能源危机的解决方法范文

导语：如何才能写好一篇能源危机的解决方法，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

篇1

自从工业革命以来，城市发展的产业结构就收到了强烈的冲击，第一产业比重逐年降低，而工业的比重却逐年上升，其中基于资源开发和研究的能源产业的发展十分迅速。科技作为第一生产力的时代特征，为生产、生活都带来了前所未有的便捷和效率。在当今社会，能源的消耗总量和利用效率同经济发展和环境保护的关系十分密切，在经济发展的背后，我国能耗、碳排放都表现为持续增长的状况。节能减排成为了能源与动力工程研究的重点，并且也是今后长期需要坚持的工作。

关键词：

能源与动力工程；环境污染；驱动因素；节能减排

一、引言

无论是汽车开动、轮船离港和飞机起飞等等机器的运转，还是信件的邮寄、电话的通讯和网络的传输等等我们日常生活所常见的现象都需要由能源作为支撑和动力。能源为我们所处的城市提供了源源不断的能量流，有了能源我们的城市才能充满生机与活力，才能不断地向前发展。我国目前正处在城市化快速发展的关键时期，是能源消耗大国。能源的大量消耗带来了环境的污染，能源供需矛盾显而易见，成为了我国当下以及今后长期发展的重点所在，节能减排工作必须落到实处，节能技术的研究刻不容缓。节能减排是我国面对环境问题和能源的消耗而提出的政策方针，是通过不同的手段和措施，降低工业生产和居民生活过程中的能源投入以及污染物的排放，实现城市化进程不断提升和城市经济社会的永续发展的目标。但是由于我国的人口、经济增长方式和经济规模、产业结构和节能技术等因素的影响，能源浪费和排放超标的问题越来越严重，节能减排的工作效果甚微，加剧了能源消耗和保护环境的矛盾，导致了我国经济发展带的瓶颈，带来了强大的制约作用。因此，本文试图从能源和动力工程的角度入手，对我国能源问题和动力工程进行解析，明确能源消耗居高不下的内在原因，进而对节能减排从能源消耗因素和动力工程节能技术等角度出发，分析节能减排的具体方法和策略。

二、能源问题和动力工程

能源是人类活动的物质基础和动力源泉，在一定程度上来说，人类的发展离不开能源的开发和利用。能源发展、环境可持续已经成为当下全球性的议题。能源的种类繁多，且因为新技术的发展，许多新能源逐渐出现在人们的视野当中，并有逐渐成为发展主流的趋势。根据不同学者的研究和总结，能源有八种分类方法，但是人们对于能源的关注点在于它是否能够可再生，是否能带来严重的污染，是否能在现有技术的支撑下进行安全的利用等等，这些对于能源的关注也从侧面反映出现今能源发展所遇到的问题。传统化石能源的枯竭、新能源的开发实用技术不足、能源紧张导致的经济和社会发展的一系列问题成为了当今能源问题的主要方面，统称为能源危机。我国是世界上产能和耗能的大国，能源的产量仅次于美、俄，处在世界第三位的位次，但是能源消耗更大，位居世界第二。同时，我国的能源结构、能源利用技术、节能减排技术却并不理想。能源危机成为我国面临的重大挑战之一，煤炭、电力、石油和天然气等能源成为能源危机中的主要角色，尤其是石油的短缺以及由其引起的结构性矛盾成为我国经济发展的最大难题。动力工程主要是致力于煤、石油等传统能源的高效利用和新能源的创新开发。动力方面则包括内燃机、锅炉、航空发动机、制冷及相关测试技术1。动力工程作为目前能源研发的主要领域，需要在能源转换与热力环境保护等方面具有较高水平的专业人才，同时也需要同自然科学、人文和社会科学等学科领域形成良好的学科交流局面，共同促进我国能源的可持续发展。

三、节能减排分析

节能减排的首要任务在于节能，节约生产和生活等方方面的能源使用以及提升能源的利用率，从源头上治理能源问题。在节能的基础上，严格控制污染物的排放，大力发展污染治理以及回收再利用的技术，实现能源使用终端的零排放或者少排放。首先，明确能源消耗的内在因素，对症下药2。能源的消耗是多方面因素的综合作用，经济快速的增长、经济规模的不断扩、产业结构的失衡、节能技术的落后，共同导致了能源的大量投入。因此，对症下药，根据不同的问题提出不同的针对性的解决方法，优化能源投入结构，达到节能目的。其次，从动力工程的角度出发，从内燃机、锅炉、航空发动机、制冷等生产和生活的能源利用核心出发，发展核心环节的能源利用技术，提升能源利用效率。而动力工程技术的研发对于不同的能源类型又有不同的要求。对于煤来说我们需要提升其使用率和终端污染处理技术。对于石油来说，我们应该寻找替代能源以及替代能源的提炼方法。对于新能源来说，现有的太阳能、风能等能源的使用技术需要进一步的优化和普及，更多的新能源还需要专业人才去测试和研发。

四、结语

综上所述，能源能够决定一个城市甚至一个国家的发展，其中石油等战略性资源的重要性更加突出。能源危机的出现对我们是一种警醒，更是一种促进，在能源危机的压力下，不论是从国家的宏观统筹还是从个体企业的技术优化都表现出积极的应对。在能源与动力工程领域，相关技术人处于起步阶段，需要不同行业专家、不同专业学科等的共同努力，以科学发展观和建立资源节约型和环境友好型的城市为指导，打破传统能源制约，利用新技术和新工具，实现我国能源的高效、合理应用最终消除我国经济发展的能源制约，为国家综合国力的提升和国际话语权的改善等提供坚实的能源支撑。

参考文献：

[1]徐祥博.浅谈能源与动力工程的节能技术[J].黑龙江科技信息，2013，（36）.

篇2

【关键词】课堂练习；实验课；新授课；复习课

【中图分类号】G633.6

一位伟人曾经说过：“我们的任务是过河，但是没有桥或没有船就不能过。不解决桥或船的问题，过河就是一句空话。不解决方法问题，任务也只是瞎说一顿。”这一正确论断，同样指出了课堂形成性练习在《科学》课堂教学中的重要地位和作用。笔者曾在教学实践中就“如何利用课堂形成性练习来强化《科学》课堂教学，力求做到知识传授和能力培养的有机结合，以求发挥课堂形成性练习的最佳效果”进行探索与实践。

首先，明确课堂练习的提出及其与课堂教学的关系。

学生的知识不是简单地靠听讲而“听会”的，而是要通过一系列的技能活动学会的，课堂练习正是实现这一目标的必经途径。课堂形成性练习是一种有目的、有步骤、有指导的教学训练活动，让学生在课堂上能及时地消化、巩固和运用知识面，是学生掌握知识、形成技能、发展智力的重要手段。

其次，做到课堂练习与课堂教学的有机结合。

一、实验教学不能满足于把科学知识的结论传授给学生，要教会学生知识迁移和转化的能力。

在一些带有演示实验的新课中，我们曾经做过以下的尝试：

“§5.1.5 寻找金属变化的规律”中的演示实验是“铁和硫酸铜的反应”，安排的练习：1、将一根10克的铁钉，插入某硫酸铜溶液中，片刻后取出覆盖有铜的铁钉，洗净后干燥称量为10.4克，则有多少克铁参加反应？生成铜几克？

[点评]：在训练中，合理地运用知识会使学生理解得更深，同时也发展了能力。因此讲练结

二、新授课教学中如何渗透思想教育，如何发挥教师利用教材进行“传道授业”、“教书育人”的功能，真正体现教师的主导作用和学生的主体地位。

在“§6.4.2 能源的开发和利用”中关于（1）我国能源消耗危机（2）太阳能的开发和利用这两处知识点的教学，对两个平衡班实施如下比较：

[讲解]：在现代社会中，人口观、资源观、生态观、环境观已经成为公民必不可少的科学观念。面临能源危机，我们一方面要树立节能观，充分有效地利用现有能源；另一方面，还要积极开发新能源。

[练习]：1、学校教学楼里共有24间教室，每间教室里安装了“220V 40W”的日光灯8盏，若每天上午“9︰20～9︰45课间操”由班级电教员负责关灯和开灯，则一个月（除双休日外，23天计）可以省电几度？

[点评]：结果采用习题教学的班级学生学习的主动性、积极性明显优越于老师讲解的班级。

三、每一章结束以后考虑适当综合的课堂练习，引导学生思考，在问题被不断解决的同时，归纳出本章的知识要点和基本内容。

九年制义务教育《科学》新教材对“电学”知识体系的安排采取了循序渐进的编排：“八年级上册第四章电路探秘”是对电学基本知识的学习；“八年级下册第四章电和磁”进一步学习电磁学基础知识，也是日常生活所必需的；“九年级上册第三章能量的转化和守恒”则初中阶段电学知识的综合运用和提高，在本章结束以后，我们安排课堂形成性练习：

通过给学生短时间的训练和指导，把串、并联电路的特点、欧姆定律、焦耳定律、电功、电功率等知识有机地贯穿起来，使知识形成系统化。

四、期末复习和毕业前的总复习，是初中《科学》教学中的重要课题。在近几年的教学过程中，我们认为应：

首先重视巩固已经掌握的知识。如初中《科学》化学部分，从知识分块的角度来看，可分为六大部分：化学用语、基本概念、基本理论、元素与化合物、化学计算和化学实验；

其次要提高审题、答题能力，做到“看得准、分得清、联得起”。如

一个阴暗的草丛中，有各种枯枝败叶，有蚯蚓和老鼠等小动物，这里的所有生物构成（ ）

A、一条食物链B、一个种群C、一个群落D、一个生态系统

学生由于平时复习过程中，对题的印象颇深。

第三、课堂形成性练习必须注意解题规律的探索和方法的引导，提高解题速度。

[练习]；图示电路中，电阻R1==20欧，滑动变阻器R2

的调节范围0～30欧，当开关S闭合、滑片P滑至

a点时，电压表示数为10伏，求：P在a、b间滑动过程中变阻器的最大功率。

方法引导：用所学数学知识对物理问题进行分析、运算和推导。

解答（3）：I2==I1==U1/R1==（10V-U2）/20欧；

根据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。

结合P==f（U）的二次函数图像可得：当U2==5伏时，PMAX==5/4瓦。

其它如平均值法、差量法、推断题的突破口、活泼金属与酸反应产生氢气的规律、多步反应中如何巧找关系等都可以通过学生练习、老师点拨寻找解题的规律和技巧，快速而准确地找到捷径，避免简单而机械地重复训练和烦琐的计算。

此外，中考复习的最后阶段，更应加强计划性、针对性，进行多层次、多角度的练习。要认真研究各地中考的例卷，明确考试的范围、目标、试卷结构、题型等。设置一些具有导向性的形成性练习（如跨学科试题、信息题、应用题、社会热点问题和创新试题等），让学生了解考试信息和中考命题的趋势。

参考文献

[1]袁云开、赵铮、余自强主编：《科学（7～9年级）课程标准》.湖北教育出版社，2002年5月第1版，P160

[2]陈才奇、汪建红等主编：《科学》（义务教育标准实验教科书九年级上）.浙江教育出版社.2006年6月第2版，P5、P28

[3]徐建忠、李世德等主编：《科学》（义务教育标准实验教科书九年级下）.浙江教育出版社.2005年11月第2版，P104

篇3

【关键词】低碳；民用；电气；节能：技术应用

前言

由于人们过度追求经济利益，生态环境的平衡被忽视，我们向自然索取的越多，自然让我们偿还的更多，人们的生活离不开能源，其中多数为不可再生的，能源用尽，人类的生命也即将走到尽头，能源日益枯竭，人们才渐渐觉醒，为了能更好的解决日益严重的能源危机问题，找到合适合理的解决方法和途径，保护人类赖以生存的家园，至此，“低碳”生活的新理念在现代社会中被提了出来，居民生活中对于能源的消耗量大且不可避免，所以在工民建中的电能节约尤其重要、势在必行，这就要求在做建筑电气工程的设计和施工时，应该把节能减排的位置放在第一位。

