葛堅　李效軍

摘要：作為面向建筑學專業(yè)學生開設(shè)的建筑物理課程，怎樣通過有效的實驗教學改革，使學生通過熱環(huán)境參數(shù)測定和熱舒適分析對相關(guān)建筑物理指標形成理論和感性的全面認識，深入理解熱環(huán)境參數(shù)和建筑熱環(huán)境結(jié)果的因果關(guān)系，并且能夠?qū)嶋H運用到建筑環(huán)境控制中，是我們實驗教學改革的出發(fā)點。本文介紹了浙江大學“建筑熱環(huán)境參數(shù)測定與熱舒適分析”探究性實驗教學改革的實踐和思考，提出了從單項指標測試轉(zhuǎn)變?yōu)榫C合性熱環(huán)境的測試分析、從實驗數(shù)據(jù)分析延伸到建筑熱環(huán)境評價分析及改造這一實驗教學內(nèi)容的改革，以及學生自主設(shè)計實驗方案這一實驗教學方法的改革，介紹了實驗教學的具體過程和實驗教學成果，以及項目執(zhí)行過程中的經(jīng)驗體會。

關(guān)鍵詞：熱環(huán)境參數(shù)測定；熱舒適分析；探究性實驗教學

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1005-2909（2016）02-0154-03

一、項目背景

近年來，隨著社會的發(fā)展和人民生活水平的提高，人們對于建筑人居環(huán)境的要求也越來越高。建筑人居環(huán)境應(yīng)滿足人的行為活動、生理和心理需求，良好的建筑物理環(huán)境是人居環(huán)境營建的核心內(nèi)容之一。同時，建筑能耗的逐年上升，對建筑物理環(huán)境控制也提出了更高的節(jié)能減排要求。

建筑物理課程作為建筑環(huán)境科學的重要組成部分，從20世紀50年代起，就成為中國高等院校建筑學專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。其中的建筑物理實驗是研究建筑節(jié)能和建筑環(huán)境控制中深層次問題的重要技術(shù)手段和有力工具，也是建筑物理教學過程中的重要實踐內(nèi)容[1]。怎樣進行有效的實驗教學改革，使學生通過熱環(huán)境參數(shù)測定和熱舒適分析，對相關(guān)建筑物理指標形成理論和感性的全面認識，深入理解熱環(huán)境參數(shù)和建筑熱環(huán)境結(jié)果的因果關(guān)系，并且能夠?qū)嶋H運用到建筑環(huán)境控制中，是我們實驗教學改革的出發(fā)點。

二、實驗教學實施方案

針對建筑物理I課程中的“建筑熱環(huán)境參數(shù)測定與熱舒適分析”部分，以往的教學方式除了講述理論知識以外，實驗內(nèi)容也僅僅停留在測試室內(nèi)熱環(huán)境的單項參數(shù)層面，并且是由任課教師布置實驗任務(wù)，學生按照老師安排好的實驗步驟按部就班地去進行實驗。鑒于此，我們著重在實驗教學內(nèi)容和實驗教學方法方面進行了改革。

（一）實驗教學內(nèi)容的改革：從單項指標測試轉(zhuǎn)變?yōu)榫C合性熱環(huán)境的測試分析，從實驗數(shù)據(jù)分析延伸到建筑熱環(huán)境評價分析及改造

此次實驗是一個綜合探究性的實驗。首先，要求學生了解影響建筑室內(nèi)熱舒適性的基本要素，測試影響熱環(huán)境的主要物理參數(shù)和綜合熱舒適性能指標，分析影響熱舒適性的主要因素及其內(nèi)在聯(lián)系，并增加了主觀問卷調(diào)查的內(nèi)容（表1）。進而，通過對特定研究對象建筑熱環(huán)境參數(shù)的測試分析，使學生從理論和感性層面全面掌握建筑熱環(huán)境的相關(guān)物理概念，深入理解影響建筑熱環(huán)境參數(shù)的各種因素，對相應(yīng)的建筑熱環(huán)境結(jié)果進行評價分析并且提出改造方案，使學生掌握建筑熱環(huán)境的規(guī)律本質(zhì)，從而有針對性地指導(dǎo)今后的建筑方案設(shè)計及材料選擇。

（二）實驗教學方法的改革：從老師安排任務(wù)轉(zhuǎn)變?yōu)橛蓪W生自主設(shè)計實驗方案

此次改革中，由教師提出研究對象和目標，設(shè)定實驗要解決的課題；學生運用已經(jīng)學到的理論知識，并獨立完成從制定實驗計劃、學習實驗儀器操作、開展實驗測試、進行數(shù)據(jù)分析、完成實驗報告、匯報實驗成果的一系列工作。在制定實驗計劃后，老師進行分組指導(dǎo)修改，完成實驗后，學生分組進行成果匯報。通過這一實驗環(huán)節(jié)的改革，有助于培養(yǎng)學生獨立設(shè)計實驗、分析問題和解決問題的能力。

（三）實驗教學的具體流程

1.設(shè)定研究對象：設(shè)定建筑系館月牙樓中庭、建筑系專業(yè)教室1、建筑系專業(yè)教室2、多媒體教室等4個對象，并將學生分成4組；

2.完成實驗方案：每個小組初步設(shè)定測試內(nèi)容、測點、測試時間等實驗內(nèi)容和實驗方案，分組進行實驗方案的討論，并由教師、助教進行點評和修改完善；

