教室作為學(xué)生長時間學(xué)習(xí)的場所，其光環(huán)境質(zhì)量會對學(xué)生生理健康產(chǎn)生直接影響[1-3]。據(jù)國家衛(wèi)生健康委員會調(diào)查統(tǒng)計，2018年全國兒童青少年總體近視率為53.6%，近視防控形勢嚴(yán)峻[4]，與青少年視力健康密切相關(guān)的教室光環(huán)境質(zhì)量引起了業(yè)界的廣泛關(guān)注，控制近視率成為教室光環(huán)境改造的直接動因。
健康的光環(huán)境不僅關(guān)系學(xué)生的生理發(fā)育，并且對學(xué)生的心理[5]與情緒調(diào)節(jié)有一定影響，進而影響學(xué)生的表現(xiàn)[6]和學(xué)習(xí)成績[7]。目前，關(guān)于教室的天然光[8,9]以及人工光的照度[10,11]、照度均勻度[12]、色溫[13]等對心理情緒作用的研究已取得一定的成果，本文將對光照與情緒調(diào)節(jié)相關(guān)性的研究進行綜述，并對國內(nèi)外健康教室光環(huán)境的研究趨勢與動態(tài)進行梳理。
1、情緒的產(chǎn)生
James[14]于1884年提出“情緒是什么?”James-Lange理論認(rèn)為情緒是由自主神經(jīng)系統(tǒng)作用產(chǎn)生，即某一刺激引起生理反應(yīng)，而生理反應(yīng)進一步導(dǎo)致情緒體驗的產(chǎn)生，情緒是身體反應(yīng)的有意識體驗[15]；Cannon-Budd理論認(rèn)為，中樞神經(jīng)系統(tǒng)的丘腦控制情緒誘發(fā)，通過傳遞刺激同時激活生理與情緒反應(yīng)[16]；認(rèn)知理論認(rèn)為生理刺激經(jīng)過認(rèn)知、評估和環(huán)境作用才能產(chǎn)生情緒[17]。MOORS[18]在相關(guān)綜述文章中用“情緒發(fā)作”來表示從接受刺激到情緒造成的后果的全部過程，包括認(rèn)知、感覺、動機、軀體、運動等多成分復(fù)雜過程。在生理醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，情緒的產(chǎn)生機制則與下丘腦[19]、內(nèi)分泌[20]等生理因素有關(guān)，但關(guān)于情緒和情感的產(chǎn)生與表現(xiàn)的基本本質(zhì)和神經(jīng)過程仍然存在爭議[21]。
2、光照對情緒的影響
光信號通過視網(wǎng)膜上的第三類感光細(xì)胞（ipRGCs）傳輸至丘腦周圍的丘腦周圍核（PHb），進而調(diào)節(jié)情緒變化[22]。20世紀(jì)80年代，Lewy等[23]發(fā)現(xiàn)天然光的照射時長可能會影響抑郁程度，采用模擬日光的人工光源可用于光療。目前，光療法已成為臨床醫(yī)學(xué)領(lǐng)域治療季節(jié)性情感障礙（SAD）的方案之一，也被用作長期心理疾病的治愈手段。Figueiro等[24]在對阿爾茨海默病及相關(guān)癡呆（以下簡稱“ADRD”）患者進行為期11周臨床治療的研究中發(fā)現(xiàn)，實驗設(shè)定的光照能夠顯著減輕ADRD患者的抑郁癥狀，提高睡眠效率。Partonen等[25]在芬蘭冬季進行實驗中發(fā)現(xiàn)，在接受連續(xù)4周、一周5日、一日1h的高強度的日照后，上班族的工作熱情明顯提升。Keis等[26]發(fā)現(xiàn)不同的人工光照條件對學(xué)生的愉悅感的刺激程度有所不同。
國際照明委員會（CIE）在20世紀(jì)90年代后期開始關(guān)注光環(huán)境與情緒之間的關(guān)系[27]。近年來，國內(nèi)學(xué)者也在展開室內(nèi)光環(huán)境與情緒相關(guān)性的研究。郝洛西等[28]基于人因健康對醫(yī)療建筑、養(yǎng)老建筑領(lǐng)域展開健康照明研究，探索適宜老齡人積極情緒的照度與色溫的合理組合。嚴(yán)永紅等在工廠[29]、教室[30]等不同場景中研究動態(tài)照明對被試者的情緒影響。關(guān)楊[31]基于情緒評價的回歸分析對不同光環(huán)境下的生物效應(yīng)照度與情緒指數(shù)的相關(guān)性展開研究。莊乙瀟與林燕丹[32]闡述了光對部分情緒障礙疾病的治療原理，并對情緒障礙疾病治療中光療的研究現(xiàn)狀進行了分析。
研究表明，室內(nèi)光環(huán)境除了影響人的視力健康、生理節(jié)律、睡眠、警惕性等方面，還與情緒波動存在一定的相關(guān)性。因此，教室光環(huán)境對學(xué)生的心理與情緒的作用，應(yīng)引起廣泛關(guān)注和深入研究，并被考慮逐步運用于建筑物理環(huán)境設(shè)計中去。
3、光照與情緒的實驗研究
3.1 天然光
