基于脑电技术的单因素物理环境（声、光、热）对大学生学习表现影响作用研究
学生名:刘 超
研究テーマ:Study on the Effects of Single-Factor Physical Environments (Sound, Light, and Thermal) on College Students' Learning Performance Based on EEG Technology
(基于脑电技术的单因素物理环境（声、光、热）对大学生学习表现影响作用研究)
入学年月:2019.09
修了年月:2022.12
取得学位:博士（工学）
論文概要: 高校大学生的学习活动大多在室内进行,室内物理环境质量直接影响大学生的学习效率和身体健康,改善室内物理环境质量有助于提升大学生的学习表现。室内声、光、热环境是影响学习的主要因素,在高校教室空间环境塑造中,务必考虑适宜的环境参数,提升大学生的高效学习,并保证生理和心理健康。本研究选取大学生的专注度、疲劳度和学习绩效作为评价学习表现的主要指标,主要利用主观问卷、生理指标测试、行为能力测试的方法,从神经生物学和心理学两个角度出发,探究室内声、光、热环境设置参数对大学生学习表现的影响,进而提出适宜于大学生学习的室内声、光、热环境设置参数。研究的主要内容和结果有:（1）分析环境应激模式下,人体生理和心理的调节机制,建立大学生学习表现影响机制,并以此为基础,提出系统的、全面的大学生学习表现的评价方法,该方法包括主观问卷评价（环境综合舒适度、室内物理环境质量、专注度和疲劳度投票）、生理指标评价（基于脑电技术及心率变异性的专注度和疲劳度）、学习行为能力评价（反应力、注意力、记忆力、计算能力）。（2）在声环境的研究中,重点讨论了声源（周围环境声、交通噪声、说话声、音乐声、自然声）和声压级（30 dB、40 dB、50 dB、60 dB）对大学生学习表现的影响规律。结果表明:声源环境按照学习表现从高到低依次为音乐声、自然声、周围环境声、说话声、交通噪声。与周围环境声的专注度（0.55）相比,音乐声的专注度最高为0.65,而交通噪声的专注度最低为0.47。而精神疲劳度恰好相反。在相同声压级下,音乐声的专注度和行为能力测试得分始终优于交通噪声,音乐声的疲劳度始终低于交通噪声。综合专注度、疲劳度和行为能力测试各项指标,在当前声压级测试范围内,音乐声环境的适宜声压级范围为36 dB-40 dB,交通噪声环境的适宜声压级为30 dB。（3）在光环境的研究中,重点讨论了照度（100 lx、300 lx、500 lx、700 lx、900 lx）和色温（3000 K、3700 K、4400 K、5100 K、5800 K、6500 K）对大学生学习表现的影响规律。结果表明:随着照度的增加,专注度呈现逐渐上升的趋势,而疲劳度呈现先下降后上升的U型趋势,500 lx照度下疲劳度最低。行为能力测试综合得分呈现先增高后缓慢降低的趋势,500 lx下行为能力测试综合得分最高。色温的影响规律与照度相似,专注度随色温增加呈现逐渐上升的趋势,色温在4400K时疲劳度最低且行为能力测试综合得分最高。综合专注度、疲劳度和行为能力测试各项指标,适宜的照度范围和色温范围分别为600 lx-700 lx和4400 K-4750 K。（4）在热环境的研究中,重点讨论了温度（18℃、21℃、24℃、27℃、30℃）和湿度（40%、50%、60%、70%、80%）对大学生学习表现的影响规律。结果表明:在研究工况下,随着温度的升高,专注度和行为能力测试得分均呈先上升后下降的趋势,而疲劳度呈现先下降后上升的U型变化趋势。温度为21℃时专注度和行为能力测试得分最高,温度为24℃疲劳度最低。湿度的变化规律与温度基本一致,湿度为60%时,专注度最高、疲劳度最低、行为能力测试综合得分最高。在研究工况下,综合专注度、疲劳度和行为能力测试各项指标,适宜的温度和湿度分别为21℃-23℃和55.00%-60.00%。（5）为了综合声、光、热的影响,选用现有教室环境为参考对象并基于以上实验结果建立优化空间物理环境,其物理环境参数分别为40 dB的音乐声,700 lx的照度、4700 K的色温、22.5℃的温度和55%的湿度。实验结果表明:与现有教室物理环境相比,优化空间物理环境中大学生专注度提高了47.1%,精神疲劳度降低了10.0%,行为能力测试的综合得分提高了13.2%,系统验证了适宜的声、光、热环境参数对学习表现的提升作用。本研究通过主观问卷、生理指标测试、行为能力测试的方法,揭示建筑物理环境对大学生的学习专注度,精神疲劳度和行为能力测试的影响机理,获取适宜于大学生学习的教室物理环境参数设置范围,提出了高校教室物理环境的优化方向。本文的研究以提升大学生学习绩效、降低学习疲劳度为出发点,实验获得切实有效的数据支持,具有一定的理论意义和工程应用价值。