1 节能技术的应用对策以及发展趋势

1.1 民用建筑电气节能技术的发展原则

首先，应该满足正常民用建筑对于设施的使用功能，也就是说，优先选择绿色节能光源及灯具，使其照明的亮度要足够大，满足色温、显色性及其他正常指标；要满足家用电器的正常使用；满足空调及其它负荷的正常工作；而且也要满足某些大型居民建筑区内为了方便居民生活制备的一些小型动力设备对能源需要的特殊需求。

其次，应该根据国情实际情况对于应用节能技术给社会带来的经济利益加以考虑，不能只为了节能而把成本投入的过高，使得运营过程中资金消耗源源不竭，造成二次的浪费，这就要求我们能在较短的时间内对增加部分的投资以节能减少的运行费用的方式进行回收。

再次，应该将节省无谓损耗的能量作为节能的重点。首先我们通过以往的民用建筑实例，进行综合测评，找出与建筑功能无关的能源消耗点，然后再采取有效的措施和手段，将这些能源消耗点转变为节能点。如对于大面积使用的照明设备，我们可以采用先进的技术手段，使之保持原有效果的同时降低能源消耗。所以，我们要把实用，经济，合理，耐用的理念作为原则且贯彻始终，把先进技术手段应用于民用建筑的电气节能举措上。

1.2 节能与智能化结合

民用建筑节能的技术正在不段完善且范围正在逐步扩大，目前节能理念正在通过节能设备的安装使用得以传播；是否安装BA系统（楼宇设备自控系统）是判断系统级的节能标准；是否将BA系统与其他系统结合起来进行综合管理是判断管理级的节能标准。如BA系统可以与物业管理系统结合起来使用，能源监测与物业管理相结合，这样便能对节能管理加以实现。对民用建筑智能化发展的新型特点加以考虑，也就是说高度信息化和数字化的平台是促进民用建筑体的电气运行以及维护的基础平台。

1.3 大力利用太阳能

太阳光无处不在，无论是在陆地还是海洋、高山还是岛屿，处处皆有，太阳能是最清洁能源之一，在环境污染日益严重的今天，太阳能的利用是尤为重要的。以往的民用建筑采光设计对直射阳光这个问题不作考虑，并且假定天空是阴天。由于回避掉了阳光多变所带来的采光不稳定、过热以及眩光等问题，这样的采光设计的计算就相对较为简单了。伴随科学技术的飞快发展，人们在晴天以及平均天空的采光设计与计算这些问题上进行了大量的科学研究，并且有一套初步所提出的设计方法。利用晴天采光计算方法对采光加以设计，其可减小大约15%的开窗面积，采用太阳能系统（白天吸收能量并存储，晚上使用其储存后的能量）的设计，可以大大提高能源利用率，对全球“低碳、微排”战略有着相当重要的意义。

1.4 新技术的引入

建筑照明设计时可以优先选取绿色高效节能灯泡，如：节能灯、LED、无极灯等光源。配电设计时选择节电变压器、低压测或用电设备处设置滤波器以及高效节电的省电装置等设备。

2 绿色照明在民用住宅的应用

在民用建筑照明中多采用白炽灯（由于白炽灯光效低，寿命短，不久的将来白炽灯将会被这个社会所淘汰）以及高效节能荧光灯作为照明设备，我们将常用照明设备应用时间及场合进行分析比较。下面就以住宅照明的应用，举例说明在工程设计中将“低碳”引入生活和人们过“低碳”生活时的措施。

2.1 看电视时的视力保护

看电视时对于光线有很高的要求，因为电视由于其成像原理会出现频闪，如果周围光线不好则对于视力伤害性是很大的，所以我们在晚上看电视时应注意对视力的保护。有一些家庭在晚上有关掉所有灯具再看电视的习惯，电视上的一时亮一时暗的亮度会对人的视力造成严重的影响。因而夜间在看电视时，开一盏5~10W的灯对视力的保护极为有利。

2.2 婴儿的视力保护

新生儿对光线极为敏感，极易被发光的物体吸引，而新生儿的视力发育才刚刚处于起步阶段，长时间目视较强的光线对于其眼睛的发育会造成极大的影响，甚至产生不挽回的伤害，所以应该在婴儿的房间里配备保护型灯具，即用漫射型灯具将光源的直射光遮住。同时婴儿房间的照明要适宜，照度不能过高。

2.3 学生的视力保护

现代社会，家长对孩子的课业看的很重，但对于学生学习环境的建设仍然存在这很多的疏忽。学生学习时的照明质量很重要，在学生学习的专用房间不能仅仅只使用桌面上的台灯，即使所谓的护眼台灯也不可以，因为台灯所照的界面与周围环境的光线相比对比度较大，长期以往，会致使眼睛不适，疲劳，流泪，甚至疼痛，很大程度会导致近视眼以及各种眼疾的产生。这种情况下我们应该将屋内一般照明与书桌上的局部照明结合在一起，使视野内与外部环境的的光线强度对比度减弱，也可以通过灯具摆放的位置来避免灯具照明产生的阴影不均匀的情况，也可以避免由于频闪眩光等问题引起的不适。不仅对能源消耗降低，也能保护视力。

2.4 用电习惯

白天可以完成的事最好不要留在晚上做，家用电器不用时应切断电源。养成早睡早起的好习惯，这样既有利于身体健康，又环保节能。节能灯最好不要短时间内开关（稳定时间为3分钟），节能灯在开关时是最耗电的，对于保险丝的损伤也是最大的。

2.5 直管荧光灯的选用

居民在对于房间内主照明灯的选择时，要慎重考虑率单管荧光灯的使用，这是由于直管荧光灯其构成结构复杂，产地福建较多，出现故障的几率要比其他品种的灯具多，但是大多数居民由于理论，技术，工具的局限，直管荧光灯出现问题的时候并不能给予及时的修理，另外，主照明灯的位置多位于房屋的顶端，这样在修理电灯这类危险工作上又加上了高度的难度，如果居民本身不是电工等专业人士，我们还是建议尽量不要给自己添加这样的麻烦。这时候应该对使用方便的紧凑型荧光灯加以选用。同时，主照明灯应该对三个灯头以上的形式加以选用，并且用两个以上的开关对灯具加以控制。这样做的目的是能够据实际情况对室内照度进行调整。

总结

通过本文论述发现，电气节能技术的应用和发展已经成为了现代民用建筑领域越来越关注的重要话题，电气节能不仅要对安全性、可靠性和经济性等各项的技术指标加以保证，而要对诸多因素进行综合的考虑，争取在“低碳”社会环境中想出一些具有创新性的民用建筑电气节能技术的应用对策，将电气节能技术应用到更多的领域以及行业中，进而为“低碳”生活下的节约型社会做出应有的贡献。

参考文献

[1]王浩.浅谈我国民用建筑电气节能的设计技术与发展探讨[J].科技信息化，2007，(9).

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关键词：工厂企业；电气；节电；经济运行

中图分类号：TU976+.1

以我国发展的实际情况为出发点，在当前强调可持续发展、实现低碳经济的背景下，仍然面临严峻的能源危机，能源消耗问题是需要解决的头等大事。那么对于工业企业发展来说，是消耗电力的大户，在电气节能方面也具有极大潜力，如何采取有效的电气节能措施，保障国民经济的可持续发展，是当前值得思考的话题。以下从节电性、经济性两大方面进行深入分析：

1、 工厂企业的电气节电措施

1.1 照明系统的节电

在工厂企业的日常运行中，照明损耗主要来自不合理的灯具安装、低效率的热光源、不合理的时间与控制方式等。那么针对这一实际情况，可采取如下节电措施：①提高工业企业的节能意识，将照明光源换成节能灯；②开关采取分组、分段控制形式，提高照明设备使用的灵活性；③在人员活动相对较少的地段，采取声光控制方法，避免长期处于浪费状态；④根据工厂企业的活动时间段，采取程控方法；当夜间需要生产加工时，开启所有的照明设备；当停止生产作业之后，可关闭全部或者部分的照明设备[1]。

1.2 输电线路的节电

在工厂企业的输电线路中，由于存在线路阻抗问题，那么流过负荷电流之后就会形成电能损耗；线路的电压损耗和频率、负载电流、材料电阻率、线路长度等密切相关，一般电流越大、线路就越长，导线的截面积相对较小。同时，在工厂配电线路和变配电系统中，由于电气接头和机械开关的触点比较多，而电气回路中的电阻越大，电压损失也就越大。还有一些电气接头长期暴露在外，经过氧化、积污之后，增大了接触电阻的面积。

针对这一问题，应该尽量控制线路中间的接头，减少使用户外接头的数量；在个别地方需要使用接头，则实行压接或者焊接的方法；在连接铜导线和铝导线时，可采取“铜-铝”过渡端子或者套管，如果不能避免地使用中间接头，应进行特殊性的防水处理[2]。

1.3 电气设备空载的节电

如果变压器处于空载运行状况下，将消耗大量的电量。对于一些工厂企业来说，在检修、停止生产或者节假日期间，一些变压器仍然处于空载或者轻载状态，消耗了大量的消耗电能。针对这一问题，应在停止生产后直接切断电源，确保变压器完全停止工作，以此避免电能消耗，而仅保留1-2台变压器作为值班电源或者照明使用即可。

1.4 其他方面的节电

在工厂企业的配电系统运行过程中，如果出现负荷不平衡分配的现象，可能增加单相电流，增加线路的损耗。那么在进行供电设计与安装过程中，应尽量保障三相负荷的均衡分配；同时，如果供电线路老化较为严重，降低了绝缘强度，则可能存在漏电损耗问题，尤其在雷雨天气中，户外架空线路的漏电损耗更加严重，再加上邻近效应、趋肤效应等，造成导体的电流路径狭窄。这一问题的解决方法主要包括如下几点：①及时改造或者更换老化线路，尽量采取电缆埋地敷设或者绝缘架空线路敷设方法，避免将架空输电线路在外；②在高频电路中，以空心铜导线为主，可节约铜材料[3]；③对于架空输电线路的中心部分，采用抗拉强度良好的钢丝，虽然其电阻率比较大，但是不会对输电性能造成影响。

2、 工厂企业的电气经济运行

从理论上来讲，如果系统的无功电源匮乏，那么电网就会处于低电压的运行水平，此时无功功率为平衡状态，也就是通过负荷来吸收无功功率，弥补无功电源运行的不足。而若想保障系统的电压水平，必须提高无功电源的充足性，更好地满足无功功率运行需求，补偿无功功率损耗，进而节约企业成本，实现企业利润最大化。对于工厂企业大型用电设备的节电来说，必须强化对现有电网的无功功率补偿；当前，小型电网以并联电容器的补偿设备为主，主要具备如下优势：

