摘要：教室是开展学校教育的主要教学场所和构成学校的基本组成单位，智慧教育的兴起促进了智慧教室的构建。本文着眼于智慧教室的物理环境要素，基于物联网技术和无线接入技术，分别对智慧教室的空气品质、光环境、声环境、热环境和教学设备设施环境五个方面进行探究，得出相关参数表，以供其他学习者参考。
关键词：智慧教室；物理环境；构成要素
中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）09-0247-03
1引言
随着信息技术的飞速发展，一些发达国家越来越重视将技术应用到教育中，通过采用数字化学习技术打造智能化学习环境来提升学生的学习效率，培养高素质人才。我国《教育信息化十年发展规划（2011-2020）》中的工作方针之一 “探索现代信息技术与教育的全面深度融合”体现了教育信息化在我国教育改革与发展上的重要性。在我国教育信息化进程中，运用新技g构建智慧学习环境以适应信息时代的需求，是当前教育技术研究必须重视的问题。
教室是开展学校教育的主要教学场所和构成学校的基本组成单位，构建智慧教室是教育信息化的必然趋势。与此同时，智慧教室的空间设计也越来越引发大家的重视。智慧教室的空间设计应包含括物理环境设计和空间环境设计。本文将从智慧教室的物理环境这一角度开展研究。
2智慧教室的认识
2008 年“智慧地球”（ Smart Planet）[1] 概念提出后，“智慧”与“教育”的结合，使得该领域下，智慧校园、智慧教育、智慧教室开始迅速发展。我国相关领域对于“智慧教室”的概念并没有一个统一的解释。黄荣怀、聂风华、陈卫东、王玉龙、程敏等人都分别对智慧教室的概念进行了界定。例如，黄荣怀[2]提出智慧教室是一种“能优化教学内容呈现、便利学习资源获取、促进课堂交互开展，具有情境感知和环境管理功能的新型教室”。聂风华[3]等认为“智慧教室是为教学活动提供智慧应用服务的教室空间及其软硬件装备的总和。”但是，不论其如何定义，利用新兴技术构建教与学的环境，促进学习者的学习和相关技能的提高，这是对于智慧教室概念的共通之处。这就凸显了智能设备和新技术在智慧教室中的重要作用。那么，如何利用智能设备和新技术去构建一个舒适的、智能的、促进学习的物理环境呢？这个物理环境是什么样的呢？
3物理环境的应用技术
技术作为整个智慧教室的核心，直接关系智慧教室的“智慧性”[4]。目前智慧教室在其物理环境设计中到底到会应用哪些技术？
①物联网技术。物联网技术是通过将任何物体与互联网连接，实现智能化、自动化的互联和交互，涵盖了信息识别、读取、传送、处理、存储、应用的全过程，为教育信息化、自动化、现代化提供更加理想的解决方案[5]。在智慧教室中，通过各种传感器使用物联网技术能自动启动照明、空调、窗帘、投影机等设备，自动调节照明亮度、温度、湿度等，能实现学生身份自动识别、自动考勤等。
②无线接入技术。无线接入技术RIT（radio interface technologies） 无线接入技术指通过无线介质将用户终端与网络节点连接起来，以实现用户与网络间的信息传递。借助无线接入技术，智慧教室的软件、硬件系统和设备之间进行无缝连接，多个智慧终端的无缝切换，为教师学习者提供了一个无缝连接的网络环境[6]。
4智慧教室的物理环境设计
本文认为智慧教室的空间设计主要包括物理环境设计和空间环境设计。物理环境，是指研究对象周围的环境[7]。叶澜认为，影响课堂教学师生状态的物理要素之一就是教室条件[8]，比如室内的温度、湿度、噪音和采光等。刘强[9]等指出教室物理环境包括包括空气品质、光环境和声环境。针对智慧教室利用新兴技术促进教学的特征，智慧教室的物理环境要素除了空气品质、光环境和声环境，还应包括热环境和教学设备设施环境，如图1。
4.1 物理环境要素探究
1）空气质量
室内空气品质是指在某个具体的环境内，空气中某些要素对人群工作、生活的适宜程度[10]。对室内空气品质评价时，一般选择会危害人体健康的、相对稳定、易检测且能代表室内污染的污染物作为评价因子[11]。针对智慧教室的情况，结合室内空气品质的评价因子，智慧教室的空气品质评估最终选取教室环境的二氧化碳（CO2）、臭氧（O3）、甲醛、挥发性有机物（TVOC）、可吸入颗粒物（PM10）、氡、菌落数等7个指标。
智慧教室内的二氧化碳主要来自于师生的呼出气体，当超出一定浓度范围后，会出现头晕头痛，浓度过高时，会导致死亡。臭氧来自于室外的光化学烟雾，其次，智慧教室内的复印机、空气负离子发生器、紫外灯等在使用的过程中都会产生臭氧，浓度高时会诱发严重病变。智慧教室在装修过程中所选用的建筑材料、装饰物、家具等都会产生甲醛和挥发性有机物，严重时可致癌。可吸入颗粒物一半来自于大气中的悬浮颗粒物，当教室通风换气时，颗粒物进入室内进而污染室内空气质量，浓度高时对人群呼吸道患病和人体免疫功能的损害明显。氡来自于智慧教室的建筑材料，比如石膏、水泥、砖沙等，极易引发肺癌。一般室内环境中都会出现各种菌落群，加拿大的调查认为，室内空气质量问题中有 21%是因生物污染引起的，主要包括细菌和真菌、霉菌、军团菌、病毒等。结合国家相关规定，得出智慧教室的空气质量指标表，如表1。
