夏熱冬冷地區(qū)室內(nèi)溫度對(duì)學(xué)生認(rèn)知能力與認(rèn)知負(fù)荷的影響研究

汪 成，方潛生1，，楊亞龍1，，張 睿1，

（1.智能建筑與建筑節(jié)能安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽 合肥 230022；2.安徽建筑大學(xué) 電子與信息工程學(xué)院，安徽 合肥 230601）

學(xué)生一天中大約有30%的時(shí)間是在教室里度過(guò)的，所以教室環(huán)境與學(xué)生的學(xué)習(xí)和健康息息相關(guān)[1]。不舒適的教室環(huán)境不僅會(huì)帶來(lái)病態(tài)建筑綜合征（SBS），還會(huì)影響學(xué)生的認(rèn)知能力，而熱舒適對(duì)環(huán)境舒適性起著決定性的作用。因此，室內(nèi)的熱環(huán)境要在保證學(xué)生熱舒適前提下，保障學(xué)生的高認(rèn)知能力。2007 年，國(guó)務(wù)院辦公廳在《關(guān)于嚴(yán)格執(zhí)行公共建筑空調(diào)溫度控制標(biāo)準(zhǔn)的通知》中規(guī)定，夏季室內(nèi)空調(diào)溫度設(shè)置不得低于26 ℃，冬季不得高于20 ℃。由于區(qū)域差異，不同地區(qū)夏季空調(diào)的溫度設(shè)定值不同，學(xué)生的熱舒適范圍也不同。熱變化對(duì)認(rèn)知性能的影響呈現(xiàn)一種擴(kuò)展的u 型關(guān)系[2]，在溫度范圍內(nèi)相對(duì)穩(wěn)定。因此，這一規(guī)定是否可以應(yīng)用于教育建筑，還需要進(jìn)一步的研究。

教學(xué)樓的熱不適會(huì)分散師生的注意力，影響他們的認(rèn)知能力與認(rèn)知負(fù)荷。Cho[3]分析了不同夏季高溫下學(xué)生的學(xué)習(xí)成績(jī)，發(fā)現(xiàn)溫度過(guò)高對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)成績(jī)有負(fù)面影響；Sarbu[4]發(fā)現(xiàn)，當(dāng)夏季室內(nèi)溫度約為27 ℃時(shí)，22～24 歲的學(xué)生表現(xiàn)最佳；Zhang[5]研究顯示，25 ℃的溫度可以有效降低人員的認(rèn)知負(fù)荷，而不影響其熱舒適與認(rèn)知能力。

在保障學(xué)生的熱舒適情況下，以較低的認(rèn)知負(fù)荷獲得較高的認(rèn)知表現(xiàn)，則可認(rèn)為該溫度下的熱舒適是有效的。因此，本研究通過(guò)兩種溫度條件下學(xué)生的認(rèn)知負(fù)荷與認(rèn)知表現(xiàn)，探究國(guó)務(wù)院辦公廳倡導(dǎo)的溫度是否適合夏熱冬冷地區(qū)的室內(nèi)環(huán)境。

1 研究方法

1.1 實(shí)驗(yàn)環(huán)境

本實(shí)驗(yàn)在安徽建筑大學(xué)北校區(qū)智能建筑與建筑節(jié)能安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。該實(shí)驗(yàn)室配備精密空調(diào)（HADC0191）1 臺(tái)，確保實(shí)驗(yàn)所需的熱濕環(huán)境穩(wěn)定，在實(shí)驗(yàn)中控制兩種溫度（26 ℃與28 ℃），相對(duì)濕度為57%左右。同時(shí)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)壁采用了隔音材質(zhì)，保證實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不會(huì)受到外界噪音的干擾，減少實(shí)驗(yàn)誤差。本實(shí)驗(yàn)選擇了飛利浦T8 型熒光燈管，燈管型號(hào)是TL-D。通過(guò)對(duì)搭建的可移動(dòng)燈架進(jìn)行調(diào)節(jié)來(lái)控制熒光燈的高度，從而控制投射到工作面的照度，以此滿足受試者所需的光環(huán)境。