（1）电容器的安装简便、利于调试，同时一次性投资与运行的成本相对较低，经济性良好；

（2）通过应用电容器，可有效降低损耗，提高运行效率，减少不必要的浪费与损失；

（3）如果使用调试机，只能在中心变电站安装；但是电容器不仅能够在中心变电站安装，还可以采取分散安装的方法，应用范围更广、选择可能性更大。

在电网运行过程中，并联电容器是应用较多的无功功率补偿设备之一，以我国当前企业的电力系统应用来看，也以并联电容器为主。例如，在我国某个大型炼钢厂中，使用了电弧炉炼钢，对供电质量产生严重影响。当电弧炉运行过程中，电压大幅度降低，而谐波干扰也对周围居民住户产生影响。经过改造并安装静止补偿装置，有效改善了供电质量，降低电压波动水平，将干扰控制在允许的范围内，有效降低线损，节约电能[4]-[5]。

实际上，在整个电压调整过程中，系统中的任一节点、电压等均有所不同，运行条件也千差万别，如果系统的无功功率匮乏，那么就需要增加一些无功功率的补偿设备，而不能单独采取调整变压器电压的方法。如果采用大量的并联电容器作为无功补偿设备发生作用，其投资成本较低，更便于后期的维护与管理；而在具有特殊要求的情况下，可采取静止补偿器，作为一种性能良好、便于维护的新型补偿装置[5]。

由上可见，从以往工厂企业电气运行的实际情况来看，可知在电气方面的节能潜力巨大，应该在充分了解电气设备原理、性能的基础上，以工程相关技术为出发点，有针对性地采取节能措施，使用并联电容器、静止补偿器等先进设备，更好地落实节能性、经济性目标，无论对工厂企业自身发展还是社会整体发展，都起到积极作用。

参考文献：

[1]戴光燕.节能技术在工厂电气技术中的应用[J].科技传播，2012（2）

[2]闫冠宇，李明，冯颍.工厂电气节能措施[A].2010（南昌）中西部第三届有色金属工业发展论坛，2010

[3]张欣，刘伟.浅谈工厂电气设计要点[J].中国科技纵横，2011（19）

[4]张艳华.节能技术在工厂电气技术中的应用[J].黑龙江科技信息，2012（5）

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关键词:学校建筑:交流共享:生态设计:气候感应理论

中图分类号:TU244.3

文献标识码:B

文章编号:1008-0422(2010)07-0105-03

教育作为发展科学技术、培养人才的基础,日益受到人们重视,随着社会发展,校园建设进入了一个前所未有的大规模、高速发展的时期。大量私立、民办学校的涌现,原有学校的改建、扩建。这给校园建筑、环境设计提出了新的要求和挑战。

当代科学技术的进步,有赖于研究实验手段的先进。因此,对实验室建筑的需求不断增加,实验室建筑反映着先进的科学,又是现代技术的产品,这要求建筑设计者在工作中要考虑更多诸如人性化、交流与共享、节能与生态等因素。本文将就笔者的设计实践为例谈一下,在教学建筑设计中所思考的一些问题,及其解决方法。

1　项目概况

湖南农业大学是一所有50多年办学历史的省属高等学校,校园位于长沙市芙蓉区马坡岭马家分区的南部,东领东湖秀色,南润浏阳河风光,西接东岸乡,北与长沙农校毗邻,学校用地已划人长沙市马坡岭农业高科技园。

近些年来,学校加大投资力度,改善办学条件,校园规划总面积达212.3hm2。最近规划的第2教学区靠近现有校区的北侧。拟建工学楼是第2教学区的起点项目,对新教学区的后续建设和形成校园的人文景观具有重大影响和指导意义。

根据校园规划和第2教学区的功能配置,拟建工学楼位于2教学区的东北区域的地块内,东向为科教路,北向为校园环线路,南向与西向为规划的其它校园建筑。拟建工学楼分两期建设,一期工程包括资源环境学院和食品科技学院,二期工程包括工程技术学校、东方科学学院和公共部分。工学楼规划用地面积24146m,设计总建筑面积28009m2,为6层钢筋混凝土结构,建筑总高度控制在24m以内(图1,图2)。

2　建筑设计构思

合理的建筑组合与分区是确保科研和教学用房使用高效便捷的重要基础。设计者综合研究了设计任务书的要求。确定了整个工学楼由互相平行的南北两栋组成,北栋布置资源环境学院和食品科技学院,南栋布置工程技术学院和东方科技学院,南北栋的连接部位为公共用房。在建筑和结构方案设计时,充分考虑一、二期工程分期建设和独立使用的方便性。南北两栋和学术报告厅各有独立的门厅和交通体系,内部又可以通过连廊方便联系。学术报告厅可直接对外疏散人流。

平面关系有规则的相对简化有利于模数化和标准化设计。设计者在精心安排垂直和水平交通枢纽空间和公共空间的基础上,力求通过科学逻辑化、系统化的设计让使用空间具有高度的灵活性,能够适应高科技时展展变化的需要,同时能够包容科研、教学和办公等不同的功能性质。柱网的基本模数为9m×9m、7.2m×6m和7.2m×10.8m,除学术报告厅外,一层层高为3.9m,2～6层层高均为3.6m。

每两个疏散楼梯之间构成一个实验用房单元,实验室布置在内廊两侧,靠外墙周边布置服务空间,如交通体、设备管井、排风管井和卫生间,确保了科研实验用房规整方正,使用效率高,且可灵活变化。

3　绿色设计策略

自工业革命以来,人类文明高速发展,但人类社会与自然环境的关系却日益紧张,各种危机接踵而来:能源危机、生态危机、环境危机、粮食危机等等。大学生是未来社会的建设者,只有让他们感同身受人与自然和谐相处的可贵,才能激发他们对保护自然环境的责任感。

在设计初期,设计师首先对场地规划进行生态学分析,运用麦克哈格的“生态的场地规划”原则分析基地原有的自然状态。由于基地西侧有两株香樟树,枝干粗壮,按照自然主义者的理论,人类与自然界中的其他生物是一样的,都有生存的权利,每一个人,犹如每一个生物,需要成为创造者,破坏是不可容忍的,所以我们保留了这两颗樟树,而将建筑物以此为界向东侧伸展,树、建筑和人共生共存。

对建筑设计手法的确定,首先考虑的是建筑的地域气候适应性,对建筑而言,气候作为重要的环境因素,深深地影响着地域建筑文化的形成,因此,气候、阳光、温度等自然地理条件将无可置疑地成为建筑设计的一个基本出发点,通过建筑朝向(总平面)、剖面形式、平面布局、体谅造型、空间组织和细部设计的确定,表达出它对所处自然环境的一种被动的、低能耗的正确反应。同时,生态气候感应理论强调人与外在环境的联系,建筑内的使用者应该能够感受到外界环境的变化以及四季的更替,而这种感受会令每个使用者产生一种充满活力的新的空间体验。

长沙地处夏热冬冷地区,冬寒夏热,春秋短促,冬夏绵长,针对这种气候特点,建筑设计必须兼顾冬季采暧和夏季降温。采用被动式采暖、自然采光和自然通风降温是有效且经济的生态气候感应建筑的设计策略。

3.1　自然采光设计

为了最大量地利用自然光,设计师将工学楼主体设置为两条东西长轴的长条形体量,在南立面侧窗上部、位于眼睛高度之上的位置设置了反光板。在冬季,由于太阳高度角较低,反光板能有效地反射阳光,将直射日光通过顶棚反射到室内深处,把本该照到近窗处的光线折射到室内天花板再漫射向室内远窗处,提高临近内墙空间的照度,同时降低窗口部位的亮度,使整个室内光线分布更加均匀,同时,太阳辐射热提高室内温度,降低采暖负荷:在夏季,反光板则起到遮阳板的作用,防止直射日光引起室内过热,降低空调制冷负荷(图3)。

3.2　自然通风

对于实验室建筑来说,及时通风是必不可少的,在实验过程中,经常会产生各种难嗅的、有腐蚀性的、或者有毒的气体,如不及时排出室外,就要造成室内空气污染,影响实验人员的健康与安全。恰当地组织自然通风不仅能排出室内废气,引入室外的新鲜清洁空气,还能降低机械通风设备和空调制冷的能耗。

长沙夏季盛行东南风,工学楼主体的南向体量短于北向体量,在东南向形成一个自然通风的“豁口”,把自然风引入两栋建筑之间的空间,形成一个风道,将南侧实验楼排出的废气带走,避免这些废气倒灌入北侧的实验楼,保证了北侧实验楼内的空气质量(图4)。

3.3　气候缓冲区概念

建筑主体东西两端的房间为楼梯间和卫生间等辅助用房,在东西两端外侧设置了阳台和防晒墙,有效地防止了东西日晒,此举成为热缓冲策略中的重要部分(图5―6)。连廓部分的少量东西房间,东西两则设垂直和水平综合型深遮阳板,且西侧有宽阔的走廓,遮挡日晒,可以满足正常使用的要求。

半围合的庭园空间不仅具有景观和休闲、交流的功能,同时可以调节局部的小气候。

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【关键词】智能配电网建设关键技术

中图分类号：U665.12 文献标识码：A 文章编号：

我国配电网的发展明显滞后于发电、输电，在供电质量方面与国际先进水平也有一定差距。目前，用户遭受的停电时间，绝大部分是由于配电系统原因造成的。配电网落后也是造成电能质量恶化的主要因素，电力系统的损耗有近一半产生在配电网，我国配电网的自动化、智能化程度以及自愈和优化运行能力远低于输电网，因此智能配电网的建设已经成为我国电力产业发展的必然趋势。

一、智能电网概述

智能电网即以物理电网为基础，将现代先进的传感测量技术、通讯技术、信息技术、计算机技术和控制技术与物理电网高度集成而形成的新型电网。它以满足用户对电力的需求和优化资源配置、确保电力供应的安全生、可靠性和经济性、满足环保约束、保证电能质量、适应电力市场化发展等为目的，实现对用户可靠、经济、清洁、互动的电力供应不增值服务。

智能电网是人类面对电力供需平衡、新能源的接入、电网可靠性以及信息安全挑战的一种必然选择。它的核心内涵是实现电网的信息化、数字化、自动化和互动化。它代表了电网将来进化的一种愿景结合先进的自动化技术、信息技术以及可控电力设备，支持从发电到用电的整个电力供应环节的优化管理，尤其是新能源的接入以及电网的安全运行。

二、智能配电网发展要求、面临的问题及挑战

1、智能配电系统结构的发展要求

（1）综合考虑总体配电系统控制与终端用户控制，实现配电系统性能的优化，取得最优的电能质量和最可靠的稳定性。

（2）支持分布式电源高比重的并入，使系统的效率、灵活性、整体性能够得到有效提高，以利用分布式电源可靠的优化系统性能；配电系统故障时，可利用分布式电源局部供电。

2、配电网急需解决以下问题

（1）配电网自愈控制问题和运行优化问题；

（2）配电网运行中，大量分布式电源的并网，对配电网的影响问题；

（3）支持电力市场运行和可再生能源发电的政策问题；

（4）现代化的充放电设备对配电网的影响问题；

（5）配电网卡脖子问题；

（6）对于用户参与配电网需求侧管理问题；

（7）负荷参与电网调峰问题。

智能配网改变了传统配网的一些特性，也必然给电网发展带来一些挑战。比如分布式电源接入，可能会对电网电压造成影响，或者不经意造成短路甚至引起配网孤岛化等问题。最近几年，微电网这个话题在世界范围引起热议。分布式电源接入可以借助微电网的发展获得一些优势，变得更加稳定。如果能够由一个先进的能源管理系统来控制分布式电源，通过先进的技术手段进行监控，分布式电源接入电网可能带来的种种问题将会得到有效解决。智能配电及分布式电源接入是坚强智能电网发展中不可缺少的重要环节。但是，风力发电、太阳能发电、电动汽车充换电站、储能设备及微网等新型电源及负荷直接接入配电网，给配电网的安全稳定运行带来了新的技术问题和挑战。因此，配电网急需发展新的技术和工具，增加配电网的可靠性、灵活性及效率。目前，各国都在积极开展许多相关研究，开发实用有效的技术解决方法，从而应对新的挑战。

