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自從工業革命以來，城市發展的產業結構就收到了強烈的沖擊，第一產業比重逐年降低，而工業的比重卻逐年上升，其中基于資源開發和研究的能源產業的發展十分迅速。科技作為第一生產力的時代特征，為生產、生活都帶來了前所未有的便捷和效率。在當今社會，能源的消耗總量和利用效率同經濟發展和環境保護的關系十分密切，在經濟發展的背后，我國能耗、碳排放都表現為持續增長的狀況。節能減排成為了能源與動力工程研究的重點，并且也是今后長期需要堅持的工作。

關鍵詞：

能源與動力工程；環境污染；驅動因素；節能減排

一、引言

無論是汽車開動、輪船離港和飛機起飛等等機器的運轉，還是信件的郵寄、電話的通訊和網絡的傳輸等等我們日常生活所常見的現象都需要由能源作為支撐和動力。能源為我們所處的城市提供了源源不斷的能量流，有了能源我們的城市才能充滿生機與活力，才能不斷地向前發展。我國目前正處在城市化快速發展的關鍵時期，是能源消耗大國。能源的大量消耗帶來了環境的污染，能源供需矛盾顯而易見，成為了我國當下以及今后長期發展的重點所在，節能減排工作必須落到實處，節能技術的研究刻不容緩。節能減排是我國面對環境問題和能源的消耗而提出的政策方針，是通過不同的手段和措施，降低工業生產和居民生活過程中的能源投入以及污染物的排放，實現城市化進程不斷提升和城市經濟社會的永續發展的目標。但是由于我國的人口、經濟增長方式和經濟規模、產業結構和節能技術等因素的影響，能源浪費和排放超標的問題越來越嚴重，節能減排的工作效果甚微，加劇了能源消耗和保護環境的矛盾，導致了我國經濟發展帶的瓶頸，帶來了強大的制約作用。因此，本文試圖從能源和動力工程的角度入手，對我國能源問題和動力工程進行解析，明確能源消耗居高不下的內在原因，進而對節能減排從能源消耗因素和動力工程節能技術等角度出發，分析節能減排的具體方法和策略。

二、能源問題和動力工程

能源是人類活動的物質基礎和動力源泉，在一定程度上來說，人類的發展離不開能源的開發和利用。能源發展、環境可持續已經成為當下全球性的議題。能源的種類繁多，且因為新技術的發展，許多新能源逐漸出現在人們的視野當中，并有逐漸成為發展主流的趨勢。根據不同學者的研究和總結，能源有八種分類方法，但是人們對于能源的關注點在于它是否能夠可再生，是否能帶來嚴重的污染，是否能在現有技術的支撐下進行安全的利用等等，這些對于能源的關注也從側面反映出現今能源發展所遇到的問題。傳統化石能源的枯竭、新能源的開發實用技術不足、能源緊張導致的經濟和社會發展的一系列問題成為了當今能源問題的主要方面，統稱為能源危機。我國是世界上產能和耗能的大國，能源的產量僅次于美、俄，處在世界第三位的位次，但是能源消耗更大，位居世界第二。同時，我國的能源結構、能源利用技術、節能減排技術卻并不理想。能源危機成為我國面臨的重大挑戰之一，煤炭、電力、石油和天然氣等能源成為能源危機中的主要角色，尤其是石油的短缺以及由其引起的結構性矛盾成為我國經濟發展的最大難題。動力工程主要是致力于煤、石油等傳統能源的高效利用和新能源的創新開發。動力方面則包括內燃機、鍋爐、航空發動機、制冷及相關測試技術1。動力工程作為目前能源研發的主要領域，需要在能源轉換與熱力環境保護等方面具有較高水平的專業人才，同時也需要同自然科學、人文和社會科學等學科領域形成良好的學科交流局面，共同促進我國能源的可持續發展。

三、節能減排分析

節能減排的首要任務在于節能，節約生產和生活等方方面的能源使用以及提升能源的利用率，從源頭上治理能源問題。在節能的基礎上，嚴格控制污染物的排放，大力發展污染治理以及回收再利用的技術，實現能源使用終端的零排放或者少排放。首先，明確能源消耗的內在因素，對癥下藥2。能源的消耗是多方面因素的綜合作用，經濟快速的增長、經濟規模的不斷擴、產業結構的失衡、節能技術的落后，共同導致了能源的大量投入。因此，對癥下藥，根據不同的問題提出不同的針對性的解決方法，優化能源投入結構，達到節能目的。其次，從動力工程的角度出發，從內燃機、鍋爐、航空發動機、制冷等生產和生活的能源利用核心出發，發展核心環節的能源利用技術，提升能源利用效率。而動力工程技術的研發對于不同的能源類型又有不同的要求。對于煤來說我們需要提升其使用率和終端污染處理技術。對于石油來說，我們應該尋找替代能源以及替代能源的提煉方法。對于新能源來說，現有的太陽能、風能等能源的使用技術需要進一步的優化和普及，更多的新能源還需要專業人才去測試和研發。

四、結語

綜上所述，能源能夠決定一個城市甚至一個國家的發展，其中石油等戰略性資源的重要性更加突出。能源危機的出現對我們是一種警醒，更是一種促進，在能源危機的壓力下，不論是從國家的宏觀統籌還是從個體企業的技術優化都表現出積極的應對。在能源與動力工程領域，相關技術人處于起步階段，需要不同行業專家、不同專業學科等的共同努力，以科學發展觀和建立資源節約型和環境友好型的城市為指導，打破傳統能源制約，利用新技術和新工具，實現我國能源的高效、合理應用最終消除我國經濟發展的能源制約，為國家綜合國力的提升和國際話語權的改善等提供堅實的能源支撐。

參考文獻：

[1]徐祥博.淺談能源與動力工程的節能技術[J].黑龍江科技信息，2013，（36）.

篇2

【關鍵詞】課堂練習；實驗課；新授課；復習課

【中圖分類號】G633.6

一位偉人曾經說過：“我們的任務是過河，但是沒有橋或沒有船就不能過。不解決橋或船的問題，過河就是一句空話。不解決方法問題，任務也只是瞎說一頓。”這一正確論斷，同樣指出了課堂形成性練習在《科學》課堂教學中的重要地位和作用。筆者曾在教學實踐中就“如何利用課堂形成性練習來強化《科學》課堂教學，力求做到知識傳授和能力培養的有機結合，以求發揮課堂形成性練習的最佳效果”進行探索與實踐。

首先，明確課堂練習的提出及其與課堂教學的關系。

學生的知識不是簡單地靠聽講而“聽會”的，而是要通過一系列的技能活動學會的，課堂練習正是實現這一目標的必經途徑。課堂形成性練習是一種有目的、有步驟、有指導的教學訓練活動，讓學生在課堂上能及時地消化、鞏固和運用知識面，是學生掌握知識、形成技能、發展智力的重要手段。

其次，做到課堂練習與課堂教學的有機結合。

一、實驗教學不能滿足于把科學知識的結論傳授給學生，要教會學生知識遷移和轉化的能力。

在一些帶有演示實驗的新課中，我們曾經做過以下的嘗試：

“§5.1.5 尋找金屬變化的規律”中的演示實驗是“鐵和硫酸銅的反應”，安排的練習：1、將一根10克的鐵釘，插入某硫酸銅溶液中，片刻后取出覆蓋有銅的鐵釘，洗凈后干燥稱量為10.4克，則有多少克鐵參加反應？生成銅幾克？

[點評]：在訓練中，合理地運用知識會使學生理解得更深，同時也發展了能力。因此講練結

二、新授課教學中如何滲透思想教育，如何發揮教師利用教材進行“傳道授業”、“教書育人”的功能，真正體現教師的主導作用和學生的主體地位。

在“§6.4.2 能源的開發和利用”中關于（1）我國能源消耗危機（2）太陽能的開發和利用這兩處知識點的教學，對兩個平衡班實施如下比較：

[講解]：在現代社會中，人口觀、資源觀、生態觀、環境觀已經成為公民必不可少的科學觀念。面臨能源危機，我們一方面要樹立節能觀，充分有效地利用現有能源；另一方面，還要積極開發新能源。

[練習]：1、學校教學樓里共有24間教室，每間教室里安裝了“220V 40W”的日光燈8盞，若每天上午“9︰20～9︰45課間操”由班級電教員負責關燈和開燈，則一個月（除雙休日外，23天計）可以省電幾度？

[點評]：結果采用習題教學的班級學生學習的主動性、積極性明顯優越于老師講解的班級。

三、每一章結束以后考慮適當綜合的課堂練習，引導學生思考，在問題被不斷解決的同時，歸納出本章的知識要點和基本內容。

九年制義務教育《科學》新教材對“電學”知識體系的安排采取了循序漸進的編排：“八年級上冊第四章電路探秘”是對電學基本知識的學習；“八年級下冊第四章電和磁”進一步學習電磁學基礎知識，也是日常生活所必需的；“九年級上冊第三章能量的轉化和守恒”則初中階段電學知識的綜合運用和提高，在本章結束以后，我們安排課堂形成性練習：

通過給學生短時間的訓練和指導，把串、并聯電路的特點、歐姆定律、焦耳定律、電功、電功率等知識有機地貫穿起來，使知識形成系統化。

四、期末復習和畢業前的總復習，是初中《科學》教學中的重要課題。在近幾年的教學過程中，我們認為應：

首先重視鞏固已經掌握的知識。如初中《科學》化學部分，從知識分塊的角度來看，可分為六大部分：化學用語、基本概念、基本理論、元素與化合物、化學計算和化學實驗；

其次要提高審題、答題能力，做到“看得準、分得清、聯得起”。如

一個陰暗的草叢中，有各種枯枝敗葉，有蚯蚓和老鼠等小動物，這里的所有生物構成（ ）

A、一條食物鏈B、一個種群C、一個群落D、一個生態系統

學生由于平時復習過程中，對題的印象頗深。

第三、課堂形成性練習必須注意解題規律的探索和方法的引導，提高解題速度。

[練習]；圖示電路中，電阻R1==20歐，滑動變阻器R2

的調節范圍0～30歐，當開關S閉合、滑片P滑至

a點時，電壓表示數為10伏，求：P在a、b間滑動過程中變阻器的最大功率。

方法引導：用所學數學知識對物理問題進行分析、運算和推導。

解答（3）：I2==I1==U1/R1==（10V-U2）/20歐；

根據P==UI可得：

P2==U2·I2==U2·（10V-U2）/20Ω

= -1/20·U22+1/2·U2

= -1/20（U2-5）2 + 5/4，

其中：0≤U2≤6V。

結合P==f（U）的二次函數圖像可得：當U2==5伏時，PMAX==5/4瓦。

其它如平均值法、差量法、推斷題的突破口、活潑金屬與酸反應產生氫氣的規律、多步反應中如何巧找關系等都可以通過學生練習、老師點撥尋找解題的規律和技巧，快速而準確地找到捷徑，避免簡單而機械地重復訓練和煩瑣的計算。

此外，中考復習的最后階段，更應加強計劃性、針對性，進行多層次、多角度的練習。要認真研究各地中考的例卷，明確考試的范圍、目標、試卷結構、題型等。設置一些具有導向性的形成性練習（如跨學科試題、信息題、應用題、社會熱點問題和創新試題等），讓學生了解考試信息和中考命題的趨勢。