本實(shí)驗(yàn)挑選受試者的年齡在20～24 歲，無(wú)慢性疾病和色盲，身體質(zhì)量指數(shù)（BMI）在18.5～23.7 之間，且在安徽居住3 年及以上，最終滿足實(shí)驗(yàn)條件的共有13 名學(xué)生。受試者在實(shí)驗(yàn)前被告知不要飲用任何刺激性飲料，確保睡眠質(zhì)量，保持情緒穩(wěn)定，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不要從事劇烈活動(dòng)。

1.2 實(shí)驗(yàn)流程

通過(guò)文獻(xiàn)調(diào)研可以發(fā)現(xiàn)，溫度范圍在21～28℃時(shí)人對(duì)熱環(huán)境感到滿意，超過(guò)28 ℃時(shí)人們對(duì)熱環(huán)境開(kāi)始感到不滿意并且會(huì)影響到人們的學(xué)習(xí)效率[6]，而國(guó)務(wù)院文件規(guī)定溫度為26 ℃，本文為了研究這兩種溫度對(duì)認(rèn)知負(fù)荷與認(rèn)知能力的影響，實(shí)驗(yàn)中控制兩種溫度（對(duì)照組26 ℃和實(shí)驗(yàn)組28 ℃），相對(duì)濕度約為57%，詳細(xì)信息如表1 所示。

表1 實(shí)驗(yàn)環(huán)境參數(shù)表

實(shí)驗(yàn)過(guò)程如圖2 所示。實(shí)驗(yàn)在早上9 點(diǎn)開(kāi)始，首先，受試者進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室適應(yīng)環(huán)境30 min，在此期間，根據(jù)受試者的喜好調(diào)整光強(qiáng)、聲強(qiáng)；然后他們可以選擇看書(shū)等休閑活動(dòng)，并第一次提交熱舒適度問(wèn)卷調(diào)查表；接著由實(shí)驗(yàn)員輔助受試者配備儀器（心電圖記錄電極連接方法見(jiàn)右圖1），完成5 項(xiàng)認(rèn)知任務(wù)；之后，受試者填寫(xiě)NASA-TLX 認(rèn)知負(fù)荷問(wèn)卷。經(jīng)過(guò)5 min 的休息，N-back 任務(wù)在每個(gè)溫度下執(zhí)行三個(gè)難度等級(jí)，心電圖記錄儀記錄受試者在任務(wù)期間的心電圖。在完成所有任務(wù)后，受試者再次填寫(xiě)熱舒適度問(wèn)卷調(diào)查表，實(shí)驗(yàn)結(jié)束。

圖1 IEQ 實(shí)驗(yàn)室的平面圖（左），心電圖電極連接方法（右）

圖2 實(shí)驗(yàn)的時(shí)間線圖

為減少因?qū)W習(xí)效應(yīng)不同而產(chǎn)生的偏差，受試者隨機(jī)在兩種溫度條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，即所有受試者隨機(jī)抽取兩種溫度實(shí)驗(yàn)先后順序。

1.3 實(shí)驗(yàn)測(cè)量

1.3.1 物理測(cè)量

采用熱舒適記錄儀（北京天建華儀表技術(shù)發(fā)展有限公司SSDZY-1）對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)境中的空氣溫度、空氣濕度和空氣流速進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸記錄。在實(shí)驗(yàn)中，光和噪音的強(qiáng)度是根據(jù)受試者的喜好進(jìn)行調(diào)整的。

熱舒適記錄儀用于監(jiān)測(cè)包括環(huán)境溫度、相對(duì)濕度、風(fēng)速和輻射溫度在內(nèi)的四種室內(nèi)環(huán)境參數(shù)（測(cè)量位置如圖1 所示）。它測(cè)量的是-20 ℃到80 ℃范圍內(nèi)的溫度和全球溫度；相對(duì)濕度的測(cè)量范圍為0.01～99.9RH%，相對(duì)濕度的測(cè)量范圍為0.01～99.9RH%，風(fēng)速的測(cè)量范圍為0.05～5 m/s，精度為0.01。采用Sentry 色溫照度計(jì)（ST250）監(jiān)測(cè)環(huán)境中的照度和CCT。ST250 測(cè)量照度范圍0-99990 lx，精度0.1，CCT 測(cè)量范圍0-99990 K，精度1 K。

