邊 宇,馬 源,遇大興

(1. 華南理工大學(xué) 建筑學(xué)院，廣東 廣州 510640；2. 廣東工業(yè)大學(xué) 建筑與城規(guī)學(xué)院，廣東 廣州 510090)

引言

建筑技術(shù)科學(xué)是建筑學(xué)的二級(jí)學(xué)科，其核心是建筑物理學(xué)，其中包括建筑光學(xué)即以建筑光環(huán)境為主要研究對(duì)象的部分。建筑技術(shù)科學(xué)研究如何通過(guò)城市規(guī)劃與建筑設(shè)計(jì)等措施來(lái)使城市與建筑具有舒適、健康、適用、安全的環(huán)境，對(duì)于提高建筑內(nèi)在品質(zhì)，滿足功能要求，節(jié)約能源和資源以及保護(hù)環(huán)境均具有重要意義[1]。建筑光環(huán)境需通過(guò)照明營(yíng)造，當(dāng)前照明行業(yè)面臨著人才培養(yǎng)缺乏專業(yè)以及相關(guān)光環(huán)境知識(shí)有待進(jìn)一步系統(tǒng)化、專業(yè)化等問(wèn)題。很多人呼吁改革建筑學(xué)教育，促進(jìn)建筑技術(shù)科學(xué)人才的培養(yǎng)[1]，想必其中包括照明領(lǐng)域的人才。這些現(xiàn)狀更加突顯了建筑物理光環(huán)境教學(xué)模式創(chuàng)新與內(nèi)容更新的必要。建筑物理光環(huán)境是全國(guó)高校建筑學(xué)專業(yè)學(xué)生必修的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，也是建筑學(xué)專業(yè)教育體系中唯一一門涉及天然光和人工照明內(nèi)容的技術(shù)類課程[2]。當(dāng)前光環(huán)境課程踐行的教學(xué)模式僅由課堂講授與課后基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的組成，這種模式在一定程度上限制了學(xué)生們對(duì)于照明知識(shí)的深入理解以及應(yīng)用，相比較而言實(shí)驗(yàn)性教學(xué)方法更加契合建筑物理課程的自身特點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)應(yīng)用于動(dòng)手能力也有助于照明人才的培養(yǎng)；此外，從當(dāng)前人工照明以及天然光照明技術(shù)與理論發(fā)展現(xiàn)狀水平反觀當(dāng)前建筑物理光環(huán)境方面的授課內(nèi)容，也可以認(rèn)識(shí)到存在范疇的偏差以及內(nèi)容有更新的必要。

1 反思傳統(tǒng)教學(xué)，探索創(chuàng)新模式

當(dāng)今，學(xué)生的學(xué)習(xí)方法、接受知識(shí)的途徑已經(jīng)不再是讀書、筆記、課后作業(yè)；行業(yè)的發(fā)展更新了職業(yè)崗位對(duì)于用人的實(shí)際要求，相應(yīng)地，學(xué)生們也自覺(jué)選擇了更新自己的技能、更加注重新知識(shí)、實(shí)際能力的學(xué)習(xí)；作為教授方有必要順應(yīng)這種趨勢(shì)，積極主動(dòng)地探索新的教學(xué)模式，提升教學(xué)效果。