參考文獻

[1]袁云開、趙錚、余自強主編：《科學（7～9年級）課程標準》.湖北教育出版社，2002年5月第1版，P160

[2]陳才奇、汪建紅等主編：《科學》（義務教育標準實驗教科書九年級上）.浙江教育出版社.2006年6月第2版，P5、P28

[3]徐建忠、李世德等主編：《科學》（義務教育標準實驗教科書九年級下）.浙江教育出版社.2005年11月第2版，P104

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【關鍵詞】低碳；民用；電氣；節能：技術應用

前言

由于人們過度追求經濟利益，生態環境的平衡被忽視，我們向自然索取的越多，自然讓我們償還的更多，人們的生活離不開能源，其中多數為不可再生的，能源用盡，人類的生命也即將走到盡頭，能源日益枯竭，人們才漸漸覺醒，為了能更好的解決日益嚴重的能源危機問題，找到合適合理的解決方法和途徑，保護人類賴以生存的家園，至此，“低碳”生活的新理念在現代社會中被提了出來，居民生活中對于能源的消耗量大且不可避免，所以在工民建中的電能節約尤其重要、勢在必行，這就要求在做建筑電氣工程的設計和施工時，應該把節能減排的位置放在第一位。

1 節能技術的應用對策以及發展趨勢

1.1 民用建筑電氣節能技術的發展原則

首先，應該滿足正常民用建筑對于設施的使用功能，也就是說，優先選擇綠色節能光源及燈具，使其照明的亮度要足夠大，滿足色溫、顯色性及其他正常指標；要滿足家用電器的正常使用；滿足空調及其它負荷的正常工作；而且也要滿足某些大型居民建筑區內為了方便居民生活制備的一些小型動力設備對能源需要的特殊需求。

其次，應該根據國情實際情況對于應用節能技術給社會帶來的經濟利益加以考慮，不能只為了節能而把成本投入的過高，使得運營過程中資金消耗源源不竭，造成二次的浪費，這就要求我們能在較短的時間內對增加部分的投資以節能減少的運行費用的方式進行回收。

再次，應該將節省無謂損耗的能量作為節能的重點。首先我們通過以往的民用建筑實例，進行綜合測評，找出與建筑功能無關的能源消耗點，然后再采取有效的措施和手段，將這些能源消耗點轉變為節能點。如對于大面積使用的照明設備，我們可以采用先進的技術手段，使之保持原有效果的同時降低能源消耗。所以，我們要把實用，經濟，合理，耐用的理念作為原則且貫徹始終，把先進技術手段應用于民用建筑的電氣節能舉措上。

1.2 節能與智能化結合

民用建筑節能的技術正在不段完善且范圍正在逐步擴大，目前節能理念正在通過節能設備的安裝使用得以傳播；是否安裝BA系統（樓宇設備自控系統）是判斷系統級的節能標準；是否將BA系統與其他系統結合起來進行綜合管理是判斷管理級的節能標準。如BA系統可以與物業管理系統結合起來使用，能源監測與物業管理相結合，這樣便能對節能管理加以實現。對民用建筑智能化發展的新型特點加以考慮，也就是說高度信息化和數字化的平臺是促進民用建筑體的電氣運行以及維護的基礎平臺。

1.3 大力利用太陽能

太陽光無處不在，無論是在陸地還是海洋、高山還是島嶼，處處皆有，太陽能是最清潔能源之一，在環境污染日益嚴重的今天，太陽能的利用是尤為重要的。以往的民用建筑采光設計對直射陽光這個問題不作考慮，并且假定天空是陰天。由于回避掉了陽光多變所帶來的采光不穩定、過熱以及眩光等問題，這樣的采光設計的計算就相對較為簡單了。伴隨科學技術的飛快發展，人們在晴天以及平均天空的采光設計與計算這些問題上進行了大量的科學研究，并且有一套初步所提出的設計方法。利用晴天采光計算方法對采光加以設計，其可減小大約15%的開窗面積，采用太陽能系統（白天吸收能量并存儲，晚上使用其儲存后的能量）的設計，可以大大提高能源利用率，對全球“低碳、微排”戰略有著相當重要的意義。

1.4 新技術的引入

建筑照明設計時可以優先選取綠色高效節能燈泡，如：節能燈、LED、無極燈等光源。配電設計時選擇節電變壓器、低壓測或用電設備處設置濾波器以及高效節電的省電裝置等設備。

2 綠色照明在民用住宅的應用

在民用建筑照明中多采用白熾燈（由于白熾燈光效低，壽命短，不久的將來白熾燈將會被這個社會所淘汰）以及高效節能熒光燈作為照明設備，我們將常用照明設備應用時間及場合進行分析比較。下面就以住宅照明的應用，舉例說明在工程設計中將“低碳”引入生活和人們過“低碳”生活時的措施。

2.1 看電視時的視力保護

看電視時對于光線有很高的要求，因為電視由于其成像原理會出現頻閃，如果周圍光線不好則對于視力傷害性是很大的，所以我們在晚上看電視時應注意對視力的保護。有一些家庭在晚上有關掉所有燈具再看電視的習慣，電視上的一時亮一時暗的亮度會對人的視力造成嚴重的影響。因而夜間在看電視時，開一盞5~10W的燈對視力的保護極為有利。

2.2 嬰兒的視力保護

新生兒對光線極為敏感，極易被發光的物體吸引，而新生兒的視力發育才剛剛處于起步階段，長時間目視較強的光線對于其眼睛的發育會造成極大的影響，甚至產生不挽回的傷害，所以應該在嬰兒的房間里配備保護型燈具，即用漫射型燈具將光源的直射光遮住。同時嬰兒房間的照明要適宜，照度不能過高。

2.3 學生的視力保護

現代社會，家長對孩子的課業看的很重，但對于學生學習環境的建設仍然存在這很多的疏忽。學生學習時的照明質量很重要，在學生學習的專用房間不能僅僅只使用桌面上的臺燈，即使所謂的護眼臺燈也不可以，因為臺燈所照的界面與周圍環境的光線相比對比度較大，長期以往，會致使眼睛不適，疲勞，流淚，甚至疼痛，很大程度會導致近視眼以及各種眼疾的產生。這種情況下我們應該將屋內一般照明與書桌上的局部照明結合在一起，使視野內與外部環境的的光線強度對比度減弱，也可以通過燈具擺放的位置來避免燈具照明產生的陰影不均勻的情況，也可以避免由于頻閃眩光等問題引起的不適。不僅對能源消耗降低，也能保護視力。

2.4 用電習慣

白天可以完成的事最好不要留在晚上做，家用電器不用時應切斷電源。養成早睡早起的好習慣，這樣既有利于身體健康，又環保節能。節能燈最好不要短時間內開關（穩定時間為3分鐘），節能燈在開關時是最耗電的，對于保險絲的損傷也是最大的。

2.5 直管熒光燈的選用

居民在對于房間內主照明燈的選擇時，要慎重考慮率單管熒光燈的使用，這是由于直管熒光燈其構成結構復雜，產地福建較多，出現故障的幾率要比其他品種的燈具多，但是大多數居民由于理論，技術，工具的局限，直管熒光燈出現問題的時候并不能給予及時的修理，另外，主照明燈的位置多位于房屋的頂端，這樣在修理電燈這類危險工作上又加上了高度的難度，如果居民本身不是電工等專業人士，我們還是建議盡量不要給自己添加這樣的麻煩。這時候應該對使用方便的緊湊型熒光燈加以選用。同時，主照明燈應該對三個燈頭以上的形式加以選用，并且用兩個以上的開關對燈具加以控制。這樣做的目的是能夠據實際情況對室內照度進行調整。

總結

通過本文論述發現，電氣節能技術的應用和發展已經成為了現代民用建筑領域越來越關注的重要話題，電氣節能不僅要對安全性、可靠性和經濟性等各項的技術指標加以保證，而要對諸多因素進行綜合的考慮，爭取在“低碳”社會環境中想出一些具有創新性的民用建筑電氣節能技術的應用對策，將電氣節能技術應用到更多的領域以及行業中，進而為“低碳”生活下的節約型社會做出應有的貢獻。

參考文獻

[1]王浩.淺談我國民用建筑電氣節能的設計技術與發展探討[J].科技信息化，2007，(9).

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【關鍵詞】工廠企業；電氣；節電；經濟運行

以我國發展的實際情況為出發點，在當前強調可持續發展、實現低碳經濟的背景下，仍然面臨嚴峻的能源危機，能源消耗問題是需要解決的頭等大事。那么對于工業企業發展來說，是消耗電力的大戶，在電氣節能方面也具有極大潛力，如何采取有效的電氣節能措施，保障國民經濟的可持續發展，是當前值得思考的話題。以下從節電性、經濟性兩大方面進行深入分析：

1、工廠企業的電氣節電措施

1.1照明系統的節電

在工廠企業的日常運行中，照明損耗主要來自不合理的燈具安裝、低效率的熱光源、不合理的時間與控制方式等。那么針對這一實際情況，可采取如下節電措施：①提高工業企業的節能意識，將照明光源換成節能燈；②開關采取分組、分段控制形式，提高照明設備使用的靈活性；③在人員活動相對較少的地段，采取聲光控制方法，避免長期處于浪費狀態；④根據工廠企業的活動時間段，采取程控方法；當夜間需要生產加工時，開啟所有的照明設備；當停止生產作業之后，可關閉全部或者部分的照明設備[1]。

1.2輸電線路的節電

在工廠企業的輸電線路中，由于存在線路阻抗問題，那么流過負荷電流之后就會形成電能損耗；線路的電壓損耗和頻率、負載電流、材料電阻率、線路長度等密切相關，一般電流越大、線路就越長，導線的截面積相對較小。同時，在工廠配電線路和變配電系統中，由于電氣接頭和機械開關的觸點比較多，而電氣回路中的電阻越大，電壓損失也就越大。還有一些電氣接頭長期暴露在外，經過氧化、積污之后，增大了接觸電阻的面積。

針對這一問題，應該盡量控制線路中間的接頭，減少使用戶外接頭的數量；在個別地方需要使用接頭，則實行壓接或者焊接的方法；在連接銅導線和鋁導線時，可采取“銅-鋁”過渡端子或者套管，如果不能避免地使用中間接頭，應進行特殊性的防水處理[2]。

1.3電氣設備空載的節電

如果變壓器處于空載運行狀況下，將消耗大量的電量。對于一些工廠企業來說，在檢修、停止生產或者節假日期間，一些變壓器仍然處于空載或者輕載狀態，消耗了大量的消耗電能。針對這一問題，應在停止生產后直接切斷電源，確保變壓器完全停止工作，以此避免電能消耗，而僅保留1-2臺變壓器作為值班電源或者照明使用即可。

1.4其他方面的節電

在工廠企業的配電系統運行過程中，如果出現負荷不平衡分配的現象，可能增加單相電流，增加線路的損耗。那么在進行供電設計與安裝過程中，應盡量保障三相負荷的均衡分配；同時，如果供電線路老化較為嚴重，降低了絕緣強度，則可能存在漏電損耗問題，尤其在雷雨天氣中，戶外架空線路的漏電損耗更加嚴重，再加上鄰近效應、趨膚效應等，造成導體的電流路徑狹窄。這一問題的解決方法主要包括如下幾點：①及時改造或者更換老化線路，盡量采取電纜埋地敷設或者絕緣架空線路敷設方法，避免將架空輸電線路在外；②在高頻電路中，以空心銅導線為主，可節約銅材料[3]；③對于架空輸電線路的中心部分，采用抗拉強度良好的鋼絲，雖然其電阻率比較大，但是不會對輸電性能造成影響。

2、工廠企業的電氣經濟運行

從理論上來講，如果系統的無功電源匱乏，那么電網就會處于低電壓的運行水平，此時無功功率為平衡狀態，也就是通過負荷來吸收無功功率，彌補無功電源運行的不足。而若想保障系統的電壓水平，必須提高無功電源的充足性，更好地滿足無功功率運行需求，補償無功功率損耗，進而節約企業成本，實現企業利潤最大化。對于工廠企業大型用電設備的節電來說，必須強化對現有電網的無功功率補償；當前，小型電網以并聯電容器的補償設備為主，主要具備如下優勢：

