高校校园生活区种植场景的3个研究方法

研究方法

2.1实验因子选取

2.1.1植被复杂度

 

卡普兰(Kaplan)和乌尔里希(Ulrich)均认为，复杂性是影响人们偏好的景观环境特征之一[6，37]。而已有研究证明，环境偏好与环境恢复性呈现显著的正相关关系[16，38-39]。这从侧面揭示了环境复杂度与环境恢复性之间的密切联系。因此，本实验将环境复杂度映射在种植场景中，将其界定为植被复杂度，并提出假设：植被复杂度对种植场景环境恢复性具有显著影响。

 

植被复杂度具有多种表现形式，包括植物种类的丰富度、色彩的多样性、季相变化的丰富性等方面。而色彩和季相变化均以物种丰富度为基础，物种越丰富，则季相变化越丰富。通过客观的、可复制的指标对复杂性进行度量对于探讨复杂性与环境恢复性效益的关系更具有实际意义[40]。因此，本实验在既有研究的基础上，引入“香农多样性指数(ShannonDiversityIndex，SDI)”，重点通过物种丰富度来度量植被复杂度。香农多样性指数概念是由Shannon和WarrenWeaver于1949年提出[41]，并在生态学领域中广泛应用以衡量景观中元素的多样性。香农多样性指数的计算公式如下所示：

 

通过香农多样性指数可有效量化各实验场景的植被复杂度。本研究将根据该公式建构不同复杂度的植物群落。

 

2.1.2种植方式

 

种植方式、环境连贯性、环境偏好与环境复愈性效益之间存在相关关系。相关研究表明，通过改变植被的种植方式可控制环境的连贯性[42]。库珀(Kuper)在数字景观模型中通过控制植物群落之间的距离均值将种植方式细分为分散式、簇拥式与规则式三类。其实验结果显示连贯性与种植方式之间存在显著的相关性：分散式种植代表低连贯性、簇拥式种植代表中等连贯性、规则式种植代表高连贯性[43]。卡普兰(Kaplan)的研究表明，环境的连贯性与人们的环境偏好密切相关[37]，主要通过环境元素的视觉感知度与和谐度产生作用。如前文所述，环境偏好与环境恢复性呈现显著的正相关关系。因此，通过改变种植方式控制种植场景的连贯性，从而影响环境偏好及环境恢复性具有一定的理论研究基础。

 

 

卡普兰(Kaplan)认为“尺寸的极端”可能是魅力的象征，适当提升对比度有利于增强环境恢复性的迷人性特征[44]。在景观设计中，设计师常通过控制植被的高度、冠幅与错落关系以营造出起伏的林缘线，提升植物组团的观赏效果。林达尔(Lindal)和哈蒂格(Hartig)曾探讨树木高度对恢复性评价的影响，但并未发现两者之间显著的相关关系。他们指出其原因可能是：较高的树与较矮的树在冠幅之间的差异太小，未引起受访者太多的关注[45]。

 

因此，本实验结合植被高度与体积两个维度，提出植被空间对比度这一因子，进一步探讨植被空间对比度与环境恢复性的关系。在实验中，主要通过改变同种乔木不同规格的差异(树高差值、冠幅体积比)以及改变大规格乔木在其中的占比来控制不同场景的植被空间对比度。

 

2.2科学假设

 

基于上述研究基础，提出假设(图1)：

 

1)高校生活区户外环境的植被复杂度对环境恢复性效益的感知恢复性、情绪效价、生理应激恢复具有显著的积极影响；2)高校生活区户外环境的植被种植方式对环境恢复性效益的感知恢复性和情绪效价、生理应激恢复具有显著的积极影响；3)高校生活区户外环境的植被空间对比度对环境恢复性效益的感知恢复性和情绪效价、生理应激恢复具有显著的积极影响。

 

 

 

由于本实验涉及的实验因子及其水平数量较多，为提高效率和降低成本，本实验种植场景采用正交试验方法来设定筛选。正交试验是一种高效的研究多因素多水平影响关系的实验设计方法，可通过选择部分有代表性的实验组合去表示所有实验组合，来挖掘变量间的影响关系。

 

本实验选取了植被复杂度、种植方式、植被空间对比度三个实验因子作为自变量，各个因子分高、中、低三种不同水平(表1)，因此选用了标准的L9.3.3正交表作为场景设计的基本依据，共设置了9个具有代表性的实验场景。实验场景的环境背景设定为高校生活区宿舍单元所围合的公共空间，根据调研所收集的广州典型高校生活区空间尺度，将场地划定在25m*50m的矩形空间内。



为了使被试具有较好的环境代入感及沉浸式体验，同时避免其他非实验因子的干扰，在空间内部仅设计简单的游步道、休憩设施、种植带及一处文化雕塑(图2)，以此作为空间设计要素基底，通过置换各个场景的种植因子组合，形成最终的实验场景(图3)。