三、智能配电网建设的关键技术

1、配电网结构及运行研究

第一，结构方面，首先，在分析制约配电网智能化的政策及技术因素基础上，规划配电网走向智能的策略与步骤，其中，需要结合经济、环境、技术等约束，分析系统长期供需状况，目的是确保资金投入和新产品、技术有序进入，并考虑如何构建基于互联网的电子商务式的未来电网；其次，进行分散电源规划研究，包括准入条件(地点、费用)分析，采用含成本、可靠性等多种因素的多目标规划技术进行投资规划及其影响因子分析，含有分散电源的配电网新型潮流、GIS及可靠性分析，分散电源运行管理、风险及DR对运行影响分析等。第二，运行方面，为实现完美电力目标，支持系统应包含自动仪表测量、用户用电管理、配电网运营优化、设备故障预测、停电管理及恢复、峰荷管理等功能模块。

2、分散电源、分布存储及DR研究

①DR市场建设。首先，提出包括智能仪表、智能电器、智能楼宇、分散电源、分布存储、热电联产、市场交易平台、用户管理、用户分析及决策、数据管理、结算及账单管理、争议处理、通讯等各种要素在内的DR技术标准；其次，针对不同用户，分别确定参与DR的运作模式、容量以及评价体系；最后，应适时建设示范小区。

②分布存储设备设计。首先，需确定它与电网间的接口，包括安装地点、数据流及其控制、管理系统；其次，进行技术与经济性分析，并实施现场测试；最后，需研究存储设备提供辅助服务的能力及其实时性能。值得一提的是，电动汽车近年来得到广泛应用，它一般选择在负荷低谷时段进行快速充电，这类负荷十分分散，且随机性强，如果大量存在，将对电网的控制及电能质量带来新的挑战，同时，它也是一个移动电源，用户可以选择在负荷高峰，实时电价高的时段向电网注入多余电能以获取利润，这对未来市场的运行也必将产生巨大的影响，以上两方面的问题都需要做深入研究。

③智能仪表选择。DR离不开间断式测量且提供双向信息服务的自动智能仪表及其开放式管理系统，需要定义其通讯网关、系统原型、数据格式与功能模块。此外，众多智能仪表的产品供应商多来自IT领域，其更新换代速度快，会带来相互间不兼容、系统更换频繁的问题，需要采取统一模型和标准以及模块化设计生产等措施。

④运行分析。一是能根据电价及天气情况实时预测分散电源的电量输出；二是在市场环境下，进行包括随机潮流及短路电流等在内的稳态分析；三是考虑分散电源运行间断性的经济调度和机组组合；四是包括分散电源、DR用户、分布存储设备、电力电子元件及其控制系统的暂态时域及频域分析，以确保系统运行的安全可靠；最后，由于分散电源通常由电力电子元件接入电网，因此，需要研究电力电子设备及通讯系统的可用性及其可能的运行模式。

⑤开发基于分散电源、DR用户、分布存储设备

等元素在内的新型能量管理系统。这需要有崭新的理念、工具和技术保证手段，重点是研究如何利用这些元素建立自愈网络、如何利用远方控制协调这些分散元素以及如何确保电网电能质量等。

3、配电设备优化管理

首先，研究设备实时状态监视及诊断的高级模型、算法与工具；其次，从可靠性、电能质量、网络支撑等方面进行设备管理风险及社会、经济效益分析；再次，大力研究如何应用新型导体及绝缘材料提高线路热极限，如何更好地实现网间互联，如何进一步发挥超导等在控制潮流和预防阻塞方面的作用，如何充分应用可视化系统、安全限制下的最优潮流等分析工具，使配电设备更具使用效率。

4、不同类型能源间的相互作用研究

除电力外，还包括天然气、供热、水等其他形式的能源系统，它们相互作用，需要建立互联模型，并进行规划及运行层面上的全局优化，以减少彼此冗余度，进而提高整体效率，达到技术、经济、环境上的最佳状态。

结束语

智能配电网是建设有中国特色坚强智能电网的重要组成部分,是应对我国未来能源危机、环境污染、气候变化等问题的重要措施,是提升配电网运营指标、提高配电自动化水平、解决分布式电源大量接入对电网造成的负面影响、增强用户与电网的互动能力及电网的运掌控能力的有效手段。

参考文献

[1] 静恩波. 智能电网发展技术综述[J]. 低压电器. 2010(06)

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[关键词]科研 教学工作 基础课

[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2013）20-0077-02

二十一世纪科学技术迅猛发展，对物质世界奥秘的探索至广至深，各不同学科深入交叉渗透，取得了惊人的成果。化学作为自然科学的一门，涉及的领域非常广泛，同时也与我们每个人的工作和生活联系密切。化学的研究范围也逐渐扩大到了众多的交叉及边缘学科，例如材料化学、生物化学、能源化学、环境化学等。化学已深入社会、科学和技术的各个领域，并成为高科技发展的强大支柱，其研究测试手段快速更新，这些理论与应用的迅猛发展，要求化学教育工作者必须跟踪科技前沿，提高自身的业务素质，不断更新知识，在教学改革中，体现出科技的发展对化学教育改革的促进，使之对提高学生的科学素养，培养基础扎实，知识面宽，具有开拓创新能力的人才更为有效。普通化学课程是高等工科教育中必不可少的基础课程，也可能成为所有非化工类专业本科生所接受的最后的和最高的化学教育，它将在很大程度上影响到当代和今后中国的工程技术骨干所具有的基本化学素养。[1]

一、科研工作对教学内容的补充与提高

化学是一门实践性极强的学科，随着科学技术的发展，其理论、概念、内容、方法等也在不断地更新。例如：现有的航天技术已经把100多颗空间探测器送到月球或其它行星，在失重的条件下进行了晶体生长试验，如InSb单晶的快速生长，并未经过扩散而进行，与传统的单晶生长过程，成核扩散机理有所不同。再如，金刚石、石墨的同素异形体C60具有独特的笼形结构，但它不遵循化学变化规律。对于这些新的化学发现，需要归纳总结，得出新的概念和理论以解决新的问题。因此普通化学课程不仅要比较系统全面地向学生讲授化学的基本原理和基本知识，使学生能够运用化学的理论、观点和方法审视公众关注的环境污染，能源危机以及新型工程材料等社会热点问题。[2]同时还应向学生介绍由化学所提供的新技术、新方法、新工艺、新材料在不同专业领域中的重要作用，以加深学生对化学的总体了解，提高学生把化学规律、知识、技术、方法应用到本专业工作中的能力和素养。科研可以促进教学，从事科学研究能使教师站在学术最前沿，及时地扩充教学内容，把最新的科学知识和信息传递给学生，从而使课程体系和教材体系结构得以优化，使之更为科学、合理。[3]教师可以将自己的科研成果与教学内容相结合，形成自己的特色。[4]作为化学教师，要经常查阅资料，跟踪科技的发展，了解科技新动态，使自己视野更开阔、思维更活跃。同时本身要从事科研工作，从自己的实际工作中发现新现象，找出新问题，提出解决问题的方法。通过科研工作掌握化学科学在新时代的新特点。本人多年来一直从事科研工作，在国家自然科学基金资助项目“磁性纳米超强酸（碱）的研究”中，一方面对酸碱的概念有更全面深入的理解；另一方面在实验中遇到的问题，如用溶胶-凝胶法制备磁性纳米超强酸时，洗涤、过滤、分离、焙烧等所出现的问题的处理及解决方法。在教学的过程中，对于酸碱的定义介绍较之以前更宽泛。纳米材料是20世纪80年代提出的，因为纳米材料其异乎寻常的特性引起了材料界的广泛关注。本人一直从事纳米稀土氧化物、铁氧体、粉体的合成，磁性纳米超强酸（碱）、纳米脱氧、脱硫催化剂的制备，从科研工作中掌握了最新的科研发展动态、纳米材料的发展趋势及存在的问题，充分认识纳米材料所带来的不仅是经济和科技上的革命，它也将完全代替微米时代的文明，把一种全新的纳米文明呈现在人类的面前，产生于微米时代的信息技术使世界的距离缩小了，而纳米时代的纳米技术则不仅体现了人类对自然界的利用，更体现了人与自然的和谐相处。带着科研工作的体会和理解，讲解“材料化学”课程，尤其是纳米材料一章时，不是简单的照本宣科，枯燥无味地讲解，而是有的放矢地提出问题、探讨问题，与学生互动、讨论，大大地激发了学生的学习兴趣和主动性，好多同学下课还意犹未尽与教师进一步探讨，几个同学决定在毕业设计中就做纳米材料方面的研究。材料化学课程受到了学生的好评，获得了很好的教学效果。

二、科研工作对教学方法的改进和提高

教学有了科研做依托，就能提高自身的档次。首先，科研能够为教学内容提供丰富的知识源泉。教师具有雄厚的知识基础，才能教好学生，而科研的积累则能提供这种必需的知识基础；其次，科研还能让教师及时了解到知识发展和创新的动态，[5]使教师更深刻地理解教学内容，懂得科研的过程和思维的方法，能深入浅出地教学。把与教学内容相关的自己研究的课题带进课堂，讲述自己科研过程中的思路和体会，或者向学生介绍科技的前沿信息，从而激发学生的科研兴趣和科研意识；而有针对性地提出问题要求学生通过查阅资料、独立思考、调研、讨论等方式解决问题，可以很好地培养学生的科研能力和创新能力。教学内容的前沿性和教学方法的互动性，能够培养学生更高的兴趣和参与率。

单调的灌输式教学方式很难做到因材施教，因而容易忽视学生的特点和个性，更难激发学生的学习热情和求知欲望，因此在很大程度上制约和阻碍了学生创造性思维的培养。教师在教学过程中要有意识地引导学生主动学习，培养学生主动思考、参与、实践的意识，使学生的学习模式由被动性向探索性、研究性、自主性转变，在教学中培养学生的创新意识和创新能力。为了让学生从被动的课堂灌输到主动探索学习，在教学方法上，教师要经常采用讨论的方法促进同学之间、师生之间的交流，从而激发学生的学习兴趣和研究热情，培养他们主动参与教学过程的意识，形成互动式的教学模式，这样不仅可以提高学生独立思考的能力和善于探索的意识，更能激发出学生的创新性思维。[6]正如哈佛大学Sandel教授所说：“学习的本质，不在于记住哪些知识，而在于它触发了你的思考。[7]”教师除了要传授给学生专业知识和技能之外，还要让学生具有宽广的视野，掌握更为广博的知识基础。广博而精深的知识结构是创新型人才必备的基本素质，同时也是从事创新型研究的基础条件。

三、科研与教学结合对学生创新能力的培养

科研、教学融为一体能够最快地把教师的科研成果带入教育，带入整个人才培养的活动中。提高本科教学质量，必须以科研为支撑，构建科研促进教学的一体化机制，尤其是当今工科大学生，很欠缺实际操作能力，只有丰富的抽象理论知识，很难将这些知识运用到将来的工作实践中。为了使学生创新能力不足的现状得以改变，教学过程模式的创新就显得尤为重要，科学研究和教学的结合，能够将科学研究的成果充实到教学过程中，引导学生培养基于发现的学习模式，让学生在问题中探索、在研究中学习、在学习中解惑、在解惑中提高，让学生真正体会到知识来源于自然、来源于社会和人类的活动，使学生融入真正的求知过程中，掌握获取更多知识的途径，善于探索、调查、发现，以不断提高学生的创新能力和创新素质。培养学生在学校学习时期的创新能力是大学教育的基本任务。尊重人才成长规律、尊重教学规律、尊重科研规律是科研和教学相互融合的重要准则；合适的案例和课程、精心的设计和合理的开发是实现科研与教学融合、提高学生创新能力的重要手段。在科研实践中教学可以提高大学生理论联系实际、学以致用的能力，促使学生在实践中发现问题、思考问题，从而为国家、为社会培养出一批批有用的高素质人才。课程教学与科研项目的有机结合，大大促进学生创新能力的提高，同时也是培养创新型人才的重要途径，而科学的态度和有效的方法则是科研与教学融合成功的保证。

科研工作拓宽了教师的视野和知识面，丰富了课堂的教学内容，不仅是知识的传授，更重要的是给学生一种正确的思维方式，提高了学生科研与创新的意识。因此说教师在特定的研究领域保持旺盛的创造力和处于学科的领先水平，可以很好地推动教育的发展。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 宋海农，王双飞，黄显南.高校本科教育中教学与科研的关系[J].高校论坛，2004， （1）.