（1）電容器的安裝簡便、利于調試，同時一次性投資與運行的成本相對較低，經濟性良好；

（2）通過應用電容器，可有效降低損耗，提高運行效率，減少不必要的浪費與損失；

（3）如果使用調試機，只能在中心變電站安裝；但是電容器不僅能夠在中心變電站安裝，還可以采取分散安裝的方法，應用范圍更廣、選擇可能性更大。

在電網運行過程中，并聯電容器是應用較多的無功功率補償設備之一，以我國當前企業的電力系統應用來看，也以并聯電容器為主。例如，在我國某個大型煉鋼廠中，使用了電弧爐煉鋼，對供電質量產生嚴重影響。當電弧爐運行過程中，電壓大幅度降低，而諧波干擾也對周圍居民住戶產生影響。經過改造并安裝靜止補償裝置，有效改善了供電質量，降低電壓波動水平，將干擾控制在允許的范圍內，有效降低線損，節約電能[4]-[5]。

實際上，在整個電壓調整過程中，系統中的任一節點、電壓等均有所不同，運行條件也千差萬別，如果系統的無功功率匱乏，那么就需要增加一些無功功率的補償設備，而不能單獨采取調整變壓器電壓的方法。如果采用大量的并聯電容器作為無功補償設備發生作用，其投資成本較低，更便于后期的維護與管理；而在具有特殊要求的情況下，可采取靜止補償器，作為一種性能良好、便于維護的新型補償裝置[5]。

由上可見，從以往工廠企業電氣運行的實際情況來看，可知在電氣方面的節能潛力巨大，應該在充分了解電氣設備原理、性能的基礎上，以工程相關技術為出發點，有針對性地采取節能措施，使用并聯電容器、靜止補償器等先進設備，更好地落實節能性、經濟性目標，無論對工廠企業自身發展還是社會整體發展，都起到積極作用。

參考文獻

[1]戴光燕.節能技術在工廠電氣技術中的應用[J].科技傳播，2012（2）

[2]閆冠宇，李明，馮潁.工廠電氣節能措施[A].2010（南昌）中西部第三屆有色金屬工業發展論壇，2010

[3]張欣，劉偉.淺談工廠電氣設計要點[J].中國科技縱橫，2011（19）

[4]張艷華.節能技術在工廠電氣技術中的應用[J].黑龍江科技信息，2012（5）

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關鍵詞:學校建筑:交流共享:生態設計:氣候感應理論

中圖分類號:TU244.3

文獻標識碼:B

文章編號:1008-0422(2010)07-0105-03

教育作為發展科學技術、培養人才的基礎,日益受到人們重視,隨著社會發展,校園建設進入了一個前所未有的大規模、高速發展的時期。大量私立、民辦學校的涌現,原有學校的改建、擴建。這給校園建筑、環境設計提出了新的要求和挑戰。

當代科學技術的進步,有賴于研究實驗手段的先進。因此,對實驗室建筑的需求不斷增加,實驗室建筑反映著先進的科學,又是現代技術的產品,這要求建筑設計者在工作中要考慮更多諸如人性化、交流與共享、節能與生態等因素。本文將就筆者的設計實踐為例談一下,在教學建筑設計中所思考的一些問題,及其解決方法。

1　項目概況

湖南農業大學是一所有50多年辦學歷史的省屬高等學校,校園位于長沙市芙蓉區馬坡嶺馬家分區的南部,東領東湖秀色,南潤瀏陽河風光,西接東岸鄉,北與長沙農校毗鄰,學校用地已劃人長沙市馬坡嶺農業高科技園。

近些年來,學校加大投資力度,改善辦學條件,校園規劃總面積達212.3hm2。最近規劃的第2教學區靠近現有校區的北側。擬建工學樓是第2教學區的起點項目,對新教學區的后續建設和形成校園的人文景觀具有重大影響和指導意義。

根據校園規劃和第2教學區的功能配置,擬建工學樓位于2教學區的東北區域的地塊內,東向為科教路,北向為校園環線路,南向與西向為規劃的其它校園建筑。擬建工學樓分兩期建設,一期工程包括資源環境學院和食品科技學院,二期工程包括工程技術學校、東方科學學院和公共部分。工學樓規劃用地面積24146m,設計總建筑面積28009m2,為6層鋼筋混凝土結構,建筑總高度控制在24m以內(圖1,圖2)。

2　建筑設計構思

合理的建筑組合與分區是確保科研和教學用房使用高效便捷的重要基礎。設計者綜合研究了設計任務書的要求。確定了整個工學樓由互相平行的南北兩棟組成,北棟布置資源環境學院和食品科技學院,南棟布置工程技術學院和東方科技學院,南北棟的連接部位為公共用房。在建筑和結構方案設計時,充分考慮一、二期工程分期建設和獨立使用的方便性。南北兩棟和學術報告廳各有獨立的門廳和交通體系,內部又可以通過連廊方便聯系。學術報告廳可直接對外疏散人流。

平面關系有規則的相對簡化有利于模數化和標準化設計。設計者在精心安排垂直和水平交通樞紐空間和公共空間的基礎上,力求通過科學邏輯化、系統化的設計讓使用空間具有高度的靈活性,能夠適應高科技時展展變化的需要,同時能夠包容科研、教學和辦公等不同的功能性質。柱網的基本模數為9m×9m、7.2m×6m和7.2m×10.8m,除學術報告廳外,一層層高為3.9m,2～6層層高均為3.6m。

每兩個疏散樓梯之間構成一個實驗用房單元,實驗室布置在內廊兩側,靠外墻周邊布置服務空間,如交通體、設備管井、排風管井和衛生間,確保了科研實驗用房規整方正,使用效率高,且可靈活變化。

3　綠色設計策略

自工業革命以來,人類文明高速發展,但人類社會與自然環境的關系卻日益緊張,各種危機接踵而來:能源危機、生態危機、環境危機、糧食危機等等。大學生是未來社會的建設者,只有讓他們感同身受人與自然和諧相處的可貴,才能激發他們對保護自然環境的責任感。

在設計初期,設計師首先對場地規劃進行生態學分析,運用麥克哈格的“生態的場地規劃”原則分析基地原有的自然狀態。由于基地西側有兩株香樟樹,枝干粗壯,按照自然主義者的理論,人類與自然界中的其他生物是一樣的,都有生存的權利,每一個人,猶如每一個生物,需要成為創造者,破壞是不可容忍的,所以我們保留了這兩顆樟樹,而將建筑物以此為界向東側伸展,樹、建筑和人共生共存。

對建筑設計手法的確定,首先考慮的是建筑的地域氣候適應性,對建筑而言,氣候作為重要的環境因素,深深地影響著地域建筑文化的形成,因此,氣候、陽光、溫度等自然地理條件將無可置疑地成為建筑設計的一個基本出發點,通過建筑朝向(總平面)、剖面形式、平面布局、體諒造型、空間組織和細部設計的確定,表達出它對所處自然環境的一種被動的、低能耗的正確反應。同時,生態氣候感應理論強調人與外在環境的聯系,建筑內的使用者應該能夠感受到外界環境的變化以及四季的更替,而這種感受會令每個使用者產生一種充滿活力的新的空間體驗。

長沙地處夏熱冬冷地區,冬寒夏熱,春秋短促,冬夏綿長,針對這種氣候特點,建筑設計必須兼顧冬季采曖和夏季降溫。采用被動式采暖、自然采光和自然通風降溫是有效且經濟的生態氣候感應建筑的設計策略。

3.1　自然采光設計

為了最大量地利用自然光,設計師將工學樓主體設置為兩條東西長軸的長條形體量,在南立面側窗上部、位于眼睛高度之上的位置設置了反光板。在冬季,由于太陽高度角較低,反光板能有效地反射陽光,將直射日光通過頂棚反射到室內深處,把本該照到近窗處的光線折射到室內天花板再漫射向室內遠窗處,提高臨近內墻空間的照度,同時降低窗口部位的亮度,使整個室內光線分布更加均勻,同時,太陽輻射熱提高室內溫度,降低采暖負荷:在夏季,反光板則起到遮陽板的作用,防止直射日光引起室內過熱,降低空調制冷負荷(圖3)。

3.2　自然通風

對于實驗室建筑來說,及時通風是必不可少的,在實驗過程中,經常會產生各種難嗅的、有腐蝕性的、或者有毒的氣體,如不及時排出室外,就要造成室內空氣污染,影響實驗人員的健康與安全。恰當地組織自然通風不僅能排出室內廢氣,引入室外的新鮮清潔空氣,還能降低機械通風設備和空調制冷的能耗。

長沙夏季盛行東南風,工學樓主體的南向體量短于北向體量,在東南向形成一個自然通風的“豁口”,把自然風引入兩棟建筑之間的空間,形成一個風道,將南側實驗樓排出的廢氣帶走,避免這些廢氣倒灌入北側的實驗樓,保證了北側實驗樓內的空氣質量(圖4)。

3.3　氣候緩沖區概念

建筑主體東西兩端的房間為樓梯間和衛生間等輔助用房,在東西兩端外側設置了陽臺和防曬墻,有效地防止了東西日曬,此舉成為熱緩沖策略中的重要部分(圖5―6)。連廓部分的少量東西房間,東西兩則設垂直和水平綜合型深遮陽板,且西側有寬闊的走廓,遮擋日曬,可以滿足正常使用的要求。

半圍合的庭園空間不僅具有景觀和休閑、交流的功能,同時可以調節局部的小氣候。

篇6

【關鍵詞】智能配電網建設關鍵技術

中圖分類號：U665.12 文獻標識碼：A 文章編號：

我國配電網的發展明顯滯后于發電、輸電，在供電質量方面與國際先進水平也有一定差距。目前，用戶遭受的停電時間，絕大部分是由于配電系統原因造成的。配電網落后也是造成電能質量惡化的主要因素，電力系統的損耗有近一半產生在配電網，我國配電網的自動化、智能化程度以及自愈和優化運行能力遠低于輸電網，因此智能配電網的建設已經成為我國電力產業發展的必然趨勢。

一、智能電網概述

智能電網即以物理電網為基礎，將現代先進的傳感測量技術、通訊技術、信息技術、計算機技術和控制技術與物理電網高度集成而形成的新型電網。它以滿足用戶對電力的需求和優化資源配置、確保電力供應的安全生、可靠性和經濟性、滿足環保約束、保證電能質量、適應電力市場化發展等為目的，實現對用戶可靠、經濟、清潔、互動的電力供應不增值服務。

智能電網是人類面對電力供需平衡、新能源的接入、電網可靠性以及信息安全挑戰的一種必然選擇。它的核心內涵是實現電網的信息化、數字化、自動化和互動化。它代表了電網將來進化的一種愿景結合先進的自動化技術、信息技術以及可控電力設備，支持從發電到用電的整個電力供應環節的優化管理，尤其是新能源的接入以及電網的安全運行。

二、智能配電網發展要求、面臨的問題及挑戰

1、智能配電系統結構的發展要求

（1）綜合考慮總體配電系統控制與終端用戶控制，實現配電系統性能的優化，取得最優的電能質量和最可靠的穩定性。

（2）支持分布式電源高比重的并入，使系統的效率、靈活性、整體性能夠得到有效提高，以利用分布式電源可靠的優化系統性能；配電系統故障時，可利用分布式電源局部供電。

2、配電網急需解決以下問題

（1）配電網自愈控制問題和運行優化問題；

（2）配電網運行中，大量分布式電源的并網，對配電網的影響問題；

（3）支持電力市場運行和可再生能源發電的政策問題；

（4）現代化的充放電設備對配電網的影響問題；

（5）配電網卡脖子問題；

（6）對于用戶參與配電網需求側管理問題；

（7）負荷參與電網調峰問題。

智能配網改變了傳統配網的一些特性，也必然給電網發展帶來一些挑戰。比如分布式電源接入，可能會對電網電壓造成影響，或者不經意造成短路甚至引起配網孤島化等問題。最近幾年，微電網這個話題在世界范圍引起熱議。分布式電源接入可以借助微電網的發展獲得一些優勢，變得更加穩定。如果能夠由一個先進的能源管理系統來控制分布式電源，通過先進的技術手段進行監控，分布式電源接入電網可能帶來的種種問題將會得到有效解決。智能配電及分布式電源接入是堅強智能電網發展中不可缺少的重要環節。但是，風力發電、太陽能發電、電動汽車充換電站、儲能設備及微網等新型電源及負荷直接接入配電網，給配電網的安全穩定運行帶來了新的技術問題和挑戰。因此，配電網急需發展新的技術和工具，增加配電網的可靠性、靈活性及效率。目前，各國都在積極開展許多相關研究，開發實用有效的技術解決方法，從而應對新的挑戰。