在建筑光學(xué)與生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，健康照明還包括天然光對被試作用與影響的研究。早期研究已表明，擁有天然光的教室更受學(xué)生的青睞[33]，有助于提升學(xué)生記憶力[34]和學(xué)習(xí)積極性[35]，且基于對室內(nèi)熱工環(huán)境最小影響的情況下，最大化北向教室的日光量可提高學(xué)生的感知能力[36]。Arns等[37]發(fā)現(xiàn)日照強度與ADHD（注意力缺陷/多動障礙）患病率之間存在顯著相關(guān)性，高照度對ADHD的有效預(yù)防作用可能是由于早晨強烈的天然光抵消相位延遲的影響，以防止夜間睡眠延遲和減少睡眠時間。Hayashi[38]在對一名患自閉癥的15歲青少年的進行一年的跟蹤報告中發(fā)現(xiàn)，其睡眠障礙從1月至6月逐漸減少，在7月和8月消失，行為問題(如哭泣)從1月至6月逐漸減少，這種變化與日光量增加存在一定相關(guān)性。
（1）天然光對情緒的調(diào)節(jié)。天然光是比人工照明更有效的晝夜節(jié)律調(diào)節(jié)器[39]。Leslie等[8]在探究建筑采光的設(shè)計目標(biāo)時，發(fā)現(xiàn)晝夜節(jié)律刺激（CS，即褪黑素抑制）可使晝夜節(jié)律同步并因此促進睡眠、機敏性和次日學(xué)生情緒狀態(tài)，而提供足夠的天然光能促進晝夜節(jié)律刺激。Gbyl等[40]收集了一年內(nèi)的情感障礙癥患者的住院情況，其中一項統(tǒng)計表明，對于住院的抑郁癥患者來說，住在東南朝向病房的患者的康復(fù)速度明顯比住在西北朝向病房的患者的快得多，兩者的平均恢復(fù)時間為29.2（±26.8）和58.8（±42.0）天，這種現(xiàn)象與室內(nèi)日光量呈現(xiàn)一定相關(guān)性，與西北朝向的病房相比，東南朝向的病房接受到的太陽直射光更多，室內(nèi)顯得更加明亮，因此造成了恢復(fù)時間的差異，這項結(jié)果支持了天然光作為抑郁癥改善因素的相關(guān)研究。
Acosta等[41]提出人的情緒調(diào)節(jié)不僅需要天然光刺激，還要求一定的持續(xù)照射時長。在無法接收日光持續(xù)照射的大部分下午時間中，受試者更易出現(xiàn)身體疲倦、情緒低落等狀態(tài)[42]，而午餐后持續(xù)半小時的1000lx～4000lx天然光照射可減少身體疲倦感以調(diào)節(jié)被試的消極情緒[43]。Borisui等[43]為避免窗外景物對被試情緒的干擾，在實驗組（天然光條件）中使用半透明百葉遮擋下部窗戶，被試在視平面垂直照度1000lx～2000lx的日光條件下，情緒較對照組（人工光條件）更為積極，并且情緒改善與下午4點的色溫升高有關(guān)，故推測情緒改善在日光利用率較高的時間出現(xiàn)。在電燈未發(fā)明之前，日光一直是人類調(diào)節(jié)晝夜節(jié)律的唯一光源。而在現(xiàn)代社會中，人們將大部分時間都花在室內(nèi)，人工照明模糊了晝夜之間的區(qū)別，造成晝夜節(jié)律的紊亂，缺乏日光，人體健康可能會受到損害。
（2）天然光利用現(xiàn)狀。實際上，進入室內(nèi)的天然光并非越多越好，過量天然光導(dǎo)致的室內(nèi)天然光分布不均也會引發(fā)學(xué)生的抱怨[44]。Bluyssen等[45]在荷蘭對21所學(xué)校的54間教室進行室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量（IEQ）測量，并對1311名小學(xué)生（8歲～12歲，平均10歲）展開問卷調(diào)查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，42%的學(xué)生因日光直射或桌面、黑板反射造成的眩光而受到干擾，不舒適眩光嚴(yán)重影響學(xué)生的上課情緒和學(xué)習(xí)表現(xiàn)。Axarli和Meresi[46]的一項相關(guān)研究調(diào)查了希臘三個不同城鎮(zhèn)的20個教室的物理環(huán)境和學(xué)生的主觀報告，為了阻擋照射書桌或黑板的太陽直射光，學(xué)生會將窗簾關(guān)閉，打開電光源。嚴(yán)永紅等[47]在對重慶某小學(xué)6間教室（南北各3間）進行光環(huán)境調(diào)研的過程中發(fā)現(xiàn)，晴天南向教室側(cè)窗的室內(nèi)天然光照度變化非常大（圖1），且分布很不均勻（圖2），靠窗處存在強烈的眩光，對學(xué)生的干擾很大，因此學(xué)生普遍使用不透光窗簾進行遮擋，但這會造成較低的天然光利用率。
圖1 晴天教室照度變化
圖2 南向教室沿進深方向照度變化
