引言
作为气候变化的主要后果，极端高温事件对人类健康[1-3]和城市基础设施[4]的威胁日益凸显。城市地区通常面临着更加严峻的极端高温威胁，其气温比农村地区高出1～4℃[5]。美国历史上曾出现过针对黑人及其他有色人种社区的居住隔离和投资缩减，导致这些社区的高温风险比其他社区更高[6-9]。此外，高温暴露导致的住院甚至死亡对低收入有色人种社区的影响尤为严重[10]。由于这些地区温度的升高，其社会脆弱性也在增加[11]。
尽管人们已经意识到热浪严重威胁着人类生命健康，但地方政府通过规划措施来应对极端高温的做法还十分少见[12]。有研究发现，大多数参与调查的规划师已关注到城市高温问题，他们指出人力和资本资源的匮乏是开展高温韧性规划的主要障碍[13]。此外，随着技术的发展，我们能越来越方便地获得各类温度数据，但仍需进一步探究如何利用这些数据来为辅助社区高温韧性规划，使其更具针对性和公平性[8]。换言之，既有研究还无法系统回答如下两个重要问题：如何为那些受极端高温影响严重的社区选择有效的缓解措施？以及如何利用不同类型和不同时空分辨率的温度数据支撑规划编制？这也是规划师和居民难以将相关科学知识转化为社区行动以缓解高温对边缘社区影响的根本原因。由于城市不同地区的高温暴露度及其应对高温影响的能力差异巨大，因此需要在比整个城市更小的尺度上采取干预措施，并注重回应受高温影响最严重的人群的需求[14]。
本研究中，我们将“社区韧性”定义为“城市系统及其所包含的所有跨时空尺度的社会生态和社会技术网络，在面对扰动时保持或迅速恢复预期功能、适应变化并快速转变限制当前或未来适应能力的系统状态的能力”[15]。可以看出，韧性与适应性有关，这两个概念经常出现在气候韧性规划、气候行动计划和应对气候变化后果的具体战略规划之中。本文提到的极端高温则既包括被确定为热浪的离散事件，也包括全球气候变化影响下的整体气温升高[16-17]。
青少年既是造成气候变化的潜在推动者，也是参与式社区规划的成员[18-21]，应在提升社区气候变化韧性的过程中予以重点关注。本研究中，我们组织了一项为期两周的夏季智慧城市STEM 项目，参与者是12～14 岁的青少年。通过与他们的交流，我们阐明了居民理解高温相关经历的方式，探索了不同高温暴露的表征方法（如空气温度、热舒适）及数据的空间分辨率如何影响人们对高温暴露的理解，进而提出了能使居民更好地参与社区高温韧性规划的行动策略。具体而言，本研究旨在回答两个关键问题：（1）青少年如何理解高温对他们生活的影响，以及这种理解在智慧城市高温韧性规划项目实施过程中如何变化？（2）不同类型的数据和数据收集活动，尤其是通过智能传感技术采集的高分辨率数据，如何影响青少年对城市高温问题的理解？
我们分析了48 份青少年访谈记录以及我们在两周内做的民族志风格的笔记，以此来确定城市规划者如何让居民更好地参与高温暴露和缓解的相关问题中。我们发现与青少年的合作特别能说明问题，因为他们往往很坦率地说出对这一话题的理解和困惑，包括什么活动和什么类型的数据及数据收集活动能有所帮助，以及他们认为个人和地方政府应该采取哪些措施来应对高温。
下一节中，我们对既有文献进行了总结评述，在此基础上，着重强调了本研究对以往研究的延伸和拓展之处。
1 相关文献综述
1.1 高温与城市规划
土地利用规划可以通过多种策略来提升城市的气候适应性，其中，建筑层面的策略包括增强屋面反射率和建设绿色屋顶等，城市层面的策略则包括增加绿化覆盖率和减少不透水表面覆盖率[22-25]。既有研究表明，这些策略均能有效降低空气温度[26]，且组合策略可以进一步扩大降温效应[27]。
尽管越来越多的证据表明土地使用规划可以缓解极端高温，大多数城市倾向于在全市层面采取一般性行动（如增加地表反射率和种植更多植被），但这一定程度上忽视了不同地区在具体问题和策略可行性方面的差异[28]。事实上，受土地用途、地表覆盖、材料和形态等因素的影响[6,29,30]，城市不同区域的温度差异巨大（地表温差可达到7℃），因此有必要设计针对具体社区的高温韧性提升方案。近期在韩国首尔开展的研究表明，即使是很小的绿地也能在社区尺度产生显著的降温效应[31]。此外，降温措施的设计或配置方式也会影响降温效果[32]。
由于城市中不同区域的极端高温暴露度差异巨大，因此，高温韧性规划需要在更小的尺度上采取措施，并让居民参与其中。少数族裔和低收入居民比例较高的社区，以及曾被国家批准撤资的社区，其平均地表温度常常高于其他社区[6,8-9]。地表温度并不能完全代表高温暴露度和风险，建筑的隔热性和耐候性、空调的可用性及降温成本，以及电力需求峰值时段的电网韧性，都会影响高温风险。但无论从上述哪个影响因素来看，面对高温问题，有色人种和贫困居民比例较高的社区都比白人或富裕居民比例较高的社区更加脆弱[33]。