三、智能配電網建設的關鍵技術

1、配電網結構及運行研究

第一，結構方面，首先，在分析制約配電網智能化的政策及技術因素基礎上，規劃配電網走向智能的策略與步驟，其中，需要結合經濟、環境、技術等約束，分析系統長期供需狀況，目的是確保資金投入和新產品、技術有序進入，并考慮如何構建基于互聯網的電子商務式的未來電網；其次，進行分散電源規劃研究，包括準入條件(地點、費用)分析，采用含成本、可靠性等多種因素的多目標規劃技術進行投資規劃及其影響因子分析，含有分散電源的配電網新型潮流、GIS及可靠性分析，分散電源運行管理、風險及DR對運行影響分析等。第二，運行方面，為實現完美電力目標，支持系統應包含自動儀表測量、用戶用電管理、配電網運營優化、設備故障預測、停電管理及恢復、峰荷管理等功能模塊。

2、分散電源、分布存儲及DR研究

①DR市場建設。首先，提出包括智能儀表、智能電器、智能樓宇、分散電源、分布存儲、熱電聯產、市場交易平臺、用戶管理、用戶分析及決策、數據管理、結算及賬單管理、爭議處理、通訊等各種要素在內的DR技術標準；其次，針對不同用戶，分別確定參與DR的運作模式、容量以及評價體系；最后，應適時建設示范小區。

②分布存儲設備設計。首先，需確定它與電網間的接口，包括安裝地點、數據流及其控制、管理系統；其次，進行技術與經濟性分析，并實施現場測試；最后，需研究存儲設備提供輔助服務的能力及其實時性能。值得一提的是，電動汽車近年來得到廣泛應用，它一般選擇在負荷低谷時段進行快速充電，這類負荷十分分散，且隨機性強，如果大量存在，將對電網的控制及電能質量帶來新的挑戰，同時，它也是一個移動電源，用戶可以選擇在負荷高峰，實時電價高的時段向電網注入多余電能以獲取利潤，這對未來市場的運行也必將產生巨大的影響，以上兩方面的問題都需要做深入研究。

③智能儀表選擇。DR離不開間斷式測量且提供雙向信息服務的自動智能儀表及其開放式管理系統，需要定義其通訊網關、系統原型、數據格式與功能模塊。此外，眾多智能儀表的產品供應商多來自IT領域，其更新換代速度快，會帶來相互間不兼容、系統更換頻繁的問題，需要采取統一模型和標準以及模塊化設計生產等措施。

④運行分析。一是能根據電價及天氣情況實時預測分散電源的電量輸出；二是在市場環境下，進行包括隨機潮流及短路電流等在內的穩態分析；三是考慮分散電源運行間斷性的經濟調度和機組組合；四是包括分散電源、DR用戶、分布存儲設備、電力電子元件及其控制系統的暫態時域及頻域分析，以確保系統運行的安全可靠；最后，由于分散電源通常由電力電子元件接入電網，因此，需要研究電力電子設備及通訊系統的可用性及其可能的運行模式。

⑤開發基于分散電源、DR用戶、分布存儲設備

等元素在內的新型能量管理系統。這需要有嶄新的理念、工具和技術保證手段，重點是研究如何利用這些元素建立自愈網絡、如何利用遠方控制協調這些分散元素以及如何確保電網電能質量等。

3、配電設備優化管理

首先，研究設備實時狀態監視及診斷的高級模型、算法與工具；其次，從可靠性、電能質量、網絡支撐等方面進行設備管理風險及社會、經濟效益分析；再次，大力研究如何應用新型導體及絕緣材料提高線路熱極限，如何更好地實現網間互聯，如何進一步發揮超導等在控制潮流和預防阻塞方面的作用，如何充分應用可視化系統、安全限制下的最優潮流等分析工具，使配電設備更具使用效率。

4、不同類型能源間的相互作用研究

除電力外，還包括天然氣、供熱、水等其他形式的能源系統，它們相互作用，需要建立互聯模型，并進行規劃及運行層面上的全局優化，以減少彼此冗余度，進而提高整體效率，達到技術、經濟、環境上的最佳狀態。

結束語

智能配電網是建設有中國特色堅強智能電網的重要組成部分,是應對我國未來能源危機、環境污染、氣候變化等問題的重要措施,是提升配電網運營指標、提高配電自動化水平、解決分布式電源大量接入對電網造成的負面影響、增強用戶與電網的互動能力及電網的運掌控能力的有效手段。

參考文獻

[1] 靜恩波. 智能電網發展技術綜述[J]. 低壓電器. 2010(06)

篇7

[關鍵詞]科研 教學工作 基礎課

[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2013）20-0077-02

二十一世紀科學技術迅猛發展，對物質世界奧秘的探索至廣至深，各不同學科深入交叉滲透，取得了驚人的成果。化學作為自然科學的一門，涉及的領域非常廣泛，同時也與我們每個人的工作和生活聯系密切。化學的研究范圍也逐漸擴大到了眾多的交叉及邊緣學科，例如材料化學、生物化學、能源化學、環境化學等。化學已深入社會、科學和技術的各個領域，并成為高科技發展的強大支柱，其研究測試手段快速更新，這些理論與應用的迅猛發展，要求化學教育工作者必須跟蹤科技前沿，提高自身的業務素質，不斷更新知識，在教學改革中，體現出科技的發展對化學教育改革的促進，使之對提高學生的科學素養，培養基礎扎實，知識面寬，具有開拓創新能力的人才更為有效。普通化學課程是高等工科教育中必不可少的基礎課程，也可能成為所有非化工類專業本科生所接受的最后的和最高的化學教育，它將在很大程度上影響到當代和今后中國的工程技術骨干所具有的基本化學素養。[1]

一、科研工作對教學內容的補充與提高

化學是一門實踐性極強的學科，隨著科學技術的發展，其理論、概念、內容、方法等也在不斷地更新。例如：現有的航天技術已經把100多顆空間探測器送到月球或其它行星，在失重的條件下進行了晶體生長試驗，如InSb單晶的快速生長，并未經過擴散而進行，與傳統的單晶生長過程，成核擴散機理有所不同。再如，金剛石、石墨的同素異形體C60具有獨特的籠形結構，但它不遵循化學變化規律。對于這些新的化學發現，需要歸納總結，得出新的概念和理論以解決新的問題。因此普通化學課程不僅要比較系統全面地向學生講授化學的基本原理和基本知識，使學生能夠運用化學的理論、觀點和方法審視公眾關注的環境污染，能源危機以及新型工程材料等社會熱點問題。[2]同時還應向學生介紹由化學所提供的新技術、新方法、新工藝、新材料在不同專業領域中的重要作用，以加深學生對化學的總體了解，提高學生把化學規律、知識、技術、方法應用到本專業工作中的能力和素養。科研可以促進教學，從事科學研究能使教師站在學術最前沿，及時地擴充教學內容，把最新的科學知識和信息傳遞給學生，從而使課程體系和教材體系結構得以優化，使之更為科學、合理。[3]教師可以將自己的科研成果與教學內容相結合，形成自己的特色。[4]作為化學教師，要經常查閱資料，跟蹤科技的發展，了解科技新動態，使自己視野更開闊、思維更活躍。同時本身要從事科研工作，從自己的實際工作中發現新現象，找出新問題，提出解決問題的方法。通過科研工作掌握化學科學在新時代的新特點。本人多年來一直從事科研工作，在國家自然科學基金資助項目“磁性納米超強酸（堿）的研究”中，一方面對酸堿的概念有更全面深入的理解；另一方面在實驗中遇到的問題，如用溶膠-凝膠法制備磁性納米超強酸時，洗滌、過濾、分離、焙燒等所出現的問題的處理及解決方法。在教學的過程中，對于酸堿的定義介紹較之以前更寬泛。納米材料是20世紀80年代提出的，因為納米材料其異乎尋常的特性引起了材料界的廣泛關注。本人一直從事納米稀土氧化物、鐵氧體、粉體的合成，磁性納米超強酸（堿）、納米脫氧、脫硫催化劑的制備，從科研工作中掌握了最新的科研發展動態、納米材料的發展趨勢及存在的問題，充分認識納米材料所帶來的不僅是經濟和科技上的革命，它也將完全代替微米時代的文明，把一種全新的納米文明呈現在人類的面前，產生于微米時代的信息技術使世界的距離縮小了，而納米時代的納米技術則不僅體現了人類對自然界的利用，更體現了人與自然的和諧相處。帶著科研工作的體會和理解，講解“材料化學”課程，尤其是納米材料一章時，不是簡單的照本宣科，枯燥無味地講解，而是有的放矢地提出問題、探討問題，與學生互動、討論，大大地激發了學生的學習興趣和主動性，好多同學下課還意猶未盡與教師進一步探討，幾個同學決定在畢業設計中就做納米材料方面的研究。材料化學課程受到了學生的好評，獲得了很好的教學效果。

二、科研工作對教學方法的改進和提高

教學有了科研做依托，就能提高自身的檔次。首先，科研能夠為教學內容提供豐富的知識源泉。教師具有雄厚的知識基礎，才能教好學生，而科研的積累則能提供這種必需的知識基礎；其次，科研還能讓教師及時了解到知識發展和創新的動態，[5]使教師更深刻地理解教學內容，懂得科研的過程和思維的方法，能深入淺出地教學。把與教學內容相關的自己研究的課題帶進課堂，講述自己科研過程中的思路和體會，或者向學生介紹科技的前沿信息，從而激發學生的科研興趣和科研意識；而有針對性地提出問題要求學生通過查閱資料、獨立思考、調研、討論等方式解決問題，可以很好地培養學生的科研能力和創新能力。教學內容的前沿性和教學方法的互動性，能夠培養學生更高的興趣和參與率。

單調的灌輸式教學方式很難做到因材施教，因而容易忽視學生的特點和個性，更難激發學生的學習熱情和求知欲望，因此在很大程度上制約和阻礙了學生創造性思維的培養。教師在教學過程中要有意識地引導學生主動學習，培養學生主動思考、參與、實踐的意識，使學生的學習模式由被動性向探索性、研究性、自主性轉變，在教學中培養學生的創新意識和創新能力。為了讓學生從被動的課堂灌輸到主動探索學習，在教學方法上，教師要經常采用討論的方法促進同學之間、師生之間的交流，從而激發學生的學習興趣和研究熱情，培養他們主動參與教學過程的意識，形成互動式的教學模式，這樣不僅可以提高學生獨立思考的能力和善于探索的意識，更能激發出學生的創新性思維。[6]正如哈佛大學Sandel教授所說：“學習的本質，不在于記住哪些知識，而在于它觸發了你的思考。[7]”教師除了要傳授給學生專業知識和技能之外，還要讓學生具有寬廣的視野，掌握更為廣博的知識基礎。廣博而精深的知識結構是創新型人才必備的基本素質，同時也是從事創新型研究的基礎條件。

三、科研與教學結合對學生創新能力的培養

科研、教學融為一體能夠最快地把教師的科研成果帶入教育，帶入整個人才培養的活動中。提高本科教學質量，必須以科研為支撐，構建科研促進教學的一體化機制，尤其是當今工科大學生，很欠缺實際操作能力，只有豐富的抽象理論知識，很難將這些知識運用到將來的工作實踐中。為了使學生創新能力不足的現狀得以改變，教學過程模式的創新就顯得尤為重要，科學研究和教學的結合，能夠將科學研究的成果充實到教學過程中，引導學生培養基于發現的學習模式，讓學生在問題中探索、在研究中學習、在學習中解惑、在解惑中提高，讓學生真正體會到知識來源于自然、來源于社會和人類的活動，使學生融入真正的求知過程中，掌握獲取更多知識的途徑，善于探索、調查、發現，以不斷提高學生的創新能力和創新素質。培養學生在學校學習時期的創新能力是大學教育的基本任務。尊重人才成長規律、尊重教學規律、尊重科研規律是科研和教學相互融合的重要準則；合適的案例和課程、精心的設計和合理的開發是實現科研與教學融合、提高學生創新能力的重要手段。在科研實踐中教學可以提高大學生理論聯系實際、學以致用的能力，促使學生在實踐中發現問題、思考問題，從而為國家、為社會培養出一批批有用的高素質人才。課程教學與科研項目的有機結合，大大促進學生創新能力的提高，同時也是培養創新型人才的重要途徑，而科學的態度和有效的方法則是科研與教學融合成功的保證。

科研工作拓寬了教師的視野和知識面，豐富了課堂的教學內容，不僅是知識的傳授，更重要的是給學生一種正確的思維方式，提高了學生科研與創新的意識。因此說教師在特定的研究領域保持旺盛的創造力和處于學科的領先水平，可以很好地推動教育的發展。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 宋海農，王雙飛，黃顯南.高校本科教育中教學與科研的關系[J].高校論壇，2004， （1）.