[2] 生云龙.高校实现“教学与科研统一”理念的制度选择[J].清华大学教育研究，2005， 26（4）.

[3] 徐颖.国外研究性大学教学与科研互动经验及借鉴[J].技术经济与管理研究，2011， （6）.

[4] 陈玉琨.教学与科研相统一的原则――历史与现状的比较研究[J].高等师范教育研究，2003， 15（2）.

[5] 吴洪富.纽曼论大学教学与科研关系[J].现代大学教育，2010， （6）.

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摘要：鉴于岭南地区的湿热气候，设计中要重点解决建筑的通风与阻挡太阳热辐射的问题，而岭南传统民居建筑在这两方面有丰富而实用的经验。本文试通过对岭南传统灰空间元素进行提炼与转化，以低技术含量的手法来建造适应岭南地域性气候的绿色建筑。

关键词：岭南地域性建筑；绿色建筑；灰空间

引言

岭南地区气候湿热，先人通过千百年的营造，特别是在民居设计上，其中通过对建筑的灰空间的处理，改善室内的通风与采光条件，很好地适应当地气候与地理条件。

绿色建筑十分注重场地的气候地理特征和开发定位，以充分利用场地的资源与能源，同时减少建筑对外部环境的影响，使建筑与环境达到可持续的和谐共处。故从环境和气候出发，并结合地域性建筑特色，以低技术含量的手法来进行建筑设计是绿色建筑设计的一条很好的出路。如查尔斯.柯里亚在其《形式服从气候》中所说：“我们正在面临能源危机……也许这是给我们建筑是的一次机会去调整方向―――最基本形式的起源：气候。”所以，以岭南地域性气候为出发，向岭南传统民居的灰空间学习，用现代的手法再现，把灰空间应用到当今绿色建筑中。

1 灰空间于岭南地区绿色建筑的应用

1.1 灰空间的概念

对于“灰空间”的定义，黑川纪章讲到：“灰色是由黑和白混合而成的，混合的结果既非黑亦非白，而变成一种新的特别的中间色”。这是一种半室内半室外半封闭半开敞半私密半公共的中介空间。这种特质空间一定程度上抹去了建筑内外部的界限，使两者成为一个有机的整体，空间的连贯消除了内外空间的隔阂，给人一种自然有机的整体的感觉。灰色是黑白的过渡色一样，“灰空间”就是封闭空间与开放空间的中介，或者说是内容与功能不同的空间之间的过渡空间。由于它的存在，冲破了封闭空间的制约而争取与户外空间取得更加广泛的联系，从而使主体与客体情景交融。灰空间把内部空间外部化和把外部空间内部化，这意味着排除内外之间、自然与建筑之间双重约束的领域，促进内部与外部之间的相互渗透，将自然转化为内部，而又将是内延伸于外部，这样一来内部与外部，自然与建筑相互捕捉，维持了非常良好的平衡关系。

1.2灰空间、岭南地域性和绿色建筑的关系

鉴于岭南地区的湿热气候，设计中要重点解决建筑的通风与阻挡太阳热辐射的问题。而岭南传统民居建筑在这两方面有丰富而实用的经验。岭南民居对外封闭对内开放，通过天井、冷巷联系各个功能用房。天井与冷巷还可以通过热压原理，天井与冷巷为建筑通风换气，此外他们是内向性岭南民居中主要的采光源。同时天井和冷巷是岭南民居中传统的灰空间，是室内外环境的过渡，把室外的自然引入室内；由于天井与冷巷的空间尺度较小，可以看作是一个既是室内又是室外的一个中介空间，是室内向室外的延伸。天井与冷巷这种灰空间有效的改善室内物理环境，可以很好的达到自然通风和采光目的，减少对机械设备的依赖，提高能效，达到了绿色建筑的要求。所以灰空间、岭南地域性和绿色建筑三者存在着互补关系。

本文试通过对岭南传统灰空间元素进行提炼与转化，同时引进其他灰空间营造方法，以低技术含量的手法来建造适应岭南地域性气候的绿色建筑。对岭南传统民居的灰空间元素进行抽象纯化，保留其中的物理原理，提炼出基本的模型，然后用现代建筑手法把模型应用到设计中去。

岭南传统民居中灰空间是指住宅中的天井，通廊，冷巷，檐廊，它们是室内和室外的灰质过渡，把室外的自然引入室内，是室内向室外的延伸，在阳光投射下，天井、冷巷与檐廊挡下了阳光的直射，人置于其中感受到一种诗意宁静的阴影空间，弱化了室内外之间的界定。按灰空间的物理作用对广义灰空间进行抽象提炼，把天井、通廊、冷巷、檐廊进行简化，让风和阳光这些自然元素充盈其中，是通风的灰空间，依次对应的基本模型是箱体空间、管道空间、狭缝狭缝、边廊空间。

2 灰空间的类型及其营造手法

2.1箱体空间

箱体空间是岭南民居中天井的基本模型。箱体空间四面或三面由墙体围合，嵌入建筑其中，是室内与室外之间的一个插入空间（图1），是封闭空间与开放空间的中介，或者说是内容与功能不同的空间之间的过渡空间。而作为灰空间的一种，箱体空间灰空间，不能是一个四周完全封闭的中庭，它必须是开敞的，在此自然可被隐退，建筑与自然相互渗透。按安藤忠雄所说的，箱体空间/天井是室内中的自然，在此你可以感受到光、风、阴影，是一个充盈着自然基本元素的箱体。箱体空间，即天井，其长宽比高小，空间尺度及比例在此跟院落是不同的。

箱体空间的通风机制的产生是因为箱体空间相对建筑室内受到更多的太阳辐射，箱体空间与室内产生了气压差，形成了热压通风，原理跟烟囱效应相同。同时箱体空间也可以作为建筑室内的采光源之一，故箱体空间可以有效的改善室内的采光和通风环境。

安藤忠雄的住吉的长屋就是箱体空间很好的实例（图2）。安藤忠雄从计划初期到最后，一直没有考虑空调设备的安装，而是利用住宅中央的混凝土箱结构进行通风，这是个把城市中逐渐失去的自然导入到住宅的装置，同时吸取了当地传统住宅适应当地气候的做法。长屋的过厅、小天井等作用实现了通风和日照，这是住宅中最基本的环境条件。长屋与相邻建筑之间留有间隔空间，这个间隔空间的作用有如岭南民居中的冷巷，起到通风作用，而且为了适应湿度较大的当地气候，每个房间都设计了通风门窗，更加提高了通风和换气方面的效率。

图1 箱体空间模型 图2 住吉的长屋

2.2 管道空间

管道空间是岭南民居中通廊的原型，是建筑中水平方向上贯穿建筑整体通道（图3），风在管道里流动，充盈其中，所以管道空间是风的通道。同时，由于管道贯穿建筑，室外的自然通过管道融入建筑当中，把内部空间外部化和把外部空间内部化，是室内与室外之间的过渡，一种暧昧模糊的灰空间，增加了建筑的透明性和纵深性。

图3 管道空间模型 图4 德国驻日大使馆方案

管道空间的通风机制，由于管道贯穿建筑，促进了风的流通，促使了室内与室外之间的换气。

安藤忠雄的德国驻日大使馆方案中应用了管道空间（图4）。在设计过程中他考虑到使用人群的工作及居住环境的舒适感，另外十分注重自然能源应得到最大限度的应用。他的思路是设计一个贯穿整个建筑的风道结构，以此在建筑中引入绿化。方案中南北方向重叠在一起的办公空间和贯穿有绿化带的风道结构，继承了日本庭院的灰空间，通过建筑物之间的绿化和管道空间的开敞性除去了建筑的封闭感，体现整个建筑内部和外部的一体感、通风性、透明性以及纵深性。东西向上，邻接的绿化带浸透到百叶褶皱型办公楼之间，形成“微型绿色环境”。建筑物细长而纵深结构确保了内部空间最大限度的自然采光，同时减少了通风阻力，结合管道空间，实现了整个建筑的自然换气可能。

2.3 狭缝空间

狭缝空间是岭南民居中冷巷的基本模型，岭南民居中紧凑的布局在建筑之间形成一道道狭窄的巷道，实质是一种狭窄高耸的天井空间，这就是冷巷的来源。狭缝空间是嵌入两建筑体之间的灰空间（图5），其高与厂远大于宽，有如建筑体之间的狭缝，让直射阳光难以进入，为建筑引入柔和的漫射光，同时也有利于增强热压作用带动室内通风。建筑在利用自然条件的同时，营造了阴凉的内部环境。

图5 狭缝空间模型 图6 深圳信息职业技术学院图书馆

当狭缝空间的一侧有建筑形成阴影区，受太阳照射的面积小，受晒时间短而长波辐射少、空气温度较低，空间内就会形成温度差，从而形成热压通风。狭缝空间是截面面积较小的风道，其风速会增大，风压会降低，与其接通的各房间较热的空气就会被带出，较冷空气就会进人补充，达到通风效果。狭缝空间要达到好的通风效果，与它的朝向也有很大的关系。岭南地区的主导风向为东南或南，因此冷巷为南北向，便于通风，还必须造成阴影区，才能达到冷巷的目的。

深圳信息职业技术学院图书馆的设计采用“冷巷”策略。设计者用一个个 “切口”将图书馆的体量分解（图6）。狭窄的“切口式”天井与阅览室单元穿插布置，切口的倾斜方向背离日照方向，在引入阳光的同时促进了建筑的“自遮阳”。“切口式”天井是对“冷巷”效应的再现，阳光顺势而下，渗透到建筑内的每一个角落，让阅览获得均匀的照度。

2.4 边廊空间

边廊空间是岭南民居中檐廊的基本模型。岭南民居中，檐廊连接天井，是室内与室外的第二次过渡，檐廊既属于室内，但其对天井院落开敞，所以又是室外空间，具有暧昧与模糊二重性。边廊空间作为一种灰质的过渡空间，是楼板结合结构柱廊之间围合成的半开放式的空间，其外层是辅助空间，内部是主要空间，辅助空间为主要空间阻挡了日晒，光以柔和的散射光进入室内，同时保持气流的流通。

3 结语

通过对传统岭南民居中的灰空间的学习，对其原理进行提炼和转化，并应用到绿色建筑设计中，以满足了岭南地区的遮阳、隔热、通风要求，与岭南湿热气候环境相适应，达到绿色建筑的节能目的，并与建筑外环境相适应，且营造了舒适良好的建筑内环境，符合绿色建筑的设计原则。上述对灰空间营造手法研究探索为岭南地区的绿色建筑设计提出了一种可能的解决方法。将岭南传统建筑元素用于绿色建筑设计中，并不是简单的回归传统，而是将传统技术、传统手法与新形势、新技术以及新的功能要求相结合。希望本文能为同行作为参考，让我们一起为建筑的绿色发展作贡献。

参考文献：

[1]汤国华.岭南湿热气候与传统建筑[M].北京：中国建筑工业出版社，2005.

