武漢市中學校園自然教育景觀設計要素
——基于結構方程模型分析

殷利華 牛紫涵 彭 越 姚忠勇

1 華中科技大學 武漢 430074

2 湖北省城鎮工程研究中心 武漢 430074

3 湖北省規劃設計研究總院有限責任公司 武漢 430071

4 武漢林業集團有限公司 武漢 430056

人類嘗試通過自然教育改善人們對待自然的態度和行為方式，提高生態文明程度[1]，其中，青少年、兒童是自然教育的重點對象[2]。然而，學習重壓和自然空間不足剝奪了青少年與自然接觸的機會，導致他們容易患上“自然缺失癥”，嚴重影響其身心健康和生態文明建設[3]。營建具有自然教育功能的校園景觀，提升校園環境空間品質，有利于增加青少年與自然的聯結機會[4]。

目前，國內外自然教育研究尚屬起步階段，主要關注“自然教育對人的環境意識和生態行為的影響”[2，5]、“自然教育對兒童成長以及心理行為的影響”[6-7]，以及關注自然教育實踐方式以及案例研究[8-9]等方面。這些研究表明，自然教育對青少年、兒童的環境意識、環境行為和自然聯結有明顯的促進作用[10-12]。自然聯結是指個人對自我的認知表征中包含自然的程度[13]，即個體對人與自然一體化關系的認同[14]，可用來衡量人與自然關系的密切程度。研究表明，自然教育能夠增強青少年、兒童的自然聯結程度[15-17]。此外，自然教育對學生的生態文化形成也有重要作用[18]。

國內外研究更多探討“自然教育”“人”“環境”中的兩兩關系，較少關注三者間的整體影響。關于環境(尤其是中學校園的景觀環境)對自然教育效果的影響研究甚少。我國中學校園建設用地通常有限，綠地空間不足[19]，許多中小學校園并未達到地方標準中35%綠化覆蓋率要求；有些學校雖然綠化率達標，但景觀設計缺乏景觀審美、康復和教育價值的挖掘和利用，很難有效助力緩解學生的“自然缺失癥”[20]。

本文以武漢市主城區典型代表的7所中學為主要研究對象，通過實地調研和問卷調查等方法，了解中學校園景觀現狀，提煉中學校園自然教育景觀設計元素，將自然聯結特質作為衡量自然教育有效性的重要因變量，利用結構方程模型(Structural Equation Model，SEM)尋找對自然教育效果產生較大影響的校園景觀元素，并探討適合中學校園的自然教育景觀設計策略。

1 研究方法

1.1 研究對象

選取武漢市典型的7所中學(包括初級中學和高級中學)作為調研對象(表1)。實地調查校園景觀建設現狀，并分析校園自然教育的景觀資源及潛力；對校園中不同年級的學生進行問卷調查，了解學生的自然教育景觀偏好和自然聯結特質。

表1 調研樣本學校基本信息及樣本統計特征

結合現場調研和文獻資料，提取適用于校園自然教育中的景觀元素，構建武漢市中學校園自然教育景觀元素的內容體系(表1、圖1)，結合風景園林中的“環境生態” “行為活動”和“空間形態”，將武漢中學校園自然教育景觀元素整合為“物質元素”“空間類型”和“活動內容”3種類型。

圖1 武漢市中學校園自然教育空間及景觀元素提取

1.2 問卷調查

按照校園安全管理制度要求，調研人員無法進入校園直接獲得學生們接觸中學校園空間前、后的自然聯結變化情況，但校園戶外空間的“場所依戀”可能對促進學生的自然聯結有較大影響。因此，本研究引入 “場所依戀” 概念[21-23](即感情和行動上的獲得感，可以促進人們的身心健康以及與自然聯結)，通過問卷調研結果間接判斷校園空間中的自然教育景觀元素對自然聯結特質的影響。

問卷分4個部分:基本信息、自然教育景觀元素偏好、場所依戀特征、自然聯結特征。對于“自然教育景觀元素偏好”部分，從“物質元素”“空間類型”和“活動內容”3個維度出發，設計了中學校園自然教育景觀元素偏好量表；對于“場所依戀特征”部分，首先詢問學生們自由活動時訪問頻率最高的校園戶外空間，并引用Gosling等[24]場所依戀量表中兩個得分最高項目，即“我喜歡這個地方” “我在這個地方感到很快樂”，調查學生們對該地方的場所依戀特征(表2)。“自然聯結特征”部分共設9個問題，第5題為反向計分題，當該題得分與其他項目分差超過2分時，判定該問卷為無效問卷(表3)。所有量表均采用5級李克特量表進行評分，即:非常不同意(1分)、比較不同意(2分)、不確定(3分)、比較同意(4分)、非常同意(5分)。本次調查共發放558份問卷，有效問卷452份，有效率為81.00%。