[2] 生云龍.高校實現“教學與科研統一”理念的制度選擇[J].清華大學教育研究，2005， 26（4）.

[3] 徐穎.國外研究性大學教學與科研互動經驗及借鑒[J].技術經濟與管理研究，2011， （6）.

[4] 陳玉琨.教學與科研相統一的原則――歷史與現狀的比較研究[J].高等師范教育研究，2003， 15（2）.

[5] 吳洪富.紐曼論大學教學與科研關系[J].現代大學教育，2010， （6）.

篇8

摘要：鑒于嶺南地區的濕熱氣候，設計中要重點解決建筑的通風與阻擋太陽熱輻射的問題，而嶺南傳統民居建筑在這兩方面有豐富而實用的經驗。本文試通過對嶺南傳統灰空間元素進行提煉與轉化，以低技術含量的手法來建造適應嶺南地域性氣候的綠色建筑。

關鍵詞：嶺南地域性建筑；綠色建筑；灰空間

引言

嶺南地區氣候濕熱，先人通過千百年的營造，特別是在民居設計上，其中通過對建筑的灰空間的處理，改善室內的通風與采光條件，很好地適應當地氣候與地理條件。

綠色建筑十分注重場地的氣候地理特征和開發定位，以充分利用場地的資源與能源，同時減少建筑對外部環境的影響，使建筑與環境達到可持續的和諧共處。故從環境和氣候出發，并結合地域性建筑特色，以低技術含量的手法來進行建筑設計是綠色建筑設計的一條很好的出路。如查爾斯.柯里亞在其《形式服從氣候》中所說：“我們正在面臨能源危機……也許這是給我們建筑是的一次機會去調整方向―――最基本形式的起源：氣候。”所以，以嶺南地域性氣候為出發，向嶺南傳統民居的灰空間學習，用現代的手法再現，把灰空間應用到當今綠色建筑中。

1 灰空間于嶺南地區綠色建筑的應用

1.1 灰空間的概念

對于“灰空間”的定義，黑川紀章講到：“灰色是由黑和白混合而成的，混合的結果既非黑亦非白，而變成一種新的特別的中間色”。這是一種半室內半室外半封閉半開敞半私密半公共的中介空間。這種特質空間一定程度上抹去了建筑內外部的界限，使兩者成為一個有機的整體，空間的連貫消除了內外空間的隔閡，給人一種自然有機的整體的感覺。灰色是黑白的過渡色一樣，“灰空間”就是封閉空間與開放空間的中介，或者說是內容與功能不同的空間之間的過渡空間。由于它的存在，沖破了封閉空間的制約而爭取與戶外空間取得更加廣泛的聯系，從而使主體與客體情景交融。灰空間把內部空間外部化和把外部空間內部化，這意味著排除內外之間、自然與建筑之間雙重約束的領域，促進內部與外部之間的相互滲透，將自然轉化為內部，而又將是內延伸于外部，這樣一來內部與外部，自然與建筑相互捕捉，維持了非常良好的平衡關系。

1.2灰空間、嶺南地域性和綠色建筑的關系

鑒于嶺南地區的濕熱氣候，設計中要重點解決建筑的通風與阻擋太陽熱輻射的問題。而嶺南傳統民居建筑在這兩方面有豐富而實用的經驗。嶺南民居對外封閉對內開放，通過天井、冷巷聯系各個功能用房。天井與冷巷還可以通過熱壓原理，天井與冷巷為建筑通風換氣，此外他們是內向性嶺南民居中主要的采光源。同時天井和冷巷是嶺南民居中傳統的灰空間，是室內外環境的過渡，把室外的自然引入室內；由于天井與冷巷的空間尺度較小，可以看作是一個既是室內又是室外的一個中介空間，是室內向室外的延伸。天井與冷巷這種灰空間有效的改善室內物理環境，可以很好的達到自然通風和采光目的，減少對機械設備的依賴，提高能效，達到了綠色建筑的要求。所以灰空間、嶺南地域性和綠色建筑三者存在著互補關系。

本文試通過對嶺南傳統灰空間元素進行提煉與轉化，同時引進其他灰空間營造方法，以低技術含量的手法來建造適應嶺南地域性氣候的綠色建筑。對嶺南傳統民居的灰空間元素進行抽象純化，保留其中的物理原理，提煉出基本的模型，然后用現代建筑手法把模型應用到設計中去。

嶺南傳統民居中灰空間是指住宅中的天井，通廊，冷巷，檐廊，它們是室內和室外的灰質過渡，把室外的自然引入室內，是室內向室外的延伸，在陽光投射下，天井、冷巷與檐廊擋下了陽光的直射，人置于其中感受到一種詩意寧靜的陰影空間，弱化了室內外之間的界定。按灰空間的物理作用對廣義灰空間進行抽象提煉，把天井、通廊、冷巷、檐廊進行簡化，讓風和陽光這些自然元素充盈其中，是通風的灰空間，依次對應的基本模型是箱體空間、管道空間、狹縫狹縫、邊廊空間。

2 灰空間的類型及其營造手法

2.1箱體空間

箱體空間是嶺南民居中天井的基本模型。箱體空間四面或三面由墻體圍合，嵌入建筑其中，是室內與室外之間的一個插入空間（圖1），是封閉空間與開放空間的中介，或者說是內容與功能不同的空間之間的過渡空間。而作為灰空間的一種，箱體空間灰空間，不能是一個四周完全封閉的中庭，它必須是開敞的，在此自然可被隱退，建筑與自然相互滲透。按安藤忠雄所說的，箱體空間/天井是室內中的自然，在此你可以感受到光、風、陰影，是一個充盈著自然基本元素的箱體。箱體空間，即天井，其長寬比高小，空間尺度及比例在此跟院落是不同的。

箱體空間的通風機制的產生是因為箱體空間相對建筑室內受到更多的太陽輻射，箱體空間與室內產生了氣壓差，形成了熱壓通風，原理跟煙囪效應相同。同時箱體空間也可以作為建筑室內的采光源之一，故箱體空間可以有效的改善室內的采光和通風環境。

安藤忠雄的住吉的長屋就是箱體空間很好的實例（圖2）。安藤忠雄從計劃初期到最后，一直沒有考慮空調設備的安裝，而是利用住宅中央的混凝土箱結構進行通風，這是個把城市中逐漸失去的自然導入到住宅的裝置，同時吸取了當地傳統住宅適應當地氣候的做法。長屋的過廳、小天井等作用實現了通風和日照，這是住宅中最基本的環境條件。長屋與相鄰建筑之間留有間隔空間，這個間隔空間的作用有如嶺南民居中的冷巷，起到通風作用，而且為了適應濕度較大的當地氣候，每個房間都設計了通風門窗，更加提高了通風和換氣方面的效率。

圖1 箱體空間模型 圖2 住吉的長屋

2.2 管道空間

管道空間是嶺南民居中通廊的原型，是建筑中水平方向上貫穿建筑整體通道（圖3），風在管道里流動，充盈其中，所以管道空間是風的通道。同時，由于管道貫穿建筑，室外的自然通過管道融入建筑當中，把內部空間外部化和把外部空間內部化，是室內與室外之間的過渡，一種曖昧模糊的灰空間，增加了建筑的透明性和縱深性。

圖3 管道空間模型 圖4 德國駐日大使館方案

管道空間的通風機制，由于管道貫穿建筑，促進了風的流通，促使了室內與室外之間的換氣。

安藤忠雄的德國駐日大使館方案中應用了管道空間（圖4）。在設計過程中他考慮到使用人群的工作及居住環境的舒適感，另外十分注重自然能源應得到最大限度的應用。他的思路是設計一個貫穿整個建筑的風道結構，以此在建筑中引入綠化。方案中南北方向重疊在一起的辦公空間和貫穿有綠化帶的風道結構，繼承了日本庭院的灰空間，通過建筑物之間的綠化和管道空間的開敞性除去了建筑的封閉感，體現整個建筑內部和外部的一體感、通風性、透明性以及縱深性。東西向上，鄰接的綠化帶浸透到百葉褶皺型辦公樓之間，形成“微型綠色環境”。建筑物細長而縱深結構確保了內部空間最大限度的自然采光，同時減少了通風阻力，結合管道空間，實現了整個建筑的自然換氣可能。

2.3 狹縫空間

狹縫空間是嶺南民居中冷巷的基本模型，嶺南民居中緊湊的布局在建筑之間形成一道道狹窄的巷道，實質是一種狹窄高聳的天井空間，這就是冷巷的來源。狹縫空間是嵌入兩建筑體之間的灰空間（圖5），其高與廠遠大于寬，有如建筑體之間的狹縫，讓直射陽光難以進入，為建筑引入柔和的漫射光，同時也有利于增強熱壓作用帶動室內通風。建筑在利用自然條件的同時，營造了陰涼的內部環境。

圖5 狹縫空間模型 圖6 深圳信息職業技術學院圖書館

當狹縫空間的一側有建筑形成陰影區，受太陽照射的面積小，受曬時間短而長波輻射少、空氣溫度較低，空間內就會形成溫度差，從而形成熱壓通風。狹縫空間是截面面積較小的風道，其風速會增大，風壓會降低，與其接通的各房間較熱的空氣就會被帶出，較冷空氣就會進人補充，達到通風效果。狹縫空間要達到好的通風效果，與它的朝向也有很大的關系。嶺南地區的主導風向為東南或南，因此冷巷為南北向，便于通風，還必須造成陰影區，才能達到冷巷的目的。

深圳信息職業技術學院圖書館的設計采用“冷巷”策略。設計者用一個個 “切口”將圖書館的體量分解（圖6）。狹窄的“切口式”天井與閱覽室單元穿插布置，切口的傾斜方向背離日照方向，在引入陽光的同時促進了建筑的“自遮陽”。“切口式”天井是對“冷巷”效應的再現，陽光順勢而下，滲透到建筑內的每一個角落，讓閱覽獲得均勻的照度。

2.4 邊廊空間

邊廊空間是嶺南民居中檐廊的基本模型。嶺南民居中，檐廊連接天井，是室內與室外的第二次過渡，檐廊既屬于室內，但其對天井院落開敞，所以又是室外空間，具有曖昧與模糊二重性。邊廊空間作為一種灰質的過渡空間，是樓板結合結構柱廊之間圍合成的半開放式的空間，其外層是輔助空間，內部是主要空間，輔助空間為主要空間阻擋了日曬，光以柔和的散射光進入室內，同時保持氣流的流通。

3 結語

通過對傳統嶺南民居中的灰空間的學習，對其原理進行提煉和轉化，并應用到綠色建筑設計中，以滿足了嶺南地區的遮陽、隔熱、通風要求，與嶺南濕熱氣候環境相適應，達到綠色建筑的節能目的，并與建筑外環境相適應，且營造了舒適良好的建筑內環境，符合綠色建筑的設計原則。上述對灰空間營造手法研究探索為嶺南地區的綠色建筑設計提出了一種可能的解決方法。將嶺南傳統建筑元素用于綠色建筑設計中，并不是簡單的回歸傳統，而是將傳統技術、傳統手法與新形勢、新技術以及新的功能要求相結合。希望本文能為同行作為參考，讓我們一起為建筑的綠色發展作貢獻。

參考文獻：

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[5]沈池、孟建明.“冷巷”校園――深圳信息職業技術學院北校區設計 [J].建筑學報，2004，（9）：20―25.

