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。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，比如室内的温度、湿度、噪音和采光等^[48]。刘强等指出教室物理环境包括空气品质、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3.24所示。

图3.24　智慧教室物理环境构成要素

1.物理环境要素

（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。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。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、菌落数这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，加拿大的调查表明，室内空气质量问题中有21%是由生物污染引起的，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3-3所示。利用物联网技术和无线接入技术，我们可在智慧教室内安装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。

表3-3　智慧教室室内污染物浓度限量

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]GB 50325—2010：民用建筑工程室内环境污染控制规范。

（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《建筑照明设计标准》（GB 50034—2013）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。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3-4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750lx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。

表3-4　智慧教室的相关光照指数

（3）声环境。(www.daowen.com)

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》（GB 50118—2010）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，参考彭建新的语言清晰度研究，得出智慧教室的声环境指标如表3-5所示。

表3-5　智慧教室的声环境指标

（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。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为21℃～24℃学生学习状态最好，学习效率最高（见表3-6）。

表3-6　智慧教室的湿环境指标

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，当温度为21℃～24℃，湿度为45%～65%，室内风速在0.1米/秒～0.2米秒的时候，如表3-6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。所以在学习空间的建设中尽量营建舒适的热环境。在教室内，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。

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研究成果，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。

2.智慧教室桌椅设置

随着高等学校教学改革的不断深入，为适应课堂教学和教室多功能化的需求，对于智慧教室桌椅提出如下要求：①桌椅整体占地面积不应过大，实现桌椅放置后能够适应教室的空间和容量的总体平衡，不影响行人通行；②桌椅操作简单，材质轻便或安装滚轮，具有普适性，能够适应各类场景的需求；③桌椅高度符合人体工程学，减缓长时间坐着带来的疲劳感；④桌椅的形态应该能够满足智慧教室作为标准化考场的刚性需求；⑤桌子应该具备随备的充电装置和标准的供电接口，方便满足在教学过程中移动终端的充电需求；⑥材料使用符合国家环保检测报告的材质。