学校教室中的环境因素:如何影响儿童的视觉任务需求

原文作者 Kalpa NegiloniID^1,2,3, Krishna Kumar Ramani³, Rachapalle Reddi Sudhir¹

单位1 SankaraNethralaya, Unit of Medical Research Foundation, Chennai, India, 2 Shanmugha Arts, Science,

Technology amp; Research Academy (SASTRA) University, Thanjavur, India, 3 Elite School of Optometry,

Chennai, India

摘要：背景：课堂环境中的关键视觉因素包括易读性、眼睛所处的角度、照度、对比度和视觉任务的颜色。研究评估了学校教室的视觉环境因素。材料和方法：根据视觉任务的大小，即黑板书写的最小尺寸及其视距，评估距离视力（VA）需求。测量了影响教室可见度的环境因素，如黑板和学生桌上的照度、黑板对比度、光源和学生对教室视觉环境的感知。为了量化距离VA需求，并与标准高对比度VA图表测量值进行比较，通过黑板模拟实验对测量值进行验证。 评估了将纳入测量距离VA需求的“视力储备”。结果：我们囊括8所学校的29间教室。距离VA阈值需求的中位值为0.28 logMAR（0.25,0.45）。前面桌子位置和黑板对比度的照度中位值分别为130勒克斯（92,208）和40勒克斯（36,50），62%的教室照度较低（lt;150勒克斯）。根据模拟实验的结果，在具有最高和最低黑板照度的教室中，被评估为包含在距离VA需求中的视力储备分别为0.13logMAR和0.29logMAR。包括视力储备在内的距离VA需求的中位值为0.09 logMAR（-0.03,0.23）[斯内伦当量: 20/25(20/19,20/34)]。结论：研究结果强调了学校教室中视觉任务需求的增加，以及基于儿童视力的教室座位安排的必要性。这项研究强调了对课堂环境的定期审核以及学校的视力筛查。

关键词：关键词1； 关键词2； 关键词3；关键词4

介绍

关键的外部因素，即照明、声学、热质量、颜色和学校建筑的年龄，是决定教室质量的典型条件。教室中这些特征的质量差可能是一种环境压力源，增加了压力，进而会降低学生的学习成绩^[1,2]。不同波长的光可以影响各种功能，如视觉、昼夜节律、情绪、认知，最重要的是影响课堂学习和表现^[3,4]。光线不足会降低可见度，并可能导致视觉不适，导致不感兴趣和注意力不足。有必要了解学校的课堂视觉环境。虽然智能板的使用趋势正在印度教室中兴起，但它远没有取代传统的黑板系统（黑色绿色）。在黑板上保持良好的对比度是提高能见度的先决条件。印度标准局（BIS）建议教室黑板和学生桌上的眩光指数为16，照明水平为150–300勒克斯。教室会议中现有照明水平的证据本规定是有限的^[5,6] 。

孩子们每天有三分之一的时间在学校里完成任务，这些任务依赖于不同的视觉需求。在教室里，从黑板上读写是一项重要的视觉任务。视觉系统对视觉任务更好可视性的需求是视觉敏锐度需求，而对任务更好性能的需求是视觉任务需求。对南印度学校教室的距离和近视力需求以及教室参数进行了评估，并与印度标准提供的建议进行了比较。据报道，根据黑板上的书写及其视距^[7]，远距离视觉任务需求增加了20/30。然而，照度水平、字母易读性、笔划宽度和黑板对比度等因素可能会对视力测量产生影响。这就需要对学校教室中的远距离视觉表现进行评估并纳入敏锐度储备，以提供建议。本研究旨在评估教室视觉环境因素，如基于黑板书写的距离视力需求，包括视力储备、黑板上和学生桌上的照度水平、黑板对比度以及学生对教室视觉环境的感知。将这些视觉环境因素与教室中个体的视觉能力进行比较，以估计在各自教室中受到视觉压力的儿童的比例。

材料和方法

这是一项横断面研究，于2014年8月至2015年2月在印度南部阿切奈的学校进行。评估了教室视觉环境因素，如距离视力需求、黑板和课桌照明、光源、黑板对比度以及学生对这些视觉因素的感知。我们囊括了所有学校，这些学校是我们学校常规眼科筛查计划的一部分。这项研究得到了机构审查委员会和伦理委员会的批准。在研究之前，我们获得了学校当局和研究参与者的书面知情同意。