篇9

綠色設計不僅需要設計師的理性，更需要新興科學和技術的融入，同時具有廣泛的社會性和持久性，綠色設計的推廣不應僅限于設計師本身，更應廣泛深入公眾和消費者，從設計、實施、完善為結構的良性循環將對文明社會的可持續發展有深遠的意義。

樹立綠色設計的觀念就是要讓工業設計師認識到綠色設計產品是現代企業參與市場競爭的新式武器，因為個體的消費動機雖然來于他們的心理需求，但那需求的產生和發展卻不能不受到社會消費時尚的強烈影響。

關鍵詞：

生態環境 綠色產品 綠色設計 可持續發展

引言：

進入廿世紀以來，隨著全球經濟的高速發展，人類在消耗自然資源、生產制造大量產品的同時，又在不斷地加劇生態環境的惡化，地球日漸變暖、大氣嚴重污染、陸地逐漸減少、水土大量流失、耕地瞬間沙化。我們人類正以自己的“聰明才智”，加速毀壞自身的家園，大自然在不斷為人類提供豐富資源的同時，也帶來了連年不斷的災難！以上這些人類共同面臨的窘境，已引起世界上許多國家的高度重視，一股以保護環境、保護有限資源、保護人類身健康為目標的綠色浪潮，正在全球興起。在這綠色浪潮的帶動下，相應的綠色產品的開發與設計方法也成為工業設計師們所關注的焦點。

注重綠色設計 保護生態環境

綠色產品開發，是從對綠色產品的設計開始的，綠色設計是以節約資源和保護環境為宗旨的設計理念和方法，它強調保護自然生態，充分利用資源，以人為本，善待環境，使綠色設計不應僅是一個倡議和提議，它應成為現實文明和未來發展的方向。面對當前全球的環境污染、生態破壞、資源浪費和溫室效應，資源殆盡，每個地球人都感到生存的危機。

因此，工業設計師作為推進人類文明發展的設計家，肩負著重要的使命。而綠色設計的實質就是使產品來自自然，又回歸自然，并在本質上更接近自然。綠色產品的設計，首先要考慮產品原料和能源的無公害和低消耗。現代科技的發展在為人們帶來諸多方便的同時，也帶來了更多的隱患。如制造一臺個人電腦需要用700多種化學原料，而這些原料大約有一半含有對人體有害的毒素，例如，用于制造電腦機殼的塑料都含有一層防火的有害制劑。一臺電腦顯示器中含有約2.5磅的有毒元素鉛，如果將淘汰的電腦垃圾掩埋在土壤中，這些玻璃中的鉛就會滲透出來，對土壤造成嚴重的污染，而現在采用的方法是將它們進行焚化處理，但在焚化過程中，這些原料將會釋放大量的有害氣體和重金屬，對空氣造成污染，最終形成酸雨。鑒于這種現象，目前許多電腦公司都將注意力集中到產品從使用---廢棄---回收處理的各個環節，對環境無害或危害極小、或最大限度地節約能源，將產品生命周期的各個環節的能耗降至最低。最近，IBM公司宣布，該公司新的流水線中，制造中央處理器的塑料將可以百分之百的回收。瑞典的富豪汽車公司，最近也推出一項有關環境政策：該公司生產的所有汽車，從設計到變成廢鐵回收，都要考慮它對環境的影響，不僅最大限度地關注環境安全，而且關注產品從結構到設計、從生產，使用到最后處理的生命周期，以及購買零部件時，都要選擇利于環保和可回收的材料。

提起消滅害蟲，人們馬上就想到施放農藥，噴殺蟲劑，可是當噴出大量的化學藥劑時，不光殺死了害蟲，還污染了環境，并使蔬菜瓜果中殘留大量農藥，給人們的生活帶來了危害。而荷蘭的一家蔬菜公司采用益蟲吃害蟲的構想：在蔬菜溫室大棚內放置一臺探測儀，測出該溫室內的害蟲數量，然后到專門生產益蟲的工廠購買數倍于害蟲的益蟲投入大棚內，害蟲 寡不敵眾，終被益蟲一掃而光。這種絕妙的構想真可謂一舉數得，既減少了污染（不用化學藥劑），又保證了蔬菜瓜果的天然、潔凈，而且還發展了一個相關產業-----益蟲生產。

樹立綠色設計觀念 重新審視現代設計

以往工業設計最終目標，是針對產品的基本屬性：即在完成了該產品應達到的技術、功能、工藝以及市場的目標后，傳統的設計目標就算大功告成了。而綠色設計則包含產品從創意構思到制造、使用以及廢棄后回收、再生處理的各個過程，也就是包括產品的整個生命周期。在考慮產品環境屬性的同時，預先考慮防止產品及工藝對環境的負面影響，并以此作為綠色設計的目標。

樹立綠色設計的觀念就是要讓工業設計師認識到綠色設計產品是現代企業參與市場競爭的新式武器，因為個體的消費動機雖然來自于他們的心理需求，但那需求的產生和發展卻不能不受到社會消費時尚的強烈影響。

在德國，政府立法規定電視制造企業必須回收自己的電視機方能生產，為此，施奈特電子公司不久前研制出了一種“綠色電視機”，其零部件回收率高達90%以上。目前德國30%的商品已成為綠色產品。這得利于該國1977年實施的“藍天使”計劃：對在生產和使用過程中都符合環保要求，且對生態環境和人體健康無損害的商品，授予“綠色產品”標志。無此標志的商品，在進口時要受到數量和價格上的限制，雖帶有明顯的貿易歧視，卻受到本國生產者和消費者的認同。而后，西方其他國家甚至包括日本也相繼建立了綠色標志認證制度，以保證消費者能識別產品的環保屬性，從而也激勵企業去生產無公害、低污染的綠色產品。

在日本，許多儲存了幾十年甚至上百年的舊木酒桶，以往都被人丟棄或當柴燒，一家具公司偶然發現并加以利用，使這廢棄的木酒桶成了家具的上好木材。具體作法是：先將木酒桶拆開，將彎曲的木板條進行熱壓處理，然后再將壓直了的木板條拼成板材，進行拋光，上漆等工藝處理，成了桌、茶幾、長椅等家具的面板。利用舊木酒桶做的家具，不僅低降成本35%以上，而且因木酒桶長時間被酒精滲透、浸泡，制造出來的家具竟然從未發生蛀蟲現象，這真是歪打正著！

進入新世紀，工業設計師今天所擔負的使命，比過去任何一個時期都艱辛，他們必須面對許多新問題：要關注產品設計—生產—消費的方法和過程；要有效的利用有限資源和使用可回收材料制成的產品，以減少一次性產品的使用量；還應從材料的選擇、結構功能、制造過程、包裝方式、儲運方式、產品使用和廢品處理等諸方面，全方位考慮資源利用和環境影響及解決方法。在設計過程中應把降低能耗、易于拆卸、使材料和部件能夠循環使用，把產品的性能、質量、成本與環境指數列入同等的設計指標，使更多無污染的綠色產品進入市場。

工業設計從以往單調的機械化造型轉向具有語意化、人性化的造型設計，并力求使造型簡潔，設法減少空間、減少材料的浪費和消耗，使產品能耐久和持續使用，綠色設計不僅需要設計師的理性，更需要新興科學和技術的融入，同時具有廣泛的社會性，綠色設計的推廣不應僅限于設計師本身，更應廣泛深入公眾和消費者。綠色設計是現代設計師應有的良知和責任。在設計中表達現代與傳統的統一，設計與生產的調和，生產與消費的默契，生活與生態的和諧。工業設計師應經常提醒自己：你的設計會不會減少人類帶給環境的壓力？能否保護自然資源？能否拋棄不切實際的設計？是否是民眾真正需要的產品設計？是否能用少量能源而發揮更大的功能，以保護不再生之能源？……

轉貼于

順應綠色潮流 邁向綠色世界

近一個時期以來，回歸自然的熱浪從西方席卷到東方，且波及到人們的衣食住行各個生活領域：在飲食方面，現代人熱衷于不含農藥、化肥的天然綠色食品，連野菜都成了都市人的美味佳肴；使用的食具，也追求粗獷，簡樸的木器、陶器，這些大方、又有濃厚人情味的制品成了都市人的新寵；在服飾上，回歸自然的風尚更是經久不衰退，輕松、自由、舒適替代了往日的華貴、繁鎖；在室內裝飾方面，都市人追求簡潔、安寧的裝飾風格，并用綠色的植物點綴，使家庭生機盎然，豪華、闊氣不再是現代人所追求的家庭氣氛，人們期望回到能與自然交融的理想家居中。在建筑方面，對回歸自然的呼聲更為強烈，現代建筑藝術大多體現人對自然的崇敬。但是，一些所謂的“現代建筑”，漠視自然，濫用材料，不僅給城市帶來視覺污染，而且破壞生態平衡。在西班牙馬德里的一座大型建筑物上，外墻用玻璃幕墻裝飾，大片玻璃幕墻將藍天溶入其中，一群在空中自由飛翔的小鳥誤將玻璃幕墻作天空，紛紛撞墻折頸而死，大廈底下堆積片死去的鳥兒。

在西方一些國家，已經出現許多新的綠色消費群，而且每年以20%的數量遞增。他們在購商品時，拒絕購買受到保護動植物制成的產品。他們不光考慮商品的使用價值，而且還要考慮商品的環保、回收等一系列的問題，如：純棉的服裝穿著雖然十分舒適，但由于種植棉花需要使用大量的殺蟲劑、化肥，所以純棉的制品也許是破壞環境的非綠色產品。

我國雖然于1993年開始實行綠色標準制度，并制訂了嚴格的綠色標志產品標準，但在某些方面還不盡人意：我國最大的工業和消費城市上海，每天都有50萬不能回收的快餐盒流放市場，這些白色垃圾掩埋地下200年都不會腐爛，但常年累月與廢水、廢氣等一起充斥我們的空間，嚴重威脅著我們的生命和生態環境。目前，在許多城市的快餐盒已改成可溶解的材料，一些大型商場、超市盡量不使用不易分解的塑料袋，而改用布袋或紙袋。合格的綠色產品是國際市場的通行證，在先進的發達國家，全民生態意識、綠色消費群體比以往任何時候都更加認識到蘊含在產品里生態方面的價值因素，并且從心里樂意接受它們，這就對綠色產品的工業設計提出了更高的要求，即只有無公害、耙能少的產品方能問世，方能走向市場，否則，就會被市場無情地淘汰，沒有發展的潛力。

目前在世界許多國家實施的綠色標志認證，不僅可以保護本國的生態環境，而且也可以促進本國企業在國際市場的競爭力，正如著名管理學家喬治.溫特在其所著《企業與環境》一書所述：“總經理可以不去理會環境的時代已經過去，將來的公司必須善于處理生態環境才能賺錢。”這說明，在目前的市場競爭中，誰擁有綠色產品，誰就擁有發展前景。我們工業設計師如果對這些動充耳不聞，視而不見，或不認真去研究對策，進行預備工作，我們的工業設計將陷于被動的境地。