（3）有效利用天然光。一些研究[48,49]提出可在南向教室設(shè)置自動反射百葉的構(gòu)造裝置，當(dāng)太陽直射窗口時，反射百葉啟動，并將日光反射至室內(nèi)遠(yuǎn)窗處壁面，避免日光直射近窗處的桌面造成眩光，且百葉角度隨著太陽移動而變化；當(dāng)窗口無日光直射時，百葉合起使漫射光進入室內(nèi)，雖然這種裝置會減少室內(nèi)的天然光量，但能夠通過改善室內(nèi)的天然光分布來提高天然光利用率、避免眩光以及減少人工照明的需求。Meresi[50]在對希臘南向教室的進一步研究中表明，將百葉反光鏡放置于離室內(nèi)地面2m處，寬度為0.8m±0.2m，傾斜角度為10°～20°（室外一側(cè)較高），反射系數(shù)高達(dá)90%，其在晴天改善天然光分布和防眩光效果均表現(xiàn)出最佳。
早在1967年，Keyes[51]就將室內(nèi)遮陽卷簾材料分為九種類型，對其進行光反射率的分析與評估。卷簾由于顏色和圖案會形成不同程度的陰影與編制結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致不同程度的光透射、反射率，從而保證采光并控制眩光。Chan等[52]則進一步提出針對不同場景使用不同特性卷簾的建議，由于房間的大小、朝向與玻璃特性存在差異，使用不同的開口率和透光率的卷簾，能夠有效避免窗口產(chǎn)生直射眩光并提高天然光利用率。
美國新澤西州東布倫瑞克（East Brunswick）中央小學(xué)的側(cè)窗采用將LCP（laser cut panels，即激光切割面板）作為中間膜的夾層玻璃[53]。LCP通常以30°入射角為臨界值折射太陽高度角較大（正午、夏季）的陽光，透過角度較?。ㄈ缜宄俊砗投荆┑年柟?，很大一部分強光經(jīng)折射向上偏轉(zhuǎn)，從而減少眩光以調(diào)整室內(nèi)天然光分布，增加遠(yuǎn)窗處的壁面照度。LCP還可用作遮陽系統(tǒng)中的百葉窗，當(dāng)啟動百葉窗時，它們充當(dāng)遮陽設(shè)備并阻擋強烈的直射陽光。此外，對天然光和人工光源集成系統(tǒng)的需求已被廣泛接受[54,55]。這些設(shè)計既能避免眩光，提高室內(nèi)天然光分布均勻度，使教室充分利用天然光以節(jié)約照明能耗，又能調(diào)節(jié)晝夜生理節(jié)律，改善學(xué)生與天然光完全隔絕的亞健康狀態(tài)和沉悶壓抑的負(fù)面情緒。
總之，天然光的利用應(yīng)從窗洞口設(shè)計、遮陽形式、反光與導(dǎo)光裝置等多方面進行考慮，新建教學(xué)樓的采光應(yīng)該兼顧三者的合理設(shè)計;在教室天然光改造中，合理設(shè)計移動遮陽形式與反光裝置來提高天然光利用率更能滿足經(jīng)濟性與可行性的考慮。因此，如何有效避免眩光而充分利用天然光進行生理節(jié)律與學(xué)生情緒調(diào)節(jié)，是教室健康光環(huán)境研究亟待解決的問題之一。
3.2 人工光
人工光是增加室內(nèi)照度的主要措施，尤其是在冬季教室采光嚴(yán)重不足、北向教室的天然光照度不達(dá)標(biāo)的情況下，需要采用人工光補充照明。目前世界上的教室普遍采用熒光燈與LED作為教室人工照明的主要光源，近年來人工光環(huán)境對學(xué)生情緒影響的研究也取得一定的成果。
（1）劣質(zhì)照明的危害。教室的熒光燈會發(fā)出肉眼不可察覺的頻閃，50Hz～100Hz的頻閃會損傷認(rèn)知能力[56]、視覺性能[57]、健康[58]與舒適度[59]，此外，熒光燈頻閃可能會加重學(xué)齡兒童的多動癥[60]和自閉癥兒童的重復(fù)性行為[61]；Winterbottom等[62]在對英國11所中學(xué)和6個地方教育機構(gòu)的90個教室進行調(diào)研時發(fā)現(xiàn)，教室的大部分燈具是以裸燈的形式安裝，形成強烈的光源眩光，眩光會對青少年造成較高的敏感性[63]、煩躁[64]等不適現(xiàn)象，值得注意的是，其中88%的教室平均照度超過了照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)建議值，且84%的教室由于平均照度過高，其視覺舒適度降低。
（2）提高照明質(zhì)量，促進情緒調(diào)節(jié)。使用相同的熒光燈，但使用高頻控制電路驅(qū)動，將閃爍頻率增加到32kHz，可以減少頭痛[59]。Schreiber[65]表示降低空間亮度對比，孩子們變得更加放松并會對課堂活動產(chǎn)生興趣。Shapiro[66]等指出，在間接漫射全光譜熒光燈下，兒童的不良適應(yīng)行為變得越來越少。Keis等[26]采用對照試驗發(fā)現(xiàn)高中生在清晨的時候暴露于室內(nèi)4000K的直接照明與14000K的間接照明（向上照天花板）的白光中，能夠獲得更愉悅的心情。Shin等[67]通過研究也發(fā)現(xiàn)，直接/間接照明比直接照明提供了更多的愉悅感和涼爽感。另外，使用臺燈、可控光和不同顏色的光能對改善情緒起到一定作用[44]。Winterbottom等[62]表示在日光量較少的遠(yuǎn)窗處桌面需要充足的人工照明，但對于日光充足的近窗處區(qū)域，多余的人工照明只會增加非必要的照度，建議降低近窗處的燈具亮度甚至關(guān)閉人工照明。