此外，高温对城市居民的差异化影响不仅仅体现在死亡人数和住院人数等脆弱性指标上。极端高温既会导致居民能源开销的提升，这对低收入家庭的影响尤其显著[34-35]；还会导致工作缺勤和生产力下降[36]，以及严重的身体不适[37]和精神压力[38]。然而，除了死亡和就医，高温带来的其他已被实验证明的后果很少被记录，因而很少被用作开展高温韧性规划的证据基础。
1.2 公民参与和智慧城市
随着信息通信技术、环境传感技术以及“大数据”存储、处理、分析和可视化技术的发展，城市设计和管理的方式也愈发智能化。例如，通过在城市环境中安装实时传感设备，可以实现垃圾收集路线优化[39]，空气/噪音质量预警、交通拥堵管理、停车或照明等系统的自动化运行[40]。在上述应用实例中，从城市环境中收集的高时空分辨率数据，能帮助我们根据城市环境的高度时空异质性，采取有针对性的响应措施。除了辅助实时城市管理，高分辨率的城市数据和城市地区产生和收集的“数字尾气”（digital exhaust）①数字尾气是一种比喻，意指数字技术使用过程中产生的行为记录数据。也可为制定长期性的政策和规划等提供帮助[41-43]。
然而，学界也不乏对智慧城市范式的批评之声，认为它助长了规划专业中潜在的自上而下、技术统治论和反民主倾向[44-45]，以及针对棘手社会问题的控制论的、公司主导的和新自由主义的观点[46-48]。智慧城市技术通常以支持更有效的回应性治理为明确目标，但最近有研究认为，智慧城市的技术措施和治理模式虽然促进了公民和政府互动，但这种互动往往是事务性和缺少实际意义的[49-50]。
为回应上述批评之声，有学者提出应对大数据和相关算法的使用进行评估，例如：评估其能否增强治理能力或提升社区的宜居性[51-52]。因此，进行智慧城市规划时，应将传感设备建设、高分辨率数据获取等与社区能力建设结合在一起，避免智慧城市成为唯技术论的城市管理模式。对于城市韧性规划来说更是如此，居民参与对城市韧性规划意义重大[53]。
1.3 基于地方的城市感知与青少年STEM 教育
1.3.1 青少年理解地图和认知环境的技能
智慧城市技术与青少年环境教育的结合[18]能有效提升社区韧性，自下而上地推动智慧城市愿景的实现。随着单片机、传感器的小型化和廉价化，越来越多的青少年STEM教育项目将其作为教学的重要内容。曾经学生们必须通过书本、视频、实地考察或课堂演示学习相关技术，现在则可以直接参与传感器的编程和设计过程。这些活动能让青少年在多方面受益：发展特定的STEM 技能[54]；激发对相关STEM 应用场景的兴趣，并在日后帮助他们发展更多个性化的兴趣[55]；通过向青少年展示工程技术的日常应用及相关职业发展路径，让他们认识到“工程存在于社区生活的方方面面，并与日常生活息息相关”[56]；通过与艺术等其他学科的整合[57]，可以拓展青少年对STEM 技术的认知；通过团队的机器人设计等活动，可以帮助他们学习新时代的技能，为其终身职业发展奠定基础[58]。
儿童是城市规划过程中宝贵的洞察力和专业知识来源[19,59]，但由于儿童认识环境和理解地图的能力都还在发展之中，导致他们难以参与到规划过程中。研究表明，虽然学龄前儿童可能会搞不清比例尺、地图符号及其指示物[60-61]，但他们能在一定程度上读懂航空照片中的空间信息[62-64]。随着谷歌地球等平台的出现，卫星或航空照片已经在K-12 课堂（美国的基础教育阶段）上被广泛使用[65-66]，依托类似技术的虚拟现实体验项目也逐渐走进中小学课堂[67]。
相比于地图，青少年对土地覆盖和土地使用地图等更加复杂的遥感数据产品知之甚少[68-69]。在课堂之外，拥有地图或类似地图的视图电子游戏也可以帮助儿童掌握一定的地图识图技能，尽管其主要目的是导航和指示目标方向，而非地图分析[70]。在各类地图中，采用颜色、阴影和等高线表示海拔变化的地形图，很容易被儿童和其他经验不足的使用者误读，因此混淆符号和指代物的情况时有发生（例如：因为颜色上的直观感受，易将用绿色表示的低洼地区认作植被）[71]。
热象图是可视化和了解城市热岛效应的一种方式，让儿童阅读热象图可以增加他们对热岛效应和遥感技术的兴趣[72]，但由于热象图的色彩表达不够直观，可能不利于儿童深入理解其中的定量关系。即便如此，上述活动仍是小学生在课堂之外建立地图阅读能力重要途径，这些技能是他们日后进行地理及相关研究的基础[73-74]。
1.3.2 基于地方的感知活动和文化适切教学法