設計師要為人類的利益而設計，這個利益是指長遠的、全面的、而不是片面的、短暫的。或者是顧及到這一面卻又忽視另一面，或是當代人受益將來人遭難。目前市場上大量銷售的一次性商品，從設計角度來看是可取的，因為它為人的生活帶來了方便，同時也給企業帶來利益。但是從“綠色設計”來看，從人類長遠的利益考慮，從人類未來的生存環境考慮，一次性的消費品又是有害的。

多年來人們對清新的空氣、純凈的水源、無污染的環境都習已為常。但是，人們眼前的這些生態環境都已發生了急劇的變化，雖然造成被污染的河流、有害的空氣的因素很多，但我們工業設計師對這環境加速惡化有著不可推脫的責任。

我們人類經歷了從懼怕自然、征服自然、貼近自然與等三個階段，近年來的工業與設計的變革，人類生活已經發生了重大變化，人類的生存條件與環境在許多方面有了重大的改善，但同時人與自然的關系也遭到極大的破壞。人類除了要面臨能源危機、生態失衡、環境污染等諸多問題外，甚至還得面臨人類自身的生存問題。最近頻繁出現在國際間的一個新名詞——“可持續發展”，說明人類能否長久在地球上生存已成為全球面臨的嚴峻問題。在設計理論界已有人提出“適度設計，健康設計”的原則，試圖給設計行為重新定位，以防工業設計對生態環境的破壞，防止社會過于物質化，防止傳統文化的葬送和人性人情的失落，防止人類異化，讓人類過健康的生活。正如國際工業設計協會聯合會主席彼得先生所言：“設計作為人類發展的一個重要因素，除可能成為人類自我毀滅的絕路，也可能成人類到達一個更加美好的世界的捷徑。”

參考文獻

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知識整合技術的學科教學法知識(TPACK)框架是在反思WebQuest和TELS缺陷的基礎上提出來的，旨在彌補兩者只強調“技術”和以“學生為中心”而忽視了“教師所需知識”“學科知識、教學法、技術之間復雜的關系”和“教師在教學過程中所起的重要作用”的誤區。TPACK是整合技術的教師知識框架，是在Shulman的學科教學知識(PCK)基礎上建立的，是與技術的融合。學科內容、教學法和技術之間的相互交互形成了四種新的知識，即學科教學知識(PCK)、整合技術的教學法知識(TPK)、整合技術的學科內容知識(TCK)和整合技術的學科教學法知識(TPACK)。這一框架強調了教師必須具備的全新知識，教師是課堂的設計者、實施者，是學生學習的引導者和監控者，是課程的設計者；強調不同境脈應采用不同的整合途徑和方法；強調解決方案的多樣性、靈活性和適切性。在課堂中整合技術是一個復雜和結構不良的問題，即不存在一種適用于每一門學科、每一位教師或每一種教學觀念的解決方案，這種方案的獲得取決于每位教師的認知靈活性。

二、研究設計

(一)實驗對象與過程實驗對象為河北省遵化市某小學的六年級學生，研究采取準實驗的研究方法，由同一位教師進行教學。首先對六年級8個班級的學生進行8周的科學課程教學，在第九周進行一次前測，即期中質量檢測；從第十周開始按照前測的學習成績和方差的齊同性選取了六(2)和六(6)兩個班進行實驗研究，為了敘述方便，將六(2)命名為A班，六(6)命名為B班，A班為TPACK實驗班，采用TAPCK的理念進行教學，B班為實驗對照班，繼續延續前面的教學方式；在第十八周進行第二次測驗，即期末質量檢測。

(二)建立假設與確定變量研究假設：基于整合技術的教學法知識理念對小學六年級的科學課進行設計與教學，學生的學習效果明顯優于傳統教學方式。條件因素C=學生進行科學課程的學習；自變量X=兩種教學方式(即TAPCK方式和傳統教學方式)；因變量Y=學生的科學課程成績；干擾變量包括學生的主觀態度、情緒變化、習慣和動機等。為了避免干擾因素對實驗結果的影響，教師時時關注學生的異常反應并及時妥善解決。

(三)實驗結果1.前測成績分析。通過SPSS工具對A班和B班的前測成績進行比較分析，A班的科學成績平均值為73.12分，B班的科學成績平均值為72.91分；兩個班的差異性顯著概率P=0.81>0.05。通過這些數值可以斷定，兩個班級的科學成績不存在顯著差異，完全可以進行對比實驗。2.后測成績分析。A班的成績均值為89.21分，B班成績均值為81.91分，它們的均值之差較為顯著，差異顯著性概率P=0.016<0.05。通過這些數據可斷定，A班與B班的科學成績存在著顯著性差異。這也證明了試驗的假設是成立的，即基于整合技術的教學法知識理念對小學六年級的科學課進行設計與教學，學生的學習效果明顯優于傳統教學方式。

三、實驗討論與案例剖析

研究表明基于TPACK的小學科學教學與另一組進行普通教學的班級相比能夠明顯地促進學生的學習。根據實驗結果，筆者從科學內容知識、科學教學法知識和教與學相關技術三個維度來討論基于TPACK的小學科學教學，并結合“植物與能量”一課進行從設計到實踐的詳實闡述。

(一)明確科學學科中的TPACK要素及關系科學這門學科有它獨具的特殊性，即科學與技術是一對自然的、長期相隨的伙伴。科學家們為了工作而開發技術，同時也為了商業目的而進行技術的研發。在TPACK框架下進行科學知識的教學首先面臨的挑戰就是如何把技術整合到學生對科學知識的學習中去。在整合教與學的過程中，教師必須明確技術應該用于“如果不用技術就很難甚至無法完成的事情”之中，而不是重復使用那些常規方法就可以完成的事情或者能夠解決某個具體的教學問題。因此，教師必須通過TPACK框架進行科學知識的分析，確定科學內容知識、教學法知識和技術之間復雜、動態的平衡關系。學科內容知識是實際被學習或教授的學科知識，本次研究中的學科內容是指“植物與能量”一課的學習目標知識。教學法知識(PK)是關于教與學的過程、實踐或方法的深層次知識，包括所有的教學目的、價值觀和策略。學科教學法知識的核心是轉換學科內容從而為教學所用，即教師通過解釋科學的內容知識、尋找多種途徑來表征科學知識以適應不同概念和學生的先前知識。技術知識是為了那些“不得不通過技術支持和解決”的學習難題或主題而提供的解決方法，同時應該意識到技術應用的可供性和限制性。整合技術的學科知識旨在通過技術富有成效的方式支持數據的表征與操作，科學的學科內容也限制了能被采用的技術類型，同樣技術也限制了可能的表征類型，但是反過來也構造了新的、多種多樣的表征。整合技術的教學知識是對當具體技術應用時教與學如何改變的一種理解，教師需要放棄技術“功能固著”的想法，發展技能以超越當前技術，并且為自己的教學法而“重新配置”技術。整合技術的教學法知識需要教師深刻地理解這些技術工具的教學功能可供性和限制性，以及技術運用的學科境脈。整合技術的學科教學法知識是一種新型的知識形式，超越了所有三個要素(科學內容知識、教學法知識和技術知識)，這些要素處于一種動態平衡狀態，處于一種“必要的張力”狀態，若這些要素中的任何一個發生改變，那么就要由另外兩個要素發生改變來進行“補償”。基于TPACK的小學科學教學圖表明，學科內容、教學法和技術既彼此獨立作用，也相互整合作用。成功的整合技術的教學要求持續地創造、維持和重建各要素之間的動態平衡。基于TPACK的小學科學教學中最為復雜、最為重要的關系莫過于整合技術的學科教學法知識(TPACK)，它的設計與應用是體現教師是否能夠成功地將技術有效地融合進學科教學知識中的一種能力，在融合的過程中將會引起其它要素和關系的變化。簡言之，教師的技術、科學知識和教學法知識綜合在一起的關鍵就是要知道在何處使用技術，使用何種技術，如何使用這種技術進行教學或幫助學生學習。第一，技術在何處使用的切入點在于如何促進或幫助學生和教師進行學習和教學，這與科學這一學科的性質和教學知識密不可分，即某些科學的學習主題必須通過技術才能夠幫助和完成教與學這一過程，例如學生學習植物如何進行光能與化學能的轉換時，通過應用三維動畫、視頻等技術手段，與通過語言文字和簡單的圖片描述相比，技術在促進學生學習方面呈現出卓越優勢。第二，確定使用何種技術關鍵在于明確哪些技術可用，以及決定應該使用哪些技術。這一過程是在充分分析科學內容知識和搜集教學法知識基礎上進行綜合考慮的結果，即哪些技術用于服務教與學，哪些技術專門用來教授和學習科學知識，哪些技術專門用來進行科學實驗活動。第三，如何使用技術進行教學需要教師關注科學主題知識、學生的理解與認知、教學法知識，并對使用技術時可能發生的狀況作出預測和準備。

