光源偏暖色(红、黄)。现在教室照明环境研讨的首要内容便是经过试验检验和数据剖析，寻觅更合适特定教育场景的亮度与色温的组合。
3 相关研讨的开展进程
室内照明是一个杂乱体系，涉及的方面许多，比方光源的各种特性、详细的运用场景、参与者的个体差异等等。而遭到照明产品技能和使用环境的约束，这必然是一个逐渐完善和深入的进程。经过对这个进程的回忆和收拾，咱们可以找出开展的趋势和规律。
开端，研讨人员重视自然光和人工照明的差异。Hathaway(1983)发现教师和小学生更喜欢自然光，这以后的一些研讨则标明自然光更能对学生发生积极影响(Rittner and Robbin，2002;Heschong，2003;Earthman，2004)。可是，教室单纯依托自然光不现实(Higgins et al.，2005)，而且不足或者过度的自然光都会引起学生的诉苦(Singh and Arora，2014)。因而，可控的自然光配合恰当的人工照明对学习绩效非常重要(John & Timothy，2005)。考虑到自然光的操控在修建完成后，首要靠玻璃和窗帘，调理的作用非常有限。因而，对人工照明的研讨逐渐成为室内照明环境的要点。
转入人工照明研讨后，研讨者首要重视的是人工照明的质量。其间，对健康有直接影响的要素包含频闪、炫光、显色指数以及荧光灯黑化问题等。这些问题引发的诉苦许多，例如头疼、眼疲惫、身体疲倦、注意力不会集、近视等(Higgins et al.，2005;An et al.，2008)。跟着校园照明规范的完善和进步以及LED(发光二极管)的遍及，合格的LED产品凭借其高效、体积小、节能、环境友好以及实时频谱可调等特性得到广泛欢迎和运用(Smet et al.，2011;et al.，2010)，光源的质量自身现已不再是妨碍，关键在于怎么使用。
之后越来越多学者开端研讨室内照明的亮度，各国也陆续出台了相关规范，例如：美国、英国、我国等国家都规定教室的均匀照度不该低于300 lux，且一般要求亮度散布均匀。那么教室里的照明亮度是否越亮越好?做到亮度均匀散布是否就足够了?近期研讨成果倾向于否定的答案。尽管一些研讨标明高亮度(如1000 lux)可以进步学生注意力(Sleegers et al.，2013;Singh and Arora，2014)，削减疲倦、增加活力和进步振奋程度(Smolders，2014;Fabio et al.，2015)，可是，Winterbottom(2009)以为过量照明会引发身体不适和眩光失能(Kim and Koga，2005;Osterhaus，2005)，因而主张经过窗帘和灯火调理将教室照明亮度操控在1000 lux以内。Veronika(2015)经过丈量发现高亮度(5000 lux)和低亮度(400 lux)对受试者的褪黑素改变没有显着影响，高亮度与低亮度条件比较反而会降低受试者的绩效。此外，一项针对英国小学的调研发现交互式智能显现屏现已在教室中广泛装置，在运用显现屏的大都时间里高亮度照明并不是所希望的，教师们更希望运用显现屏时亮度足够低，然后进步显现内容的比照度，而在学生阅读书本时再把亮度进步(Zhang et al.，2016)。更进一步，一些特定教育场景需求调整亮度散布，例如教师授课和学生自习时讲台与学生区的亮度比照需求反转;幻灯片或投影仪演示时需求削减自然光、封闭屏幕区域的照明，而听众区域需求保持恰当的照明;即兴演讲需求聚光灯作用;而小组讨论最好可以分区域照明，削减组间干扰。
最近几年的研讨开端重视色温，也包含对亮度和色温的概括研讨。Sleegers(2013)的研讨标明在高色温(6500 K)照明环境中学生更能会集注意力。在学生的认知方面也有相似发现，Ferlazzo(2014)发现中等色温(4000 K)相关于较低色温(2800 K)光源关于学生的三维物体辨认才能以及多使命处理才能等有显着进步;而德国Ulm大学的研讨人员(Keis et al.，2014)发现在中等色温光源(4000 K)中混合超高色温光源(14000 K)可以进步学生的认知处理速度和注意力，但对短时间回忆加工和检索绩效根本没有影响。在此根底上，近年来部分学者开端重视不同教育场景对照明计划的不同需求。Ayash(2016)指出，在艳丽的颜色下学生能获得更高的阅读分数;Weesolowski(2014)发现照明的丰厚改变可以进步小学生的交际行为;韩国KAIST大学的两位研讨者(Choi and Suk，2016)主张在长期的学习环境中，光线应该有所改变，关于简略、规范和高认知负荷的活动主张别离运用3500 K，5000 K和6500 K色温;而另一个韩国研讨团队(Lee et al.，2016)开发了一个能自适应多种教育场景(如数学、艺术、交际等)的照明体系，并提出了别离针对这些场景的亮度和色温装备。

