人因技术支持下住区环境分析实验课程建设研究——以老旧小区户外环境分析为例

张翠娜，郜 飞，张君怡，韩 培，孙 璐

(1．汕头大学 工学院，广东 汕头 515063；2．哈尔滨学院 教师教育学院，黑龙江 哈尔滨 150086；3．哈尔滨理工大学 建筑工程学院，黑龙江 哈尔滨 150006)

人因工程学(Ergonomics)是研究人在某种环境中的生理、心理等方面因素；研究人和机器及环境的相互作用；研究人的健康、安全和舒适等问题的交叉学科。[1]近年来，依托该学科新兴的“环境监测”“行为观察分析”“眼动追踪”“可穿戴生理记录”等人因技术与设备迅速发展，为环境行为领域科研与教学提供新的途径。

“居住区规划设计”是建筑设计方向重要设计课程，居住区环境行为分析是本课程的重要调研与实验环节，同时也是“城乡规划原理”“村镇规划设计”等理论课的延伸与实操。人因技术支持下的居住区环境行为分析实验环节是学生调研实践能力培养和建筑环境行为研究的重要平台。

一、研究现状与分析

(一)研究现状

1．“建筑环境行为分析”实验教学研究尚缺乏

当前环境行为、环境心理方面的教学研究主要围绕应用型人才培养、整合教学模式、教学内容探索等方面。[2-4]截止2022年7月19日，中国知网检索“环境行为学”课程研究9篇，涉及案例式教学、建筑设计与风景园林专业背景下教学等方面，实践教学方面，[5-7]许芗斌等人开展了以渐进式空间尺度为核心的实践环节教学研究。[8]但总体来说，在建筑环境行为学领域的实验教学研究尚缺乏。

2．人因辅助“建筑环境行为”教学研究较少

胡扬本着实现教育科技化的目的，将VR技术应用到环境行为学教学中，形成以学生为主体的教学模式。[9]VR技术也有在动漫专业实践教学中的应用研究，[10]但由于人因工程技术发展时间有限，目前基于人因技术辅助建筑环境行为类课程教学论文尚鲜有发现。Ayan基于VR技术的虚拟教学开发环境等，进行虚拟教学技术结构和实际案例研究。[11]Umemura、Shatu也在环境行为课程中进行了VR工具的开发应用和案例研究。[12-13]可见，在当下建筑、环境、行为相关教学中，人因技术体现主要以VR为主，其他技术较少。

3．人因与“建筑环境行为”研究方兴未艾

相比较于教学研究，人因与环境行为在科研领域研究颇有一些。朱晓玥、刘凌汉通过Ergo-lab人机环境交互平台通过测试皮肤电导水平及心率变异性等指标，利用实景照片和效果图研究户外环境恢复效应。[14-15]朱玉洁借助眼动仪和声景感知评价问卷探究声景感知对森林公园视觉注意力恢复效益的影响。[16]Franěk等人研究证明了眼球运动与感知恢复具有积极联系。[17]Mavros等人利用皮电等无线生理设备研究人生理反应、个体情绪与空间环境的关系。[18]目前，人因技术融入建筑、环境、行为相关研究不断涌现，研究人因技术促进建筑环境设计与相关教学势在必行。

(二)问题分析

针对当前研究现状，人因辅助建筑环境教学有如下问题亟待研究：

1．人因技术支持的建筑环境行为分析实践教学构建

主要包括：课程教案、课程大纲、教学模式、操作流程等，亦包括：实践环节推广、学生动手实操能力培养等问题。

2．人因实验结果导向的建筑环境设计的推动

逐步扭转由于技术所限而采取的定性居住区环境设计方法，培养学生从定量角度科学的获取环境对行为、心理影响，指导学生基于人因实验结果完成居住区环境设计方案。

3．多项人因技术设备户外真实场景实践教学和科学研究的开展

拓展VR外其他技术，如：PsyLAB行为观察分析系统、ErgoLAB物理环境监测系统、智能穿戴人因记录仪等技术设备在户外真实场景而非虚拟实验室的“环境行为分析”实验教学，推动此类人因工程与“建筑环境行为”相关科学研究。

(三)课程建设必要性

1．探索基于人因的环境行为实验课程

为增加建筑专业“环境行为”相关实验教学研究、拓展多项人因技术融入教学与实践，促进人因与环境、行为领域的科研与教学发展，人因工程技术支持下的“建筑环境行为分析”实验课程建设与实践急需开展。

2．促进老旧小区环境改造研究

当下，老旧小区改造是我国城市更新进程的重要环节，老旧小区设施陈旧、用地紧张等环境问题突出。在自然、社会、经济等环境交互作用下，老旧小区居民身心健康、户外行为等具有特殊性。老旧小区户外环境行为分析是城市更新改造不容忽视之处。

本文将以“老旧小区环境行为分析”为例，对上述问题展开研究。

二、教学改革内容及目标

(一)教学改革内容

居住区规划设计课程“老旧住区环境行为分析”实验环节，改革内容如下：

1．制定基于人因的“环境行为分析”实验方案

在居住区规划设计调研环节，制定基于人因技术的环境行为分析实验方案，包括：制定实验目标、选择人因工程设备、初筛调研地点、设置调研分组、制定实践操作流程、调研成果评价等。

2．实操基于人因的“环境行为分析”实验流程

按照上述实践方案，在“居住区规划设计”实践课时(16课时/学期)中实操环境行为分析实践流程，包括：调研地点勘测、实验设备使用培训、学生预调研、正式试验、实验结果分析与整理、撰写实践报告，形成居住区环境设计指导方案。