長(zhǎng)期以來(lái)建筑物理光環(huán)境的教學(xué)始終處于尷尬的境地：學(xué)生在建筑設(shè)計(jì)全過(guò)程中都會(huì)涉及到光環(huán)境的問(wèn)題，無(wú)論是自然采光還是人工照明，可是學(xué)生對(duì)于光環(huán)境專業(yè)理論的學(xué)習(xí)態(tài)度卻很消極，加之設(shè)計(jì)圖紙上表達(dá)困難，因此設(shè)計(jì)課程作業(yè)往往缺少光與照明的設(shè)計(jì)內(nèi)容[2]。面對(duì)這種現(xiàn)象應(yīng)該如何應(yīng)對(duì)？傳統(tǒng)的方法主要通過(guò)在課堂上選擇部分照明設(shè)計(jì)、采光設(shè)計(jì)案例，但這種教學(xué)方式是否真的有助于提高學(xué)生對(duì)于光環(huán)境的理解，在未來(lái)從事設(shè)計(jì)時(shí)可以較好地實(shí)施光環(huán)境的設(shè)計(jì)？再比如新近提出的“光景學(xué)”理論框架[3]，如何令青年學(xué)生體會(huì)“光景”的妙處？恐怕單教授案例還是不夠的，對(duì)于光的感受有必要讓學(xué)生身處其間，直接接觸照明的材料(如：窗、燈具、模擬環(huán)境、多媒體、虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備等)，當(dāng)前大多數(shù)高校并不缺這些硬件條件，缺的是應(yīng)用這些設(shè)施條件的理念與恰當(dāng)方式。當(dāng)然1個(gè)年級(jí)學(xué)建筑學(xué)的人數(shù)約80人左右(以華南理工大學(xué)建筑學(xué)院為例)，如此數(shù)量的學(xué)生不可能同時(shí)開展接觸體驗(yàn)與實(shí)操感受，這就有必要通過(guò)分組進(jìn)行教學(xué)，合理安排授課與實(shí)操體驗(yàn)的課時(shí)。

為進(jìn)一步強(qiáng)化學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)理論的理解，加強(qiáng)動(dòng)手能力培養(yǎng)，對(duì)建筑物理教學(xué)進(jìn)行改革，我們建議建筑物理光環(huán)境課程在授課伊始，如：講授光的基本屬性以及“光通量”、“發(fā)光強(qiáng)度”、“照度”、“亮度”等基礎(chǔ)的概念時(shí)就突破現(xiàn)在的講課式教學(xué)模式，在講解的同時(shí)直接讓學(xué)生們感受光環(huán)境諸指標(biāo)的測(cè)量方式，如此也有助于提升認(rèn)知程度，令學(xué)生知道什么是“照度”也知道如何測(cè)量“照度”，經(jīng)過(guò)測(cè)試也就知道了500 lx大概是一個(gè)什么光亮程度。對(duì)于建筑采光即天然光照明方面的問(wèn)題更是如此，很多學(xué)生背熟了采光系數(shù)(DF)的定義，但終究不知如何使用DF開展采光分析，也不會(huì)計(jì)算DF?，F(xiàn)在高校學(xué)生人手一臺(tái)電腦的現(xiàn)象普遍，因此也有必要在教學(xué)時(shí)嘗試講授一些專業(yè)領(lǐng)域常用的分析軟件的操作方法，這些內(nèi)容并不復(fù)雜也不會(huì)占用太多課時(shí)但往往是學(xué)生們喜聞樂(lè)見(jiàn)的環(huán)節(jié)。2018年上半年我們承擔(dān)了華南理工大學(xué)的教學(xué)改革課題，在本科生中選擇了部分對(duì)光環(huán)境學(xué)習(xí)有興趣的學(xué)生開展了創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)教學(xué)，在原課時(shí)范圍內(nèi)取得了良好的教學(xué)效果，學(xué)生反饋的結(jié)果是十分積極與良好的。

據(jù)此，我們認(rèn)為必須盡快更新教學(xué)內(nèi)容，建立教學(xué)體系，加快實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，探索出符合現(xiàn)代專業(yè)教育需求、強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)性設(shè)計(jì)的建筑物理光環(huán)境教學(xué)模式。

