從校園建設角度,我給個可行的方案:搭建一套校園物聯網系統,透過實作教室環境(燈光、溫度、濕度、空氣流通度等)的智慧調節,為學生和老師 營造最佳 (工作效率,熱舒適度等)的學習和工作環境 ,同時還可以 節約電力能源的消耗 。
過去一年間,我和建築系PhD學生Max,在墨爾本一所私立學校搭建了一整套校園物聯網系統,利用傳感器采集數據/自動上傳網路之後,再進行數據分析,做出決策,力求為學生創造最舒適的學習環境。
其中,我的工作主要是熱舒適度 (Thermal Comfort) 模型的搭建以及學生專註力行為分析等。
收集到的數據令我們吃驚。
下圖是學生在校期間教室內的二氧化碳平均濃度情況。我們發現, 大部份教室的平均二氧化碳濃度都遠遠高於1000ppm,其中部份教室甚至高於2000ppm,這個數位意味著什麽?
大量研究證明,二氧化碳CO2濃度對學生課堂認知負荷有負面影響 [2] [3] ,其中:
下圖是學生在校期間教室平均溫度分布。將近一半的教室平均溫度僅為16攝氏度,小於世界衛生組織推薦的最低舒適溫度18攝氏度。
康奈爾大學的一項研究 [5] 也證實了這一點——他們在佛羅裏達一家大型保險公司測試了不同的辦公室溫度,實驗結果發現:
當溫度較低時 (如20攝氏度)時,員工犯的錯誤比室溫 (25攝氏度)多44%。」當室內溫度較低時,我們面臨的不僅僅是感覺冷和不舒服,而是 我們的註意力更容易被分散 。當我們感覺冷時,我們的身體正在用大量的能量來保暖。
另外,幾個月前我向10年級的22名學生發放了背景調查問卷,詢問他們室內溫度的變化是否會影響他們課堂的專註度。問卷調查結果如下所示:
在背景調查中,學生被要求用5 point likert scale 對下列句子進行認可度評分:
When I am engaged in class, I could get distracted when the room is too hot or too cold. (當我上課聚精會神時,我會因為教室太熱或太冷的時候分心)上圖所示,大部份學生選擇了‘somewhat agree’,他們認為室內溫度影響了他們的課堂專註度。
除了溫度,學生在教室中的熱舒適度還與濕度,空氣流速等因素息息相關。如何維持學生較高的熱舒適度,在保證他們學習效率的前提下降低空調等用電能耗,是我們物聯網系統搭建的主要目的。
下圖是整個校園所有實驗教室在8月和9月,一天中溫度,濕度,二氧化碳和噪音的平均分布情況。
整個物聯網系統的搭建比較簡單。我們在所有實驗教室,安裝了室內環境檢測器Netatmo weather station, 利用學校無線網路自動把數據上傳到雲。
在窗戶/空調葉片/門上安裝了動作檢測Aeotec傳感器。
然後用Vera閘道器來進行門窗傳感器數據的上傳。
整個系統搭建起來並不復雜,問題 關鍵在於如何對數據進行有效的分析,從而對整個系統進行智慧控制 。國內應該有一些企業在做物聯網校園解決方案,如果條件允許,和一些高校物聯網實驗室合作也是不錯的選擇。
最後,雖然近些年AI智慧課堂的概念日益火熱,但是我認為,為學生和老師 創造更適宜工作學習的環境 也同樣重要~
參考
- ^ https://buffer.com/resources/the-science-of-how-room-temperature-and-lighting-affects-our-productivity
- ^ Ulla Haverinen-Shaughnessy, DJ Moschandreas, and RJ Shaughnessy. 2011. Association between substandard classroom ventilation rates and students’ academic achievement. Indoor air 21, 2 (2011), 121–131
- ^ Usha Satish, Mark J Mendell, Krishnamurthy Shekhar, Toshifumi Hotchi, Douglas Sullivan, Siegfried Streufert, and William J Fisk. 2012. Is CO2 an indoor pollutant? Direct effects of low-to-moderate CO2 concentrations on human decision-making performance. Environmental health perspectives 120, 12 (2012), 1671–1677.
- ^ a b What are safe levels of CO and CO2 in rooms? https://www.kane.co.uk/knowledge-centre/what-are-safe-levels-of-co-and-co2- in-rooms
- ^ IEQ and Productivity: Is there a link? http://ergo.human.cornell.edu/Conferences/EECE_IEQ and Productivity_ABBR.pdf