理解文化适切教学法（culturally relevant pedagogy）有利于更好地与青少年交流。拉德森-比林（Ladson-Billings）首次提出文化适切教学法，将其定义为一种“不仅关注学生的成就，还帮助学生接受和肯定他们的文化身份，同时发展批判性视角，挑战学校及其他机构长期存在的不平等现象”的教学方法。在此后的几十年里，教育工作者、研究人员和社会活动家们一直将这种教学方法视为在教育中优先考虑边缘青少年，特别是种族边缘青少年，使其获得更好发展的关键。例如：“STEM 课程通常以一种与文化无关或不回应有色人种学生的方式进行教授”，而且STEM 实践经常以“白人的认知、行为和存在方式”为中心，是STEM 学科边缘化、排斥其他种族学生的表现[75]。当谈及在工程相关学科中应用文化适切教学法时，吉伦等（Gillen et al.）认为将活动与青少年文化建立直接联系、设计需要动手参与的探索式活动、增强学生的自主参与至关重要[76]。然而，在实践过程中，就像拉德森-比林在其2014 年的回顾性文章中所感叹的那样，即使那些强有力的策略已经被明确阐述，但在应用过程中也可能无法实现文化适切教学法最初的目标，因为“许多实践者……似乎被困在了非常有限和肤浅的文化概念之中”，“很少有人理解文化适切教学法中有关社会政治的内容，削弱甚至完全忽略了其中带有批判性的部分”[77]。
从一般意义而言，本项目中热传感器的使用与以技术为重点的STEM 教育外展服务的诸多潜在优势是一致的。我们将通过把这些潜在好处与提高社区抵御极端高温的能力联系起来，来进一步探究其潜在益处。
2 方法
为了探索我们所提出的研究问题，我们为中学生设计并实施了一个为期两周的智慧城市感知项目，背景和内容如下。
2.1 罗阿诺克公立学校暑期课程背景介绍
罗阿诺克市位于美国东南部的弗吉尼亚州，坐落在阿巴拉契亚山脉蓝岭区的一个山谷中，是一个拥有10 万人口的中型城市。经过19 世纪末到20 世纪初的发展，罗阿诺克成为其所在地区的烟草和煤炭运输枢纽[78]。20 世纪初，波士顿景观设计师约翰·诺兰（John Nolan）为罗阿诺克编制了第一版城市规划，该规划后来被美国规划协会授予了“国家历史规划地标 ”（National Historic Planning Landmark）奖。尽管诺兰对罗阿诺克的构想从未被完全采纳，但许多社区中绿树成荫、适宜步行的街道，以及沿街的商业店铺都体现了诺兰的规划思想。
历史上这座城市被分为四个部分，时至今日依旧如此。著名社会医学科学家明迪·弗利洛夫（Mindy Fullilove）曾在其作品《根部休克》（Root Shock）中以罗阿诺克西北片区为案例，详细描述了美国城市更新对黑人社区的破坏，及其所带来的社会心理影响[79]。1950 年代中期以后的40 年里，为了给高速公路、市政中心和企业的建设腾让空间，罗阿诺克西北片区许多充满活力的黑人社区被夷为平地[80]。目前，这座城市人口中约有57%是白人，27%是黑人，6%是西班牙裔，2%是亚裔[81]。
2020 年夏天，罗阿诺克市政府的可持续发展部主任获得了美国国家海洋和大气协会国家综合高温健康信息系统（NIHHIS）高温地图项目的资助（https://nihhis.cpo.noaa.gov/Urban-Heat-Islands/Mapping-Campaigns/Campaign-Cities），并开始组织制作城市气温地图。地图制作过程结合了车载气象站采集的气温数据和卫星采集的地表图像数据[82]。制作地图的目的是得到高分辨率的城市热岛数据，进而用于绘制高温脆弱性地图，并制定高温应对策略。截至2021 年夏天，罗阿诺克还没有使用数据产品的具体计划，但有兴趣与他方合作，共同推动工作过程中与社区成员的深入互动，特别是在那些被证明比城市平均温度高得多的社区开展相关工作。我们将罗阿诺克西北地区的边界叠加在高温地图项目中所绘制的一幅温度地图上，可以看出该地区极易受到极端高温的影响（图1）。
图1 2021 年夏季高温地图项目中绘制的罗阿诺克市气温地图（左）与1937 年罗阿诺克市的房主贷款公司地图①房主贷款公司(HOLC: Home Owners Loan Corporation)由美国国会创建，旨在为违约的抵押贷款进行再融资，以防止丧失抵押品赎回权。1937 年，在联邦住房贷款银行董事会要求下，HOLC 绘制了239 个城市“住宅安全地图”，以表明房地产投资的安全水平。（右）
注：左图中，气温范围为26.7℃（深蓝）～32.2℃（深红）；右图中，红色代表D 类（风险最高），黄色代表C 类，绿色代表B 类，蓝色代表A 类（风险最低）。在两张图中，虚线表示罗阿诺克西北片区的大致范围，黑点表示布雷肯里奇中学的位置。
资料来源：https://dsl.richmond.edu/panorama/redlining/#loc=5/39.1/-94.58
