建筑光學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)改革探討

李冰 梁光勇

摘 要：針對(duì)當(dāng)前高校建筑光學(xué)實(shí)驗(yàn)傳統(tǒng)教學(xué)模式，就其自身存在的突出問(wèn)題和發(fā)展局限性進(jìn)行反思；結(jié)合我校實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)條件和教學(xué)實(shí)際，提出構(gòu)件新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，搭建光環(huán)境演示平臺(tái)；探討了此改革方案在建筑設(shè)計(jì)人才培養(yǎng)中的重要意義。

關(guān)鍵詞：建筑物理；光學(xué)實(shí)驗(yàn)；教學(xué)改革

良好的建筑光環(huán)境是人們進(jìn)行正常工作、學(xué)習(xí)和生活的重要保障，對(duì)勞動(dòng)生產(chǎn)效率和視力健康有直接影響，故在建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)對(duì)室內(nèi)光環(huán)境有足夠重視[1]。建筑物理是建筑學(xué)專業(yè)的必修基礎(chǔ)課程，涵蓋了自然光和人工照明的理論知識(shí)，開(kāi)展科學(xué)有效的建筑光學(xué)實(shí)驗(yàn)，促進(jìn)學(xué)生對(duì)技術(shù)原理的掌握并運(yùn)用于建筑設(shè)計(jì)，是提高建筑學(xué)教學(xué)質(zhì)量的重要方向。

一、傳統(tǒng)教學(xué)模式反思

1.傳統(tǒng)教學(xué)模式。在建筑物理光學(xué)篇，學(xué)生通過(guò)系統(tǒng)學(xué)習(xí)光度學(xué)、色度學(xué)等建筑光學(xué)基本知識(shí)，各種采光窗的采光特性和采光設(shè)計(jì)及計(jì)算方法，人工光源和燈具的光學(xué)特性及其基本的照明設(shè)計(jì)和計(jì)算方法等內(nèi)容[1]，對(duì)采光、照明技術(shù)的基本原理和設(shè)計(jì)方法有了一定的理解和掌握，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)性教學(xué)，可使學(xué)生對(duì)建筑光環(huán)境獲得更為感性的認(rèn)識(shí)，同時(shí)在實(shí)踐和體驗(yàn)中提高在建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域的專業(yè)素養(yǎng)。

建筑物理實(shí)驗(yàn)課程在大三下學(xué)期開(kāi)展，一共16個(gè)學(xué)時(shí)，其中光學(xué)部分6個(gè)學(xué)時(shí)。根據(jù)建筑學(xué)專業(yè)教學(xué)大綱和培養(yǎng)方案，結(jié)合我校建筑物理實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備條件，當(dāng)前開(kāi)展的建筑光學(xué)實(shí)驗(yàn)包括室內(nèi)采光系數(shù)實(shí)測(cè)，房間照明效果測(cè)試，用照度計(jì)測(cè)量表面光反射比、窗玻璃光透射比等。由于各個(gè)實(shí)驗(yàn)的不同特點(diǎn)和具體要求，在教學(xué)實(shí)踐中有不同的價(jià)值和意義。

2.采光系數(shù)實(shí)測(cè)。選取側(cè)窗采光房間進(jìn)行實(shí)際采光效果檢驗(yàn)，用兩臺(tái)照度計(jì)同時(shí)分別測(cè)量全陰天室外照度和室內(nèi)照度。其中室外照度需選在周圍無(wú)遮擋的空地或在建筑物屋頂上進(jìn)行測(cè)量，室內(nèi)照度測(cè)量時(shí)應(yīng)熄滅人工照明光源，并避免測(cè)量者對(duì)入社光線的遮擋[2][3]。根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)可繪制房間典型剖面的采光系數(shù)曲線圖。

通過(guò)采光系數(shù)實(shí)測(cè)實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生掌握照度計(jì)的使用方法和室內(nèi)外照度的測(cè)量技巧；觀察并分析房間的室內(nèi)采光系數(shù)曲線圖，得出在特定開(kāi)窗條件下，室內(nèi)光環(huán)境的分布規(guī)律。對(duì)建筑平面形式設(shè)計(jì)和采光口設(shè)計(jì)具有啟發(fā)意義。

3.房間照度測(cè)量。測(cè)量宜在晚上進(jìn)行，根據(jù)房間室形指數(shù)確定測(cè)點(diǎn)數(shù)，開(kāi)亮房間全部的燈，待其穩(wěn)定后才能開(kāi)始測(cè)量，測(cè)量時(shí)應(yīng)避免實(shí)驗(yàn)員對(duì)照度計(jì)的遮擋[2]，根據(jù)各測(cè)點(diǎn)位置的照度實(shí)測(cè)值，繪制照度曲線。

通過(guò)房間照度測(cè)量實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生觀察燈具的配光特性，并對(duì)房間的照度平均值和均勻度進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，提出房間的照明環(huán)境利弊，為以后建筑照明設(shè)計(jì)提供參考。

