建筑光學(xué)實驗的教學(xué)改革探討

李冰 梁光勇

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

關(guān)鍵詞：建筑物理；光學(xué)實驗；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，對勞動生產(chǎn)效率和視力健康有直接影響，故在建筑設(shè)計中應(yīng)對室內(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，開展科學(xué)有效的建筑光學(xué)實驗，促進(jìn)學(xué)生對技術(shù)原理的掌握并運用于建筑設(shè)計，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，各種采光窗的采光特性和采光設(shè)計及計算方法，人工光源和燈具的光學(xué)特性及其基本的照明設(shè)計和計算方法等內(nèi)容[1]，對采光、照明技術(shù)的基本原理和設(shè)計方法有了一定的理解和掌握，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行實驗性教學(xué)，可使學(xué)生對建筑光環(huán)境獲得更為感性的認(rèn)識，同時在實踐和體驗中提高在建筑設(shè)計領(lǐng)域的專業(yè)素養(yǎng)。

建筑物理實驗課程在大三下學(xué)期開展，一共16個學(xué)時，其中光學(xué)部分6個學(xué)時。根據(jù)建筑學(xué)專業(yè)教學(xué)大綱和培養(yǎng)方案，結(jié)合我校建筑物理實驗室的設(shè)備條件，當(dāng)前開展的建筑光學(xué)實驗包括室內(nèi)采光系數(shù)實測，房間照明效果測試，用照度計測量表面光反射比、窗玻璃光透射比等。由于各個實驗的不同特點和具體要求，在教學(xué)實踐中有不同的價值和意義。

2.采光系數(shù)實測。選取側(cè)窗采光房間進(jìn)行實際采光效果檢驗，用兩臺照度計同時分別測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遮擋的空地或在建筑物屋頂上進(jìn)行測量，室內(nèi)照度測量時應(yīng)熄滅人工照明光源，并避免測量者對入社光線的遮擋[2][3]。根據(jù)測量數(shù)據(jù)可繪制房間典型剖面的采光系數(shù)曲線圖。

通過采光系數(shù)實測實驗，使學(xué)生掌握照度計的使用方法和室內(nèi)外照度的測量技巧；觀察并分析房間的室內(nèi)采光系數(shù)曲線圖，得出在特定開窗條件下，室內(nèi)光環(huán)境的分布規(guī)律。對建筑平面形式設(shè)計和采光口設(shè)計具有啟發(fā)意義。

3.房間照度測量。測量宜在晚上進(jìn)行，根據(jù)房間室形指數(shù)確定測點數(shù)，開亮房間全部的燈，待其穩(wěn)定后才能開始測量，測量時應(yīng)避免實驗員對照度計的遮擋[2]，根據(jù)各測點位置的照度實測值，繪制照度曲線。

通過房間照度測量實驗，使學(xué)生觀察燈具的配光特性，并對房間的照度平均值和均勻度進(jìn)行分析評價，提出房間的照明環(huán)境利弊，為以后建筑照明設(shè)計提供參考。

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

通過實驗，使學(xué)生定量認(rèn)識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)計中充分考慮這些因素，提高設(shè)計質(zhì)量和設(shè)計合理性。

5.問題反思。根據(jù)建筑物理課程培養(yǎng)方案，結(jié)合建筑設(shè)計的技術(shù)要求，針對建筑學(xué)本科生開展建筑光學(xué)實驗教學(xué)，促進(jìn)了學(xué)生對光學(xué)技術(shù)原理的掌握和設(shè)計運用，取得了一定的成效。但在教學(xué)實踐中發(fā)現(xiàn)，建筑光學(xué)實驗教學(xué)還存在兩個方面問題。

（1）受學(xué)院實驗室條件的限制，當(dāng)前未能開展全面的光學(xué)實驗，實驗類型較單一。與建筑光學(xué)設(shè)計緊密聯(lián)系的采光模型實驗和照明模型實驗尚未開展，使房間室形系數(shù)、窗口設(shè)置和燈的距高比等設(shè)計參數(shù)無法在實驗中進(jìn)行比較、驗證，使建筑光環(huán)境設(shè)計教學(xué)沒有達(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、輕技術(shù)”的學(xué)習(xí)態(tài)度，加之實驗形式的單一和枯燥，明顯抑制了學(xué)生對實驗課程的積極性和濃厚興趣。

（2）建筑采光和照明設(shè)計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)計和照明設(shè)計在空間形象、空間氛圍和空間品質(zhì)提升中發(fā)揮重要作用。當(dāng)前開展的照明實驗主要是圍繞房間在夜間照明功能要求，對房間照度水平以及均勻度進(jìn)行的測量和檢驗，是純粹技術(shù)性的實驗。完全沒有注重自然光和照明設(shè)計的裝飾藝術(shù)價值，若能使學(xué)生在實驗室對燈具和照明型式的藝術(shù)效果進(jìn)行觀察和體驗，則對建筑空間和環(huán)境設(shè)計具有重要的啟發(fā)意義。