2021 年夏天，隶属于罗阿诺克公立学校系统（RCPS）的布雷肯里奇中学的学生被选中参加由该学区运营的一个名为RCPS +的暑期项目。研究人员与RCPS 项目的STEM 教育主任和布雷肯里奇的一位科学老师合作，为参加RCPS+项目的学生开发了一个为期两周的课程。参加这个项目的学生被分到四节课，每节课45 分钟，有19～20 名学生参加。然而，由于RCPS+不是必修课，每天的出勤率波动很大。虽然所有到场的学生都被允许参与课程，但研究过程中，研究人员只能从同意参与研究的学生那里收集数据。由于学生年龄在18 岁以下，他们签署同意书后，还需要获得其监护人的同意。该研究方案由弗吉尼亚理工大学审查委员会批准。特别值得注意的是，2021 年夏天，该项目开展之际，许多孩子已经上了整整一年网课。
2.2 “智慧城市”高温韧性规划活动简介
表1 总结了这个为期两周的项目每天的活动内容。第一周，研究人员向学生们介绍了各种数据源和传感技术，并指导他们在校园里收集数据。第二周，研究人员向学生们介绍了其他城市应对高温的具体措施，包括：建设公共冷却中心、饮水机、喷泉、公共泳池等公共基础设施；开展家庭环境改善社会服务项目，如赠送空调、能源补贴、房屋节能改造、建筑表皮更新和社区太阳能项目等；通过集市活动、印刷品、媒体广告等向公众宣传高温应对措施；推进市区绿化工程，如种植树木、清理空地及社区花园等；通过增加自行车道和行道树改善街道热环境。学生们还在相互采访的过程中了解了高温对日常生活的影响，针对他们最关心的地方设计了提升夏季舒适度的规划方案，并绘制了“高温韧性网络”（通过改善绿色街道将几个公园串联起来）。最后一天，研究团队的成员对那些同意参与研究的学生进行了采访。
表1 两周项目的活动简述
2.3 原始数据的收集和分析
我们将学生相互采访（第6 天）以及研究者与学生间的访谈（第10 天）录音转录为文字并进行分析。
尽管我们设计的采访问题和智慧城市活动的都是基于相关理论和研究，但我们并没有直接采用先验主题进行编码。相反，在将访谈音频转录为文字后，我们使用两阶段编码法[83]对访谈记录、研究人员所做的民族志风格的笔记，以及学生们制作的工作表、草图和规划等进行分析。第一阶段中，我们采用开放式编码，以促进新想法的产生，从而更好地了解青少年如何理解他们社区中存在的问题及潜在的解决方案，以及不同类型的技术和数据在这些想法的形成和演化过程中扮演了什么角色。为了最大限度地理解编码中的内容，我们尝试用长编码保持较长信息片段中的思想完整性，而不是用短编码将思想分割成零散的片段。
在第二阶段中，我们采用轴心式编码法将资料进行分类梳理。编码过程使用了Dedoose 定性数据分析软件。在此基础上，通过计算不同编码的出现频率，分析其所代表的概念的重要性。我们还分析了编码之间的相关性和共现性，以更好地理解哪些想法在参与者的脑海中最为相关。
除了两阶段编码程序外，我们将访谈问题的一些回答视作参与者的个体特征。例如：在学生相互之间的访谈中，受访者被问及他们是否曾在自己家中因高温而感到不适，是否曾因高温而考虑去另一个地方或改变其出行计划；每个学生对这些问题的回答被记录为二进制编码（0/1）。在研究人员与学生的一对一访谈中，学生们被要求给为期两周的项目打分，评分范围在1～10 之间。我们将这些数据作为“描述符”输入到Dedoose 软件中，并使其与每个参与者的音频文件中出现的各种编码产生关联。
3 结果
在两周时间内，共52 名学生至少有一天参加了RCPS +项目，其中，32 名学生同意我们将活动和访谈数据用于研究。这32 名学生中，27 人参加了学生间的访谈，25 人参加了与研究团队成员的访谈，31 人至少参加了一次访谈。接受研究团队成员采访的25 名学生中，14 名是7 年级，8 名是8 年级，2 名是9 年级，年龄12～14 岁不等。在为期两周的项目中，所有接受研究小组采访的学生都对项目给出了积极的评价，他们对项目的评分为7～10 分，平均分为8.7 分（满分10 分）。
3.1 有关高温对日常生活影响的讲述
学生相互交流的过程中谈及了他们与高温相关的个人经历。其中，75%的人提到他们在自己家里因太热而感到不舒服；62.5%的人提到曾去其他地方避暑或使用空调；58.3%的人提到高温影响了他们/家人的情绪或精力；58.3%的人提到曾经因酷热的天气而改变出行计划。
一名12 岁七年级学生讲述的高温影响生活的故事让人印象最为深刻。他回忆道，因为空调坏了，他的祖父在家里中暑了。意识到事情不对劲后，他打了911 报警；之后，全家去酒店住了一段时间。其他同学提及的高温对生活的影响还包括：屋里的空调坏了，感觉自己快要昏过去了；要把冰袋放在头上，晚上才能睡得着；在冰箱里冻了几瓶水，用来在夜里降温；家里的宠物也被热坏了；炎热让人倍感压力和疲劳；经常洗冷水澡；高温天睡在客厅或兄弟姐妹房间的地板上；和兄弟姐妹为了争夺电风扇而打架。最常与学生在家中感到不舒服共同出现的编码是“空调问题”。许多学生提到空调系统坏了或“不工作了”。
学生们提及的因为炎热而不得不改变的出行计划大多与户外活动有关，例如：因天气炎热而减少了去公园或户外运动的次数。
“我早上经常去跑步，但最近我不能去了，因为天气太热了。”
