綠色建筑理念下的建筑物理實驗課程

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摘要:在綠色建筑不斷發(fā)展、綠色建筑教育逐步普及的背景下，探討了將綠色建筑理念引入建筑物理實驗教學(xué)的構(gòu)想與可能性，從實驗內(nèi)容、實驗環(huán)節(jié)以及實驗?zāi)Ｊ降确矫孢M行了初步思考與探索，使實驗教學(xué)能夠深化建筑物理知識在設(shè)計應(yīng)用中的重要意義，有效發(fā)揮理論與實踐之間的橋梁作用。

關(guān)鍵詞:綠色建筑，建筑物理，實驗教學(xué)

1概述

伴隨可持續(xù)發(fā)展理念與建筑領(lǐng)域的持續(xù)融合，綠色建筑已成為全球建筑師共同探討與努力的重要方向，發(fā)展綠色建筑不僅是中國建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會的需求，更是保護全球生態(tài)環(huán)境、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必然選擇［1］，與之密切相關(guān)的建筑技術(shù)教育以及相應(yīng)理論知識在建筑設(shè)計實踐中的應(yīng)用，也隨之受到更加廣泛的關(guān)注與思考［2，3］。建筑物理作為建筑學(xué)專業(yè)的基礎(chǔ)課程，是構(gòu)成職業(yè)建筑師建筑技術(shù)知識儲備的重要組成部分，其理論知識在構(gòu)建適宜的建筑物理環(huán)境過程中不可或缺，同時也在提倡可持續(xù)發(fā)展與綠色建筑設(shè)計理念的當(dāng)下承擔(dān)著重要角色。建筑物理實驗是建筑物理課程中實踐性較強的環(huán)節(jié)，對這部分教學(xué)的有效設(shè)計能夠幫助學(xué)生加深對理論的理解、學(xué)習(xí)從建筑技術(shù)角度解決建筑設(shè)計問題的方法［4］，是技術(shù)知識與設(shè)計實踐相結(jié)合的重要途徑。因此，在綠色建筑不斷發(fā)展的背景下，將綠色建筑理念融入物理實驗教學(xué)，能夠為進一步探索和提升這一環(huán)節(jié)教學(xué)效果提供新的契機。

2綠色建筑與建筑物理實驗

綠色建筑環(huán)境與建筑物理知識關(guān)系密切，其建立需要依靠運用相關(guān)技術(shù)措施對聲、光、熱環(huán)境進行設(shè)計，使之協(xié)同作用并達到一定標準。建筑物理實驗中的各項實測參數(shù)不僅是深入理解建筑物理知識的良好輔助，同時也是綠色建筑性能設(shè)計中必不可少的環(huán)境要素。近年來，綠色建筑的加速發(fā)展促使綠色建筑專題逐步被納入建筑學(xué)教學(xué)體系并成為其中的重要板塊，這使學(xué)生的綠色建筑相關(guān)知識能夠得到有效擴充，與之關(guān)系緊密的建筑技術(shù)應(yīng)用的重要性也愈加凸顯［5，6］。在實驗?zāi)Ｊ缴?，各學(xué)校所開設(shè)的建筑物理實驗?zāi)Ｊ揭惨阎鸩接蓚鹘y(tǒng)的驗證性、演示性的實驗向自主性與開放性實驗演進，學(xué)生的思維通過自主運用實驗儀器、參與實驗設(shè)計可以更好地得到發(fā)散［7，8］，這也為實驗教學(xué)的進一步提升提供了良好的基礎(chǔ)。在此背景下，將綠色建筑理念作為載體引導(dǎo)建筑物理實驗，一方面能夠在自主程度較高的模式下調(diào)動學(xué)生主動參與的積極性，使之更多地進行研究與探索［9］，有目的地思考建筑物理環(huán)境設(shè)計的要素與內(nèi)涵，最終掌握利用相關(guān)技術(shù)手段解決實際問題的基本方法;另一方面，較為系統(tǒng)地從建筑物理角度探討綠色建筑設(shè)計這一過程，可以培養(yǎng)學(xué)生根據(jù)自身理解從多角度探討物理環(huán)境設(shè)計與建筑設(shè)計之間的關(guān)聯(lián)，為今后實踐中自覺應(yīng)用理論知識、提升設(shè)計能力提供可能。