1.3.2 認(rèn)知表現(xiàn)

在本研究中，受試者被要求完成5 項(xiàng)認(rèn)知任務(wù)，并記錄和分析得分：

長(zhǎng)期記憶任務(wù)（LM）。10 min 的時(shí)間記憶不同的課文，完成其他任務(wù)后，回憶詞匯，記錄正確的詞匯數(shù)量。

舒爾特訓(xùn)練（TS）。本任務(wù)是一種注意力測(cè)試，在計(jì)算機(jī)屏幕上有一個(gè)5×5 大小的正方形，數(shù)字1-25 隨機(jī)排列在正方形中，受試者需要按順序點(diǎn)擊這些數(shù)字，然后記錄完成時(shí)間。

反應(yīng)時(shí)間任務(wù)（RT）。本任務(wù)主要記錄受試者視覺(jué)刺激發(fā)生改變時(shí)的響應(yīng)時(shí)間。

數(shù)字廣度任務(wù)（DS）。順序排列的帶數(shù)字的方塊出現(xiàn)在屏幕的不同位置，受試者需要記住這些方塊，然后按正確的順序依次點(diǎn)擊這些方塊，記錄完成該關(guān)卡的難度。本研究中要求受試者在3 min內(nèi)通過(guò)更多的關(guān)卡。

斯特魯普任務(wù)（ST）。本任務(wù)主要測(cè)試背景顏色和語(yǔ)義干擾對(duì)視覺(jué)感知的影響，要求受試者選擇地處理視覺(jué)信息。在任務(wù)執(zhí)行過(guò)程中，屏幕上會(huì)出現(xiàn)一個(gè)表示顏色名稱的單詞，要求受試者快速準(zhǔn)確地點(diǎn)擊與背景顏色含義不同的選項(xiàng)，在錯(cuò)誤的點(diǎn)擊結(jié)束時(shí)記錄正確的數(shù)字。

N-back 任務(wù)。這個(gè)任務(wù)中有三個(gè)難度等級(jí)（1-back，2-back，3-back）。在2500ms 的 時(shí) 間 間隔內(nèi)，受試者需要判斷當(dāng)前刺激與前N 個(gè)刺激的顏色與位置是否相似，實(shí)驗(yàn)員記錄最終的正確率。

1.3.3 主觀評(píng)估

NASA 任務(wù)負(fù)載（NASA-TLX）。NASA-TLX通常被用來(lái)量化受試者的認(rèn)知工作量，本文采用NASA-TLX 量化指標(biāo)中的五個(gè)主觀因素：心理需求、時(shí)間需求、表現(xiàn)水平、努力程度和挫敗感。

本研究采用熱感覺(jué)投票（Thermal Sensation Vote，TSV）和空氣品質(zhì)調(diào)查問(wèn)卷。熱感覺(jué)、熱可接受度、感知空氣品質(zhì)和空氣運(yùn)動(dòng)偏好在開(kāi)始和結(jié)束時(shí)都被記錄下來(lái)。熱感覺(jué)、感知到的空氣品質(zhì)和空氣流動(dòng)偏好問(wèn)卷采用七級(jí)尺度（值從-3 到3），其中空氣品質(zhì)和空氣流動(dòng)偏好得分越高，接受程度越高。熱可接受問(wèn)卷采用兩個(gè)選項(xiàng)（接受1，不接受0）。

1.3.4 HRV 測(cè)量

第一步，在計(jì)算HRV 之前，先對(duì)原始ECG 信號(hào)采用微分閾值法進(jìn)行QRS 波群的提取。

第二步，對(duì)處理后的ECG 信號(hào)進(jìn)行時(shí)域分析。本研究采用總體標(biāo)準(zhǔn)差（SDNN）參數(shù)評(píng)估HRV 一段時(shí)間內(nèi)的總體變化，具體計(jì)算方法：