3.學習實驗儀器操作：每個小組確定實驗方案后，小組成員進行工作分工，并在助教的指導(dǎo)下學習實驗儀器的操作；

4.開展實驗測試：每個小組按照實驗方案對其負責的建筑空間進行空氣溫度（室內(nèi)+室外）、空氣相對濕度（室內(nèi)+室外）、室內(nèi)風向風速、室內(nèi)黑球輻射溫度和室內(nèi)熱環(huán)境綜合舒適度PMV-PPD等熱環(huán)境參數(shù)的測定（圖1-2），同時進行熱環(huán)境舒適度的主觀問卷調(diào)查。

5.完成實驗報告：進行實驗數(shù)據(jù)的整理分析（圖3-4），提出建筑熱環(huán)境結(jié)果的評價分析和改造方案（圖5），總結(jié)實驗心得體會，最終形成實驗報告，并進行實驗成果的匯報答辯。

該實驗是在任課老師、實驗人員及助教輔導(dǎo)下的開放性實驗；課內(nèi)外時數(shù)為4周（其中課內(nèi)8學時，課外10學時）。實驗效果考核方式如下：（1）實驗方案占20%；（2）實驗過程占30%；（3）實驗報告占50%。該實驗計劃參與學生96人，最終參與學生78人。

三、實驗教學成果

該實驗教學最大的成果在于，學生對建筑熱環(huán)境的認知不再僅僅停留在“照本宣科”的理論層面，而是從理論和感性的層面全面掌握了建筑熱環(huán)境的相關(guān)物理概念，深入理解了影響建筑熱環(huán)境參數(shù)的各種因素；學生通過對特定的建筑熱環(huán)境結(jié)果進行評價分析并提出改造方案，掌握了建筑熱環(huán)境的規(guī)律本質(zhì)，從而能夠有針對性地指導(dǎo)今后的建筑方案設(shè)計及材料選擇。

通過對特定研究對象建筑熱環(huán)境參數(shù)測定和熱舒適分析，學生總結(jié)了影響建筑熱環(huán)境結(jié)果的外部因素（日照狀況、室外氣溫、室外濕度）以及內(nèi)部因素（圍護結(jié)構(gòu)熱工性能、門窗開啟面積、遮陽設(shè)施、通風狀況、室內(nèi)壁面材質(zhì)、室內(nèi)測點、室內(nèi)人員、著裝等等），對不同建筑材料的熱工性能進行了調(diào)查研究，對相應(yīng)的建筑熱環(huán)境結(jié)果進行了評價分析并且提出了改造方案。比如，專教1的實驗小組得出總結(jié)：由于設(shè)計了大片朝南玻璃幕墻，室內(nèi)接受大量太陽輻射，導(dǎo)致專教室溫偏高，同時為了減緩這種狀況，窗簾一直處于關(guān)閉狀態(tài)，導(dǎo)致室內(nèi)照明需要人工照明來解決，玻璃幕墻的采光作用完全不能發(fā)揮，空調(diào)和照明的能耗很大。因此，建議減少外圍護結(jié)構(gòu)玻璃的面積，增加熱阻大的圍護結(jié)構(gòu)；擴大可開啟門窗面積，利用對流調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度；增加遮陽設(shè)施等。又如，多媒體教室的實驗小組在分析了影響建筑熱環(huán)境參數(shù)的各種因素并設(shè)置對比實驗后，提出了室內(nèi)空間熱舒適度改造方案，建議外墻采用翼板，增大風壓引導(dǎo)側(cè)向氣流進入室內(nèi)，也起到豎向遮陽板的作用；也可在內(nèi)墻增設(shè)高窗改善對流條件等（圖5）。

通過本次實驗教學，學生對于今后的建筑方案設(shè)計及材料選擇有了全新的認識和感悟，從而意識到：一個建筑師需要在方案階段就運用建筑物理的知識，通過調(diào)整建筑形體、合理設(shè)計建筑立面、選擇恰當?shù)膰o結(jié)構(gòu)和材料以及構(gòu)造方式，在營造出豐富建筑空間的同時，滿足人們熱舒適度的要求。

四、結(jié)語

隨著探究性實驗教學項目的進行，筆者發(fā)現(xiàn)計劃參與學生數(shù)與最終參與學生數(shù)存在較大差距。在工作量及課外學時數(shù)大增而學分沒有增加的情況下，怎樣增加項目覆蓋面，怎樣激發(fā)學生參與探究性實驗項目的熱情，是我們下一步要重點考慮的問題。

更深層次的思考：由于建筑物理課程是建筑學專業(yè)基礎(chǔ)課，其最終服務(wù)于建筑設(shè)計學科。如果探究性實驗項目能夠進一步跨課程開展，后續(xù)銜接上相關(guān)的建筑構(gòu)造、建筑性能分析和建筑設(shè)計課程，開設(shè)類似“月牙樓中庭改造設(shè)計”這樣的設(shè)計專題，將會呈現(xiàn)更好的教學效果。

參考文獻：

[1]許景峰，宗德新，尹軼華.數(shù)字技術(shù)在建筑物理課程教學中的應(yīng)用[J].高等建筑教育，2012，21（1）：139-143.

（編輯 胡 玥）