3綠色建筑理念為導(dǎo)向的建筑物理實驗

建筑物理實驗教學(xué)與理論教學(xué)相比通常所占課時較少，要使這一環(huán)節(jié)在有限的時間內(nèi)達到良好的教學(xué)效果，就需要通過合理、可行的實驗設(shè)計引導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)與認知。在綠色建筑設(shè)計中，需要依靠建筑物理知識來解決的問題主要在于如何通過建筑設(shè)計中的技術(shù)手段合理組織物理環(huán)境要素，使之達到相應(yīng)標準。因此，在以綠色建筑理念主導(dǎo)的建筑物理實驗中，既要引導(dǎo)學(xué)生對綠色建筑相關(guān)物理環(huán)境要素進行理解與認知，又要使其掌握在綠色性能構(gòu)建的過程中合理運用技術(shù)設(shè)計手段。

3．1實驗內(nèi)容構(gòu)建

傳統(tǒng)的建筑物理實驗通常以測定和分析單一物理環(huán)境參數(shù)為內(nèi)容，這很難使學(xué)生把握建筑物理環(huán)境要素之間的聯(lián)系以及建筑物理環(huán)境設(shè)計的整體性。以綠色建筑為導(dǎo)向的建筑物理實驗結(jié)合綠色建筑理念以及現(xiàn)行綠色建筑標準與規(guī)范，將重要物理環(huán)境要素進行提煉與整合，形成能夠描述某一綜合物理環(huán)境的初步框架，并基于對這些參數(shù)的探索形成建筑物理實驗內(nèi)容(見表1)。這一實驗內(nèi)容框架的設(shè)置，要求學(xué)生能夠基于對實測物理環(huán)境參數(shù)的認知，系統(tǒng)地分析、總結(jié)某一建筑物理環(huán)境的組成與影響要素，使學(xué)生體會到物理環(huán)境設(shè)計不僅僅是綠色建筑的重要組成部分，也是所有建筑設(shè)計實踐中不可忽視的重要環(huán)節(jié)，從而更加關(guān)注并樂于探討建筑物理環(huán)境方面的技術(shù)設(shè)計與應(yīng)用。

3．2實驗環(huán)節(jié)設(shè)置

在具體的實驗教學(xué)中，實驗過程由幾個相互遞進的部分共同構(gòu)成:首先，是作為實驗基礎(chǔ)的儀器使用與參數(shù)實測，學(xué)生自主測量過程對認識和感受建筑物理聲、光、熱環(huán)境具有重要意義;其次，基于綠色建筑要求對實測數(shù)據(jù)進行整理與分析。建筑物理環(huán)境取決于空間布局、建筑構(gòu)造等方面的設(shè)計，其不同時段的變化以及對建筑使用者的影響又與測量時間、氣象條件、地域因素、主觀感受等因素息息相關(guān)。實測數(shù)據(jù)忠實反映了包含各項因素的綜合結(jié)果，對這些數(shù)據(jù)整理分析的過程，就需要學(xué)生結(jié)合建筑自身特點以及環(huán)境因素進行整合，對實測建筑物理環(huán)境的構(gòu)成進行深度剖析;最后，也是實驗教學(xué)的核心部分，即對實測環(huán)境進行總結(jié)性的評價并以綠色建筑理念為目標提出相應(yīng)改造方案。這一環(huán)節(jié)要求學(xué)生在綠色建筑理念的主導(dǎo)下，結(jié)合相關(guān)標準與規(guī)范，發(fā)現(xiàn)實測物理環(huán)境中的具體問題、探討解決方法，將理論課程中的技術(shù)手段應(yīng)用于建筑綠色性能的提升，形成合理、有效的改造方案。

