建筑光学实验的教学改革探讨

李冰 梁光勇

摘 要：针对当前高校建筑光学实验传统教学模式，就其自身存在的突出问题和发展局限性进行反思；结合我校实验基础条件和教学实际，提出构件新的实验教学体系，搭建光环境演示平台；探讨了此改革方案在建筑设计人才培养中的重要意义。

关键词：建筑物理；光学实验；教学改革

良好的建筑光环境是人们进行正常工作、学习和生活的重要保障，对劳动生产效率和视力健康有直接影响，故在建筑设计中应对室内光环境有足够重视[1]。建筑物理是建筑学专业的必修基础课程，涵盖了自然光和人工照明的理论知识，开展科学有效的建筑光学实验，促进学生对技術原理的掌握并运用于建筑设计，是提高建筑学教学质量的重要方向。

一、传统教学模式反思

1.传统教学模式。在建筑物理光学篇，学生通过系统学习光度学、色度学等建筑光学基本知识，各种采光窗的采光特性和采光设计及计算方法，人工光源和灯具的光学特性及其基本的照明设计和计算方法等内容[1]，对采光、照明技术的基本原理和设计方法有了一定的理解和掌握，在此基础上进行实验性教学，可使学生对建筑光环境获得更为感性的认识，同时在实践和体验中提高在建筑设计领域的专业素养。

建筑物理实验课程在大三下学期开展，一共16个学时，其中光学部分6个学时。根据建筑学专业教学大纲和培养方案，结合我校建筑物理实验室的设备条件，当前开展的建筑光学实验包括室内采光系数实测，房间照明效果测试，用照度计测量表面光反射比、窗玻璃光透射比等。由于各个实验的不同特点和具体要求，在教学实践中有不同的价值和意义。

2.采光系数实测。选取侧窗采光房间进行实际采光效果检验，用两台照度计同时分别测量全阴天室外照度和室内照度。其中室外照度需选在周围无遮挡的空地或在建筑物屋顶上进行测量，室内照度测量时应熄灭人工照明光源，并避免测量者对入社光线的遮挡[2][3]。根据测量数据可绘制房间典型剖面的采光系数曲线图。

通过采光系数实测实验，使学生掌握照度计的使用方法和室内外照度的测量技巧；观察并分析房间的室内采光系数曲线图，得出在特定开窗条件下，室内光环境的分布规律。对建筑平面形式设计和采光口设计具有启发意义。

3.房间照度测量。测量宜在晚上进行，根据房间室形指数确定测点数，开亮房间全部的灯，待其稳定后才能开始测量，测量时应避免实验员对照度计的遮挡[2]，根据各测点位置的照度实测值，绘制照度曲线。

通过房间照度测量实验，使学生观察灯具的配光特性，并对房间的照度平均值和均匀度进行分析评价，提出房间的照明环境利弊，为以后建筑照明设计提供参考。

4.光反射比、光透射比测量。用照度计分别对室内表面的光反射比和窗玻璃的光透射比进行测量。在表面光反射比测量中，应在墙面、地面和顶棚等室内表面上选取3-5个测点，求出算术平均值作为被侧面的光反射比；窗玻璃光反射比测量应在天空扩散光条件下，将照度计的光接收器分别贴在窗玻璃的内、外两侧，两侧的测点保持在同一轴线上，分别读出内、外两侧的照度Ei和En，求出透射比[2][3]。

通过实验，使学生定量认识表面材料的光反射性质和窗玻璃材料的光投射性质，结合室内采光系数的分布规律，分析室内不同区域光环境的影响因素，在建筑设计中充分考虑这些因素，提高设计质量和设计合理性。

5.问题反思。根据建筑物理课程培养方案，结合建筑设计的技术要求，针对建筑学本科生开展建筑光学实验教学，促进了学生对光学技术原理的掌握和设计运用，取得了一定的成效。但在教学实践中发现，建筑光学实验教学还存在两个方面问题。

（1）受学院实验室条件的限制，当前未能开展全面的光学实验，实验类型较单一。与建筑光学设计紧密联系的采光模型实验和照明模型实验尚未开展，使房间室形系数、窗口设置和灯的距高比等设计参数无法在实验中进行比较、验证，使建筑光环境设计教学没有达到更好的效果。建筑学专业学生普遍存在“重设计、轻技术”的学习态度，加之实验形式的单一和枯燥，明显抑制了学生对实验课程的积极性和浓厚兴趣。