4.光反射比、光透射比測(cè)量。用照度計(jì)分別對(duì)室內(nèi)表面的光反射比和窗玻璃的光透射比進(jìn)行測(cè)量。在表面光反射比測(cè)量中，應(yīng)在墻面、地面和頂棚等室內(nèi)表面上選取3-5個(gè)測(cè)點(diǎn)，求出算術(shù)平均值作為被側(cè)面的光反射比；窗玻璃光反射比測(cè)量應(yīng)在天空擴(kuò)散光條件下，將照度計(jì)的光接收器分別貼在窗玻璃的內(nèi)、外兩側(cè)，兩側(cè)的測(cè)點(diǎn)保持在同一軸線上，分別讀出內(nèi)、外兩側(cè)的照度Ei和En，求出透射比[2][3]。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生定量認(rèn)識(shí)表面材料的光反射性質(zhì)和窗玻璃材料的光投射性質(zhì)，結(jié)合室內(nèi)采光系數(shù)的分布規(guī)律，分析室內(nèi)不同區(qū)域光環(huán)境的影響因素，在建筑設(shè)計(jì)中充分考慮這些因素，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和設(shè)計(jì)合理性。

5.問(wèn)題反思。根據(jù)建筑物理課程培養(yǎng)方案，結(jié)合建筑設(shè)計(jì)的技術(shù)要求，針對(duì)建筑學(xué)本科生開(kāi)展建筑光學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，促進(jìn)了學(xué)生對(duì)光學(xué)技術(shù)原理的掌握和設(shè)計(jì)運(yùn)用，取得了一定的成效。但在教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，建筑光學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)還存在兩個(gè)方面問(wèn)題。

（1）受學(xué)院實(shí)驗(yàn)室條件的限制，當(dāng)前未能開(kāi)展全面的光學(xué)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)類型較單一。與建筑光學(xué)設(shè)計(jì)緊密聯(lián)系的采光模型實(shí)驗(yàn)和照明模型實(shí)驗(yàn)尚未開(kāi)展，使房間室形系數(shù)、窗口設(shè)置和燈的距高比等設(shè)計(jì)參數(shù)無(wú)法在實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行比較、驗(yàn)證，使建筑光環(huán)境設(shè)計(jì)教學(xué)沒(méi)有達(dá)到更好的效果。建筑學(xué)專業(yè)學(xué)生普遍存在“重設(shè)計(jì)、輕技術(shù)”的學(xué)習(xí)態(tài)度，加之實(shí)驗(yàn)形式的單一和枯燥，明顯抑制了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課程的積極性和濃厚興趣。

（2）建筑采光和照明設(shè)計(jì)不僅是使用功能的要求，在某些環(huán)境中還有裝飾藝術(shù)性要求。良好采光設(shè)計(jì)和照明設(shè)計(jì)在空間形象、空間氛圍和空間品質(zhì)提升中發(fā)揮重要作用。當(dāng)前開(kāi)展的照明實(shí)驗(yàn)主要是圍繞房間在夜間照明功能要求，對(duì)房間照度水平以及均勻度進(jìn)行的測(cè)量和檢驗(yàn)，是純粹技術(shù)性的實(shí)驗(yàn)。完全沒(méi)有注重自然光和照明設(shè)計(jì)的裝飾藝術(shù)價(jià)值，若能使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室對(duì)燈具和照明型式的藝術(shù)效果進(jìn)行觀察和體驗(yàn)，則對(duì)建筑空間和環(huán)境設(shè)計(jì)具有重要的啟發(fā)意義。

二、建筑光學(xué)實(shí)驗(yàn)的改革思路

針對(duì)我校當(dāng)前建筑光學(xué)教學(xué)實(shí)踐中存在的突出問(wèn)題，并結(jié)合建筑設(shè)計(jì)教學(xué)不斷發(fā)展的需求，建立教學(xué)體系，搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，開(kāi)展建筑光環(huán)境實(shí)驗(yàn)性教學(xué)。

1.教學(xué)體系。建筑光環(huán)境實(shí)驗(yàn)性教學(xué)是面對(duì)建筑學(xué)專業(yè)學(xué)生的全方位、開(kāi)放式教學(xué)。以建筑設(shè)計(jì)應(yīng)用型人才和創(chuàng)新性人才培養(yǎng)為導(dǎo)向，構(gòu)件建筑光環(huán)境實(shí)驗(yàn)性教學(xué)體系，總體上分三個(gè)環(huán)節(jié)。