“我的弟弟妹妹喜欢去公园，哥哥姐姐喜欢在那里跑步和锻炼。但有时天气太热了，他们就不想去那里跑步或玩耍了，因为公园里的秋千和其他东西都是烫的。”
公园、街道和其他户外空间是青少年重要的社交场所。当学生们被问及他们关心的、想要改善热舒适度的场所时，一名学生回答说：
“我的很多朋友都生活中这个社区中，我们都喜欢在附近活动，所以它对我来说非常重要。”
一些学生认为，社区中因高温而产生的安全和舒适问题与其他安全和舒适问题是分不开的。在探讨缓解炎热的解决方案时，他们也提到了一些可以让社区更安全的其他改进措施。
“我们需要更多的树。现在每条路上的树都少得可怜，而且它们甚至算不上是真正的树。我们需要减少车行道，多建自行车道、人行道等。”
“我认为我们需要更多的树。我住在Redacted 路上，就在Redacted 商店旁边，我认为我们需要在这片区域内多种一些树……我还经常听到汽车碰撞的声音，我们需要在这里安装红绿灯。”
在活动中，学生们被要求为他们认为重要的地方设计热舒适改善方案，几名学生画了人行横道和停车标志（除了增加城市绿化外，还有一些学生画了甚至只画了交通稳静化设施（traffic calming infrastructure）①交通稳静化设施（traffic calming infrastructure）：运用在住宅区出入道路以保证社区居民交通安全的各类设施，如橡胶减速带、护柱、交通岛等。（图2）。当被问及为何要在热舒适改善方案中画停车标志、红绿灯和人行横道时，一名学生解释说，他们想改善家附近的交通情况，这样能便于他们步行到更凉爽的公园。他们提到设置减速带是为了让车辆减速，从而提升户外步行环境的安全性。还有一名学生说道，公园附近的区域并不安全，如果家里太热，公园也未必适合闲逛。
图2 学生们为他们认为重要的场所设计的热舒适改善方案
注：草图中包括绿化和树木，也包括交通稳静化设施和促进步行的设施。
一些学生还直接或间接地提到了与安全有关的其他问题。例如：两名学生在设计从社区到附近加油站的步道时，认为需要种植更多树木来遮荫，以便在高温天为居民提供更舒适的步行环境。然而，在他们在绘制草图时，却提到了会在路上遇到“可卡因瘾君子”的可能性。另一名在以往科学活动中都非常投入的学生，在这个需要设计热舒适方案的活动中变得非常心不在焉。研究人员观察到了这一点，并记录道：“他今天给我留下了特别深刻的印象。练习刚开始时，他看起来很难过，不断重复他不擅长画画，没有去过任何户外的地方……开始绘图时，他把自己家所在的位置指给我们看，并将其作为需要进行热舒适提升的案例对象。从谷歌街景地图可以看到，这里有几座房子似乎已经被封住了。今天，这名学生说，他所在的社区跟其他社区不一样，户外无处可去，也无事可做。”
另一名学生也有类似的问题，反复说除了自己家的房子，他从来没有去过任何地方，也没有去过附近任何地方的记忆。因为这些学生家里有空调，高温对他们的影响并不明显；他们更关注安全的户外运动和休闲环境，这导致他们不愿意参与设计社区高温韧性方案。除了社区层面的问题，学生们的经历可能很大程度上也受到了新冠疫情大流行的影响，过去一整个学年，许多孩子都在上网课，很少被允许与朋友玩耍或在无监督状况下外出。
3.2 对高温问题理解的转变
从学生们相互采访（在项目的第6 天进行）到接受研究人员的访谈（在项目的第10 天进行），学生们对高温问题及其解决方案的表述都出现了明显转变。学生相互采访过程中，“感觉不舒服”和“空调问题”经常同时出现，提出的解决方案大多是确保每个人都有一台可用的空调（被提及14次），甚至准备备用空调，以下是学生们给出的建议：
“鼓励商店的店主们在高温干旱的天气跟居民分享他们的空调和饮用水。”
“为没有空调或空调故障的家庭安装制冷系统和空调。”
“家里需要一个备用空调，以防另一个坏掉。”
除了空调问题外，学生们相互采访过程中还提到了通过改变个人活动或行为来适应高温的解决方案：
“在头上放一个冰袋。”
“洗三次澡，并打开空调。”
“喝一杯冰水，或者洗个澡。”
学生们给出的策略中还有一些需要对个人生活方式进行大幅改变。例如：一名学生在被问及是否人人都能买得起空调时说到“找份工作，这样就可以买得起空调了。”还有人建议，如果天气太热了，人们应该搬到另一个州或另一个国家。对于在孩子们玩耍的地方设置公用饮水机的建议，一名学生提出孩子们想喝水的话，应该自己携带水瓶；此外，学生们认为没有必要建设“冷却中心”，因为他们和家人可以直接去地下室降温，并认为人们应该对自己的家庭负责。上述表达是学生们最初的观点，他们认为高温是需要个人或家庭处理的暂时性不适状态，而不是对他们所在社区影响显著偏高的社会问题。
然而，在项目的第10 天，由研究人员主导的访谈中，最常被提及的高温缓解方法是“树木”（被提及23 次）。例如：
“我们社区的街道上几乎没有树……所以我认为，我们应该沿人行道种一些树，让人们可以在树下休息，并获得一些阴凉。”