图1 室内照明相关研讨的开展
从上述文献收拾可以看出，近十多年来，研讨人员对室内照明与学生绩效相关研讨大致经历过四个阶段(拜见图1)：自然光与人工照明的比较研讨、人工照明的质量对人的影响、亮度的优化，以及不同色温对人的影响和优化。现在的研讨趋势是在概括之前的作用集成，研讨更靠近作业学习实践，进入场景化、集成化的新阶段。
4 理论结构总结
在相关文献中，部分学者企图从理论上解说照明是怎么影响人员绩效的，所以提出了一些研讨理论结构。尽管这些研讨理论结构都是定性剖析，无法直接使用于工程实践中的定量优化，可是它们关于了解体系中各要素之间的关系并据此进行试验规划具有指导意义。因而，咱们在这里汇总了六个有代表性的研讨理论结构。
Boyce(2004)在“照明影响作业绩效的三个途径的概念结构”(拜见图2)中提出视觉效应经过认知绩效、使命绩效和运动绩效三个途径直接或间接影响人员绩效。此模型包含的要素非常多，是六个模型中最杂乱的一个，可以帮助人们全面知道照明对作业绩效影响的机制。

图2 照明影响作业绩效的三个途径的概念结构
经授权，翻译自Figure 1 "A conceptual framework setting out the three routes whereby lighting conditions can influence human performance"(Boyce,2004)
在Boyce(2004)模型根底之上，Kretschmer et al.，(2012)提出了简化版的两通道概念模型(拜见图3)。这个模型的创新之处在于把光线对认知绩效的影响概括为视觉效应和非视觉效应。
Mott et al.(2012)提出动态照明对学生学习作用影响的概念结构(拜见图4)。该结构更有针对性，而且区分了自然光和人工照明，对工程和实践使用有指导价值。
Samani(2012)的依据变量的研讨结构(拜见图5)将影响要素概括为照明质量、颜色，以及个体差异(年纪、性别)。提出对个体差异进行研讨这一点具有创新性，不过个体差异涵盖的内容非常广泛，远不止年纪和性别，除了生理差异和心理差异，文化差异也不能忽视。
Kort & Veitch(2014)提出照明对生理机能影响线路结构(拜见图6)。该理论结构与Kretschmer et al.，(2012)的模型有相似之处，都包含视觉影响和非视觉影响两部分，但首要差异在于Kort & Veitch(2014)在模型中增加了视觉影响和非视觉影响之间的交互作用。
Pulay(2015)提出的概念理论结构将光线对学生的影响分为行为和认知两种，且两者之间有交互作用。这些影响都来自生理、心理和荷尔蒙三个方面。
综观上述研讨理论结构，视觉作用和非视觉作用是比较公认的影响通道，构成了理论模型的根底结构。不同研讨者依据其研讨重视的方向和思路，对根底结构进行改变和扩大，然后形成不同的研讨结构。

图3 在Boyce(2004)模型根底上简化的两通道概念模型
经授权，翻译自Figure 1 "A simplified conceptual model of the relation-ship between lighting and cognitive performance,including the two different light-sensitive pathways via the visual system and the circadian system"(Kretschmer et al.,2012)
5 试验办法总结
以往的行为试验研讨根本都选用了试验组和操控组对照的规划，且大都选用试验前后比照检验。受试者数量根本都在100人以内(N<100)。试验中因变量的丈量大体上可分为以下四类。
1.生理学方针：用生理学设备对受试者的体征进行丈量，经过丈量数据反映受试者的生理或心理状况。详细办法包含心电图(ECG)、脑电波(EEG)、皮肤电(EDA)等。例如：Choi and Suk(2016)运用ECG作为先导试验手法确认不同色温可以引发不同的生理反响;Shin(2013)，Yunhee(2015)经过丈量EEG确定受试者的注意力和放松程度;Smolders(2017)在研讨中运用了ECG和EDA作为辅佐手法记载受试者在检验进程中的生理改变。
2.认知使命方针：阅读、算术、打字、拼图等使命的成果。