Cajochen等[68]對比測試了全光譜LED與普通led照明對人體的影響作用，結(jié)果表明全光譜LED對健康被試者的情緒、視覺舒適度、白天警覺性和睡眠質(zhì)量具有積極的作用，被試者在接受全光譜照明的早晨和晚上感到更快樂。全光譜LED的光譜在450nm處沒有峰值，在440nm以下，在460nm～520nm之間以及在620nm以上具有較高的光譜輻照度（spectral irradiance），因此它可能與日光更加匹配（圖3）。圖4對比了兩種LED照明對五種不同類型的視網(wǎng)膜感光器傳遞的刺激量。Vitasek等[69]同樣提出一種模仿夏季從日出到日落的晴天的室內(nèi)人工光源，并通過LightTools模擬和實驗測試證明，模擬夏季日光以改善人的情緒是可行的。
圖3 全光譜LED與普通LED的光譜（圖片來源：文獻[68]）
圖4 視網(wǎng)膜感光器接受的刺激（圖片來源：文獻[68]）
4、適應(yīng)情緒調(diào)節(jié)的情景照明
學(xué)生長期處于固定不變的人工光環(huán)境中，易產(chǎn)生學(xué)習(xí)疲憊、精神渙散等表現(xiàn)，消極情緒增加，學(xué)習(xí)狀態(tài)下降[46]。Castilla等[70]在另一項研究中指出，目前各國高等學(xué)校都在積極采用新的教學(xué)方法和技術(shù)，隨著課桌布置或教學(xué)活動的變化，相應(yīng)的光環(huán)境也應(yīng)隨之變化，更多精細(xì)化和人性化的照明設(shè)計將融入到這一類教育空間中去，滿足不同的使用需求。
在教室非上課期間給予適時適量的彩光照明，能夠積極調(diào)動學(xué)生的情緒，提升課堂表現(xiàn)[71]。Kombeiz等[72]研究發(fā)現(xiàn)通過燈光將白墻照成彩色與彩色墻面能給人以相同的感受。Barkmann等[73]基于行為模式預(yù)設(shè)了7種不同色溫與照度組合的照明模式，光色統(tǒng)一使用冷光，結(jié)果顯示學(xué)生和教師對多變的照明模式給予了積極評價，并在課堂上發(fā)現(xiàn)具有一定情緒改善作用。Wessolowski等[74]為了探究不同照明模式對學(xué)生煩躁情緒、攻擊性和親社會行為的影響，對德國漢堡的110名不同年齡和學(xué)校類型的學(xué)生以及11位老師進行調(diào)查，結(jié)果顯示照明的多樣性能有效緩解學(xué)生的煩躁情緒，減少其攻擊性并改善社交行為。Gabel等[75]發(fā)現(xiàn)模擬自然日出的情景照明（色溫1090K～2750K，垂直照度0～250lx）會使人產(chǎn)生更好的主觀情緒和幸福感。
以上研究表明情景照明可以在優(yōu)化教室光環(huán)境和調(diào)節(jié)學(xué)生情緒方面發(fā)揮一定的作用，但需進一步研究進行顯著性的驗證。情景照明強調(diào)運用非常規(guī)照明方式來增加室內(nèi)空間的藝術(shù)氛圍，根據(jù)環(huán)境與需求的變化而作出色溫、光色、照度、照明模式的改變。因此在教室課間、班會等活動中可以考慮使用情景照明活躍教室氣氛，提升學(xué)習(xí)表現(xiàn)，調(diào)節(jié)學(xué)生情緒。
5、討論與總結(jié)
在教室中保證良好的光環(huán)境質(zhì)量是一項復(fù)雜的研究，由于學(xué)生課業(yè)緊張，而光照對學(xué)生情緒的影響需要進行較長時間、穩(wěn)定的跟蹤研究，并除去非教學(xué)時間段的其他光環(huán)境對學(xué)生情緒的干擾。如何在不影響教學(xué)進度的情況下展開這一研究，并獲得可信的結(jié)論，是研究者需要面對的問題。此外，晝間的教室光環(huán)境大部分時間由天然光與人工光混合構(gòu)成，其光分布、強度、光譜組成等隨時間、季節(jié)而改變，也給研究帶來了更大的挑戰(zhàn)。
天然光比人工光更有利于晝夜節(jié)律與情緒調(diào)節(jié)，但由于眩光的干擾，實際上天然光的有效利用率并不高。如何通過較低的投入，實現(xiàn)天然光更有效的利用，提升光環(huán)境品質(zhì)，是提高天然光利用的最大挑戰(zhàn)。此外，大量田野調(diào)查證明提高人工照明質(zhì)量也有利于調(diào)動學(xué)生積極情緒，嚴(yán)永紅團隊正在進行的研究表明，適應(yīng)課堂內(nèi)容與活動的多樣性的教室情景照明也會對情緒調(diào)節(jié)起到一定作用[76]。總之，光照對于情緒的影響作用逐漸被人們認(rèn)知，促進積極情緒、保證心理健康將成為未來教室健康光環(huán)境的重要研究方向之一，有待進一步深入的研究。