表2 自然教育景觀要素偏好及場所依戀問卷量表

表3 自然聯結量表[25]

1.3 構建自然教育景觀要素影響模型

基于理論分析和中學校園現場調查，提出自然教育景觀中“景觀元素” “場所依戀”與“自然聯結”三者之間的概念模型，其中“物質元素” “空間類型”和“活動內容”為“景觀元素”的3個維度。提出以下7個假設:H1、H2、H3、H4分別代表“空間類型” “物質元素” “活動內容” “場所依戀”與“自然聯結”之間存在正相關關系；H5、H6、H7分別代表“空間類型” “物質元素” “活動內容”與“場所依戀”之間存在正相關關系(圖2)。

圖2 自然教育景觀要素對自然聯結的影響模型

采用克隆巴赫系數(Cronbach's alpha)檢驗問卷的信度，各量表的克隆巴赫系數均大于0.6，可靠性較高。采用驗證性因子分析、探索性因子分析方法檢驗問卷的結構效度。經過主成分分析和正交旋轉，根據特征值大于1原則，參照碎石圖提取公因子進行Bartlett球形檢驗和KMO值分析，得到KMO值為0.881，Bartlett球形檢驗近似卡方值為4875.483，P＜0.001，達到顯著水平，表明數據適合進行因子分析。

2 結果與分析

2.1 武漢市中學校園自然教育景觀元素

從“空間類型”“物質要素” “活動內容”3個維度，對武漢市中學校園自然教育景觀元素進行分析(表4)發現:1)中學校園各類環境空間是承載校園自然教育活動的重要教育資源，空間場所應營造出良好舒適的空間氛圍。2)學生在校園的場所體驗主要有兩種形式，即被動性課堂體驗和主動性課堂體驗。3)校園自然教育景觀中的物質元素包括自然元素和人工元素，其中，自然元素以植物、動物、石頭、水景等元素為主；人工元素以體現自然教育內容的設施為主，如可輔助傳遞自然知識的解說設施、用于學習的實驗設施、展示與自然相關的科學信息和人文藝術信息的展示設施等。4)校園自然教育景觀中的活動通常根據場地條件進行策劃，并帶有一定目的性。5)根據對武漢市中學校園自然教育條件的分析，校園中可進行自然教育的活動內容可分為5種，即農業生產、園藝創意、科學教育、文化傳承、環境保育。

表4 武漢市中學校園自然景觀元素

2.2 武漢市中學校園自然教育景觀設計影響要素

2.2.1 整體效應

經過因子分析，共得到6個公因子，分別為“活動內容”“自然聯結” “物質元素” “自然空間”“人工空間” “場所依戀”，其中，“自然空間”和“人工空間”屬于“空間類型”被細分的兩個公因子。因物質元素偏好和活動內容偏好為二階結構，題項較多，為減小模型構建時的參數估計偏倚，采用題項打包策略，建立結構方程模型(structure equation model，SEM)[26]。模型中，橢圓形圖標內容代表“潛變量”，長方形圖標內容代表“觀測變量”(一階)，單箭頭代表單項影響。對潛變量進行驗證性因子分析后，確認潛在變量能被對應的觀測變量代表。經過檢驗與分析，刪除路徑系數不顯著的“場所依戀←活動內容” “場所依戀←自然空間”“場所依戀←人工空間”“自然聯結←人工空間”4條路徑。經多次調整優化，得到影響模型M1(圖3)。

圖3 自然教育景觀要素對自然聯結的影響模型M1

檢驗模型的路徑系數結果(表5)表明，所有路徑系數都達到顯著水平，具有統計意義。

表5 模型M1路徑系數顯著性檢驗

分析發現(表6)，H7代表的“空間類型”和“場所依戀”之間無顯著相關，可能是因為“空間類型”包含了多種空間類型的偏好，且無尺度區分，而“場所依戀”表示對特定空間的偏好與情感，兩者測試方向不同，因此無顯著相關性。H1、H2、H3對應的“空間類型” “物質元素”“活動內容”對“自然聯結”都存在顯著正向影響。

表6 研究假設的檢驗結果

此外，“物質元素”和“活動內容”還通過“場所依戀”間接影響“自然聯結”水平，“物質元素”對“場所依戀”的直接效應大于其對“自然聯結”的直接效應，表明自然教育景觀中的物質元素對學生的場所依戀產生更大影響。