(二)“植物與能量”的TPACK設計1.科學主題內容(CK)教學主題或學習目標是進行TAPCK設計的首要階段，因為它是教師和學生通過教與學活動所要達到的最終目標。明確學習目標不僅是教師組織安排教學策略的基礎，同時能夠讓學生確立明確的學習目標，充分調動起學生學習的積極動機和學習興趣。科學內容知識的分析可以分為基礎知識、重難點知識，以及與這些知識相關的先決知識，即在對學習目標知識分析后同時要關注實現學習目標所需的前提知識。科學主題知識的分析有利于教師事先建構和組織結構良好的知識體系，與此同時，對學習目標先決知識的分析將有利于教師做好教授新知識的預熱準備設計。除此以外，學科知識還包括如何把教授的知識和現實的應用聯系起來，知道與所教授主題相關的科學領域中大的未決問題等等。關于“植物與能量”一課的主題內容分析主要采取以下幾個步驟：第一，確定教授或學習的科學知識。植物與能量這兩個知識點以及兩者之間的關系是本文的重難點知識，即“植物的能量是什么？”“植物的能量是如何產生的？”“植物能量產生過程的基本圖解學生是否能夠理解和進行簡單的語言、圖畫的描述？”，這三個問題對于學生的認知與理解是一種難度較大的挑戰。此外，學生還須掌握的知識是植物產生的化學能與光能的轉換關系，以及都有哪些物質參加了這一變化過程。第二，先決知識的確定。新知識的習得是否需要先決條件是確保課程順利引入和開展的前提條件，是提高教學和學習效率的基本保障，以防止學生初步進行新知識學習時就受到強大的學習阻力。需要學生了解和掌握有關植物與能量的先決知識包括生物的生命與能量的關系、人類和其它動物獲取生命活動能量的途徑，知道各種生物的生命活動都要消耗能量。第三，確定學科內容知識與現實的聯系。概念體是學習者唯一可以對現實及其所接收信息進行解碼的工具，這一特殊的解釋系統決定了解碼信息和建構知識的方式。學習正是依賴于這些已經在思考和運行著的概念范疇，學習者也正是通過它們詮釋由教師或媒體傳播的信息。確定學習內容與現實聯系的目的在于使學生能夠用直觀、形象的內在經驗來解釋教師傳授或自主學習的內容，如果學生遇到迷思概念或思維受到阻滯時就說明了他們的內在經驗無法正確地理解新知識，此時須向學生提供與學習內容相關的現實知識，譬如實物、虛擬實物以及相關的操作和活動等等，切實讓學生通過感知的方式加強有關學習新知識的經驗。第四，了解與主題內容相關的未決問題。科學的發展實質是人們不斷地探索世界的過程，宇宙的無限廣大以及人生命的短暫決定了人對自然界、宇宙的認知是不可能完全達到的，會始終存在著許多困惑科學家和人類的未解問題。教師對此類知識的掌握和告知將不僅能夠使學生明確科學主題中存在的疑難問題，而且教師適當的講解和鼓勵將使學生樹立克服難題的遠大志向和興趣。就植物與能量這一主題而言，學生在理解和掌握光在植物體內轉化過程的同時向學生提出一些前沿和未決問題，如探索在月球的氣候環境下進行植物的生長和能量的轉化，開發植物能源來解決人類所面臨的能源危機問題等等，能夠激起學生進一步探索科學的興趣和決心。2.學生特征教師除了對學生生理、心理特征進行了解與分析外，最重要的是掌握學生會覺得什么地方理解很困難和學生在哪里會有迷思概念。教師對這些方面的把握可以通過與學生進行課前談話的形式獲知，此外可以向經驗豐富的教師請教，也可以通過查詢教師參考用書獲知教學的重難點。教師只有知道學生知識的掌握情況，才可以決定什么是需要強調的，以及通過哪種教學策略和技術來幫助學生的學習和教師的教學工作。在“植物與能量”一文中，通過與學生談話、參閱教師用書和請教資深教師獲知學生認為最難理解的地方是“光在植物體內轉化的過程”，同時最易使學生產生迷思概念的地方是植物的根、光、綠葉的能量轉換以及淀粉、氧氣、二氧化氮氣這些產物的生產過程。3.科學中的教學法知識(PK)如何幫助學生認識具體事物是科學教學知識的顯著特征，同時教師還需掌握與科學有關的一般性教學法。Grossman認為PK至少具有四個要素：學科教學目的的概念，有關學生理解的知識，有關教學策略的知識和課程知識。同時Magnusson、Krajcik等人描述了PK的五個知識組成部分：科學教學的定位、課程、學生的理解、評價和教學策略。雖然他們對于PK的認同存在著差異，但是PK至少應包括有關學生對主題理解知識和教師教授具體主題的教學策略及表征。除此之外，教師的教學法知識還包括如何陳述和解釋教學內容，如何合理組織實驗活動以增進學生的認知，以及如何給小組或個別學生布置作業等等。在“植物與能量”一文中，教師進行學習者特征分析后，確定的難點和迷思概念是教師進行教學法抉擇的關鍵點，是幫助和支持教師進行教學和學生進行學習活動的前提。對于植物在光的作用下如何轉換能量這一重點和迷思概念，教師確定了如下教學方法：首先，通過圖片表征能量轉化過程中的各個要素，使學生形成基本的感性認知；其次，根據學生自己的先前經驗、素材資源想象并繪制這一能量轉換過程的基本概念圖；第三，編制Flas模擬植物能量的轉換過程；第四，學生重新建構植物能量的概念，在此期間教師可以通過適當組織、監控學生的合作交流、討論活動實現合作性建構。4.技術知識(TK)技術包括了任何用于實踐目的的工具和技巧，技術不僅包括電腦、錄音機等，而且還包括方法、技能和過程。教師應該知道如何使用和管理自己的電腦，如何排解電腦上的故障，同時要不斷地嘗試和探索新技術的使用。教師不僅對于一般教學技術特征有所了解和掌握，同時需要知道技術的可供性和限制性，即針對某一具體學科主題而言，哪些技術是可用的以及如何使用它們。根據本課的重難點和學生容易產生概念混淆的地方，教師通過多媒體展示植物能量轉換中要素關系的圖片，接著通過編制Flash動態模擬植物如何通過光合作用進行能量轉換的過程，同時動態模擬中還嵌入了簡單的智能提示來提醒和糾正學生可能產生的迷思概念。整合技術首要關注的是學科內容和有效的教學實踐；整合效能不能依據使用技術的數量和類型，而要依據技術使用的方法和原因。TPACK表明技術的應用是用來支持具體的教學法知識的，它的可供性和限制性是受到具體知識影響的。5.整合技術的科學教學法知識(TPACK)科學知識、教學法、技術是構成整合技術的科學教學法知識的三大基本元素，它們之間的相互交叉與作用又形成了新的知識；學習者特征是進行TPACK設計所必須進行分析的內容和前提，沒有關于學習者的分析，其它一切都是徒勞的。技術、教學法的抉擇和應用的目的在于促進學習者的學習，學習者是課堂學習的主人，是教學設計最終服務的對象。簡言之，TPACK的最終目的在于使教師明確在教學主題中的什么地方可以使用技術來促進教與學。在科學中進行基于整合技術的學科教學法知識形式的教學關鍵是知道何處、何種、何時使用技術。第一，何處使用技術。技術的使用應該用于“如果不用技術就很難甚至無法完成的事情”中，而不是重復使用那些常規方法就可以完成的事情，即教師需要知道在何處可以用技術解決他所面臨的教學問題。在“植物與能量”一課中，人類不可能通過肉眼來觀察植物在光的作用下如何進行能量轉換這一過程，同時植物能量轉換這一過程進行得比較緩慢，轉換的過程受到多種外界環境的限制和影響。了解和掌握這些知識對于小學六年級的學生而言將是巨大的挑戰，同時在有限的課堂環境和時間內是根本不可能完成學習目標的。第二，使用何種技術。技術的使用需要教師了解針對主題內容知識的特點進行各種媒體、軟件的篩選，最終通過比較技術的可供性和限制性確定需要使用的技術。這一抉擇過程不僅說明了任何一種技術都有它的局限性，同時也體現了針對不同具體主題知識的可供性。針對所存在的這些問題，創建Flash動態模擬不僅呈現了長時間、細致的實踐觀察過程，同時以突出、形象的形式再現了植物在光的作用下如何進行能量轉換這一過程。第三，何時使用技術。安德烈·焦爾當認為學習者的概念體是學生理解周圍世界的唯一工具，當學生用已有的概念體詮釋所接受的信息時，如果學生無法解釋或新知識與已知概念體發生認知沖突，那么就會引起學習者概念體的失衡。“困惑”或“擾亂”狀態是產生學習渴望和發生學習的最佳時機，所以教師必須緊抓這一有利時機進行教學環境的創建，將學習者置身于一個特定的學習環境中，通過制造適當的真實環境或利用現實制造沖突來促使學習者將舊概念轉換成新概念。在學生處于“困惑”或“擾亂”的狀態下進行學習環境的創設會對他們的學習產生積極的推動作用。在教授“植物與能量”一課時，通過課堂提問、觀察學生表情等形式了解學生是否處于這一階段，通過調查的結果來決定何時呈現圖片和Flash模擬動畫。

(三)教師的角色與知識在人類教育歷史的長河中，以教師為中心的教學模式可謂長期居于統治地位。隨著信息技術在教學過程中的運用，教師在課堂中的角色與地位發生了顯著的變化。美國近代所推崇的WebQuest和TELS模式特別強調“技術”的作用和“學生”對技術的自主應用，然而這兩種模式卻沒有認真關注“教師所需的知識”和“教師在信息技術與學科整合過程中的重要作用”，因此，教師必須重新審視自己的角色和地位。第一，教師是課程的設計者。課程不能獨立于教師而存在，教師是課堂教學構建和實施課程的不可或缺部分。在課堂教學中，教師決定著如何采取恰當的教學策略、選擇合適的技術手段來表征知識，幫助和促進學生的學習，只強調以學生為中心和以技術為中心的觀點將使學生的學習陷入低效率、無重點的狀況。第二，教師的主導作用。學生的課堂學習過程是動態的、充滿未知的。雖然教師在課前進行了學生特征、先決知識和重難點的分析，并為學生的學習提出了預設的學習環境，但是由于學生存在著顯著個性、文化的差異性，他們的認知水平也參差不齊，即使教師進行了充分的預設也不可能計劃好所有教學過程中出現的問題，此時教師的主導就顯現出突出的作用。當學生在概念上出現迷思或者被阻滯時，教師要充分發揮引導和主導作用，使學生沿著學習目標的方向前進。第三，教師的認識靈活性。學科知識、教學法知識和技術知識的融合生成了許多動態的新知識，教師理解、判斷這些新知識時需要針對具體的主題知識、技術的可供性和限制性、教學法知識進行綜合復雜的權衡。教學過程不良的特性要求教師必須具備與TPACK三個要素足夠的相關知識，同時需要教師能夠在教學過程中的某個問題、某個時間進行快速的靈活抉擇來解決難以預料的問題。在教授“植物與能量”一課時，教師圍繞教學目標進行學生活動安排、技術應用、適時采取有效的教學策略。在課程導入階段，教師采用基于問題的形式引入話題——“同學們，我們在前一節課學習了有關動物能量的問題，誰能介紹一下你所知道的動物的能量是怎么來的？”在新授“植物在光的作用下如何進行能量轉化”時，教師實時觀察學生的面部表情來推斷他們是否能夠表征和解決這一難題，教師通過觀察來確定使用何種技術和何時使用技術來幫助學生完成學習目標。

四、結束語

整合技術的學科教學法知識框架(TPACK)呈現的是關于有效技術整合的一種思考方式，是將技術有效整合進學習環境的知識。整合模式(TPACK)是針對WebQuest、TESL兩模式中只關注學生自主學習、自主探究，而忽視教師主導作用的缺陷而提出的[10]，但是并沒有否定它們，是在不斷吸收它們優勢的基礎上發展起來的課堂學習模式。整合技術的學科教學知識框架突出的特點在于其各個元素整合的動態平衡性，即教師針對具體主題內容會不斷地抉擇技術知識、教學法知識之間整合的最佳平衡點，對于不同的教師、不同的技術、不同的學生、不同的環境的差異會產生不同的整合方式。下面就整合中易出現的問題和解決方法進行簡要的思考與歸納。

(一)整合中需要注意的問題第一，TPACK是劣構問題。教師必須意識到沒有哪一種技術解決方案能適用于所有的教師、課程或教學觀，例如即使是同一位教師面對不同的學生進行教學法知識、技術的權衡與組織時，同樣會產生不同的整合方案，教師不能夠通過足夠的課前預設來預料到所有將要發生的事情。面對這一問題，教師不僅需要做好充分的課前預設準備，同時還必須具備一種能力——認知靈活性，即教師能夠在課程正在進行時根據當時的境脈進行判斷、選擇和維持學科知識、教學法和技術之間的動態平衡。優質教學需要培養對技術、學科內容和教學法間復雜關系的微妙理解，并運用這種理解開發恰當的、具體境脈的策略和表征方法。第二，教師的角色與職責。TACK強調“教師是設計者”這個理念，強調教師在課堂中擁有一定的選擇教學方法、技術手段的權力，那種完全以學生為中心的理念是錯誤的或是片面的。

(二)教師的TPACK知識與培養開展TPACK教學改革必須具備一支掌握整合技術的學科教學知識的教師隊伍，這一群體是教學改革能否成功的關鍵力量，創建足夠的條件來培養這支隊伍是十分必要的。教師的培養主要包括兩大群體：職前教師和在職教師。第一，職前教師的培養。TAPCK知識能夠幫助職前教師將恰當的策略和技術有效地應用于他們的實踐中。根據職前教師的特征，為他們提供一線實踐的機會或間接參與到教學過程中的方式是最為有效的，因為如果直接將TPACK作為一種策略性的思維方式融入職前教學法課程，這種培養將是失敗的，其根源在于他們根本就不知道如何通過技術進行學習和教學。通過讓職前教師進行觀摩式個案研究或參與教學使他們獲得教學經驗，要讓他們進一步了解學生，計劃并設計教學，開發有效的教學策略，獲得有效的課堂管理策略，對學生使用技術進行評價。在培養過程中，可以通過發展TPACK的動態思維工具培養他們的整合技術的學科教學法知識能力。第二，在職教師的培養。有經驗教師的知識是有情境的、由事件構成的和片段式的，他們的培養與職前教師的最大不同在于他們能夠直接將TPACK知識作為一種策略性知識應用到教學過程之中。教師培訓機構可以創設多種環境為在職教師發展TPACK知識提供機會，如創建遠程協作與遠程合作的活動，通過組建教育協會間的協作推動TPACK發展，將信息技術融入教師專業發展的境脈中。