视力需求

随机选择代表每所学校每个年级的一个班级，并将八所学校的29个此类教室（四至十二年级）纳入研究。距离视力（VA）需求是基于黑板的可视距离和教师笔迹（仅英语）小写字母在黑板上的垂直高度进行评估的，采用与之前研究相同的公式和计算方法^[7,8]。根据观察距离和视觉任务大小测量视觉任务对眼睛的视角，以计算斯内伦和洛格玛等效距离VA需求。由于黑板上的笔迹（一致性）存在差异，在每个测量的教室中，使用毫米标尺测量黑板上至少30个字母（中心和侧面位置）。在测量过程中，注意避免视差误差。不包括黑板上的大写字母和小写字母，所有测量均由一名观察者进行。如图1所示，学生的办公桌分为前面、中间和最后的办公桌位置（1到9）。从黑板中心到所有这些位置的观察距离被测量了三次，并取其平均值。根据教室中最小的字母大小和最长的视距来评估距离视力阈值需求。

黑板模拟实验

将获得的距离VA需求与高对比度标准视力表（早期治疗糖尿病视网膜病变研究，ETDRS logMAR图表）测量值进行比较，设计了一个验证实验，以确定最佳（150–300勒克斯）和低（lt;150勒克斯）^[5,6]照明黑板模拟下的“视力储备”或“转换系数”，从而对远距离视觉性能提出建议。

纳入标准为双眼视力高于20/200且存在低至中度近视的受试者。包括30名验光学生和验光师，平均年龄为23.7plusmn;3.2岁（19,32）。所有受试者均为双侧近视，低近视眼的平均球面当量度数为-1.71plusmn;0.68d（-0.75D，-3.50D），独立视力较好。使用ETDRS logMAR VA图表（伊利诺伊州拉萨尔精密视觉公司）评估并记录受试者的单眼和双眼视力。视力较好的眼睛的平均独立视力为0.72plusmn;0.19 logMAR（0.40,1.00）。

实验装置。教室模拟实验采用黑色黑板。选择不带任何升序和降序的小写英文字母，以适合5x5网格。根据之前的研究，字母的高度和宽度保持在3.4厘米的固定尺寸，即教师写作的平均大小^[7]。共设计了三组，每组有六个小写字母。所有受试者被放置在更远的距离，即受试者无法识别黑板上任何字母的距离。黑板和受试者之间的距离最初设定为12米。受试者被要求慢慢地、逐渐地靠近黑板，保持黑板与眼睛水平，直到他们能够识别黑板上的字母为止。标准设定为识别六个字母中至少四个。从黑板到字母识别点的距离被测量并标记为D1。用不同的字母组重复三次以避免记住字母，并取距离的平均值。为了表现教室环境，使用了管光源，这是学校中常见的人工光源。黑板上照度的均匀性值计算为最小照度值除以平均照度值^[9]。使用Luxmeter测量的黑板上的平均照度水平为200勒克斯（均匀性指数：0.80），用于最佳模拟，为90勒克斯（均匀性指数：0.84），用于低照度模拟。

基于固定字母高度的视距，计算黑板模拟视力。根据受试者的视力水平或ETDRS视力，评估查看固定字母高度所需的实际视力。计算了最高和最低照度下实际视力值与黑板模拟的视力测量值的差异。这种差异被认为是“视力储备”或“转换系数”，在低最佳黑板照明条件下，将其纳入黑板的测量距离视力需求。

黑板上的照度和对比度

使用校准的照度计（LX 101，Lutron Electronic Enterprise Co.，Ltd，台湾）在一天中测量黑板和学生桌上的照明水平两次（上午8:30-9:30和下午3:30-04:30）。所有测量均在阳光明媚的日子（30˚至34˚C）进行。黑板和学生桌上的照度均匀度值计算为最小照度值除以平均照度值^[9]。记录每个教室的门、窗和人工光源（包括工作条件）的总数和位置。使用经校准的光度计（PR-655 Spectrascan分光辐射计，加利福尼亚州查茨沃思Photo Research Inc.）测量黑板上字母及其背景的亮度水平（以Cd/m²量化）。在上午（第一节课，上午）和下午（清洁黑板和至少三次使用黑板，下午）重复测量两次。对比度水平表示为韦伯对比度（亮度（L）对比度=L_background-L_target/L_background）。如图1所示，学生的办公桌分为前面、中间和最后的办公桌位置（1到9）。评估了这些办公桌位置的照度水平和视力需求。