3．创建基于人因进行居住区环境设计的教学模式

根据实操流程反馈，总结基于人因的“环境行为分析”教学方法，确立基于人因实验实证结果指导建筑环境设计的教学理念，构建“居住区环境行为分析”及建筑学相关课程的“基于人因进行环境设计”的教学模式。

(二)教学改革目标

老旧小区户外环境行为分析实验课程改革，最终目标如下：

1．完成基于人因的居住区“环境行为分析”实验环节建设

形成“居住区环境行为分析”人因实践环节教学教案、教学大纲、实践操作手册、实践案例推广等一系列课程材料，完成基于人因设备的“环境行为分析”实验环节建设。

2．培养学生基于人因实验进行建筑环境设计的实践能力

项目期间，培养学生参与课程实践，通过“环境行为分析”人因实践课程，带领学生完成实践报告、环境设计方案，指导学生利用人因实验结果分析环境行为关系，培养其利用人因实验进行建筑环境设计的能力。

3．推动人因技术在建筑环境行为领域的教学与科研

推广基于人因技术的环境行为分析实践教学模式，为建筑学乃至其他环境心理学科教学提供参考。借助本研究带领学生参加“人因工程技术”相关科研项目，完成相关论文、专利等，推动人因与建筑领域科学研究。

三、改革方案与方法

下文以当前城市更新背景下老旧小区改造为主题，对老旧居住区环境行为实验的方案、方法和实施计划展开论述。

(一)制定实践方案

根据教学经验和文献查阅形成“人因实验”初步教案；与企业技术人员沟通确定实验设备、流程等细节；在前期理论课对学生访谈，获取敏感环境要素、分组信息等；制定详细造作流程，完成人因实验方案。

实践教案制定之前应对老旧小区户外环境特点、居民户外活动进行初步了解，根据户外环境特点选取特定类型空间若干，选取户外体力活动(Physical Activity，PA)作为主要行为研究对象，设定分析户外空间的物理环境特性、空间环境视觉特征等对居民体力活动、心理与生理指标影响为主要研究目的。

(二)实操实验流程

根据初步教案选取不同类型老旧小区户外空间4处为实验地点，包括楼下空地、小区广场、住区公园和住区广场四种类型；按照实验地点将学生分4组，每组8人左右(实验中选取22名随机志愿者，大学生同时辅助志愿者完成实验)；利用多项人因设备开展环境行为分析，包括：ErgoLAB物理环境测量模块测量物理环境测量；Psylab户外行为观察采集系统测量户外行为测量；ErgoLAB智能穿戴人因记录仪测量人群生理指标测量；Tobii Glasses2可穿戴眼动仪测量视觉环境反应测量；PsyLAB心理测评系统(问卷)测量人群心理测量。接下来，利用结构方程模型(SEM)对环境、行为、心理各变量进行分析，实验内容细则见图1。最后，学生提交实践实习报告、调研场所环境优化设计方案。

图1 实操“环境行为分析”实验流程图

(三)教学模式生成

根据实操流程反馈总结，编写基于人因技术的“居住区环境行为分析”实验教学大纲、实验手册，整理实验流程照片视频，以便推广应用。建构“环境行为分析”人因工程实验课程教学模式，包括教学理念、教学目标、教学程序、教学条件、教学评价等方面，形成可复制、可推广的教学机制，具体内容如下：

1．教学理念

利用“环境行为分析”人因实验，实践利用实验数据辅助学生完成建筑环境设计的教学理念。

2．教学目标

培养学生利用智能新技术获取“人因”与建筑环境数据，完成提高学生动手实操和循证设计能力的教学目标。

3．教学程序

通过“实验设计→智能新技术应用→验证理论和主观假设→指导设计”的步骤履行教学程序。

4．教学条件

通过实操流程，检验“调研场地+实验设备+被试人员等”教学条件。

5．教学评价

通过考核“调研准备、学生实验指导、学生设计能力培养”等，建立该实践环节的教学评价体系。

四、总结与分析

1．“环境行为分析”是人因工效学、建筑学领域都关注的重要议题，也是建筑学专业研究的重要内容，然而，这一内容与人因技术结合的教学研究仅在VR领域有少量研究，本文建构了真实场景中利用PsyLAB行为观察分析系统、ErgoLAB物理环境监测系统、智能穿戴人因记录仪等多种人因技术与设备开展环境行为分析的实践教学体系，是复合人因技术支持“环境行为研究”实践课程的新探索。

2．建筑环境行为学主张从环境对行为、心理“影响”入手来指导建筑环境设计，然而一直以来，设计院、设计课都由于技术所限更多以定性方法来分析这种“影响”。本文将人因设备使用引入环境设计教学，培养学生从定量角度科学的获取环境对行为、心理影响，为以人因实验结果为导向进行建筑环境设计制定实践流程。

3．以往基于人因与工效学的环境行为研究，大多在实验室完成，环境采样更多为虚拟的视觉、声音等场景，本研究选取户外真实场景为实验地点，进一步探索人因技术在户外真实场景辅助课程实验和科学研究的新模式。

综上所述，本文在分析人类工效学和“环境行为”教学等相关问题基础上，建构了基于人因技术的住区环境行为分析实验课程体系，包括课程改课内容、改革目标、课程实施方案、方法与步骤等详细内容，为此类课程开展提供指导，也为相关领域教学研究提供启示。