利用物联网技术和无线接入技术，我们可在智慧教室内安b内空气质量检测系统，实时监测空气质量，并及时采取相应措施进行智能调控。
2）光环境
智慧教室人工照明应该在照明标准的相关要求下进行智慧照明的建设。根据GB50034-2013《建筑照明设计标准》[12]中教育建筑照明标准，我们认为照明质量指标主要包括相关色温、桌面照度、照度均匀度、眩光、亮度对比度、显色指数等[13]。根据我国建筑照明设计标准，结合相关研究文献得出，智慧教室的相关光照指数值如表2所示。需要注意的是，我国相关标准规定教室桌面照度标准为 300lx，色温为3300～5300K，但严永红和关杨等[14]在做照度和视疲劳研究中指出，使用色温为4000K光源，照度值为750 lx时，最能降低学生的视疲劳和脑疲劳，所以对比国家光照标准，智慧教室的光环境在照度值和色温指标上做出了相应变化。 通过物联网技术和无线接入技术，在智慧教室室内安装光照度自动测量智能系统，实现自动测量，并根据设定的相关光照指数自动进行灯光调控。
3）声环境
这里的声环境不仅指安静的室内外环境，还应满足该教室内的声环境不会使人感到烦躁和疲倦。教室空间设计要尽量减少噪声污染，避免不利反射声，提高语言清晰度。智慧教室声环境的指标主要包括噪音等级、语言声压级、信噪比和混响时间。我国《民用建筑隔声设计规范》[15]中规定了学校建筑中各种教学用房和教学辅助用房的允许噪音等级以及混响时间，按照该规范内对房间的分类，参考彭建新[16]的语言清晰度研究，得出智慧教室的声环境指标如表3所示。
4）热环境
热环境主要是指室内的空气环境，主要包括室内的温度、湿度、风速等因素。室内热环境的热源主要是室内的设备、照明和人员等产生的影响[17]。智慧教室内部设备量较大，产生的影响也较大。舒适的热环境能够使人保持良好的知觉和智力水平，身体机能状态最好。实验研究发现室内环境温度在21～24°C，学生学习状态最好，学习效率最高。其次，室内湿度在30%～80%最好，太过潮湿或干燥的室内湿度会影响学习情绪。多位学者研究得出，当温度在21°C到24°C之间，湿度为45%～65%之间，室内风速在0.1米/秒～0.2米秒的时候（如表4所示），人脑思考问题的能力最敏捷、准确，精神状态最好，在此种环境下学习效率最高[17]。所以在学习空间的建设中尽量营建舒适的热环境。在该教室内，通过传感器技术对温度、湿度和风速进行检测，并通过智能设备进行自动调控，使室内保持最舒适的学习状态。
5）设备设施环境设计
智慧教室的设备设施环境主要包括基础设施、教学教学设备和物联网设备。智慧教室基础设施包括讲台、活动桌椅、灯、空调、加湿器、窗帘、储物柜等。基于互联网技术智能教学设备一般包括：服务器、路由器、交换机、中控智能主机、电子白板、液晶高清显示屏、用户终端（手机、电脑、平板等）、投影仪、音响、话筒、摄像头、和视频录播设备等。物联网设备还应包括传感器、RFID、红外探测模块、空气质量检测器等。智慧教室的物理环境构建是基于多种信息技术的应用，如无线接入、多点触控、泛在计算技术、物联网、云计算、便携式移动手持设备、可穿戴电脑技术等，其内部设备及其功能要充分体现教室的智慧性。
5总结
信息技术的不断发展使学习空间具有了更多的形式，教室作为主要学习环境，其发展也将越来越倾向于信息化智能化，构建智慧教室也就成为教育信息化的必然趋势。智慧教室的物理环境的评价标准较易确定，我国在教学建筑方面已有一系列成熟的量化标准，智慧教室的物理环境除了要达到国家及教育行业标准的相关要求外，还应结合近年来有关教室物理环境的相关论文研究，进行部分参数调整，使该标准值更能满足并适应学生生活、学习与成长的需要。此外，智慧教室作为一种自适应的学习环境，能根据环境变化智能调节自身特性并使相关系统能按照一些设定的标准工作在最优状态。
本文针对智慧教室的物理环境设计做出了一个探索性的研究，分别对智慧教室的空气品质、光环境、声环境、热环境和教学设备设施环境五个方面进行探究。在智慧教室内利用先进的物联网传感技术和无线网络技术，将互联网和实体物理设施之间以及设备与设备之间有机地连接成一个整体，创建智慧的物理环境，为学习者提供更加安全、便利、舒适、健康、有效的学习环境。但由于自身知识的局限性，本文的研究层次还较为浅薄，还需要进一步探讨。同时，希望本文能为以后基于智慧教室的构建提供一个参考。
注释：
[1] GB/T 17094-1997室内空气中二氧化碳卫生标准
[2] GB/T 17094-1997室内空气中二氧化碳卫生标准
[3] GB/T 18883-2002室内空气质量标准
[4] GB50325-2010民用建筑工程室内环境污染控制规范
参考文献：
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