2 確立實(shí)驗(yàn)教學(xué)，搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)不僅可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解，培養(yǎng)他們的觀察能力和分析能力，還有助于培養(yǎng)他們實(shí)事求是嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度。因此，隨著教學(xué)改革的不斷深入，加大實(shí)驗(yàn)教學(xué)所占比重提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量也就勢(shì)在必行，建筑光環(huán)境實(shí)驗(yàn)教學(xué)是建筑學(xué)專業(yè)教育的重要環(huán)節(jié)，它可以加強(qiáng)建筑光學(xué)知識(shí)與建筑設(shè)計(jì)理念及技巧的融合并促使學(xué)生自覺(jué)地將其運(yùn)用到建筑設(shè)計(jì)的創(chuàng)作之中；同時(shí)，通過(guò)對(duì)建筑光學(xué)原理的運(yùn)用與對(duì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)的整理和分析，可以強(qiáng)化學(xué)生的邏輯思維能力而在建筑光學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中增設(shè)以學(xué)生為主體的有一定規(guī)模的綜合性設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，則有利于培養(yǎng)其創(chuàng)造性學(xué)習(xí)能力和實(shí)際動(dòng)手能力，為他們創(chuàng)新能力的提高提供良好的實(shí)踐平臺(tái)[4]。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)有別于理論教學(xué)，它要求學(xué)生通過(guò)操作和觀察，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并對(duì)其進(jìn)行分析判斷和推理，從而獲得解決問(wèn)題的方法，體現(xiàn)了創(chuàng)造性思維的基本過(guò)程主觀能動(dòng)性是學(xué)生作為學(xué)習(xí)主體的首要特征，是人的創(chuàng)新性素質(zhì)的重要內(nèi)容。因此，如果要在實(shí)驗(yàn)教學(xué)的過(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新性素質(zhì)，就應(yīng)該以學(xué)生為主體，讓他們帶著問(wèn)題去做實(shí)驗(yàn)，通過(guò)自己的努力解決實(shí)際工程中出現(xiàn)的問(wèn)題。如上，有必要建立以實(shí)驗(yàn)教學(xué)為基礎(chǔ)的教學(xué)體系，為此我們建立搭建三個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，也可據(jù)此將原先的建筑物理光環(huán)境實(shí)驗(yàn)分為以下三個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行。

1)建筑光環(huán)境基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。對(duì)于通用光環(huán)境的認(rèn)知以及測(cè)量?jī)?nèi)容整合到這個(gè)平臺(tái)上來(lái)，避免以往單純授課式的講述，比如之前不少學(xué)生詢問(wèn)如何測(cè)量視野范圍內(nèi)亮度的分布？這個(gè)問(wèn)題是建筑光環(huán)境設(shè)計(jì)時(shí)常常需要面對(duì)的問(wèn)題，也并不是一個(gè)復(fù)雜的事情，但現(xiàn)在建筑物理實(shí)驗(yàn)中并未包含這個(gè)內(nèi)容，與此相似的情況還有許多。此外，光環(huán)境領(lǐng)域出現(xiàn)了不少已然被學(xué)術(shù)界認(rèn)可的新理論知識(shí)，這些知識(shí)時(shí)效性強(qiáng)，在開展實(shí)際設(shè)計(jì)工作時(shí)用得到，因此有必要將之融合進(jìn)該平臺(tái)，比如通過(guò)HDR圖像開展環(huán)境亮度測(cè)量就是適合本科生的[5]?？偨Y(jié)之，該平臺(tái)上應(yīng)具有的處了傳統(tǒng)上常用的手持照度計(jì)、瞄點(diǎn)式亮度計(jì)，還應(yīng)具備數(shù)碼相機(jī)、測(cè)試附件以及相應(yīng)的軟件用于采集HDR圖像并開展亮度分析，以及彩色照度計(jì)、便攜光譜測(cè)試儀用于色溫、顯色性、色坐標(biāo)的測(cè)試，必要的測(cè)試場(chǎng)景也應(yīng)具備。概括地，該平臺(tái)應(yīng)具有整合主流光度學(xué)測(cè)量、眩光測(cè)試、色度學(xué)測(cè)量的能力，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)將如上涉及的光環(huán)境基礎(chǔ)知識(shí)教授給學(xué)生，于2018年上半年我們開展的實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程，突破了以往的建筑物理教學(xué)模式，借助建筑光學(xué)實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)開展教學(xué)收到了極好的效果。