学生对课堂环境的感知

学生对黑板可见度、办公桌上的照明水平、黑板上的眩光和对比度水平的感知调查通过四项结构（封闭式）问卷（S1文本）进行评估。调查问题包括黑板上的能见度、照明水平、眩光和对比度。学生们被问及黑板上是否有眩光，以及黑板上是否有眩光（中心或侧面位置）。学生感知到的桌子上的照明水平（照明）被归类为照明不良、正常或过度。黑板上字母的对比度分为好对比度和差对比度。问题用英语提问，如果问题不清楚，也用当地的土语（泰米尔语）解释。记录了这些学生在各自教室的座位细节。

课堂视觉压力的评估

评估了儿童在各自教室中坐在不同桌子位置时的距离视力需求。根据各自教室黑板上的低照度或最佳照度测量，视力储备包括在测量的VA需求中。

研究中包括的29间教室的平均班级规模为36plusmn;10名儿童（20,58）。共有1038名儿童（51%为女孩）在被测的29间教室上课。根据这些学校进行的视力筛查报告，使用袖珍视力筛查仪（PVS）测量距离视力，其截止视力水平为0.20 logMAR或20/30。视力筛查报告指出，1038名儿童中只有一名儿童双眼的最佳矫正视力为20/200。所有其他儿童的最佳矫正视力均高于20/30。根据儿童的视力水平，评估了在各自教室中受到视觉压力的儿童比例。 “视觉压力”被定义为“超过孩子所拥有的视觉需求”。通过计算视力需求低于20/30的教室比例来衡量教室中的视觉压力风险。我们用20/30的截止视力分析了教室中不同课桌位置的视觉压力风险。

统计分析

所有数据均输入Excel（Microsoft office 2013），并使用IBM社会科学统计软件包（SPSS）版本20进行统计分析。对课堂环境变量进行描述性分析，并将数值表示为中位数（四分位区间25%和75%）。进行非参数测试，p值小于0.05被认为具有统计学意义。

结果

视力需求与黑板模拟实验

在8所学校的29间教室（S1表），基于黑板书写最小尺寸和最长视距的中位距离视力阈值需求为0.28 logMAR（0.25,0.45）。基于黑板模拟实验，最佳和低照度黑板模拟下的中位视力大约比实际ETDRS视力低一条半logMAR线（中位数：0.13 logMAR）和三条logMAR线（中位数：0.29 logMAR），差异具有统计学意义（最佳；p=0.008和低；plt;0.001）。包括视力储备后，视力阈值需求中值为0.09 logMAR（-0.03,0.23）。前台位置的VA需求中值为0.50 logMAR（0.35,0.62）。

黑板上的照度和对比度

黑板上的照度水平和均匀性指数如表1所示。根据低（lt;150勒克斯）、最佳（150–300勒克斯）和过量（gt;300勒克斯）水平分类的黑板和学生桌子位置（1到9）上的平均照度水平如表2和图1所示。在每个被观察的教室中，平均有两个荧光灯（射程1-6个筒灯）、两扇窗户（射程1-4）和一扇门（射程1-2）是可用的光源。五间教室没有人工光源，依靠三到四扇窗户和一扇门照明。七间装有3-4盏筒灯和1-2盏电灯的教室被发现处于非工作/未维修状态。在没有人工光源的五间教室中，前台位置的平均照度水平为204plusmn;150勒克斯（范围47–435）。坐在窗边的学生平均照度为 313plusmn;276勒克斯（范围，45-1252），管灯正下方为 243plusmn;177（57-816），其他位置则为152plusmn;165 勒克斯 (22–1210)。

在四所学校的10间教室中，评估了第一堂课和最后一堂课（清洁黑板和最少使用黑板3-5次）黑板上字母的对比度。在一天开始（第一节课小时）测量的电路板（背景）表面的平均亮度水平为1.30plusmn;0.59 Cd/m²（0.39,3.52），在最后一节课期间测量的平均亮度水平为1.46plusmn;0.56 Cd/m²（0.61,3.98）。第一堂课期间韦伯对比度的平均值为43plusmn;13（20,71），最后一堂课期间韦伯对比度的平均值为39plusmn;11（21,59），在统计学上不显著（p=0.440）。在第一次测量（p=0.994）和最后一次测量（p=0.928）之间，10个测量教室的韦伯对比度在统计学上没有显著差异。在新绘制的黑板上，韦伯对比度的平均值为71plusmn;4（66,77）。

学生对课堂环境的感知

共有343名儿童（来自12间教室的4至10年级）回答了调

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