（1）先求得均值（MEAN），旨在反映R-R 間期的平均水平，計(jì)算公式為：

其中：MEAN 代表R-R 間期的平均值，RRi代表第i個(gè)R-R 間期的實(shí)際值，N 代表共有多個(gè)R-R 間期。

（2）總體標(biāo)準(zhǔn)差（SDNN）計(jì)算公式為：

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用IBM SPSS Statistics 21 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。任務(wù)采集的數(shù)據(jù)首先通過(guò)Shapiro-Wilk 檢驗(yàn)進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn)。正態(tài)分布數(shù)據(jù)采用組內(nèi)配對(duì)樣本T 檢驗(yàn)，非正態(tài)分布數(shù)據(jù)采用對(duì)數(shù)變換滿足正態(tài)分布，然后進(jìn)行Pearson 相關(guān)分析。多因素重復(fù)比較，采用Mauchty’s Test 判斷數(shù)據(jù)是否符合球形分布，采用Bonferroni 調(diào)整進(jìn)行多次比較方差。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 熱感覺(jué)

如圖3 所示，在對(duì)照組（26 ℃）的情況下，大多數(shù)人感覺(jué)“中性”。在實(shí)驗(yàn)組（28 ℃）條件下，部分人的TSV 感知由“中性”變?yōu)椤皽嘏薄?/p>

圖3 對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組TSV 的分布圖

如圖4 所示，在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始和實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，要求受試者對(duì)當(dāng)前的熱接受度進(jìn)行評(píng)價(jià)。比較實(shí)驗(yàn)組（28 ℃）與對(duì)照組（26 ℃）的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)前，熱可接受占比中實(shí)驗(yàn)組相較于對(duì)照組低8%；實(shí)驗(yàn)后，實(shí)驗(yàn)組的熱接受度比對(duì)照組低6%左右。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，兩組受試者當(dāng)前溫度可接受度比例均有所增加，兩組受試者熱可接受度均高于80%。

圖4 實(shí)驗(yàn)前后兩種條件的熱接受度

由表2 可以看出，26 ℃時(shí)受試者的熱感覺(jué)明顯低于28 ℃時(shí)（p＜0.01）。此外，受試者感知空氣品質(zhì)在26 ℃期間顯著優(yōu)于28 ℃（p＜0.01），而且受試者更喜歡在28 ℃有更多的空氣流動(dòng)。

表2 控制條件與實(shí)驗(yàn)條件下熱舒適和空氣品質(zhì)問(wèn)卷的配對(duì)樣本t 檢驗(yàn)表

2.2 認(rèn)知能力

由表3 和圖5 可以看出，采用配對(duì)樣本T 檢驗(yàn)比較溫度為26 ℃和28 ℃時(shí)認(rèn)知性能測(cè)試是否存在顯著差異。四項(xiàng)任務(wù)表明，26 ℃與28 ℃的認(rèn)知能力無(wú)顯著差異（p＞0.05）。

圖5 在26 ℃和28 ℃的溫度下比較認(rèn)知表現(xiàn)得分（誤差表示95%置信區(qū)間）

表3 26 ℃和28 ℃環(huán)境下認(rèn)知能力得分的配對(duì)樣本t 檢驗(yàn)

在26 ℃和28 ℃條件下，采用配對(duì)樣本T 檢驗(yàn)比較長(zhǎng)期記憶任務(wù)的配對(duì)T 檢驗(yàn)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，26 ℃～28 ℃之間的配對(duì)樣本t 檢驗(yàn)p 值小于0.05，存在顯著性差異。因長(zhǎng)期記憶中存在文本和溫度兩個(gè)變量，為此在兩種溫度下測(cè)試兩種文本認(rèn)知表現(xiàn)，結(jié)果如圖6 所示。從圖中可以發(fā)現(xiàn)，在兩種溫度條件下，選擇記憶文本為國(guó)名的認(rèn)知表現(xiàn)都優(yōu)于記憶文本為疾病名，并且相同類(lèi)型的本文記憶表現(xiàn)都沒(méi)有顯著性差異。