（2）建筑采光和照明设计不仅是使用功能的要求，在某些环境中还有装饰艺术性要求。良好采光设计和照明设计在空间形象、空间氛围和空间品质提升中发挥重要作用。当前开展的照明实验主要是围绕房间在夜间照明功能要求，对房间照度水平以及均匀度进行的测量和检验，是纯粹技术性的实验。完全没有注重自然光和照明设计的装饰艺术价值，若能使学生在实验室对灯具和照明型式的艺术效果进行观察和体验，则对建筑空间和环境设计具有重要的启发意义。

二、建筑光学实验的改革思路

针对我校当前建筑光学教学实践中存在的突出问题，并结合建筑设计教学不断发展的需求，建立教学体系，搭建实验平台，开展建筑光环境实验性教学。

1.教学体系。建筑光环境实验性教学是面对建筑学专业学生的全方位、开放式教学。以建筑设计应用型人才和创新性人才培养为导向，构件建筑光环境实验性教学体系，总体上分三个环节。

一是加强基础性实验教学，改善实验设施条件，使学生更多地通过实验系统学习光、颜色和视觉环境的基础知识和基本规律；二是搭建光与照明演示实验平台，使学生可以直观地了解和认识各种灯具及照明方式的功能特点，同时通过观察、体验光与照明对空间形态的艺术塑造和表现形式，使学生在建筑光环境的设计和空间营造中受到启发，培养学生的建筑设计技能，提高专业素养；三是开展设计性实验，如学生在课程设计和毕业设计中需解决的采光和照明设计问题，可通过开展针对性的实验来进行辅助设计，鼓励学生采用实验检验和分析的手段来提高设计方案的合理性[4]。同时引导学生对感兴趣的采光与照明问题开展实验研究和探索，如参加大学生创新项目、专业设计竞赛等，培养学生对自然科学的热爱和创新设计的能力。

2、实验平台。围绕建筑学本科教学质量和设计水平的提高，配合不同环节的建筑光学实验教学需求，拟在学院建立光环境演示实验室，见图1。与传统的建筑光学实验课程教学有着本质不同，光环境演示实验室不仅仅是对光学规律进行测试和验证，更重要的是可以使学生通过技术手段实现光与照明艺术空间和形式的观察与探索。

图1光环境演示实验室效果图

在实验室的四周墙面及天棚分别进行灯具的安装和展示平板布置，地面上放置实验台用于光学测量和检验。其中入户门一侧（东侧）墙体前布置一组高窗展示柜，可摆放照明灯具和附件；东侧墙体上部安装荧光灯、卤钨灯、高压钠灯、LED灯等灯具，并安装控制开关面板，用于展示各类灯具的发光效果，墙体下部摆放储物柜，用于存放各类预备展示的灯具；北侧墙体前摆放格子形橱窗，用于存放光环境观察工具和实验仪器；西侧墙体设计“光与空间实验室”标志LOGO，同时采取灯光艺术的装饰；顶棚中央安装了方格形的金属导轨，用于安装投射模拟灯具，在实验台上进行测量实验。顶棚周围安装发光天棚、暗灯、吸顶灯等，局部安装光梁、光带、吊灯、隔片式发光天棚等。

多种多样的灯具类型和照明型式可以给同学们带来丰富的光环境体验，并对各类灯光布置的空间艺术效果和技术方法获得更直观的认识和理解。如同学们在实验室亲自观察与体验建筑空间中太阳轨迹、时节变换所带来的光影动态与色彩韵律，增强对建筑自然光的感知以及日光与建筑关系的理解，培养自然光设计的意识，学习如何将这一重要的建筑语言运用在设计中。

三、结语

建筑光学实验是高校建筑学实验课程的重要组成部分，在学生的设计技能提高和培养中发挥着重要作用。随着学科建设和专业改革进步，传统的建筑光学实验内容和实验体系已经不能满足当前设计人才培养的需求。在原有实验条件基础上搭建照明演示实验平台，构件建筑光环境设计教学体系，通过广泛而直观的建筑光环境体验、观察和实验，将有效促进学生对光环境与空间关系的理解和设计技巧的掌握。

参考文献：

[1]华南理工大学.建筑物理[M].广州：华南理工大学出版社，2002.

[2]刘加平，戴天兴.建筑物理实验[M].北京：建筑工业出版社，2006.

[3]中国国建标准化管理委员会.采光测量方法[S].北京：中国标准出版社[S]，2008.5-8

[4]郝洛西，林怡.建筑物理光环境实验性教学模式的创新与实践[J].建筑学报，2007（1）：6-7.