El diseño del aula como facilitador del aprendizaje: el papel de la luz, el color y la dimensión en los procesos cognitivos.

Abstract

[ES] "No debemos olvidar que la arquitectura se construye para vivir en ella y no para mirarla". Con estas palabras, el arquitecto Van Der Rohe enfatiza la importancia de que el diseño arquitectónico esté al servicio de la vida y contribuya a mejorarla. Esta visión evidencia la conexión significativa entre la psicología y la arquitectura, ya que los espacios que habitamos determinan nuestro desarrollo personal. De esta forma, cada entorno tiene una finalidad principal y debe ser funcional para ello. En particular, los entornos educativos desempeñan un papel fundamental en el proceso de enseñanza-aprendizaje. Por lo tanto, es crucial diseñar estos espacios no solo para que sean agradables para sus ocupantes, sino también para potenciar los procesos cognitivos implicados en la educación, asegurando así un ambiente propicio para el aprendizaje y el crecimiento personal. De acuerdo a ello, el objetivo de la presente tesis doctoral es analizar la relación entre tres elementos de diseño del aula (luz, color y dimensión) y tres procesos cognitivos de los estudiantes (memoria, atención y la percepción de preferencia por el entorno). Para su abordaje, se llevaron a cabo tres estudios en laboratorio. Estos estudios consistieron en la evaluación cognitiva de cada participante mientras se encontraban inmersos en aulas virtuales que diferían únicamente en los tres elementos de diseño objeto de estudio, replicando así un entorno real pero con variaciones controladas. Para ello, se hizo uso de dos instrumentos concretos compatibles entre sí y de gran aporte al ámbito de la arquitectura: 1) la realidad virtual como herramienta de visualización de espacios y 2) el desempeño de tareas específicas de atención, memoria y preferencia como herramientas de medición de la cognición del sujeto. En el primer estudio se analizó el efecto de las intervenciones de diseño (en cuanto a luz, color y dimensión) en el rendimiento de atención y memoria y en la preferencia del alumnado, analizando el impacto relativo de cada una de ellas. Este enfoque comparado permite comprender a qué cambios físicos del aula son más sensibles los diferentes procesos cognitivos del alumnado. El estudio se llevó a cabo en conjunto con los dos géneros y, también, de forma separada. En el segundo estudio, se identificaron los valores concretos de cada uno de los tres elementos de diseño estudiados (luz: iluminancia y temperatura del color; color: tono y saturación; dimensión: altura y anchura) que consiguen mejorar la memoria de hombres y mujeres, minimizando las diferencias entre ambos géneros. Por su parte, el tercer estudio propone un análisis conjunto de los tres elementos de diseño mediante programación lineal multiobjetivo con el objeto de identificar las combinaciones específicas de luz, color y forma que maximizan los beneficios en términos de memoria, atención y preferencia. Del conjunto de resultados se concluye que los elementos del aula tienen interrelación entre ellos, por lo que deben ser estudiados en su conjunto. A ello se le suma la complejidad del estudiante ya que su cognición no sigue un mismo patrón. Por lo tanto, es necesario estudiar este paradigma en su conjunto. En este sentido, se explora una valiosa metodología que combina herramientas de control del espacio, como la realidad virtual, con herramientas de medición cognitiva, como tareas específicas validadas. El enfoque desarrollado en este trabajo puede ser prometedor ya que supone un comienzo de multidisciplinariedad en el que se unen las dos áreas de conocimiento: arquitectura y psicología. Por ello, es de esperar que el presente trabajo marque un nuevo paso en esa dirección.