健康的光環(huán)境不僅關(guān)系學(xué)生的生理發(fā)育，并且對學(xué)生的心理[5]與情緒調(diào)節(jié)有一定影響，進而影響學(xué)生的表現(xiàn)[6]和學(xué)習(xí)成績[7]。目前，關(guān)于教室的天然光[8,9]以及人工光的照度[10,11]、照度均勻度[12]、色溫[13]等對心理情緒作用的研究已取得一定的成果，本文將對光照與情緒調(diào)節(jié)相關(guān)性的研究進行綜述，并對國內(nèi)外健康教室光環(huán)境的研究趨勢與動態(tài)進行梳理。
1、情緒的產(chǎn)生
James[14]于1884年提出“情緒是什么?”James-Lange理論認(rèn)為情緒是由自主神經(jīng)系統(tǒng)作用產(chǎn)生，即某一刺激引起生理反應(yīng)，而生理反應(yīng)進一步導(dǎo)致情緒體驗的產(chǎn)生，情緒是身體反應(yīng)的有意識體驗[15]；Cannon-Budd理論認(rèn)為，中樞神經(jīng)系統(tǒng)的丘腦控制情緒誘發(fā)，通過傳遞刺激同時激活生理與情緒反應(yīng)[16]；認(rèn)知理論認(rèn)為生理刺激經(jīng)過認(rèn)知、評估和環(huán)境作用才能產(chǎn)生情緒[17]。MOORS[18]在相關(guān)綜述文章中用“情緒發(fā)作”來表示從接受刺激到情緒造成的后果的全部過程，包括認(rèn)知、感覺、動機、軀體、運動等多成分復(fù)雜過程。在生理醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，情緒的產(chǎn)生機制則與下丘腦[19]、內(nèi)分泌[20]等生理因素有關(guān)，但關(guān)于情緒和情感的產(chǎn)生與表現(xiàn)的基本本質(zhì)和神經(jīng)過程仍然存在爭議[21]。
2、光照對情緒的影響
光信號通過視網(wǎng)膜上的第三類感光細(xì)胞（ipRGCs）傳輸至丘腦周圍的丘腦周圍核（PHb），進而調(diào)節(jié)情緒變化[22]。20世紀(jì)80年代，Lewy等[23]發(fā)現(xiàn)天然光的照射時長可能會影響抑郁程度，采用模擬日光的人工光源可用于光療。目前，光療法已成為臨床醫(yī)學(xué)領(lǐng)域治療季節(jié)性情感障礙（SAD）的方案之一，也被用作長期心理疾病的治愈手段。Figueiro等[24]在對阿爾茨海默病及相關(guān)癡呆（以下簡稱“ADRD”）患者進行為期11周臨床治療的研究中發(fā)現(xiàn)，實驗設(shè)定的光照能夠顯著減輕ADRD患者的抑郁癥狀，提高睡眠效率。Partonen等[25]在芬蘭冬季進行實驗中發(fā)現(xiàn)，在接受連續(xù)4周、一周5日、一日1h的高強度的日照后，上班族的工作熱情明顯提升。Keis等[26]發(fā)現(xiàn)不同的人工光照條件對學(xué)生的愉悅感的刺激程度有所不同。
國際照明委員會（CIE）在20世紀(jì)90年代后期開始關(guān)注光環(huán)境與情緒之間的關(guān)系[27]。近年來，國內(nèi)學(xué)者也在展開室內(nèi)光環(huán)境與情緒相關(guān)性的研究。郝洛西等[28]基于人因健康對醫(yī)療建筑、養(yǎng)老建筑領(lǐng)域展開健康照明研究，探索適宜老齡人積極情緒的照度與色溫的合理組合。嚴(yán)永紅等在工廠[29]、教室[30]等不同場景中研究動態(tài)照明對被試者的情緒影響。關(guān)楊[31]基于情緒評價的回歸分析對不同光環(huán)境下的生物效應(yīng)照度與情緒指數(shù)的相關(guān)性展開研究。莊乙瀟與林燕丹[32]闡述了光對部分情緒障礙疾病的治療原理，并對情緒障礙疾病治療中光療的研究現(xiàn)狀進行了分析。
研究表明，室內(nèi)光環(huán)境除了影響人的視力健康、生理節(jié)律、睡眠、警惕性等方面，還與情緒波動存在一定的相關(guān)性。因此，教室光環(huán)境對學(xué)生的心理與情緒的作用，應(yīng)引起廣泛關(guān)注和深入研究，并被考慮逐步運用于建筑物理環(huán)境設(shè)計中去。
3、光照與情緒的實驗研究
3.1 天然光