[2]张国强等.可持续建筑技术[M].北京：中国建筑工业出版社，2008.

[3]叶晓健.查尔斯.柯里亚的建筑空间[M].北京：中国建筑工业出版社，2003.

[4]安藤忠雄.安藤忠雄连战连败[M].北京：中国建筑工业出版社，2004.

[5]沈池、孟建明.“冷巷”校园――深圳信息职业技术学院北校区设计 [J].建筑学报，2004，（9）：20―25.

篇9

绿色设计不仅需要设计师的理性，更需要新兴科学和技术的融入，同时具有广泛的社会性和持久性，绿色设计的推广不应仅限于设计师本身，更应广泛深入公众和消费者，从设计、实施、完善为结构的良性循环将对文明社会的可持续发展有深远的意义。

树立绿色设计的观念就是要让工业设计师认识到绿色设计产品是现代企业参与市场竞争的新式武器，因为个体的消费动机虽然来于他们的心理需求，但那需求的产生和发展却不能不受到社会消费时尚的强烈影响。

关键词：

生态环境 绿色产品 绿色设计 可持续发展

引言：

进入廿世纪以来，随着全球经济的高速发展，人类在消耗自然资源、生产制造大量产品的同时，又在不断地加剧生态环境的恶化，地球日渐变暖、大气严重污染、陆地逐渐减少、水土大量流失、耕地瞬间沙化。我们人类正以自己的“聪明才智”，加速毁坏自身的家园，大自然在不断为人类提供丰富资源的同时，也带来了连年不断的灾难！以上这些人类共同面临的窘境，已引起世界上许多国家的高度重视，一股以保护环境、保护有限资源、保护人类身健康为目标的绿色浪潮，正在全球兴起。在这绿色浪潮的带动下，相应的绿色产品的开发与设计方法也成为工业设计师们所关注的焦点。

注重绿色设计 保护生态环境

绿色产品开发，是从对绿色产品的设计开始的，绿色设计是以节约资源和保护环境为宗旨的设计理念和方法，它强调保护自然生态，充分利用资源，以人为本，善待环境，使绿色设计不应仅是一个倡议和提议，它应成为现实文明和未来发展的方向。面对当前全球的环境污染、生态破坏、资源浪费和温室效应，资源殆尽，每个地球人都感到生存的危机。

因此，工业设计师作为推进人类文明发展的设计家，肩负着重要的使命。而绿色设计的实质就是使产品来自自然，又回归自然，并在本质上更接近自然。绿色产品的设计，首先要考虑产品原料和能源的无公害和低消耗。现代科技的发展在为人们带来诸多方便的同时，也带来了更多的隐患。如制造一台个人电脑需要用700多种化学原料，而这些原料大约有一半含有对人体有害的毒素，例如，用于制造电脑机壳的塑料都含有一层防火的有害制剂。一台电脑显示器中含有约2.5磅的有毒元素铅，如果将淘汰的电脑垃圾掩埋在土壤中，这些玻璃中的铅就会渗透出来，对土壤造成严重的污染，而现在采用的方法是将它们进行焚化处理，但在焚化过程中，这些原料将会释放大量的有害气体和重金属，对空气造成污染，最终形成酸雨。鉴于这种现象，目前许多电脑公司都将注意力集中到产品从使用---废弃---回收处理的各个环节，对环境无害或危害极小、或最大限度地节约能源，将产品生命周期的各个环节的能耗降至最低。最近，IBM公司宣布，该公司新的流水线中，制造中央处理器的塑料将可以百分之百的回收。瑞典的富豪汽车公司，最近也推出一项有关环境政策：该公司生产的所有汽车，从设计到变成废铁回收，都要考虑它对环境的影响，不仅最大限度地关注环境安全，而且关注产品从结构到设计、从生产，使用到最后处理的生命周期，以及购买零部件时，都要选择利于环保和可回收的材料。

提起消灭害虫，人们马上就想到施放农药，喷杀虫剂，可是当喷出大量的化学药剂时，不光杀死了害虫，还污染了环境，并使蔬菜瓜果中残留大量农药，给人们的生活带来了危害。而荷兰的一家蔬菜公司采用益虫吃害虫的构想：在蔬菜温室大棚内放置一台探测仪，测出该温室内的害虫数量，然后到专门生产益虫的工厂购买数倍于害虫的益虫投入大棚内，害虫 寡不敌众，终被益虫一扫而光。这种绝妙的构想真可谓一举数得，既减少了污染（不用化学药剂），又保证了蔬菜瓜果的天然、洁净，而且还发展了一个相关产业-----益虫生产。

树立绿色设计观念 重新审视现代设计

以往工业设计最终目标，是针对产品的基本属性：即在完成了该产品应达到的技术、功能、工艺以及市场的目标后，传统的设计目标就算大功告成了。而绿色设计则包含产品从创意构思到制造、使用以及废弃后回收、再生处理的各个过程，也就是包括产品的整个生命周期。在考虑产品环境属性的同时，预先考虑防止产品及工艺对环境的负面影响，并以此作为绿色设计的目标。

树立绿色设计的观念就是要让工业设计师认识到绿色设计产品是现代企业参与市场竞争的新式武器，因为个体的消费动机虽然来自于他们的心理需求，但那需求的产生和发展却不能不受到社会消费时尚的强烈影响。

在德国，政府立法规定电视制造企业必须回收自己的电视机方能生产，为此，施奈特电子公司不久前研制出了一种“绿色电视机”，其零部件回收率高达90%以上。目前德国30%的商品已成为绿色产品。这得利于该国1977年实施的“蓝天使”计划：对在生产和使用过程中都符合环保要求，且对生态环境和人体健康无损害的商品，授予“绿色产品”标志。无此标志的商品，在进口时要受到数量和价格上的限制，虽带有明显的贸易歧视，却受到本国生产者和消费者的认同。而后，西方其他国家甚至包括日本也相继建立了绿色标志认证制度，以保证消费者能识别产品的环保属性，从而也激励企业去生产无公害、低污染的绿色产品。

在日本，许多储存了几十年甚至上百年的旧木酒桶，以往都被人丢弃或当柴烧，一家具公司偶然发现并加以利用，使这废弃的木酒桶成了家具的上好木材。具体作法是：先将木酒桶拆开，将弯曲的木板条进行热压处理，然后再将压直了的木板条拼成板材，进行抛光，上漆等工艺处理，成了桌、茶几、长椅等家具的面板。利用旧木酒桶做的家具，不仅低降成本35%以上，而且因木酒桶长时间被酒精渗透、浸泡，制造出来的家具竟然从未发生蛀虫现象，这真是歪打正着！

进入新世纪，工业设计师今天所担负的使命，比过去任何一个时期都艰辛，他们必须面对许多新问题：要关注产品设计—生产—消费的方法和过程；要有效的利用有限资源和使用可回收材料制成的产品，以减少一次性产品的使用量；还应从材料的选择、结构功能、制造过程、包装方式、储运方式、产品使用和废品处理等诸方面，全方位考虑资源利用和环境影响及解决方法。在设计过程中应把降低能耗、易于拆卸、使材料和部件能够循环使用，把产品的性能、质量、成本与环境指数列入同等的设计指标，使更多无污染的绿色产品进入市场。

工业设计从以往单调的机械化造型转向具有语意化、人性化的造型设计，并力求使造型简洁，设法减少空间、减少材料的浪费和消耗，使产品能耐久和持续使用，绿色设计不仅需要设计师的理性，更需要新兴科学和技术的融入，同时具有广泛的社会性，绿色设计的推广不应仅限于设计师本身，更应广泛深入公众和消费者。绿色设计是现代设计师应有的良知和责任。在设计中表达现代与传统的统一，设计与生产的调和，生产与消费的默契，生活与生态的和谐。工业设计师应经常提醒自己：你的设计会不会减少人类带给环境的压力？能否保护自然资源？能否抛弃不切实际的设计？是否是民众真正需要的产品设计？是否能用少量能源而发挥更大的功能，以保护不再生之能源？……

转贴于

顺应绿色潮流 迈向绿色世界

近一个时期以来，回归自然的热浪从西方席卷到东方，且波及到人们的衣食住行各个生活领域：在饮食方面，现代人热衷于不含农药、化肥的天然绿色食品，连野菜都成了都市人的美味佳肴；使用的食具，也追求粗犷，简朴的木器、陶器，这些大方、又有浓厚人情味的制品成了都市人的新宠；在服饰上，回归自然的风尚更是经久不衰退，轻松、自由、舒适替代了往日的华贵、繁锁；在室内装饰方面，都市人追求简洁、安宁的装饰风格，并用绿色的植物点缀，使家庭生机盎然，豪华、阔气不再是现代人所追求的家庭气氛，人们期望回到能与自然交融的理想家居中。在建筑方面，对回归自然的呼声更为强烈，现代建筑艺术大多体现人对自然的崇敬。但是，一些所谓的“现代建筑”，漠视自然，滥用材料，不仅给城市带来视觉污染，而且破坏生态平衡。在西班牙马德里的一座大型建筑物上，外墙用玻璃幕墙装饰，大片玻璃幕墙将蓝天溶入其中，一群在空中自由飞翔的小鸟误将玻璃幕墙作天空，纷纷撞墙折颈而死，大厦底下堆积片死去的鸟儿。

在西方一些国家，已经出现许多新的绿色消费群，而且每年以20%的数量递增。他们在购商品时，拒绝购买受到保护动植物制成的产品。他们不光考虑商品的使用价值，而且还要考虑商品的环保、回收等一系列的问题，如：纯棉的服装穿着虽然十分舒适，但由于种植棉花需要使用大量的杀虫剂、化肥，所以纯棉的制品也许是破坏环境的非绿色产品。

我国虽然于1993年开始实行绿色标准制度，并制订了严格的绿色标志产品标准，但在某些方面还不尽人意：我国最大的工业和消费城市上海，每天都有50万不能回收的快餐盒流放市场，这些白色垃圾掩埋地下200年都不会腐烂，但常年累月与废水、废气等一起充斥我们的空间，严重威胁着我们的生命和生态环境。目前，在许多城市的快餐盒已改成可溶解的材料，一些大型商场、超市尽量不使用不易分解的塑料袋，而改用布袋或纸袋。合格的绿色产品是国际市场的通行证，在先进的发达国家，全民生态意识、绿色消费群体比以往任何时候都更加认识到蕴含在产品里生态方面的价值因素，并且从心里乐意接受它们，这就对绿色产品的工业设计提出了更高的要求，即只有无公害、耙能少的产品方能问世，方能走向市场，否则，就会被市场无情地淘汰，没有发展的潜力。

目前在世界许多国家实施的绿色标志认证，不仅可以保护本国的生态环境，而且也可以促进本国企业在国际市场的竞争力，正如著名管理学家乔治.温特在其所著《企业与环境》一书所述：“总经理可以不去理会环境的时代已经过去，将来的公司必须善于处理生态环境才能赚钱。”这说明，在目前的市场竞争中，谁拥有绿色产品，谁就拥有发展前景。我们工业设计师如果对这些动充耳不闻，视而不见，或不认真去研究对策，进行预备工作，我们的工业设计将陷于被动的境地。