二、建筑光學(xué)實驗的改革思路

針對我校當(dāng)前建筑光學(xué)教學(xué)實踐中存在的突出問題，并結(jié)合建筑設(shè)計教學(xué)不斷發(fā)展的需求，建立教學(xué)體系，搭建實驗平臺，開展建筑光環(huán)境實驗性教學(xué)。

1.教學(xué)體系。建筑光環(huán)境實驗性教學(xué)是面對建筑學(xué)專業(yè)學(xué)生的全方位、開放式教學(xué)。以建筑設(shè)計應(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)境實驗性教學(xué)體系，總體上分三個環(huán)節(jié)。

一是加強(qiáng)基礎(chǔ)性實驗教學(xué)，改善實驗設(shè)施條件，使學(xué)生更多地通過實驗系統(tǒng)學(xué)習(xí)光、顏色和視覺環(huán)境的基礎(chǔ)知識和基本規(guī)律；二是搭建光與照明演示實驗平臺，使學(xué)生可以直觀地了解和認(rèn)識各種燈具及照明方式的功能特點，同時通過觀察、體驗光與照明對空間形態(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)計和空間營造中受到啟發(fā)，培養(yǎng)學(xué)生的建筑設(shè)計技能，提高專業(yè)素養(yǎng)；三是開展設(shè)計性實驗，如學(xué)生在課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計中需解決的采光和照明設(shè)計問題，可通過開展針對性的實驗來進(jìn)行輔助設(shè)計，鼓勵學(xué)生采用實驗檢驗和分析的手段來提高設(shè)計方案的合理性[4]。同時引導(dǎo)學(xué)生對感興趣的采光與照明問題開展實驗研究和探索，如參加大學(xué)生創(chuàng)新項目、專業(yè)設(shè)計競賽等，培養(yǎng)學(xué)生對自然科學(xué)的熱愛和創(chuàng)新設(shè)計的能力。

2、實驗平臺。圍繞建筑學(xué)本科教學(xué)質(zhì)量和設(shè)計水平的提高，配合不同環(huán)節(jié)的建筑光學(xué)實驗教學(xué)需求，擬在學(xué)院建立光環(huán)境演示實驗室，見圖1。與傳統(tǒng)的建筑光學(xué)實驗課程教學(xué)有著本質(zhì)不同，光環(huán)境演示實驗室不僅僅是對光學(xué)規(guī)律進(jìn)行測試和驗證，更重要的是可以使學(xué)生通過技術(shù)手段實現(xiàn)光與照明藝術(shù)空間和形式的觀察與探索。

圖1光環(huán)境演示實驗室效果圖

在實驗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，地面上放置實驗臺用于光學(xué)測量和檢驗。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)境觀察工具和實驗儀器；西側(cè)墻體設(shè)計“光與空間實驗室”標(biāo)志LOGO，同時采取燈光藝術(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，在實驗臺上進(jìn)行測量實驗。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)們帶來豐富的光環(huán)境體驗，并對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)識和理解。如同學(xué)們在實驗室親自觀察與體驗建筑空間中太陽軌跡、時節(jié)變換所帶來的光影動態(tài)與色彩韻律，增強(qiáng)對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)計的意識，學(xué)習(xí)如何將這一重要的建筑語言運用在設(shè)計中。

三、結(jié)語

建筑光學(xué)實驗是高校建筑學(xué)實驗課程的重要組成部分，在學(xué)生的設(shè)計技能提高和培養(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)實驗內(nèi)容和實驗體系已經(jīng)不能滿足當(dāng)前設(shè)計人才培養(yǎng)的需求。在原有實驗條件基礎(chǔ)上搭建照明演示實驗平臺，構(gòu)件建筑光環(huán)境設(shè)計教學(xué)體系，通過廣泛而直觀的建筑光環(huán)境體驗、觀察和實驗，將有效促進(jìn)學(xué)生對光環(huán)境與空間關(guān)系的理解和設(shè)計技巧的掌握。

參考文獻(xiàn)：

[1]華南理工大學(xué).建筑物理[M].廣州：華南理工大學(xué)出版社，2002.

[2]劉加平，戴天興.建筑物理實驗[M].北京：建筑工業(yè)出版社，2006.

[3]中國國建標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.采光測量方法[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社[S]，2008.5-8

[4]郝洛西，林怡.建筑物理光環(huán)境實驗性教學(xué)模式的創(chuàng)新與實踐[J].建筑學(xué)報，2007（1）：6-7.