图4 动态照明对学生学习作用影响的概念
结构经授权，翻译自Figure I "Conceptual framework of the study"(Mott et al.,2012)
注：ADHD=注意力缺少多动症(attention deficit hyperactivity disorder)

图5 依据变量的研讨结构
经授权，翻译自Figure 3 "Research frame work base on variables"(Samani,2012)

图6 照明对生理机能影响线路结构
经授权，翻译自Figure 2 "Pathways of light relevant to psychological functioning"(Kort & Veitch,2014)
3.认知心理学检验和量表：d2视觉查找注意力检验;卡罗林斯卡警觉度分类表(Karolinska Sleepiness Scale，KSS);精力运动警觉性作业(Psychomotor Vigilance Task，PVT);状况自控力分类表(State Self-Control Capacity Scale，SSCCS);安菲莫夫剂量作业表(Aventura Karimov table，AKT)等。相关办法的参考文献、用处和根本信息拜见表1。
4.片面问卷：问卷在相关研讨中被广泛运用，用来衡量受试者的片面感触和偏好。大都研讨中片面问卷作为辅佐手法;也有单个研讨全部依据问卷调查，例如：Gilavand(2016)。
别的，需求阐明的是，许多研讨运用多种度量办法，比方：EEG与简略使命结合、d2与问卷结合等等。一个研讨中的多种度量办法有的是针对不同的度量方针，有的则是对同一方针的多角度验证。在某些研讨中，针对同一方针的两种度量办法会给出对立的成果，例如：Sleegers(2013)的一部分研讨数据中d2检验与片面问卷成果纷歧致。
6 依据教育场景的照明计划研讨
依据之前对相关研讨的开展进程的回忆，教室照明研讨的要点逐渐转入场景化、集成化阶段。以往的研讨侧重于经过试验手法研讨照明参数，如不同的亮度和色温，对学生的生理方针或认知绩效检验方针的影响。近期有学者开端重视在不同教育场景下，照明装备计划对学生学习绩效的影响。尽管这些研讨对教育场景的界说不同(如：简略、规范和高负荷，或者数学、艺术、交际、休息)，可是其方针是一致的，便是寻觅与教育内容和教育方针相匹配的最优照明装备计划。因而，本文特别针对这个方向有代表性的研讨进行了概括，拜见表2。从可以检索到的文献看，关于这个方向的研讨数量有限，研讨尚不充沛，研讨定论也有值得进一步证明之处。而针对我国校园的相关研讨更是空白。

7 以往研讨成果讨论
总结以往研讨，研讨者普遍以为光照条件对学习绩效有重要影响，近十年来的研讨首要针对不同亮度和不同色温对学生的影响。尽管照明职业和学术界对亮度级别和色温级别都没有统一的规定，可是咱们发现研讨者大多界说300 lux以下为低亮度、300 lux至600 lux为中等亮度、600 lux至1000 lux为高亮度;亮度超过1000 lux会引发身体不适和眩光失能(Kim and Koga，2005;Osterhaus，2005)，也不节能。一起，研讨者大多界说2700 K至3500 K、3500 K至5000 K，以及5000 K至6500K为低色温、中等色温和高色温。
关于亮度和色温的详细效应，依据以往研讨的发现和定论，大都研讨者以为高亮度、高色温可以提升注意力和认知绩效。因而，占主导的观念是：在教室照明中运用亮度较高、色温较高的光线可以进步学生学习绩效。可是，事实上这一观念仍缺少足够的研讨数据支持，乃至部分相关研讨给出了与之抵触的定论(Higgins et al.，2005)。例如，依据试验数据Yunhee(2015)以为高色温并不会影响学生的注意力和认知活动，低色温也不会让学生更放松、安静。Smolders(2017)的试验成果显现高色温环境与低色温比较并不会对大学生的“精力状况和绩效带来显着的有益影响，也不会发生生理上的激活作用”。Yan(2010)的试验成果则显现在中等色温(4000 K)环境中，学生的学习效率最高，而且视/脑疲惫最低，而非高色温(6500 K)环境。有的试验成果显现男女对灯火的反响没有显着差异，而有的试验则给出相反成果(Knez，2000)。乃至有的试验中同样的照明环境对四年级学生有影响显着，而对六年级学生影响不显着，而注意力检验成果跟片面问卷成果也呈现了对立(Sleegers et al.，2013)。

