一所剛修好的大型小學，如何營造出科技感、現代感甚至未來感？

2016-01-12數碼

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）的智能調節，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 。

墨爾本一所私立學校的教室

Your environment has a huge impact on how productive you are. That means the temperature in your room, the colour of your walls and the noise happening around you. (你的工作環境對你的工作效率有很大的影響，這包括著你房間的溫度，墻壁的顏色和你周圍發生的噪音) —— Brendan Baker ^[1]

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/自動上傳網絡之後，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，這個數碼意味著什麽？

二氧化碳平均濃度分布情況

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：

當二氧化碳濃度高於1000ppm時，學生可能會嗜睡和抱怨糟糕的空氣 ^[4] 。

當二氧化碳濃度高於2000ppm時，學生會感到 困倦、頭痛和註意力不集中 ^[4] 。

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。

各教室平均溫度分布

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：

學生對‘當我上課時的時候，我可能會在教室太熱或太冷的時候分心’的認同度評分

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。

與熱舒適度相關的六大要素

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, 利用學校無線網絡自動把數據上傳到雲。

Netamo室內環境監測器

在窗戶/空調葉片/門上安裝了動作檢測Aeotec傳感器。

Aeotec窗戶傳感器

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能控制 。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