[CA] No hem d'oblidar que l'arquitectura es construeix per a viure-hi i no per a mirar-la". Amb aquestes paraules, l'arquitecte Van Der Rohe emfatitza la importància que el disseny arquitectònic estiga al servei de la vida i contribuïsca a millorar-la. Aquesta visió evidencia la connexió significativa entre la psicologia i l'arquitectura, ja que els espais que habitem determinen el nostre desenvolupament personal. D'aquesta manera, cada entorn té una finalitat principal i ha de ser funcional per a això. En particular, els entorns educatius juguen un paper fonamental en el procés d'ensenyament-aprenentatge. Per tant, és crucial dissenyar aquests espais no només perquè siguen agradables per als seus ocupants, sinó també per a potenciar les funcions cognitives implicades en l'educació, assegurant així un ambient propici per a l'aprenentatge i el creixement personal. D'acord amb això, l'objectiu de la present tesi doctoral és analitzar la relació entre tres elements de disseny de l'aula (llum, color i dimensió) i tres funcions cognitives dels estudiants (memòria, atenció i la percepció de preferència per l'entorn). Per a abordar-ho, es van dur a terme tres estudis en laboratori. Aquests estudis van consistir en l'avaluació cognitiva de cada participant mentre es trobaven immersos en aules virtuals que diferien únicament en els tres elements de disseny objecte d'estudi, replicant així un entorn real però amb variacions controlades. Per a això, es va fer ús de dos instruments concrets compatibles entre si i de gran aportació a l'àmbit de l'arquitectura: 1) la realitat virtual com a eina de visualització d'espais i 2) el desenvolupament de tasques específiques d'atenció, memòria i preferència com a eines de mesura de la cognició del subjecte. En el primer estudi es va analitzar l'efecte de les intervencions de disseny (quant a llum, color i dimensió) en el rendiment d'atenció i memòria, i en la preferència de l'alumnat, analitzant l'impacte relatiu de cadascuna d'elles. Aquest enfocament comparat permet comprendre a quins canvis físics de l'aula són més sensibles els diferents processos cognitius de l'alumnat. L'estudi es va dur a terme en conjunt amb els dos gèneres i, també de manera separada. En el segon estudi, es van identificar els valors concrets de cadascun dels tres elements de disseny estudiats (llum: il·luminància i temperatura del color; color: to i saturació; dimensió: alçària i amplària) que aconsegueixen millorar la memòria d'homes i dones, minimitzant les diferències entre ambdós gèneres. Per la seua banda, el tercer estudi proposa una anàlisi conjunta dels tres elements de disseny mitjançant programació lineal multiobjectiu amb l'objecte d'identificar les combinacions específiques de llum, color i forma que maximitzen els beneficis en termes de memòria, atenció i preferència. Del conjunt de resultats es conclou que els elements de l'aula tenen interrelació entre ells, per la qual cosa ha de ser estudiat en el seu conjunt. A açò s'hi suma la complexitat de l'estudiant ja que la seua cognició no segueix un mateix patró. Per tant, és necessari estudiar aquest paradigma en el seu conjunt. En aquest sentit, s'explora una valuosa metodologia que combina eines de control de l'espai, com la realitat virtual, amb eines de mesurament cognitiu, com tasques específiques validades. L'enfocament desenvolupat en aquest treball pot ser prometedor ja que suposa un començament de multidisciplinarietat en el qual s'uneixen les dues àrees de coneixement: arquitectura i psicologia. Per això, és d'esperar que el present treball marque un nou pas en aquesta direcció

[EN] "We must not forget that architecture is built to live in, not just to look at". With these words, architect Van Der Rohe emphasizes the importance of architectural design serving life and contributing to its improvement. This perspective highlights the significant connection between psychology and architecture, as the spaces we inhabit shape our personal development. Thus, each environment has a primary purpose and must be functional accordingly. Particularly, educational environments play a fundamental role in the teaching-learning process. Therefore, it is crucial to design these spaces not only to be pleasant for occupants but also to enhance the cognitive processes involved in education, ensuring a conducive environment for learning and personal growth. In line with this, the objective of this doctoral thesis is to analyze the relationship between three classroom design elements (light, color, and dimension) and three cognitive processes of students (memory, attention, and preference for the environment). To address this, three laboratory studies were conducted. These studies involved the cognitive evaluation of each participant while immersed in virtual classrooms that differed only in the three design elements under study, thus replicating a real environment with controlled variations. For this purpose, two specific instruments compatible with each other and highly relevant to the field of architecture were used: 1) virtual reality as a tool for space visualization and 2) performance of specific attention, memory, and preference tasks as tools for measuring subject cognition. The first study analyzed the effect of design interventions (in terms of light, color, and dimension) on students' attention and memory performance and their preference, examining the relative impact of each. This comparative approach allows understanding which physical changes in the classroom are most sensitive to different cognitive processes of students. The study was conducted collectively with both genders and also separately. In the second study, the specific values of each of the three design elements studied (light: illuminance and color temperature; color: hue and saturation; dimension: height and width) were identified to improve the memory of men and women, minimizing differences between genders. On the other hand, the third study proposes a joint analysis of the three design elements through multi-objective linear programming to identify specific combinations of light, color, and shape that maximize benefits in terms of memory, attention, and preference.From the set of results, it is concluded that the classroom elements are interconnected, thus needing to be studied as a whole. Added to this is the complexity of the student since their cognition does not follow a single pattern. Therefore, studying this paradigm as a whole is necessary. In this sense, a valuable methodology is explored, combining space control tools like virtual reality with cognitive measurement tools like validated specific tasks. The approach developed in this work could be promising as it represents the beginning of multidisciplinarity in which the two areas of knowledge¿architecture and psychology¿are combined. Therefore, it is expected that this work will mark a new step in that direction.