“（指着她草图中的一栋建筑）它周围没有什么树木，所以我们可以在它周围种树，让这里的环境更凉爽。”
一位研究人员在笔记中提到，为了让学生对计划在第9天开展的“高温韧性网络”设计活动有所准备，他们需要理解如下概念：公共/私人空间和个人/社区尺度如何应对高温；环境会被人改变，罗阿诺克不同区域有相似之处也各有不同；以及“社区”邻近性和边界，比如开车或步行到一个地方需要多长时间。
值得注意的是，尽管在第一周的技术演示活动中，研究人员已经讲述了气温与城市材料和植被之间的关系，但直到学生们参与社区热环境改善方案设计时，他们才认识到除了安装空调和调节个人行为，高温问题还有其他解决方案。一名研究人员的笔记显示，第8 天学生们选择罗阿诺克西北片区中对他们而言重要的场所时，“一些学生似乎终于明白，他们所选择之处的空气/地表温度始终比罗阿诺克全市的中值更高，并开始思考为什么会这样。”
然而，直至课程结束，一些学生还是没有理解这些概念。例如，在第9 天的“高温韧性网络”设计活动中，一位研究人员的笔记中提到，一名学生对室外温度可以被人为改变的观点提出了质疑，他说：“我们无法改变室外温度——如果你想更凉爽，你必须走进室内，打开空调。”
此外，即使学生最终意识到建成环境的变化可能会影响社区的热舒适性，他们也会对这是一种“不公平”的观点持怀疑态度。通过研究，研究人员将这种怀疑归因于以下几个方面：（1）学生们害怕承认自己的脆弱，害怕被贴上索取施舍的标签，担心自己会因此无法获得与他人相同的资源；（2）学生们不确定谁应该为不同社区绿化覆盖率的差异负责。基于上述原因，学生们常常会将高温归结为个人问题（家里没有空调，或者院子里没有足够的树），而无法意识到这种现象背后的不公平性。
在某节课上，学生们的科学老师讲了一个故事（这位老师也在罗阿诺克西北部长大，因此他的讲述让学生们十分信服）。科学老师讲道，他所在的社区以前有非常茂盛的树木，但后来市政府砍掉了部分树枝，来减少树冠对电线的遮挡。此后，街道上的树木逐渐枯死，最终不得不被完全移除。如此一来，他的房子无法获得沿街树木的遮荫，家中的能源开销明显增加。他说，如果在更富裕的社区，市政府可能会考虑将电力设施转移到地下，而不是随意砍掉老树的主要枝干。听完故事后，学生们似乎更愿意讨论他们社区中缺少植被的公平性问题了，因为他们的老师不仅消除了社区中植被稀少的污名化，也呼吁学生们关注城市在解决这一问题中的责任。这个故事帮助同学们了解到，比其他社区更高的高温暴露不是个人意识不足或家庭决策不当的问题，而很可能是某些决策将他们所在社区排除在外的结果。
3.3 “智慧城市”技术活动和社区式学习
我们将参与技术活动相关的开放式编码按以下三种主题进行轴心式编码：（1）技术、（2）学习、（3）参与活动。表2 展示了按三种轴心式编码分类展示的开放式编码及其出现频数。
表2 三类轴心式编码所包含的原始开放式编码及其频数
在技术类编码中，最常被提及的是“无人机”（58 次）。学生们只观看了一个简短的无人机飞行演示，但学生们经常提到无人机采集的陆地表面温度图像对理解不同覆盖物和材料表面的温度差异非常重要。“特异性”（Specificity）用于指代学生们提到的不同数据集捕捉到的细节和变化，它经常与“无人机”同时出现（共出现了11 次）。我们采用“视觉理解”来编码学生提及的他们所看到不同表面的空间差异（指颜色或视觉模式），这一编码也常常与“无人机”同时出现。例如一名学生说：“你可以看到不同的颜色，它会告诉你哪里更热或更冷，这是最容易理解的。使用无人机采集数据，人不需要移动就能了解到很大范围内的温度分布情况。”另一名学生说：“你可以看到它飞起来，看到沥青和其他物体的温度。你可以一边看风景和物体，一边看它们的热象图。”
还有一些同学提到了无人机的易部署性帮助他们理解了一天中热量在不同的材料中积累过程。两名学生谈到了观察无人机在一天中不同时间拍摄的校园热象图的感受（图3）：
图3 使用安装在无人机上的红外相机在一天中不同时间采集的数据示例
“当我们查看不同时间的数据时，我们发现，从11 点开始人行道表面就开始变热，到12 点会更热，再到14 点53 分，就非常热了，这展示了一天中的温度变化。”
“它向我们展示了沥青吸收太阳热量的过程。”
与Kestrel 气象传感器相比，大多数学生认为手持红外测温仪“更准确”，也更容易理解。活动过程中，Kestrel 气象传感器被用来测量空气温度，而手持红外测温仪则用来测量表面温度。然而，Kestrel 气象传感器上显示的空气温度经常在某个温度附近振荡，有时当学生把仪器拿在手里时，温度还会继续升高；而使用手持红外测温仪时，每按一次测温按钮就会立即返回一个数字。由于校园内空气温度的变化比手持红外测温仪测量的各种表面温度的变化要小，使用手持红外测温仪的学生可以用测量结果验证一些有关温度的假设（例如：“草地比黑色橡胶沥青轨道更凉爽吗？” “混凝土表面的温度比我的体温更低吗？”），而对此 Kestrel 气象传感器则无能为力。