圖6 長(zhǎng)期記憶任務(wù)在兩溫度下的認(rèn)知表現(xiàn)得分（誤差線表示95%的置信區(qū)間）

2.3 認(rèn)知負(fù)荷

如圖7 所示，在N-back2 和N-back3 中，一般會(huì)產(chǎn)生較高的認(rèn)知負(fù)荷，而受試者參與的任務(wù)由于涉及到多方面，也會(huì)產(chǎn)生較高的認(rèn)知負(fù)荷。比較實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組的腦力需求、時(shí)間需求、努力程度、表現(xiàn)水平和受挫程度，通過(guò)正態(tài)分布檢驗(yàn)和配對(duì)樣本T 檢驗(yàn)，結(jié)果顯示在腦力需求、時(shí)間需求、努力程度與表現(xiàn)水平?jīng)]有顯著差異，但受挫程度有顯著差異。實(shí)驗(yàn)組（28 ℃）的挫折程度低于對(duì)照組（26 ℃）。

圖7 N-back 1、N-back 2、N-back 3 及任務(wù)的心理負(fù)荷和NASA-TLX 指數(shù)（誤差線表示95%的置信度）

表4 顯示了N-back 任務(wù)難度和溫度對(duì)NASA-TLX 的影響。通過(guò)多因素重復(fù)測(cè)量方差分析的方法，可以確定在N-back 任務(wù)的不同難度下，不同溫度對(duì)NASA-TLX 的影響。經(jīng)研究殘差分析，再進(jìn)行Shapiro-Wilks 檢驗(yàn)，各組數(shù)據(jù)滿足正態(tài)分布（p＞0.05）；通過(guò)評(píng)估研究殘差是否超過(guò)±3 次，各組數(shù)據(jù)均無(wú)異常值；通過(guò)Mauchty’s 檢驗(yàn)，如表5 所示，溫度與N-back 任務(wù)難度交互項(xiàng)的因變量協(xié)方差矩陣無(wú)差異（p=0.128＞0.05）。因此，溫度與N-back 任務(wù)難度之間滿足球形假設(shè)。數(shù)據(jù)也以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差的形式表示，可以發(fā)現(xiàn)，溫度和N-back任務(wù)難度之間的交互作用對(duì)NASA-TLX 沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)影響，F(xiàn)（2，24）=0.8，p=0.461（＞0.05）。因此，可以進(jìn)一步分析溫度和N-back 任務(wù)難度影響認(rèn)知負(fù)荷的主效應(yīng)。

表4 受試者內(nèi)效應(yīng)測(cè)試表

溫度對(duì)NASA-TLX 的主效應(yīng)無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，F(xiàn)（1，12）=0.071，P=0.794（p＞0.05）。

由于N-back 任務(wù)難度的主效應(yīng)達(dá)到第三個(gè)水平，需要判斷其是否滿足球形假設(shè)。由表5 得到，p=0.027（＜0.05），不滿足球度檢驗(yàn)。但是可以 看 出，Epsilon=0.676（＜0.75）是 由Greenhouse-Geisser 計(jì)算的，因此需要進(jìn)一步驗(yàn)證是否存在影響。Greenhouse-Geisser 分析了主體的內(nèi)部效應(yīng)，發(fā) 現(xiàn)F（1.352，16.218）=46.247，p＜0.001，因 此 需要在三個(gè)難度等級(jí)下進(jìn)行兩兩比較，多重比較由Bonferroni 進(jìn)行調(diào)整。由表6 可知，N-back 任務(wù)難度等級(jí)1 與N-back 任務(wù)難度等級(jí)2 的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（p=0.001），平均差異為-1.615（95%置信區(qū)間：-2.521～7.09）。N-back 任務(wù)難度等級(jí)2與N-back 任務(wù)難度等級(jí)3 的差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（p＜0.001），平均差異為-1.346（95%置信區(qū)間：-1.853～0.839）。

表5 球形假設(shè)的結(jié)果

表6 N-back 任務(wù)難度對(duì)比較結(jié)果

由于溫度和N-back 任務(wù)的難度對(duì)受試認(rèn)知負(fù)荷的交互作用無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，因此實(shí)驗(yàn)組（28 ℃）和對(duì)照組（26 ℃）對(duì)受試的認(rèn)知負(fù)荷存在差異，其影響取決于N-back 任務(wù)的難度。根據(jù)以上兩兩比較的結(jié)果，如下圖8 所示，交互效應(yīng)的影響基本趨于平行，因此不存在交互作用。不同溫度下認(rèn)知負(fù)荷的影響取決于任務(wù)的難度，說(shuō)明實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組在認(rèn)知負(fù)荷上沒(méi)有顯著差異。