关于这些纷歧致和对立，其原因或许在于试验规划不行严密，对其他要素的操控不行(Choi and Suk，2016)。Smolders(2017)发现不同检验时间，如上午时段和下午时段，对检验成果有显着差异。Moon(2016)标明受试者的性别、年纪、作业状况等要素也会影响个体对照明计划的反响。Yunhee(2015)强调人的心情要素的重要性，在试验中，心情要素对成果的影响乃至超过了生理学反响的影响。此外，以往研讨数据样本较小(大都研讨中被试不超过100人)以及时间跨度较短(大都研讨持续不超过3个月)也是重要限制要素(Sleegers et al.,2013;Pulay,2015;Fabio et al.，2015;Ayash et al.，2016)。更进一步，经过剖析以往试验的成果陈述可以发现，在陈述计算差异显着的40篇文献中仅有6篇陈述了作用量(effect size)，比例偏低。在所陈述的作用量中，值在0.001至0.741之间，其间作用量较大的(≥0.5)包含：高亮度高色温照明(1000 lux，6500K)相关于规范照明(300 lux，3000 K)对进步学生注意力会集度和削减错误率有积极作用(Sleegers et al.，2013)，高色温照明(6500 K)相关于3500 K和5000 K对进步算术答题正确率有积极作用(Choi and Suk，2016)。以往研讨所陈述的Cohen's d值在0.13至3.94之间，其间作用量较大的(d≥0.8)包含：高色温照明(5500 K相关于3000 K和3500 K)对进步认知处理速度和注意力会集度以及削减错误率有积极作用(Keis et al.，2014)。
8 后续研讨主张
经过对现有研讨存在问题和开展趋势的收拾，本文希望可以为后续研讨供给一些方向性的主张。
首要，以往研讨中较多运用片面问卷，可是片面成果受个体差异及随机要素影响较大，并不总是可以反映照明对学习才能和学习作用的影响，一些研讨中呈现的片面问卷与客观检验成果的对立便是例证。因而，后续研讨应削减对片面评价的依赖，多运用客观评测，特别是依据客观数据的量化剖析。
其次，被试人群的特征，如年纪、性别、地域及文化差异等，都有或许影响试验成果。不同被试人群对最优照明条件或许有不同的需求。以往研讨所积累的实证数据依然不足，后续研讨需求持续收集数据并比较不同被试人群间的差异，并注意在试验成果中陈述作用量。
第三，无论是生理学办法、心理学办法，仍是认知使命检验(拜见“5.试验办法总结”)，现有研讨根本都是用间接成果标明学生的学习绩效。在本文检索到的研讨中，没有一例运用实在的考试成果。尽管或许的原因有许多，可是从某种意义上，我国学生、校园和家长最关怀的仍是学习成果。因而，后续研讨需求检验照明装备对学生各科成果有无显着影响。
第四，LED、智能终端、物联网等技能的开展和遍及，使得可动态调整亮度和色温的智能照明体系具备了大规模使用的条件。教育场景和教育手法的现代化、多样化，也带来了教室照明需求的多样化和场景化，可是相关的研讨现在还不充沛(拜见“6.依据教育场景的照明计划研讨”)，后续研讨也需求在这方面进一步加强。
最终，现有研讨的数据样本都比较小，后续研讨需求增大样本量，进步计算检验力。当数据样本达到一定规模后，可以考虑使用机器学习的办法进行数据剖析，希望可以得出更多定论。
综上所述，尽管部分研讨发现高色温照明对进步学生注意力有积极作用，以往研讨仍存在许多不足，以往的研讨办法和规划需求完善和扩展，研讨者尚未对教室照明怎么影响学生学习绩效这个问题的答案达到共识。因而，已有研讨成果尚不足以对教室照明的最佳亮度和色温规划计划给出决定性的指导定见，也标明该领域相关研讨还有较大提升空间。