“无人机和手持红外测温仪是最有用的，因为无人机可以展示一天中的气温变化，而手持红外测温仪则可以很方便地测量温度。”
“有了手持红外测温仪……你可以测量出每个地方的温度并了解它们的差异。”
“使用这个像风车一样的Kestrel 气象传感器的时候，我真的很难准确读取它的数据。还是用手持红外测温仪更好。”
与研究小组从学生的作业表中总结的热舒适测量结果相比，学生仍然认为仪器更科学、更准确，而他们对热舒适的评分则被认为是不准确、不科学的。然而，一些学生也注意到了将个人对热和不适感的感知与科学测量联系起来的重要性：
“各种来源的数据都很有用，尤其是来自无人机和卫星的数据，以及你们向我们展示的热舒适量表。”
“对个人而言，用自己的身体来判断温度，才是最准确的。”
在“参与活动”类编码中，最常被提及的是“乐趣”（24次），并常常与“去户外”同时出现。在项目开始后的第4 天，学生们拿着各种仪器，包括手持式红外测温仪、Kestrel 气象传感器、装有红外相机的手机等，测量了学校操场上6 个测量点位的环境温度，并记录了他们所感受到的热舒适水平。走出教室的户外学习活动深受学生的欢迎，在使用测温设备的过程中也增进了学生和研究人员的信任，增进了学生之间的友谊。当被问及两周活动的成功之处时，一名学生说：“在共同度过的每一天中，通过户外活动、数据采集等，我们赢得了你们的信任，你们也赢得了我们的信任。”
“在地图上规划”被提到了15 次，指的是项目第9 天的活动；在该活动中，学生们尝试通过确定绿色街道和喷泉的位置，在罗阿诺克西北片区建立起高温韧性网络。图4 展示了一个学生所设计的连接绿色空间的高温韧性网络。最常与“在地图上规划” 同时出现的编码有“帮助社区”“解决方案”和“重要问题”。
图4 学生设计的连接绿色空间的高温韧性网络示例
注：学生根据谷歌街景视图中的图像和他们对社区的了解，选择出将现有绿地串联起来的街道；被虚线勾勒出的区域是学生认为将直接受益于高温韧性网络建设的社区。
根据上述分析，我们发现各项活动之间有一定的互补性。首先，通过运用各类技术手段进行实地温度测量，我们帮助学生了解了校园和城市不同空间温度和热舒适度的差异性和分布特征。其次，“在地图上规划”的尝试让学生们意识到高温问题的重要性，并主动思考解决方案，帮助自己的社区提升热舒适度。
4 讨论
4.1 从青少年身上学到的社区高温韧性规划经验
综合上述研究结果，通过在智慧城市高温韧性规划夏令营中与青少年的接触，我们认识到了让青少年参与社区高温韧性规划的重要性。一方面，青少年经常在户外空间进行娱乐和社交活动，因而更容易受到极端高温的影响；另一方面，青少年非常乐于分享他们有关社区空间的想法，提出他们对社区空间的需求，并尝试探索问题背后的原因及解决途径。
我们与青少年接触过程中学习到的具体经验，可以为我们就相关问题与成年居民的进一步沟通提供帮助。首先，由于高温无处不在，且对社区中不同区域的影响存在显著差异，让居民重视高温问题并不容易。我们尝试让这些初中生在谷歌地图街景视图中观察罗阿诺克不同社区的景观元素，使用GIS 触摸屏查询这些地区的空气和地表温度，进而“感知”罗阿诺克不同社区的温度差异。成年人可能更容易理解这一过程，但成年人可能也会对温度差异之大而感到惊讶。开展活动帮助成年人在各种景观元素和空气或地表面温度之间建立联系，可以帮助他们认知建成环境对热舒适的影响，以及不同社区间建成环境要素的差异。
其次，我们发现高温对人的影响多种多样，除了被广泛关注的高温导致的死亡，高温天导致的频繁洗澡、失眠、发脾气和娱乐空间的丧失等也同样影响着人们的生活。一旦注意到这些影响，作为家庭经济支柱的成年人可能会比青少年更深刻地意识到社区温度过高所带来的生活成本的增加，以及日常生活便利性的下降。他们会明白，除了影响健康，高温还会增加家庭水电费成本、打乱日常生活秩序。此外，让成年人认识到高温是系统性的棘手问题而非个人问题也很重要。可以向成年人提供更多有关美国城市红线和居住隔离的历史背景资料，让他们了解历史上的居住隔离区目前的空气和地表温度情况，从而帮助他们认识到暴露在高温下不是个人行为决定的，其根源是有关城市建成环境和基础设施的系统性公共决策，是一个随城市发展过程演化形成的社会问题。
第三，当与青少年一起讨论热舒适问题的解决方案时，他们的注意力常常会转向与社区舒适和安全相关的其他问题上，包括车辆超速、街道安全和犯罪等。对成年人而言，这些问题可能比社区热舒适问题更重要。因此，为了让成年居民参与进来，也需要向他们解释这些问题之间的相互关系，而不能将缓解高温作为一个孤立问题去解决。此外，如果不了解相关问题在社区居民认知中的优先级关系，可能会加剧政府和边缘社区居民之间的摩擦；事实上，边缘社区中的居民有时会将社区绿化视为别有用心的绅士化行为[84]。