一是加強(qiáng)基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)，改善實(shí)驗(yàn)設(shè)施條件，使學(xué)生更多地通過(guò)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)學(xué)習(xí)光、顏色和視覺(jué)環(huán)境的基礎(chǔ)知識(shí)和基本規(guī)律；二是搭建光與照明演示實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，使學(xué)生可以直觀地了解和認(rèn)識(shí)各種燈具及照明方式的功能特點(diǎn)，同時(shí)通過(guò)觀察、體驗(yàn)光與照明對(duì)空間形態(tài)的藝術(shù)塑造和表現(xiàn)形式，使學(xué)生在建筑光環(huán)境的設(shè)計(jì)和空間營(yíng)造中受到啟發(fā)，培養(yǎng)學(xué)生的建筑設(shè)計(jì)技能，提高專業(yè)素養(yǎng)；三是開(kāi)展設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，如學(xué)生在課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)中需解決的采光和照明設(shè)計(jì)問(wèn)題，可通過(guò)開(kāi)展針對(duì)性的實(shí)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)，鼓勵(lì)學(xué)生采用實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)和分析的手段來(lái)提高設(shè)計(jì)方案的合理性[4]。同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生對(duì)感興趣的采光與照明問(wèn)題開(kāi)展實(shí)驗(yàn)研究和探索，如參加大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目、專業(yè)設(shè)計(jì)競(jìng)賽等，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)自然科學(xué)的熱愛(ài)和創(chuàng)新設(shè)計(jì)的能力。

2、實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。圍繞建筑學(xué)本科教學(xué)質(zhì)量和設(shè)計(jì)水平的提高，配合不同環(huán)節(jié)的建筑光學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)需求，擬在學(xué)院建立光環(huán)境演示實(shí)驗(yàn)室，見(jiàn)圖1。與傳統(tǒng)的建筑光學(xué)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)有著本質(zhì)不同，光環(huán)境演示實(shí)驗(yàn)室不僅僅是對(duì)光學(xué)規(guī)律進(jìn)行測(cè)試和驗(yàn)證，更重要的是可以使學(xué)生通過(guò)技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)光與照明藝術(shù)空間和形式的觀察與探索。

圖1光環(huán)境演示實(shí)驗(yàn)室效果圖

在實(shí)驗(yàn)室的四周墻面及天棚分別進(jìn)行燈具的安裝和展示平板布置，地面上放置實(shí)驗(yàn)臺(tái)用于光學(xué)測(cè)量和檢驗(yàn)。其中入戶門一側(cè)（東側(cè)）墻體前布置一組高窗展示柜，可擺放照明燈具和附件；東側(cè)墻體上部安裝熒光燈、鹵鎢燈、高壓鈉燈、LED燈等燈具，并安裝控制開(kāi)關(guān)面板，用于展示各類燈具的發(fā)光效果，墻體下部擺放儲(chǔ)物柜，用于存放各類預(yù)備展示的燈具；北側(cè)墻體前擺放格子形櫥窗，用于存放光環(huán)境觀察工具和實(shí)驗(yàn)儀器；西側(cè)墻體設(shè)計(jì)“光與空間實(shí)驗(yàn)室”標(biāo)志LOGO，同時(shí)采取燈光藝術(shù)的裝飾；頂棚中央安裝了方格形的金屬導(dǎo)軌，用于安裝投射模擬燈具，在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行測(cè)量實(shí)驗(yàn)。頂棚周圍安裝發(fā)光天棚、暗燈、吸頂燈等，局部安裝光梁、光帶、吊燈、隔片式發(fā)光天棚等。

多種多樣的燈具類型和照明型式可以給同學(xué)們帶來(lái)豐富的光環(huán)境體驗(yàn)，并對(duì)各類燈光布置的空間藝術(shù)效果和技術(shù)方法獲得更直觀的認(rèn)識(shí)和理解。如同學(xué)們?cè)趯?shí)驗(yàn)室親自觀察與體驗(yàn)建筑空間中太陽(yáng)軌跡、時(shí)節(jié)變換所帶來(lái)的光影動(dòng)態(tài)與色彩韻律，增強(qiáng)對(duì)建筑自然光的感知以及日光與建筑關(guān)系的理解，培養(yǎng)自然光設(shè)計(jì)的意識(shí)，學(xué)習(xí)如何將這一重要的建筑語(yǔ)言運(yùn)用在設(shè)計(jì)中。

三、結(jié)語(yǔ)

建筑光學(xué)實(shí)驗(yàn)是高校建筑學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的重要組成部分，在學(xué)生的設(shè)計(jì)技能提高和培養(yǎng)中發(fā)揮著重要作用。隨著學(xué)科建設(shè)和專業(yè)改革進(jìn)步，傳統(tǒng)的建筑光學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)體系已經(jīng)不能滿足當(dāng)前設(shè)計(jì)人才培養(yǎng)的需求。在原有實(shí)驗(yàn)條件基礎(chǔ)上搭建照明演示實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，構(gòu)件建筑光環(huán)境設(shè)計(jì)教學(xué)體系，通過(guò)廣泛而直觀的建筑光環(huán)境體驗(yàn)、觀察和實(shí)驗(yàn)，將有效促進(jìn)學(xué)生對(duì)光環(huán)境與空間關(guān)系的理解和設(shè)計(jì)技巧的掌握。

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