设计师要为人类的利益而设计，这个利益是指长远的、全面的、而不是片面的、短暂的。或者是顾及到这一面却又忽视另一面，或是当代人受益将来人遭难。目前市场上大量销售的一次性商品，从设计角度来看是可取的，因为它为人的生活带来了方便，同时也给企业带来利益。但是从“绿色设计”来看，从人类长远的利益考虑，从人类未来的生存环境考虑，一次性的消费品又是有害的。

多年来人们对清新的空气、纯净的水源、无污染的环境都习已为常。但是，人们眼前的这些生态环境都已发生了急剧的变化，虽然造成被污染的河流、有害的空气的因素很多，但我们工业设计师对这环境加速恶化有着不可推脱的责任。

我们人类经历了从惧怕自然、征服自然、贴近自然与等三个阶段，近年来的工业与设计的变革，人类生活已经发生了重大变化，人类的生存条件与环境在许多方面有了重大的改善，但同时人与自然的关系也遭到极大的破坏。人类除了要面临能源危机、生态失衡、环境污染等诸多问题外，甚至还得面临人类自身的生存问题。最近频繁出现在国际间的一个新名词——“可持续发展”，说明人类能否长久在地球上生存已成为全球面临的严峻问题。在设计理论界已有人提出“适度设计，健康设计”的原则，试图给设计行为重新定位，以防工业设计对生态环境的破坏，防止社会过于物质化，防止传统文化的葬送和人性人情的失落，防止人类异化，让人类过健康的生活。正如国际工业设计协会联合会主席彼得先生所言：“设计作为人类发展的一个重要因素，除可能成为人类自我毁灭的绝路，也可能成人类到达一个更加美好的世界的捷径。”

参考文献

篇10

知识整合技术的学科教学法知识(TPACK)框架是在反思WebQuest和TELS缺陷的基础上提出来的，旨在弥补两者只强调“技术”和以“学生为中心”而忽视了“教师所需知识”“学科知识、教学法、技术之间复杂的关系”和“教师在教学过程中所起的重要作用”的误区。TPACK是整合技术的教师知识框架，是在Shulman的学科教学知识(PCK)基础上建立的，是与技术的融合。学科内容、教学法和技术之间的相互交互形成了四种新的知识，即学科教学知识(PCK)、整合技术的教学法知识(TPK)、整合技术的学科内容知识(TCK)和整合技术的学科教学法知识(TPACK)。这一框架强调了教师必须具备的全新知识，教师是课堂的设计者、实施者，是学生学习的引导者和监控者，是课程的设计者；强调不同境脉应采用不同的整合途径和方法；强调解决方案的多样性、灵活性和适切性。在课堂中整合技术是一个复杂和结构不良的问题，即不存在一种适用于每一门学科、每一位教师或每一种教学观念的解决方案，这种方案的获得取决于每位教师的认知灵活性。

二、研究设计

(一)实验对象与过程实验对象为河北省遵化市某小学的六年级学生，研究采取准实验的研究方法，由同一位教师进行教学。首先对六年级8个班级的学生进行8周的科学课程教学，在第九周进行一次前测，即期中质量检测；从第十周开始按照前测的学习成绩和方差的齐同性选取了六(2)和六(6)两个班进行实验研究，为了叙述方便，将六(2)命名为A班，六(6)命名为B班，A班为TPACK实验班，采用TAPCK的理念进行教学，B班为实验对照班，继续延续前面的教学方式；在第十八周进行第二次测验，即期末质量检测。

(二)建立假设与确定变量研究假设：基于整合技术的教学法知识理念对小学六年级的科学课进行设计与教学，学生的学习效果明显优于传统教学方式。条件因素C=学生进行科学课程的学习；自变量X=两种教学方式(即TAPCK方式和传统教学方式)；因变量Y=学生的科学课程成绩；干扰变量包括学生的主观态度、情绪变化、习惯和动机等。为了避免干扰因素对实验结果的影响，教师时时关注学生的异常反应并及时妥善解决。

(三)实验结果1.前测成绩分析。通过SPSS工具对A班和B班的前测成绩进行比较分析，A班的科学成绩平均值为73.12分，B班的科学成绩平均值为72.91分；两个班的差异性显著概率P=0.81>0.05。通过这些数值可以断定，两个班级的科学成绩不存在显著差异，完全可以进行对比实验。2.后测成绩分析。A班的成绩均值为89.21分，B班成绩均值为81.91分，它们的均值之差较为显著，差异显著性概率P=0.016<0.05。通过这些数据可断定，A班与B班的科学成绩存在着显著性差异。这也证明了试验的假设是成立的，即基于整合技术的教学法知识理念对小学六年级的科学课进行设计与教学，学生的学习效果明显优于传统教学方式。

三、实验讨论与案例剖析

研究表明基于TPACK的小学科学教学与另一组进行普通教学的班级相比能够明显地促进学生的学习。根据实验结果，笔者从科学内容知识、科学教学法知识和教与学相关技术三个维度来讨论基于TPACK的小学科学教学，并结合“植物与能量”一课进行从设计到实践的详实阐述。

(一)明确科学学科中的TPACK要素及关系科学这门学科有它独具的特殊性，即科学与技术是一对自然的、长期相随的伙伴。科学家们为了工作而开发技术，同时也为了商业目的而进行技术的研发。在TPACK框架下进行科学知识的教学首先面临的挑战就是如何把技术整合到学生对科学知识的学习中去。在整合教与学的过程中，教师必须明确技术应该用于“如果不用技术就很难甚至无法完成的事情”之中，而不是重复使用那些常规方法就可以完成的事情或者能够解决某个具体的教学问题。因此，教师必须通过TPACK框架进行科学知识的分析，确定科学内容知识、教学法知识和技术之间复杂、动态的平衡关系。学科内容知识是实际被学习或教授的学科知识，本次研究中的学科内容是指“植物与能量”一课的学习目标知识。教学法知识(PK)是关于教与学的过程、实践或方法的深层次知识，包括所有的教学目的、价值观和策略。学科教学法知识的核心是转换学科内容从而为教学所用，即教师通过解释科学的内容知识、寻找多种途径来表征科学知识以适应不同概念和学生的先前知识。技术知识是为了那些“不得不通过技术支持和解决”的学习难题或主题而提供的解决方法，同时应该意识到技术应用的可供性和限制性。整合技术的学科知识旨在通过技术富有成效的方式支持数据的表征与操作，科学的学科内容也限制了能被采用的技术类型，同样技术也限制了可能的表征类型，但是反过来也构造了新的、多种多样的表征。整合技术的教学知识是对当具体技术应用时教与学如何改变的一种理解，教师需要放弃技术“功能固着”的想法，发展技能以超越当前技术，并且为自己的教学法而“重新配置”技术。整合技术的教学法知识需要教师深刻地理解这些技术工具的教学功能可供性和限制性，以及技术运用的学科境脉。整合技术的学科教学法知识是一种新型的知识形式，超越了所有三个要素(科学内容知识、教学法知识和技术知识)，这些要素处于一种动态平衡状态，处于一种“必要的张力”状态，若这些要素中的任何一个发生改变，那么就要由另外两个要素发生改变来进行“补偿”。基于TPACK的小学科学教学图表明，学科内容、教学法和技术既彼此独立作用，也相互整合作用。成功的整合技术的教学要求持续地创造、维持和重建各要素之间的动态平衡。基于TPACK的小学科学教学中最为复杂、最为重要的关系莫过于整合技术的学科教学法知识(TPACK)，它的设计与应用是体现教师是否能够成功地将技术有效地融合进学科教学知识中的一种能力，在融合的过程中将会引起其它要素和关系的变化。简言之，教师的技术、科学知识和教学法知识综合在一起的关键就是要知道在何处使用技术，使用何种技术，如何使用这种技术进行教学或帮助学生学习。第一，技术在何处使用的切入点在于如何促进或帮助学生和教师进行学习和教学，这与科学这一学科的性质和教学知识密不可分，即某些科学的学习主题必须通过技术才能够帮助和完成教与学这一过程，例如学生学习植物如何进行光能与化学能的转换时，通过应用三维动画、视频等技术手段，与通过语言文字和简单的图片描述相比，技术在促进学生学习方面呈现出卓越优势。第二，确定使用何种技术关键在于明确哪些技术可用，以及决定应该使用哪些技术。这一过程是在充分分析科学内容知识和搜集教学法知识基础上进行综合考虑的结果，即哪些技术用于服务教与学，哪些技术专门用来教授和学习科学知识，哪些技术专门用来进行科学实验活动。第三，如何使用技术进行教学需要教师关注科学主题知识、学生的理解与认知、教学法知识，并对使用技术时可能发生的状况作出预测和准备。