在建筑光學(xué)與生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，健康照明還包括天然光對被試作用與影響的研究。早期研究已表明，擁有天然光的教室更受學(xué)生的青睞[33]，有助于提升學(xué)生記憶力[34]和學(xué)習(xí)積極性[35]，且基于對室內(nèi)熱工環(huán)境最小影響的情況下，最大化北向教室的日光量可提高學(xué)生的感知能力[36]。Arns等[37]發(fā)現(xiàn)日照強度與ADHD（注意力缺陷/多動障礙）患病率之間存在顯著相關(guān)性，高照度對ADHD的有效預(yù)防作用可能是由于早晨強烈的天然光抵消相位延遲的影響，以防止夜間睡眠延遲和減少睡眠時間。Hayashi[38]在對一名患自閉癥的15歲青少年的進行一年的跟蹤報告中發(fā)現(xiàn)，其睡眠障礙從1月至6月逐漸減少，在7月和8月消失，行為問題(如哭泣)從1月至6月逐漸減少，這種變化與日光量增加存在一定相關(guān)性。
（1）天然光對情緒的調(diào)節(jié)。天然光是比人工照明更有效的晝夜節(jié)律調(diào)節(jié)器[39]。Leslie等[8]在探究建筑采光的設(shè)計目標(biāo)時，發(fā)現(xiàn)晝夜節(jié)律刺激（CS，即褪黑素抑制）可使晝夜節(jié)律同步并因此促進睡眠、機敏性和次日學(xué)生情緒狀態(tài)，而提供足夠的天然光能促進晝夜節(jié)律刺激。Gbyl等[40]收集了一年內(nèi)的情感障礙癥患者的住院情況，其中一項統(tǒng)計表明，對于住院的抑郁癥患者來說，住在東南朝向病房的患者的康復(fù)速度明顯比住在西北朝向病房的患者的快得多，兩者的平均恢復(fù)時間為29.2（±26.8）和58.8（±42.0）天，這種現(xiàn)象與室內(nèi)日光量呈現(xiàn)一定相關(guān)性，與西北朝向的病房相比，東南朝向的病房接受到的太陽直射光更多，室內(nèi)顯得更加明亮，因此造成了恢復(fù)時間的差異，這項結(jié)果支持了天然光作為抑郁癥改善因素的相關(guān)研究。
Acosta等[41]提出人的情緒調(diào)節(jié)不僅需要天然光刺激，還要求一定的持續(xù)照射時長。在無法接收日光持續(xù)照射的大部分下午時間中，受試者更易出現(xiàn)身體疲倦、情緒低落等狀態(tài)[42]，而午餐后持續(xù)半小時的1000lx～4000lx天然光照射可減少身體疲倦感以調(diào)節(jié)被試的消極情緒[43]。Borisui等[43]為避免窗外景物對被試情緒的干擾，在實驗組（天然光條件）中使用半透明百葉遮擋下部窗戶，被試在視平面垂直照度1000lx～2000lx的日光條件下，情緒較對照組（人工光條件）更為積極，并且情緒改善與下午4點的色溫升高有關(guān)，故推測情緒改善在日光利用率較高的時間出現(xiàn)。在電燈未發(fā)明之前，日光一直是人類調(diào)節(jié)晝夜節(jié)律的唯一光源。而在現(xiàn)代社會中，人們將大部分時間都花在室內(nèi)，人工照明模糊了晝夜之間的區(qū)別，造成晝夜節(jié)律的紊亂，缺乏日光，人體健康可能會受到損害。
（2）天然光利用現(xiàn)狀。實際上，進入室內(nèi)的天然光并非越多越好，過量天然光導(dǎo)致的室內(nèi)天然光分布不均也會引發(fā)學(xué)生的抱怨[44]。Bluyssen等[45]在荷蘭對21所學(xué)校的54間教室進行室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量（IEQ）測量，并對1311名小學(xué)生（8歲～12歲，平均10歲）展開問卷調(diào)查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，42%的學(xué)生因日光直射或桌面、黑板反射造成的眩光而受到干擾，不舒適眩光嚴(yán)重影響學(xué)生的上課情緒和學(xué)習(xí)表現(xiàn)。Axarli和Meresi[46]的一項相關(guān)研究調(diào)查了希臘三個不同城鎮(zhèn)的20個教室的物理環(huán)境和學(xué)生的主觀報告，為了阻擋照射書桌或黑板的太陽直射光，學(xué)生會將窗簾關(guān)閉，打開電光源。嚴(yán)永紅等[47]在對重慶某小學(xué)6間教室（南北各3間）進行光環(huán)境調(diào)研的過程中發(fā)現(xiàn)，晴天南向教室側(cè)窗的室內(nèi)天然光照度變化非常大（圖1），且分布很不均勻（圖2），靠窗處存在強烈的眩光，對學(xué)生的干擾很大，因此學(xué)生普遍使用不透光窗簾進行遮擋，但這會造成較低的天然光利用率。
圖1 晴天教室照度變化
圖2 南向教室沿進深方向照度變化