最后，虽然高分辨率的热图像和数据收集活动确实能让学生认识到哪些景观元素表面的温度更低，但这不足以改变他们关于“人类可以改变室外气温使其更加舒适”的看法。然而，经过几次规划练习之后，如确定需要增加树木遮荫的街道并绘制方案草图，他们对上述问题的看法逐渐发生了改变。因此，我们需要认识到高分辨率数据在参与式规划和科学研究中的价值是不同的。例如：已有研究指出空气温度和相对湿度能更好地反映人体热舒适度[85]，但学生们对部分测量设备的可靠性提出了质疑。此外，许多研究发现，由于热浪发生时通常会覆盖大片区域，实际上无需非常高分辨率的气象数据就可以精确预测高温致死率[86]；但我们的研究发现，高分辨率数据可以帮助学生理解导致社区温度升高的人为因素。
最关键的是提供多种方式帮助人们了解高温韧性的相关概念：一些学生被城市温度智能感知活动中的新技术所吸引，另一些学生更喜欢听同学讲述自己与高温相关的经历，还有一些学生则喜欢绘制提升热舒适性的解决方案。与成年居民的合作过程中，也同样可以采用多种方法帮助他们理解社区高温问题，从而使其更好地参与到规划解决方案的设计中。此外，智慧城市传感技术的应用能有效吸引青少年（和成年人）关注高温这类的普遍存在但极易被忽视的问题。
4.2 使青少年成为家庭和社区变革的推动者
考虑到文化适切教学法的背景，本项目中基于地方的城市感知活动可以与基于资产的教学法（asset-based pedagogies）①基于资产的教学法认为，学生的文化、语言、残疾、社会经济地位、移民身份等，可以为课堂带来多样性，为课堂和社区增加价值和力量。文化适切教学法是基于资产的教学法中的一种。的关键原则紧密结合。城市感知和高温韧性项目强调动手操作、重视自主探索，让学生们在这一过程中自主发现问题并设计解决方案。此外，运用感知设备采集到的环境数据，学生们能直观了解到关键基础设施和公共健康隐患及其所在社区内不公平的地理差异。虽然空间公平性问题没有像后续课程那样被全面嵌入，但我们仍然有意识且谨慎地让青少年学习和解决高温韧性相关的基础设施问题。
我们认为，社区的高温韧性是一个重要的公共健康和社会问题，需要社区层面投入并探索集体性的解决方案。青少年教育通过“提升当前或未来适应能力”来增强城市系统韧性[15]，是城市韧性提升的重要途径。我们的研究表明，让青少年参与社区高温韧性规划，可以提高他们对相关问题的认知，并为更广泛的社区变革奠定基础。首先，许多研究都指出，增进青少年对社区的了解，并使其成为社区变革的推动者，是增强社区韧性、活力和长期适应能力的关键[18,87]。在此基础上，我们提出了“通过定期与青少年进行高质量的交流，能吸引他们的家人也参与到高温韧性的讨论之中”的假设。虽然这一说法有待验证，但与家庭兴趣发展系统相关的研究都可以为其提供有力的支撑。具体而言，帕丁森（Pattinson）和他的同事们将家庭兴趣发展系统定义为“随着时间的推移，父母和孩子重新投入一个兴趣焦点的相关关联的倾向（陈述和实施），以及家庭成员中影响这种重新投入并受其影响的信念、价值观、知识和技能”[88]。基于上述理论，我们有理由相信让青少年学习高温韧性规划的相关知识并参与社区规划，能带动其监护人甚至更大范围的居民关注相关议题。此外，将STEM 相关内容与自己的生活和社区联系起来是文化适切教学法所提倡的关键内容，除了了解高温韧性基础设施这一具体的问题，家庭参与对促进青少年STEM 兴趣的发展也具有重要意义。
在这个项目的首次授课过程中，我们没有明确要求家庭参与进来，也没有试图衡量我们与青少年共同开展的活动是否会促进家庭学习或参与。然而，这是我们的一个隐含目标，未来的活动和研究可以更有意识地关注这个目标，围绕家庭兴趣发展理论开展研究设计。此外，未来还应通过实证研究说明NOAA NIHHIS 高温监测项目等数据收集工作如何更好地被应用于社区韧性提升的相关工作。
5 结论
本研究中，我们设计并实施了一个暑期智慧城市STEM项目，让中学生参与社区高温韧性规划。通过观察和访谈，我们总结了一些经验，可以应用在更大范围的参与式社区高温韧性规划之中，以提高社区的热舒适度和高温韧性，包括：（1）居民往往不会直接认识到社区中的高温问题，以及社区间温度差异背后的社会公平问题；（2）需要改变人们将高温暴露问题归因于个人和家庭而非景观和社会的认知；（3）设计热舒适提升方案时，需要将其与社区安全舒适有关的一般性问题综合考虑；（4）智慧城市技术和高分辨率数据能吸引居民参与高温韧性规划，但不足以让他们相信可以通过改造建成环境来缓解高温。最后，我们的研究表明，在系统采集城市数据的基础上，将青少年STEM 教育、智慧城市行动与空间规划和制图活动相结合，能有效促进社区成员对城市景观变化和集体行动的思考。
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