3．3實驗?zāi)Ｊ竭x取

基于對具體實驗內(nèi)容與實驗環(huán)節(jié)，采用自主程度較高的實驗?zāi)Ｊ剑箤W(xué)生在已有的實驗框架下充分發(fā)揮自主思考與實踐能力。各小組按照要求自主擬定實驗流程、選取測試地點，并依據(jù)數(shù)據(jù)采集類別、數(shù)量等注意事項協(xié)同合作完成環(huán)境參數(shù)測試。在對實測數(shù)據(jù)的整理與分析中，組內(nèi)成員通過綜合分析室內(nèi)外環(huán)境參數(shù)、調(diào)研建筑使用者主觀感受等多重角度對建筑環(huán)境現(xiàn)狀進行研究與評價，以此強化建筑設(shè)計中的整體意識。在建筑物理知識應(yīng)用環(huán)節(jié)，通過問題引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合綠色建筑設(shè)計相關(guān)標準與規(guī)范對實測環(huán)境提出可行的物理環(huán)境提升方案，注重每個學(xué)生提供的個性化方案，鼓勵技術(shù)措施的差異性與多樣性，使理論知識與設(shè)計實踐得到銜接。

3．4教學(xué)效果實現(xiàn)

本次實驗教學(xué)探索使學(xué)生對物理環(huán)境參數(shù)從認識到理解、從抽象的理論到具體數(shù)據(jù)的實測、再從檢驗分析實測環(huán)境到自主形成技術(shù)措施和設(shè)計策略這一完整的實驗過程，以綠色建筑理念為導(dǎo)向，將解決實際問題的目標貫穿始終，激發(fā)學(xué)生后續(xù)設(shè)計過程中對于建筑物理知識的自覺應(yīng)用。通過實驗內(nèi)容、實驗環(huán)節(jié)以及實驗?zāi)Ｊ降确矫娴奶接懪c構(gòu)建，將課堂中的理論知識進行鞏固與深化，同時通過課堂訓(xùn)練為知識的自覺應(yīng)用提供可能，使建筑物理實驗教學(xué)充分發(fā)揮積極作用，實現(xiàn)理論知識到實踐應(yīng)用的過渡(見圖1)。

4思考與展望

可持續(xù)建筑理念對建筑設(shè)計不斷提出更高要求，這對建筑設(shè)計從業(yè)者而言需要更加深入思考建筑設(shè)計中技術(shù)知識的應(yīng)用。將綠色建筑理念引導(dǎo)建筑物理實驗，不僅僅是為建筑物理知識的理論與設(shè)計實踐尋找結(jié)合點，同時，面對綠色建筑與建筑學(xué)課程體系不斷融合的趨勢，也能夠從實驗教學(xué)的角度充實綠色建筑教育框架，引導(dǎo)學(xué)生自覺將綠色建筑理念應(yīng)用于今后的建筑設(shè)計過程中。本文對于以綠色建筑理念引導(dǎo)建筑物理實驗這一教學(xué)實踐的思考與嘗試尚處于探索階段，其順利實現(xiàn)更需要協(xié)同綠色建筑教育體系的不斷完善共同發(fā)揮作用。此外，綠色建筑模擬技術(shù)的不斷成熟，也將為建筑物理實驗教學(xué)手段的豐富性與教學(xué)內(nèi)容提升提供可能，使其更具實踐性與參與度。作為建筑技術(shù)類課程的輔助環(huán)節(jié)，建筑物理實驗教學(xué)所傳遞的理念與方法也僅能夠使學(xué)生在建筑設(shè)計學(xué)習(xí)過程中初步探索理論知識的實踐與應(yīng)用，更多的建筑技術(shù)應(yīng)用方法需要學(xué)生在后續(xù)的設(shè)計課程乃至設(shè)計實踐中進一步領(lǐng)悟。

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作者：曲柳 單位：哈爾濱理工大學(xué)建筑工程學(xué)院