2)建筑照明體驗(yàn)與搭建平臺(tái)。人工照明的學(xué)習(xí)以及應(yīng)用是建筑物理光環(huán)境課程以及照明人才培養(yǎng)的重要內(nèi)容，這部分內(nèi)容實(shí)用性極強(qiáng)，在建筑領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用并不要求高級(jí)理論分析，這些知識(shí)課堂教學(xué)效果難于言述。比如：對(duì)于不同類型電光源的介紹，講的再多不如讓學(xué)生們實(shí)際點(diǎn)亮典型光源，直接觀察其效果。這也就是建議構(gòu)建“建筑照明體驗(yàn)與搭建平臺(tái)”的原因。該平臺(tái)中應(yīng)包括不同種類的電光源、調(diào)光裝置、同一類光源不同的色溫、受控可變的顏色、不同配光的燈具以及若干實(shí)際燈具以及可用于實(shí)驗(yàn)的建筑構(gòu)件，尤其對(duì)于LED光源應(yīng)該給予重視。在這個(gè)平臺(tái)上，可教授學(xué)生電光源的知識(shí)、直接認(rèn)知光源搭配燈具的照明效果、并可根據(jù)具體情況布置相應(yīng)的場(chǎng)景令學(xué)生嘗試照明設(shè)計(jì)方面的實(shí)踐，一并對(duì)于常見(jiàn)的照明計(jì)算以及渲染軟件進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。

3)面向采光分析的模型測(cè)試平臺(tái)。建筑采光也是目前越發(fā)受到重視的內(nèi)容，照明設(shè)計(jì)師對(duì)于天然光環(huán)境的掌控能力也在設(shè)計(jì)職業(yè)中有一定要求。有關(guān)建筑采光設(shè)計(jì)的內(nèi)容在課堂上主要通過(guò)分析既有案例的方法開展教學(xué)，除此之外并不其他方式，但僅僅分析案例不利于深入了相關(guān)知識(shí)，“面向采光分析的模型測(cè)試平臺(tái)”的作用就在此處凸顯。采光設(shè)計(jì)的一個(gè)主要問(wèn)題就是如何獲知設(shè)計(jì)方案的采光表現(xiàn)，這是設(shè)計(jì)師們拿不準(zhǔn)、對(duì)于采光分析有需求的地方。以采光系數(shù)為例，如果令學(xué)生親自動(dòng)手在實(shí)驗(yàn)環(huán)境中測(cè)量采光系數(shù)，這對(duì)于掌握這一指標(biāo)將有很好的效果。比如：機(jī)場(chǎng)采光設(shè)計(jì)中對(duì)于天窗的分析就可以通過(guò)該平臺(tái)進(jìn)行開展，加強(qiáng)對(duì)于大空間建筑采光設(shè)計(jì)的認(rèn)識(shí)[6]。該平臺(tái)應(yīng)該包括：人工天空(模擬全云天)、日晷儀(或其他遮陽(yáng)分析儀器)、不同的透光材料以及適用的照度計(jì)等。該平臺(tái)除了提供物理模型的測(cè)試分析外，還有必要開展軟件分析方面的教學(xué)介紹豐富獲取相關(guān)采光指標(biāo)的手段。

3 穩(wěn)固基礎(chǔ)知識(shí)，更新教學(xué)內(nèi)容

現(xiàn)在廣泛使用的建筑物理教材的主要知識(shí)內(nèi)容通常成熟于2000年前，其中光學(xué)部分的相關(guān)內(nèi)容均為本領(lǐng)域經(jīng)典的知識(shí)，但由于編撰較早有些知識(shí)點(diǎn)已經(jīng)顯得陳舊可以做適當(dāng)?shù)?，有些近些年出現(xiàn)的新理論、新技術(shù)、新產(chǎn)物還未被收入其中。學(xué)而無(wú)用的陳舊知識(shí)能夠派上多少用場(chǎng)？其中值得注意的幾點(diǎn)如下：

1)光環(huán)境測(cè)試中應(yīng)增加對(duì)于色坐標(biāo)、顯色性指數(shù)、色溫，使用HDR圖像測(cè)量環(huán)境亮度等測(cè)量?jī)?nèi)容；現(xiàn)行的光環(huán)境基礎(chǔ)理論內(nèi)容稍顯不足，尚不足以應(yīng)對(duì)工程設(shè)計(jì)中常常遇到的問(wèn)題，適當(dāng)增加基礎(chǔ)方面的講授是有必要的。