实验场景通过建模软件Sketchup2020进行建模，并导入光辉城市Mars2020平台进行植被栽植与材质渲染。

 

 

植被复杂度因子主要按照不同复杂度植物组合的清单执行(表2)，所选植物均为常用的园林观赏植物，各场景常绿植物与开花色叶植物的比例趋近，开花色叶植物主要控制为红、黄两大色系，避免多种不同色系对实验因子测度的干扰。

 

种植方式的类型主要以植物群落之间的距离均值来区分。

 

植被空间对比度因子则主要通过等比例缩放乔木和大灌木层进行来控制。每个场景的乔木及大灌木均设定两种不同规格，以缩放比1.0为基准规格，高中低对比度的缩放比依次为：1.5、1.3、1.1，大规格植被在高中低三种水平下占比依次为：50%、30%、15%(表3)。

 

2.5被试招募

 

本实验采取线上推广的方式，在华南理工大学五山校区招募高校大学生作为被试，专业不限。最终共招募被试30人，建筑学与非建筑学相关背景的比例为1:1，本硕比例约为4:6，男女性别比例约为4:6，平均年龄为23.9岁。

 

 

2.6.1VR虚拟场景体验设备

 

近年来，虚拟现实技术(VR)已较为广泛地应用于环境健康效益的研究中。大量的实证案例证明了虚拟现实技术在研究中的可靠性与潜力[32]，且由技术创造的虚拟现实环境与物理自然环境具有一样的恢复性[46]。

 

本实验采用VR虚拟场景体验的方式进行。

 

VR体验设备分为硬件与软件两部分，硬件为HTCVIVECOSMOSELITE套装，包含VR头盔与两个游戏手柄，软件为光辉城市Mars2020交互平台。区别于传统看幻灯片、图片打分的方式，被试可佩带VR头盔并利用游戏手柄在场景设定范围内按指定线路步行，来进行沉浸式体验与观察，由此增强场景评估的科学性。

 

2.6.2指标测量

 

实验测量的指标包括生理指标和心理指标，各指标、理论基础和评估工具如表4所示。

 

2.6.2.1生理指标

 

本实验测量的生理指标为皮肤电反应值(GalvanicSkinResponse，GSR)，利用ShimmerConsensysv1.6Pro生理测量仪进行手指皮电数据采集，以此测度被试的生理应激恢复。皮肤电反应值(后简称皮电)是衡量情绪的可靠生理指标。人在情绪唤醒的状态下，汗腺分泌活动会受到情绪状态的影响。情绪越紧张或兴奋，排汗越多，皮电值越高。

 

2.6.2.2心理指标

 

本实验所采用的心理指标分为感知恢复性及情绪效价两部分。对于感知恢复性，采用哈蒂格(Hartig)所制定感知恢复性量表(PerceivedRestorativeScale，PRS)进行评估。目前，该量表在恢复性环境研究领域应用最广，采用七级李克特量表来打分。完整的PRS量表包含的四个维度分别对应恢复性环境四个基本特征。其中，“兼容性”是指环境与人的目的或偏好的活动相适应的属性。

由于本阶段实验探究的主要对象为植被，场景设定主要为观赏性而非活动性空间，与“兼容性”这一特征的关联度较低。因此，实验仅采用PRS量表前三个维度(远离性、迷人性、延展性)进行评估(表5)。

 

本实验采用消极积极情感量表(PANS)对情绪效价进行测度，评分由低到高，反映出情绪由消极到积极的变化过程(表6)。

 

2.7实验流程

 

2.7.1实验准备

 

被试进入实验室后，引导员向被试介绍实验基本概况、实验流程、仪器设备等内容，待被试适应实验环境，熟悉VR设备操作方式并佩戴好生理测量仪后静坐5分钟，准备开始正式实验。

 

2.7.2实验过程

 

实验过程分为准备阶段、应激阶段、疗愈阶段、评估阶段四个阶段(图4)。在实验过程中，每位被试需独立参与9个场景的体验并并进行量表评估。具体流程如下：

 

1)准备阶段：在每个场景开始前，首先让被试进行3分钟休息调整。

 

2)应激阶段：随后被试被要求进行1022以内的减法数学口算倒数任务，限时2分钟。该方法已被证实能有效引起被试心理应激反应，使其皮肤电导水平显著提高。

 

3)疗愈阶段：待口算应激任务完成后，被试戴上VR头盔，想象其经过一天的工作学习后回到宿舍附近区域休憩，以放松的状态进入虚拟场景体验，限时3分钟(图5)。

 

4)评估阶段：体验结束后，被试需根据场景体验情况填写PRS量表及PANS量表。

 

至此，单个场景实验完毕，耗时约10分钟，完整9个场景的实验总耗时约90分钟。为避免预期效应带来的随机误差[23]，每位志愿者将从任一场景编号开始体验，依次向下循环直至完整体验9个场景后结束，保证每个场景有相同的概率成为初始体验场景，确保数据采集的科学性。