（3）有效利用天然光。一些研究[48,49]提出可在南向教室設(shè)置自動反射百葉的構(gòu)造裝置，當(dāng)太陽直射窗口時，反射百葉啟動，并將日光反射至室內(nèi)遠(yuǎn)窗處壁面，避免日光直射近窗處的桌面造成眩光，且百葉角度隨著太陽移動而變化；當(dāng)窗口無日光直射時，百葉合起使漫射光進入室內(nèi)，雖然這種裝置會減少室內(nèi)的天然光量，但能夠通過改善室內(nèi)的天然光分布來提高天然光利用率、避免眩光以及減少人工照明的需求。Meresi[50]在對希臘南向教室的進一步研究中表明，將百葉反光鏡放置于離室內(nèi)地面2m處，寬度為0.8m±0.2m，傾斜角度為10°～20°（室外一側(cè)較高），反射系數(shù)高達(dá)90%，其在晴天改善天然光分布和防眩光效果均表現(xiàn)出最佳。
早在1967年，Keyes[51]就將室內(nèi)遮陽卷簾材料分為九種類型，對其進行光反射率的分析與評估。卷簾由于顏色和圖案會形成不同程度的陰影與編制結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致不同程度的光透射、反射率，從而保證采光并控制眩光。Chan等[52]則進一步提出針對不同場景使用不同特性卷簾的建議，由于房間的大小、朝向與玻璃特性存在差異，使用不同的開口率和透光率的卷簾，能夠有效避免窗口產(chǎn)生直射眩光并提高天然光利用率。
美國新澤西州東布倫瑞克（East Brunswick）中央小學(xué)的側(cè)窗采用將LCP（laser cut panels，即激光切割面板）作為中間膜的夾層玻璃[53]。LCP通常以30°入射角為臨界值折射太陽高度角較大（正午、夏季）的陽光，透過角度較?。ㄈ缜宄俊砗投荆┑年柟?，很大一部分強光經(jīng)折射向上偏轉(zhuǎn)，從而減少眩光以調(diào)整室內(nèi)天然光分布，增加遠(yuǎn)窗處的壁面照度。LCP還可用作遮陽系統(tǒng)中的百葉窗，當(dāng)啟動百葉窗時，它們充當(dāng)遮陽設(shè)備并阻擋強烈的直射陽光。此外，對天然光和人工光源集成系統(tǒng)的需求已被廣泛接受[54,55]。這些設(shè)計既能避免眩光，提高室內(nèi)天然光分布均勻度，使教室充分利用天然光以節(jié)約照明能耗，又能調(diào)節(jié)晝夜生理節(jié)律，改善學(xué)生與天然光完全隔絕的亞健康狀態(tài)和沉悶壓抑的負(fù)面情緒。
總之，天然光的利用應(yīng)從窗洞口設(shè)計、遮陽形式、反光與導(dǎo)光裝置等多方面進行考慮，新建教學(xué)樓的采光應(yīng)該兼顧三者的合理設(shè)計;在教室天然光改造中，合理設(shè)計移動遮陽形式與反光裝置來提高天然光利用率更能滿足經(jīng)濟性與可行性的考慮。因此，如何有效避免眩光而充分利用天然光進行生理節(jié)律與學(xué)生情緒調(diào)節(jié)，是教室健康光環(huán)境研究亟待解決的問題之一。
3.2 人工光
人工光是增加室內(nèi)照度的主要措施，尤其是在冬季教室采光嚴(yán)重不足、北向教室的天然光照度不達(dá)標(biāo)的情況下，需要采用人工光補充照明。目前世界上的教室普遍采用熒光燈與LED作為教室人工照明的主要光源，近年來人工光環(huán)境對學(xué)生情緒影響的研究也取得一定的成果。
（1）劣質(zhì)照明的危害。教室的熒光燈會發(fā)出肉眼不可察覺的頻閃，50Hz～100Hz的頻閃會損傷認(rèn)知能力[56]、視覺性能[57]、健康[58]與舒適度[59]，此外，熒光燈頻閃可能會加重學(xué)齡兒童的多動癥[60]和自閉癥兒童的重復(fù)性行為[61]；Winterbottom等[62]在對英國11所中學(xué)和6個地方教育機構(gòu)的90個教室進行調(diào)研時發(fā)現(xiàn)，教室的大部分燈具是以裸燈的形式安裝，形成強烈的光源眩光，眩光會對青少年造成較高的敏感性[63]、煩躁[64]等不適現(xiàn)象，值得注意的是，其中88%的教室平均照度超過了照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)建議值，且84%的教室由于平均照度過高，其視覺舒適度降低。
（2）提高照明質(zhì)量，促進情緒調(diào)節(jié)。使用相同的熒光燈，但使用高頻控制電路驅(qū)動，將閃爍頻率增加到32kHz，可以減少頭痛[59]。Schreiber[65]表示降低空間亮度對比，孩子們變得更加放松并會對課堂活動產(chǎn)生興趣。Shapiro[66]等指出，在間接漫射全光譜熒光燈下，兒童的不良適應(yīng)行為變得越來越少。Keis等[26]采用對照試驗發(fā)現(xiàn)高中生在清晨的時候暴露于室內(nèi)4000K的直接照明與14000K的間接照明（向上照天花板）的白光中，能夠獲得更愉悅的心情。Shin等[67]通過研究也發(fā)現(xiàn)，直接/間接照明比直接照明提供了更多的愉悅感和涼爽感。另外，使用臺燈、可控光和不同顏色的光能對改善情緒起到一定作用[44]。Winterbottom等[62]表示在日光量較少的遠(yuǎn)窗處桌面需要充足的人工照明，但對于日光充足的近窗處區(qū)域，多余的人工照明只會增加非必要的照度，建議降低近窗處的燈具亮度甚至關(guān)閉人工照明。
