一所刚修好的大型小学，如何营造出科技感、现代感甚至未来感？

2016-01-12数码

从校园建设角度，我给个可行的方案：搭建一套校园物联网系统，通过实现教室环境（灯光、温度、湿度、空气流通度等）的智能调节，为学生和老师 营造最佳（工作效率，热舒适度等）的学习和工作环境 ，同时还可以 节约电力能源的消耗 。

墨尔本一所私立学校的教室

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. (你的工作环境对你的工作效率有很大的影响，这包括着你房间的温度，墙壁的颜色和你周围发生的噪音) —— Brendan Baker ^[1]

过去一年间，我和建筑系PhD学生Max，在墨尔本一所私立学校搭建了一整套校园物联网系统，利用传感器采集数据/自动上传网络之后，再进行数据分析，做出决策，力求为学生创造最舒适的学习环境。

其中，我的工作主要是热舒适度 (Thermal Comfort) 模型的搭建以及学生专注力行为分析等。

收集到的数据令我们吃惊。

下图是学生在校期间教室内的二氧化碳平均浓度情况。我们发现， 大部分教室的平均二氧化碳浓度都远远高于1000ppm，其中部分教室甚至高于2000ppm，这个数字意味着什么？

二氧化碳平均浓度分布情况

大量研究证明，二氧化碳CO2浓度对学生课堂认知负荷有负面影响 ^[2] ^[3] ，其中：

当二氧化碳浓度高于1000ppm时，学生可能会嗜睡和抱怨糟糕的空气 ^[4] 。

当二氧化碳浓度高于2000ppm时，学生会感到 困倦、头痛和注意力不集中 ^[4] 。

下图是学生在校期间教室平均温度分布。将近一半的教室平均温度仅为16摄氏度，小于世界卫生组织推荐的最低舒适温度18摄氏度。

各教室平均温度分布

康奈尔大学的一项研究 ^[5] 也证实了这一点——他们在佛罗里达一家大型保险公司测试了不同的办公室温度，实验结果发现：

当温度较低时（如20摄氏度）时，员工犯的错误比室温（25摄氏度）多44%。」

当室内温度较低时，我们面临的不仅仅是感觉冷和不舒服，而是 我们的注意力更容易被分散 。当我们感觉冷时，我们的身体正在用大量的能量来保暖。

另外，几个月前我向10年级的22名学生发放了背景调查问卷，询问他们室内温度的变化是否会影响他们课堂的专注度。问卷调查结果如下所示：

学生对‘当我上课时的时候，我可能会在教室太热或太冷的时候分心’的认同度评分

在背景调查中，学生被要求用5 point likert scale 对下列句子进行认可度评分:

When I am engaged in class, I could get distracted when the room is too hot or too cold. (当我上课聚精会神时，我会因为教室太热或太冷的时候分心)

上图所示，大部分学生选择了‘somewhat agree’，他们认为室内温度影响了他们的课堂专注度。

与热舒适度相关的六大要素

除了温度，学生在教室中的热舒适度还与湿度，空气流速等因素息息相关。如何维持学生较高的热舒适度，在保证他们学习效率的前提下降低空调等用电能耗，是我们物联网系统搭建的主要目的。

下图是整个校园所有实验教室在8月和9月，一天中温度，湿度，二氧化碳和噪音的平均分布情况。

整个物联网系统的搭建比较简单。我们在所有实验教室，安装了室内环境检测器Netatmo weather station, 利用学校无线网络自动把数据上传到云。

Netamo室内环境监测器

在窗户/空调叶片/门上安装了动作检测Aeotec传感器。

Aeotec窗户传感器

然后用Vera网关来进行门窗传感器数据的上传。

整个系统搭建起来并不复杂，问题 关键在于如何对数据进行有效的分析，从而对整个系统进行智能控制 。国内应该有一些企业在做物联网校园解决方案，如果条件允许，和一些高校物联网实验室合作也是不错的选择。

最后，虽然近些年AI智慧课堂的概念日益火热，但是我认为，为学生和老师 创造更适宜工作学习的环境 也同样重要~

参考

^ 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