2.2.2 局部效應

物質元素偏好中，“植物” “動物” “水景”影響效用值較高(0.73)，且效用值相同(圖4)。其中“植物”元素包含子元素影響排序為“色彩” (0.82)＞“種類” (0.80)＞“功能”(0.63) (表7)，表明植物色彩對學生的影響最大。“動物”所屬子元素影響排序為: “水生動物” (0.80)＞“鳥類” (0.77)＞“昆蟲”(0.56)，表明學生對水生動物的偏好程度最高，而“昆蟲”要素的影響程度偏低，這可能與部分學生對昆蟲恐懼有關。自然教育需通過合理的教學方法引導學生正確認識自然。“水景”子元素的影響因子排序為:“靜態水景” (0.93)＞“動態水景”(0.85)，表明學生們對靜態水景的偏好度更高，校園自然教育景觀營造中宜首先考慮靜態水體。

圖4 觀測變量標準化效應分布

表7 物質元素二階觀測變量標準化效應值

“設施”和“石頭”等硬質景觀的影響效用值雖然較其他要素小，但影響效用水平較高(0.66～0.70)，也是校園自然教育景觀需要重視的元素。其中“設施”的子元素影響排序為:“展示設施” (0.83)＞“解說設施” (0.70)＞“實驗設施” (0.64)，表明趣味性、藝術性的展示設施更能激起學生對自然的興趣；“石頭”的效用值為0.66，表明石頭可和其他元素結合來豐富景觀類型。

空間類型偏好中，3種類型自然空間的影響程度排序為: “半開敞” (0.77)＞“私密”(0.54)＞“開敞”(0.48)，表明視線通透且有一定庇護的自然空間最受歡迎，因此應避免在校園中設置過密的綠化空間和過多的硬質空間。

活動內容偏好中，5種活動的影響程度排序為“文化傳承”(0.82)＞“科學教育”(0.80)＞“園藝創意” (0.79)＞“環境保育” (0.69)＞“農業生產”(0.65)。“文化傳承”活動的影響程度最高，表明學生對自然與人文內容相結合的領域非常感興趣，也強調了校園自然教育景觀中人文要素的重要性。

“科學教育”和“園藝創意”活動對學生們的影響程度高，說明科學教育活動會激發學生的探索欲，而園藝創意活動能激發學生的創造性。學生在與自然的互動中會獲得成就感，一定程度上滿足了“自我實現”的需求。

“環境保育”和“農業生產”活動對學生的影響程度偏低，可能因為這類活動對學生的吸引度偏低，但整體自然教育活動的效應水平較高，表明校園自然教育景觀設計應重視自然教育活動內容，讓校園場地更好地承載自然教育活動。

3 結論與策略

3.1 結論

1)中學校園加強自然教育景觀建設尤顯迫切和重要。首先，自然教育與校園環境密切關聯，能影響青少年的自然聯結以及身心健康成長；其次，武漢市中學校園進行自然教育活動的空間條件較充足，但缺乏對校園自然教育景觀建設的重視，校園中科學、系統、及時、有效的自然教育景觀建設亟待關注。

2)中學校園自然教育景觀中的“活動內容”“空間類型”和“物質元素”三者均能促進學生的自然聯結。其中，“活動內容”和“物質元素”可通過場所依戀間接促進自然聯結，且“活動內容”對學生的自然聯結影響最大，因此，中學校園自然教育景觀設計中應首先考慮自然教育的“活動內容”，再進行“空間類型”和“物質元素”的整體規劃設計。

3.2 策略

1)中學校園的自然教育活動和空間布局需協調安排。空間場所環境質量能較大程度影響學生對自然的感知體驗[27-29]。中學校園空間需有對應的活動內容規劃和空間設計策略，以提升校園空間的自然教育效果，例如:1)對于校園入口空間，可以根據實際情況增設融入自然元素的自然教育宣傳空間和設施；2)對于教學空間，可以結合室內課堂教學，以科學教育、文化傳承以及藝術創意活動為主，空間設計注重文化元素的應用；3)對于景觀休閑空間，可以根據學生偏好和自然教育需求，發展如植物文化、自然觀察和種植生產等多主題的自然教育活動，空間設計注重開敞度和層次感；4)對于運動空間，可以開展體能拓展類、社交游憩類等自然教育活動，空間設計注重邊界的銜接和過渡。

2)中學校園自然教育物質元素設計應根據學生偏好選擇。對于中學校園空間環境中的自然教育物質元素，建議根據學生偏好進行選擇和設計。例如:1)植物元素，應關注色彩和文化屬性，兼顧植物的環境改善功能和適應性，如芳香、耐陰等；2)動物元素，可根據校園條件和自然教育需求，引入合適的動物并為它們營造適宜生境；3)水景元素，應重點關注靜態水景，以生態和自然性為原則，適當結合動植物和石頭等元素，設計適宜尺度的水體景觀；4)設施元素，可重點關注其文化性、藝術性和知識性，并注重設計細節，利用其傳遞可持續發展的自然教育思想。