Cajochen等[68]對比測試了全光譜LED與普通led照明對人體的影響作用，結(jié)果表明全光譜LED對健康被試者的情緒、視覺舒適度、白天警覺性和睡眠質(zhì)量具有積極的作用，被試者在接受全光譜照明的早晨和晚上感到更快樂。全光譜LED的光譜在450nm處沒有峰值，在440nm以下，在460nm～520nm之間以及在620nm以上具有較高的光譜輻照度（spectral irradiance），因此它可能與日光更加匹配（圖3）。圖4對比了兩種LED照明對五種不同類型的視網(wǎng)膜感光器傳遞的刺激量。Vitasek等[69]同樣提出一種模仿夏季從日出到日落的晴天的室內(nèi)人工光源，并通過LightTools模擬和實驗測試證明，模擬夏季日光以改善人的情緒是可行的。
圖3 全光譜LED與普通LED的光譜（圖片來源：文獻[68]）
圖4 視網(wǎng)膜感光器接受的刺激（圖片來源：文獻[68]）
學(xué)生長期處于固定不變的人工光環(huán)境中，易產(chǎn)生學(xué)習(xí)疲憊、精神渙散等表現(xiàn)，消極情緒增加，學(xué)習(xí)狀態(tài)下降[46]。Castilla等[70]在另一項研究中指出，目前各國高等學(xué)校都在積極采用新的教學(xué)方法和技術(shù)，隨著課桌布置或教學(xué)活動的變化，相應(yīng)的光環(huán)境也應(yīng)隨之變化，更多精細(xì)化和人性化的照明設(shè)計將融入到這一類教育空間中去，滿足不同的使用需求。
在教室非上課期間給予適時適量的彩光照明，能夠積極調(diào)動學(xué)生的情緒，提升課堂表現(xiàn)[71]。Kombeiz等[72]研究發(fā)現(xiàn)通過燈光將白墻照成彩色與彩色墻面能給人以相同的感受。Barkmann等[73]基于行為模式預(yù)設(shè)了7種不同色溫與照度組合的照明模式，光色統(tǒng)一使用冷光，結(jié)果顯示學(xué)生和教師對多變的照明模式給予了積極評價，并在課堂上發(fā)現(xiàn)具有一定情緒改善作用。Wessolowski等[74]為了探究不同照明模式對學(xué)生煩躁情緒、攻擊性和親社會行為的影響，對德國漢堡的110名不同年齡和學(xué)校類型的學(xué)生以及11位老師進行調(diào)查，結(jié)果顯示照明的多樣性能有效緩解學(xué)生的煩躁情緒，減少其攻擊性并改善社交行為。Gabel等[75]發(fā)現(xiàn)模擬自然日出的情景照明（色溫1090K～2750K，垂直照度0～250lx）會使人產(chǎn)生更好的主觀情緒和幸福感。
以上研究表明情景照明可以在優(yōu)化教室光環(huán)境和調(diào)節(jié)學(xué)生情緒方面發(fā)揮一定的作用，但需進一步研究進行顯著性的驗證。情景照明強調(diào)運用非常規(guī)照明方式來增加室內(nèi)空間的藝術(shù)氛圍，根據(jù)環(huán)境與需求的變化而作出色溫、光色、照度、照明模式的改變。因此在教室課間、班會等活動中可以考慮使用情景照明活躍教室氣氛，提升學(xué)習(xí)表現(xiàn)，調(diào)節(jié)學(xué)生情緒。
5、討論與總結(jié)
在教室中保證良好的光環(huán)境質(zhì)量是一項復(fù)雜的研究，由于學(xué)生課業(yè)緊張，而光照對學(xué)生情緒的影響需要進行較長時間、穩(wěn)定的跟蹤研究，并除去非教學(xué)時間段的其他光環(huán)境對學(xué)生情緒的干擾。如何在不影響教學(xué)進度的情況下展開這一研究，并獲得可信的結(jié)論，是研究者需要面對的問題。此外，晝間的教室光環(huán)境大部分時間由天然光與人工光混合構(gòu)成，其光分布、強度、光譜組成等隨時間、季節(jié)而改變，也給研究帶來了更大的挑戰(zhàn)。
天然光比人工光更有利于晝夜節(jié)律與情緒調(diào)節(jié)，但由于眩光的干擾，實際上天然光的有效利用率并不高。如何通過較低的投入，實現(xiàn)天然光更有效的利用，提升光環(huán)境品質(zhì)，是提高天然光利用的最大挑戰(zhàn)。此外，大量田野調(diào)查證明提高人工照明質(zhì)量也有利于調(diào)動學(xué)生積極情緒，嚴(yán)永紅團隊正在進行的研究表明，適應(yīng)課堂內(nèi)容與活動的多樣性的教室情景照明也會對情緒調(diào)節(jié)起到一定作用[76]。總之，光照對于情緒的影響作用逐漸被人們認(rèn)知，促進積極情緒、保證心理健康將成為未來教室健康光環(huán)境的重要研究方向之一，有待進一步深入的研究。