(二)“植物与能量”的TPACK设计1.科学主题内容(CK)教学主题或学习目标是进行TAPCK设计的首要阶段，因为它是教师和学生通过教与学活动所要达到的最终目标。明确学习目标不仅是教师组织安排教学策略的基础，同时能够让学生确立明确的学习目标，充分调动起学生学习的积极动机和学习兴趣。科学内容知识的分析可以分为基础知识、重难点知识，以及与这些知识相关的先决知识，即在对学习目标知识分析后同时要关注实现学习目标所需的前提知识。科学主题知识的分析有利于教师事先建构和组织结构良好的知识体系，与此同时，对学习目标先决知识的分析将有利于教师做好教授新知识的预热准备设计。除此以外，学科知识还包括如何把教授的知识和现实的应用联系起来，知道与所教授主题相关的科学领域中大的未决问题等等。关于“植物与能量”一课的主题内容分析主要采取以下几个步骤：第一，确定教授或学习的科学知识。植物与能量这两个知识点以及两者之间的关系是本文的重难点知识，即“植物的能量是什么？”“植物的能量是如何产生的？”“植物能量产生过程的基本图解学生是否能够理解和进行简单的语言、图画的描述？”，这三个问题对于学生的认知与理解是一种难度较大的挑战。此外，学生还须掌握的知识是植物产生的化学能与光能的转换关系，以及都有哪些物质参加了这一变化过程。第二，先决知识的确定。新知识的习得是否需要先决条件是确保课程顺利引入和开展的前提条件，是提高教学和学习效率的基本保障，以防止学生初步进行新知识学习时就受到强大的学习阻力。需要学生了解和掌握有关植物与能量的先决知识包括生物的生命与能量的关系、人类和其它动物获取生命活动能量的途径，知道各种生物的生命活动都要消耗能量。第三，确定学科内容知识与现实的联系。概念体是学习者唯一可以对现实及其所接收信息进行解码的工具，这一特殊的解释系统决定了解码信息和建构知识的方式。学习正是依赖于这些已经在思考和运行着的概念范畴，学习者也正是通过它们诠释由教师或媒体传播的信息。确定学习内容与现实联系的目的在于使学生能够用直观、形象的内在经验来解释教师传授或自主学习的内容，如果学生遇到迷思概念或思维受到阻滞时就说明了他们的内在经验无法正确地理解新知识，此时须向学生提供与学习内容相关的现实知识，譬如实物、虚拟实物以及相关的操作和活动等等，切实让学生通过感知的方式加强有关学习新知识的经验。第四，了解与主题内容相关的未决问题。科学的发展实质是人们不断地探索世界的过程，宇宙的无限广大以及人生命的短暂决定了人对自然界、宇宙的认知是不可能完全达到的，会始终存在着许多困惑科学家和人类的未解问题。教师对此类知识的掌握和告知将不仅能够使学生明确科学主题中存在的疑难问题，而且教师适当的讲解和鼓励将使学生树立克服难题的远大志向和兴趣。就植物与能量这一主题而言，学生在理解和掌握光在植物体内转化过程的同时向学生提出一些前沿和未决问题，如探索在月球的气候环境下进行植物的生长和能量的转化，开发植物能源来解决人类所面临的能源危机问题等等，能够激起学生进一步探索科学的兴趣和决心。2.学生特征教师除了对学生生理、心理特征进行了解与分析外，最重要的是掌握学生会觉得什么地方理解很困难和学生在哪里会有迷思概念。教师对这些方面的把握可以通过与学生进行课前谈话的形式获知，此外可以向经验丰富的教师请教，也可以通过查询教师参考用书获知教学的重难点。教师只有知道学生知识的掌握情况，才可以决定什么是需要强调的，以及通过哪种教学策略和技术来帮助学生的学习和教师的教学工作。在“植物与能量”一文中，通过与学生谈话、参阅教师用书和请教资深教师获知学生认为最难理解的地方是“光在植物体内转化的过程”，同时最易使学生产生迷思概念的地方是植物的根、光、绿叶的能量转换以及淀粉、氧气、二氧化氮气这些产物的生产过程。3.科学中的教学法知识(PK)如何帮助学生认识具体事物是科学教学知识的显著特征，同时教师还需掌握与科学有关的一般性教学法。Grossman认为PK至少具有四个要素：学科教学目的的概念，有关学生理解的知识，有关教学策略的知识和课程知识。同时Magnusson、Krajcik等人描述了PK的五个知识组成部分：科学教学的定位、课程、学生的理解、评价和教学策略。虽然他们对于PK的认同存在着差异，但是PK至少应包括有关学生对主题理解知识和教师教授具体主题的教学策略及表征。除此之外，教师的教学法知识还包括如何陈述和解释教学内容，如何合理组织实验活动以增进学生的认知，以及如何给小组或个别学生布置作业等等。在“植物与能量”一文中，教师进行学习者特征分析后，确定的难点和迷思概念是教师进行教学法抉择的关键点，是帮助和支持教师进行教学和学生进行学习活动的前提。对于植物在光的作用下如何转换能量这一重点和迷思概念，教师确定了如下教学方法：首先，通过图片表征能量转化过程中的各个要素，使学生形成基本的感性认知；其次，根据学生自己的先前经验、素材资源想象并绘制这一能量转换过程的基本概念图；第三，编制Flas模拟植物能量的转换过程；第四，学生重新建构植物能量的概念，在此期间教师可以通过适当组织、监控学生的合作交流、讨论活动实现合作性建构。4.技术知识(TK)技术包括了任何用于实践目的的工具和技巧，技术不仅包括电脑、录音机等，而且还包括方法、技能和过程。教师应该知道如何使用和管理自己的电脑，如何排解电脑上的故障，同时要不断地尝试和探索新技术的使用。教师不仅对于一般教学技术特征有所了解和掌握，同时需要知道技术的可供性和限制性，即针对某一具体学科主题而言，哪些技术是可用的以及如何使用它们。根据本课的重难点和学生容易产生概念混淆的地方，教师通过多媒体展示植物能量转换中要素关系的图片，接着通过编制Flash动态模拟植物如何通过光合作用进行能量转换的过程，同时动态模拟中还嵌入了简单的智能提示来提醒和纠正学生可能产生的迷思概念。整合技术首要关注的是学科内容和有效的教学实践；整合效能不能依据使用技术的数量和类型，而要依据技术使用的方法和原因。TPACK表明技术的应用是用来支持具体的教学法知识的，它的可供性和限制性是受到具体知识影响的。5.整合技术的科学教学法知识(TPACK)科学知识、教学法、技术是构成整合技术的科学教学法知识的三大基本元素，它们之间的相互交叉与作用又形成了新的知识；学习者特征是进行TPACK设计所必须进行分析的内容和前提，没有关于学习者的分析，其它一切都是徒劳的。技术、教学法的抉择和应用的目的在于促进学习者的学习，学习者是课堂学习的主人，是教学设计最终服务的对象。简言之，TPACK的最终目的在于使教师明确在教学主题中的什么地方可以使用技术来促进教与学。在科学中进行基于整合技术的学科教学法知识形式的教学关键是知道何处、何种、何时使用技术。第一，何处使用技术。技术的使用应该用于“如果不用技术就很难甚至无法完成的事情”中，而不是重复使用那些常规方法就可以完成的事情，即教师需要知道在何处可以用技术解决他所面临的教学问题。在“植物与能量”一课中，人类不可能通过肉眼来观察植物在光的作用下如何进行能量转换这一过程，同时植物能量转换这一过程进行得比较缓慢，转换的过程受到多种外界环境的限制和影响。了解和掌握这些知识对于小学六年级的学生而言将是巨大的挑战，同时在有限的课堂环境和时间内是根本不可能完成学习目标的。第二，使用何种技术。技术的使用需要教师了解针对主题内容知识的特点进行各种媒体、软件的筛选，最终通过比较技术的可供性和限制性确定需要使用的技术。这一抉择过程不仅说明了任何一种技术都有它的局限性，同时也体现了针对不同具体主题知识的可供性。针对所存在的这些问题，创建Flash动态模拟不仅呈现了长时间、细致的实践观察过程，同时以突出、形象的形式再现了植物在光的作用下如何进行能量转换这一过程。第三，何时使用技术。安德烈·焦尔当认为学习者的概念体是学生理解周围世界的唯一工具，当学生用已有的概念体诠释所接受的信息时，如果学生无法解释或新知识与已知概念体发生认知冲突，那么就会引起学习者概念体的失衡。“困惑”或“扰乱”状态是产生学习渴望和发生学习的最佳时机，所以教师必须紧抓这一有利时机进行教学环境的创建，将学习者置身于一个特定的学习环境中，通过制造适当的真实环境或利用现实制造冲突来促使学习者将旧概念转换成新概念。在学生处于“困惑”或“扰乱”的状态下进行学习环境的创设会对他们的学习产生积极的推动作用。在教授“植物与能量”一课时，通过课堂提问、观察学生表情等形式了解学生是否处于这一阶段，通过调查的结果来决定何时呈现图片和Flash模拟动画。

(三)教师的角色与知识在人类教育历史的长河中，以教师为中心的教学模式可谓长期居于统治地位。随着信息技术在教学过程中的运用，教师在课堂中的角色与地位发生了显著的变化。美国近代所推崇的WebQuest和TELS模式特别强调“技术”的作用和“学生”对技术的自主应用，然而这两种模式却没有认真关注“教师所需的知识”和“教师在信息技术与学科整合过程中的重要作用”，因此，教师必须重新审视自己的角色和地位。第一，教师是课程的设计者。课程不能独立于教师而存在，教师是课堂教学构建和实施课程的不可或缺部分。在课堂教学中，教师决定着如何采取恰当的教学策略、选择合适的技术手段来表征知识，帮助和促进学生的学习，只强调以学生为中心和以技术为中心的观点将使学生的学习陷入低效率、无重点的状况。第二，教师的主导作用。学生的课堂学习过程是动态的、充满未知的。虽然教师在课前进行了学生特征、先决知识和重难点的分析，并为学生的学习提出了预设的学习环境，但是由于学生存在着显著个性、文化的差异性，他们的认知水平也参差不齐，即使教师进行了充分的预设也不可能计划好所有教学过程中出现的问题，此时教师的主导就显现出突出的作用。当学生在概念上出现迷思或者被阻滞时，教师要充分发挥引导和主导作用，使学生沿着学习目标的方向前进。第三，教师的认识灵活性。学科知识、教学法知识和技术知识的融合生成了许多动态的新知识，教师理解、判断这些新知识时需要针对具体的主题知识、技术的可供性和限制性、教学法知识进行综合复杂的权衡。教学过程不良的特性要求教师必须具备与TPACK三个要素足够的相关知识，同时需要教师能够在教学过程中的某个问题、某个时间进行快速的灵活抉择来解决难以预料的问题。在教授“植物与能量”一课时，教师围绕教学目标进行学生活动安排、技术应用、适时采取有效的教学策略。在课程导入阶段，教师采用基于问题的形式引入话题——“同学们，我们在前一节课学习了有关动物能量的问题，谁能介绍一下你所知道的动物的能量是怎么来的？”在新授“植物在光的作用下如何进行能量转化”时，教师实时观察学生的面部表情来推断他们是否能够表征和解决这一难题，教师通过观察来确定使用何种技术和何时使用技术来帮助学生完成学习目标。

四、结束语

整合技术的学科教学法知识框架(TPACK)呈现的是关于有效技术整合的一种思考方式，是将技术有效整合进学习环境的知识。整合模式(TPACK)是针对WebQuest、TESL两模式中只关注学生自主学习、自主探究，而忽视教师主导作用的缺陷而提出的[10]，但是并没有否定它们，是在不断吸收它们优势的基础上发展起来的课堂学习模式。整合技术的学科教学知识框架突出的特点在于其各个元素整合的动态平衡性，即教师针对具体主题内容会不断地抉择技术知识、教学法知识之间整合的最佳平衡点，对于不同的教师、不同的技术、不同的学生、不同的环境的差异会产生不同的整合方式。下面就整合中易出现的问题和解决方法进行简要的思考与归纳。

(一)整合中需要注意的问题第一，TPACK是劣构问题。教师必须意识到没有哪一种技术解决方案能适用于所有的教师、课程或教学观，例如即使是同一位教师面对不同的学生进行教学法知识、技术的权衡与组织时，同样会产生不同的整合方案，教师不能够通过足够的课前预设来预料到所有将要发生的事情。面对这一问题，教师不仅需要做好充分的课前预设准备，同时还必须具备一种能力——认知灵活性，即教师能够在课程正在进行时根据当时的境脉进行判断、选择和维持学科知识、教学法和技术之间的动态平衡。优质教学需要培养对技术、学科内容和教学法间复杂关系的微妙理解，并运用这种理解开发恰当的、具体境脉的策略和表征方法。第二，教师的角色与职责。TACK强调“教师是设计者”这个理念，强调教师在课堂中拥有一定的选择教学方法、技术手段的权力，那种完全以学生为中心的理念是错误的或是片面的。

(二)教师的TPACK知识与培养开展TPACK教学改革必须具备一支掌握整合技术的学科教学知识的教师队伍，这一群体是教学改革能否成功的关键力量，创建足够的条件来培养这支队伍是十分必要的。教师的培养主要包括两大群体：职前教师和在职教师。第一，职前教师的培养。TAPCK知识能够帮助职前教师将恰当的策略和技术有效地应用于他们的实践中。根据职前教师的特征，为他们提供一线实践的机会或间接参与到教学过程中的方式是最为有效的，因为如果直接将TPACK作为一种策略性的思维方式融入职前教学法课程，这种培养将是失败的，其根源在于他们根本就不知道如何通过技术进行学习和教学。通过让职前教师进行观摩式个案研究或参与教学使他们获得教学经验，要让他们进一步了解学生，计划并设计教学，开发有效的教学策略，获得有效的课堂管理策略，对学生使用技术进行评价。在培养过程中，可以通过发展TPACK的动态思维工具培养他们的整合技术的学科教学法知识能力。第二，在职教师的培养。有经验教师的知识是有情境的、由事件构成的和片段式的，他们的培养与职前教师的最大不同在于他们能够直接将TPACK知识作为一种策略性知识应用到教学过程之中。教师培训机构可以创设多种环境为在职教师发展TPACK知识提供机会，如创建远程协作与远程合作的活动，通过组建教育协会间的协作推动TPACK发展，将信息技术融入教师专业发展的境脉中。