圖8 N-back 難度與實(shí)驗(yàn)條件對(duì)NASA-TLX 整體的交互作用（誤差線表示95%置信區(qū)間）

2.4 HRV 信號(hào)用于認(rèn)知負(fù)荷評(píng)估

為了區(qū)分不同任務(wù)難度水平的認(rèn)知負(fù)荷（低、中、高），基于三種任務(wù)難度和HRV 特征建立了一元線性回歸模型。結(jié)果表明HRV 能夠區(qū)分不同難度水平的認(rèn)知負(fù)荷，準(zhǔn)確率為75.1%。同理，如果不同的溫度條件能夠區(qū)分出不同的HR 信號(hào)，那么受試者的認(rèn)知負(fù)荷也會(huì)受到溫度的影響；否則，不受影響。為此，我們采用了一種簡(jiǎn)單的k-means 聚類(lèi)方法，試圖將HR 數(shù)據(jù)分為兩類(lèi)溫度條件。聚類(lèi)結(jié)果如表7 所示為混淆矩陣，46.2%的對(duì)照組片段被錯(cuò)誤地聚為實(shí)驗(yàn)組，38.5%的實(shí)驗(yàn)組片段被錯(cuò)誤地聚為對(duì)照組。結(jié)果表明，實(shí)驗(yàn)組條件下的HR 信號(hào)與對(duì)照組條件下的HR 信號(hào)過(guò)于相似，無(wú)法進(jìn)行可靠分類(lèi)。故受試者的認(rèn)知負(fù)荷未受到溫度的影響。

表7 對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組HRV 特征的混淆矩陣

3 討論

3.1 較高溫度設(shè)定值對(duì)在校學(xué)生熱舒適的影響

用配對(duì)樣本t 檢驗(yàn)來(lái)判斷兩種不同條件下受試的熱感覺(jué)、感知空氣品質(zhì)和空氣運(yùn)動(dòng)偏好是否存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。用相關(guān)樣品McNemar 方法測(cè)試兩種條件下的二元熱接受度差異。

熱舒適問(wèn)卷顯示，夏季教室溫度升高2 ℃對(duì)學(xué)生在教室的熱舒適影響不大。較高的溫度（28 ℃）沒(méi)有顯著降低學(xué)生的熱舒適，熱感覺(jué)在“稍涼”、“中性”和“溫暖”之間略有變化。當(dāng)溫度從對(duì)照組（26℃）上升到實(shí)驗(yàn)組（28 ℃）時(shí)，無(wú)論相對(duì)濕度如何，受試者能敏銳地感知到溫度的增長(zhǎng)。然而，他們并沒(méi)有表現(xiàn)出任何熱不適，對(duì)熱環(huán)境的接受度也沒(méi)有明顯改變。

3.2 較高溫度設(shè)定值對(duì)在校學(xué)生認(rèn)知負(fù)荷的影響

NASA-TLX 結(jié)果顯示，對(duì)照組（26 ℃）與實(shí)驗(yàn)組（28 ℃）在認(rèn)知負(fù)荷上無(wú)顯著差異。HR 的測(cè)量也證實(shí)了在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中認(rèn)知負(fù)荷不受溫度的影響。NASA-TLX 結(jié)果發(fā)現(xiàn)受試者的認(rèn)知負(fù)荷隨著時(shí)間需求、努力程度和受挫程度在不斷變化（圖7），這可能是學(xué)習(xí)效應(yīng)的結(jié)果，而不是物理環(huán)境的變化。雖然實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組按實(shí)驗(yàn)順序隨機(jī)進(jìn)行，但實(shí)驗(yàn)中N-back 任務(wù)的難度仍然是由易到難，學(xué)習(xí)效應(yīng)不可避免。