2)照明板塊。電光源部分應(yīng)著重介紹LED等新光源，詳細(xì)介紹其特點(diǎn)、表現(xiàn)、產(chǎn)品以及應(yīng)用案例，對(duì)于一些已然淘汰的光源弱化其所占內(nèi)容。對(duì)于照明設(shè)計(jì)部分的原則與方法應(yīng)該給予重視，將照明設(shè)計(jì)的新理念、新做法及時(shí)教授于學(xué)生。

3)建筑采光板塊。在計(jì)算機(jī)使用已然普及的今天，有必要摒棄一些陳舊的不易用的計(jì)算分析方法。對(duì)于采光系數(shù)的介紹也有必要詳細(xì)地指出其利弊，并增加對(duì)于動(dòng)態(tài)采光分析方面的教授，動(dòng)態(tài)采光分析在國(guó)際上以及成為采光分析的主流。有條件的，也應(yīng)適當(dāng)介紹相關(guān)常見(jiàn)分析軟件與節(jié)能相關(guān)的算法[7]。

4)更新過(guò)時(shí)的以工業(yè)建筑為主要分析對(duì)象的案例，挑選更為合適的新建案例開展教學(xué)。現(xiàn)在不少案例對(duì)象以工業(yè)廠房為例，已然不甚符合當(dāng)前以各類型民用建筑為主要設(shè)計(jì)對(duì)象的實(shí)際情況。近些年，國(guó)內(nèi)外新建改擴(kuò)建了一大批優(yōu)秀的案例，這些案例有必要及時(shí)于學(xué)生進(jìn)行講述，透過(guò)表象讓學(xué)生們認(rèn)知其工程做法，增加學(xué)習(xí)效果。

4 結(jié)語(yǔ)

建筑物理光環(huán)境部分授課量不多但卻極為重要，是建筑學(xué)院內(nèi)唯一能夠系統(tǒng)接觸照明知識(shí)的課程，這對(duì)于教授、傳播照明方面的知識(shí)，甚至是培養(yǎng)未來(lái)的懂照明或?qū)I(yè)從事照明的人才具有不可替代的作用。當(dāng)前正在使用的模式與內(nèi)容已然顯示出不能跟上時(shí)代發(fā)展的意面，因此有必要從教學(xué)模式以及教學(xué)內(nèi)容等方面進(jìn)行改革與更新，如此方才有助于照明知識(shí)的傳播以及照明人才的培養(yǎng)。

在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行多種的光參數(shù)測(cè)量、熟悉常規(guī)燈具、光照?qǐng)鼍暗囊曈X(jué)體驗(yàn)，學(xué)生動(dòng)手制作光藝術(shù)裝置、檢驗(yàn)自己設(shè)計(jì)的建筑方案的采光表現(xiàn)，這些實(shí)驗(yàn)性教學(xué)模式為他們提供技術(shù)上強(qiáng)有力的支持，更加有助于掌握相關(guān)理論知識(shí)。這種實(shí)驗(yàn)性教學(xué)模式的創(chuàng)新，經(jīng)過(guò)我們的教學(xué)實(shí)踐，的確使學(xué)生們對(duì)藝術(shù)背后的技術(shù)問(wèn)題不再望而生畏，也進(jìn)一步鞏固了學(xué)生對(duì)于理論知識(shí)的掌握水平。

教學(xué)內(nèi)容應(yīng)體現(xiàn)出本專業(yè)基礎(chǔ)的和部分較新的理論并將有益的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)相關(guān)內(nèi)容囊括其中，且新理論新成果有助于啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，發(fā)現(xiàn)其潛在的創(chuàng)新能力。更新內(nèi)容的作用將體現(xiàn)在建筑物理光環(huán)境課程的各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)之中，包括理論講解、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、實(shí)驗(yàn)操作、數(shù)據(jù)處理等，如本文提出了更新四個(gè)方面內(nèi)容的建議，是基于多年教學(xué)后的體會(huì)，也是順應(yīng)時(shí)代發(fā)展的做法，這些工作是應(yīng)該去做的。我們所在的教學(xué)組已經(jīng)在著手相關(guān)工作，計(jì)劃出版可用于教學(xué)的著作，傳播建筑光學(xué)知識(shí)。