HR 結(jié)果顯示，隨著N-back 任務(wù)難度的增加，認(rèn)知負(fù)荷顯著增加，這與NASA-TLX 結(jié)果一致。由于不同溫度條件下N-back 任務(wù)難度的學(xué)習(xí)效果沒(méi)有顯著差異，因此兩種條件下的認(rèn)知負(fù)荷幾乎完全受到溫度效應(yīng)的影響，NASA-TLX 顯示的認(rèn)知負(fù)荷下降（圖8）應(yīng)該是學(xué)習(xí)效應(yīng)的結(jié)果。

3.3 較高溫度設(shè)定值對(duì)在校學(xué)生認(rèn)知表現(xiàn)的影響

舒爾特訓(xùn)練、反應(yīng)時(shí)間、數(shù)字廣度、斯特魯普訓(xùn)練的認(rèn)知表現(xiàn)與NASA-TLX 結(jié)果一致，對(duì)照組（26 ℃）與實(shí)驗(yàn)組（28 ℃）之間無(wú)顯著差異。這一結(jié)果也證實(shí)了之前在較高溫度下進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)研究，受試者的認(rèn)知表現(xiàn)在一個(gè)溫度范圍內(nèi)相對(duì)穩(wěn)定[7-8]。

從長(zhǎng)期記憶任務(wù)的顯示，排除學(xué)習(xí)效應(yīng)的結(jié)果，推測(cè)其原因是長(zhǎng)期記憶任務(wù)中生僻字的選擇。對(duì)于非醫(yī)學(xué)學(xué)科，罕見(jiàn)國(guó)家名的知識(shí)儲(chǔ)備略高于罕見(jiàn)疾病名的知識(shí)儲(chǔ)備。因此，罕見(jiàn)國(guó)家名的記憶表現(xiàn)優(yōu)于疾病名的記憶表現(xiàn)。

長(zhǎng)期記憶任務(wù)和舒爾特訓(xùn)練任務(wù)的結(jié)果顯示，受試更傾向于溫度稍高的環(huán)境進(jìn)行記憶任務(wù)，這與Barbic[9]的結(jié)論相反，但與Sun[10]的結(jié)果相似。

4 總結(jié)與研究展望

本研究采用認(rèn)知測(cè)試、主觀問(wèn)卷、心電圖等方法，調(diào)查熱歷史在夏熱冬冷地區(qū)3 年及以上、年齡在20～24 歲之間且身體健康的學(xué)生在兩種溫度（26 ℃、28 ℃）下的認(rèn)知表現(xiàn)和認(rèn)知負(fù)荷。本研究的主要結(jié)論包括：

（1）實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組的熱舒適無(wú)顯著差異，較高的溫度設(shè)置對(duì)學(xué)生的熱舒適沒(méi)有顯著影響；

（2）在夏熱冬冷地區(qū)，較高的溫度設(shè)置并不影響學(xué)生的認(rèn)知表現(xiàn)；

（3）在夏熱冬冷地區(qū)，較高的溫度設(shè)置并不影響學(xué)生的認(rèn)知負(fù)荷；

（4）HRV 與NASA-TLX 的結(jié)果相似，兩種情況下認(rèn)知負(fù)荷無(wú)顯著差異。

由上述結(jié)論可以得出，一個(gè)實(shí)際溫度高于由國(guó)務(wù)院辦公廳倡導(dǎo)的溫度在教育建筑中未降低學(xué)生認(rèn)知能力或增加學(xué)生的認(rèn)知負(fù)荷，也沒(méi)有顯著影響學(xué)生的熱舒適。因真實(shí)教室環(huán)境是非密閉性的，不是一個(gè)穩(wěn)態(tài)的環(huán)境，故本文結(jié)論更適用于一個(gè)小且密閉的學(xué)習(xí)空間，所以在設(shè)置夏熱冬冷地區(qū)夏季學(xué)習(xí)空間溫度時(shí)，可以根據(jù)區(qū)域和學(xué)生的需求設(shè)置不同的學(xué)習(xí)空間室內(nèi)溫度，這不僅能保證舒適性也不影響認(rèn)知能力，還能達(dá)到節(jié)能減排的效果。

同時(shí)，本文利用生理參數(shù)來(lái)測(cè)量溫度是否影響個(gè)人舒適度，其中性別也應(yīng)被考慮，實(shí)驗(yàn)需要進(jìn)一步優(yōu)化。