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【关键词】素质教育 化学实验 绿色通道
实验是化学学科的基本要求,中学化学中的实验教学更是我们全面落实素质教育的重要载体。虽然很多学校的实验教学现状与前些年比较已经有了很大改观,但是许多学校由于认识不足或者经济问题等原因,化学实验依然没有得到足够的重视,它所产生的深刻效果和深远影响也就无法体现。本文想结合我们多年的教育教学实践就此发表自己的一点浅见。
一、素质教育和化学实验的关系
教育是一个民族进步和发展的基础,是提高全民族整体素质和创造能力的根本途径。实施素质教育就是要以提高国民素质为根本宗旨,以培养学生的创新精神和实践能力为重点,造就德、智、体全面发展的社会主义接班人和建设者。而化学实验恰恰是培养和增强学生的观察能力、实践能力、思维能力和创造能力的最佳载体,这些能力也正是人们在社会上生存和发展必不可少的基本素质。
二、化学实验是落实素质教育的重要载体
1. 化学实验能有效激发学生的学习兴趣
化学实验向学生展示了许多有趣的化学现象,为了更有效地从化学实验中激发学生的学习潜能,教师要巧设实验,我们在进行 “盐类水解”一节教学时,上课开始即演示:向课前先用无色酚酞试剂写着“盐类水解”四个字的白纸上喷洒碳酸钠溶液,结果学生观察发现,本来无字的白纸上出现了“盐类水解”四个红字,伴随这个奇妙变化过程的是学生的惊讶和疑问,此时课堂气氛顿时活跃起来,学生的学习兴趣立即得到激发。
2. 化学实验能培养学生严谨的科学态度
化学实验是一个严格的科学过程,取得的实验数据必须是真实的,实验结果还必须符合生产生活实际,如在“测量变质的NaOH中杂质碳酸钠的百分含量”实验时,有些学生实验过程不规范(质量的称量不准确、沉淀的洗涤不彻底等等),导致实验数据不准确,致使实验得到的碳酸钠的百分含量大于百分之一百,所以要想获得实验的成功就必须严格按照操作规范进行实验,从实验的开始到实验纪录、数据处理、总结归纳直至最后的结论得出都必须要有严谨的科学态度,否则功亏一篑。
3.化学实验能培养学生的创造性思维,使学生在创造中快乐学习
古人云:“学起于思,思起于疑”。事实证明实验是培养学生思维能力的最佳途径。如在“原电池”一节的教学中,我首先引导学生做两个实验:(1)锌片和稀硫酸的反应,观察现象。(2)锌片和铜片间隔一段距离平行插入同一烧杯内的稀硫酸中,观察现象,然后在此基础上用导线将两金属片的上端相连接构成一个闭合回路,再观察现象。最后比较两实验现象学生就会有这样的疑问:实验(2)中当用导线将两金属片的上端相连接构成一个闭合回路后铜片上也生成了大量气泡这是为什么?产生的是哪种气体?等等。此时,学生急于思考和寻找问题的答案,学生的思维处于活跃状态,这时我又适当地设置了几个有梯度的实验问题,同时又提供了铁片、铜片,铝片、碳棒、盐酸、酒精、灵敏电流计等实验用品,并让学生模仿刚才的实验设计几种简单的原电池,让学生自己思考总结原电池的形成条件,这样不仅解决了本节课学习重点,而且充分激发学生的创造灵感,使学生在创造中快乐学习。
4.化学实验能培养学生的参与意识
学生是学习的主体,充分调动学生的积极性与创造性,增强学生的参与意识是提高教学质量的关键,学生能从实验过程中和实验结果的分析中获取知识,找出规律,悟出道理,并且能掌握解决一般问题的方法。例如:在学习“燃烧”这一节时,让学生做 “纸锅烧水”的实验,在实验前所有的学生认为纸张属于易燃烧物,用纸锅不可能把水烧开,在好奇心的驱使下,多数学生会积极地参与做这个实验,通过实验,不但证明了用纸锅能把水烧开,加深对物质燃烧的条件的认识,而且改变了学生对事物的看法,进一步培养了学生对实验、对生活积极的参与意识。
5. 通过实验能培养学生的分工协作能力
当今社会,随着生产力的发展,社会分工越来越细,对人和人之间的协作能力的要求越来越高。因此教师应该有意识地去培养学生的合作能力,化学分组实验就是最好的助手,在许多学生的分组实验中,小组各成员必须分工明确、密切协作才能有效地完成实验任务,因此化学实验是培养学生的分工协作能力的重要途径。
三、化学教师要进一步解放思想、更新观念,上好实验课
现代生产和科学技术的突飞猛进,人类知识总量的急速增长对学生独立学习和自我教育能力的要求越来越高。随之而来,对教师的要求也越来越高,这就要求我们教师要进一步解放思想,更新观念,要改变过去传统的实验教学模式中不合理的方面,把实验教学的重心由单纯的传授实验知识、让学生背实验和机械的应试实验转移到既要传授知识又要注重实验过程上来,通过规范的实验教学培养学生的观察能力、动手能力、独立思考能力、创新能力。
总之,通过规范的实验教学不仅可以授之以“鱼”,还能授之以渔,因此我们说化学实验是实施素质教育的绿色通道。
【参考文献】
[1]中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准(实验)[Z].北京:人民教育出版社 ,2006.
【关键词】城市绿地系统;规划;景观生态学
随着人类社会的不断发展,城市化进程加快,在给我们带来极大的物质财富享受的同时,也给整个城市的生态系统造成巨大的压力。生态系统失衡、生物多样性减少、城市热岛效应、城市绿地范围减少等一系列的生态环境问题的出现,使城市环境恶化、居民生活质量下降。
从景观生态学的角度来看,城市所面临的生态环境和社会问题,大致是由于城市景观结构布局不合理及景观要素在结构、功能和空间等方面不协调造成的。由此,我们可知,城市绿地系统的合理规划不仅能美化环境、平衡整个城市的生态环境,还能够改变居民生活环境,间接地减少社会问题。
一、我国城市绿地系统规划模式的现状
城市绿地系统是城市景观生态规划设计的主体。合理的城市绿地规划,才能建设好城市景观,改善城市生态环境,并有助于解决城市的发展问题。然而,目前我国的城市规划建设却无法达到其建设的目的,在建设过程中,存在着诸多问题。
1.1缺乏合理性:目前的城市规划建设的绿地系统建设只注重表面的绿地率、绿地覆盖率、人均绿地面、人均公共绿地面积等四项指标,而忽略了城市绿地结构和空间布局的合理性。
1.2缺乏远瞻性:意识上缺乏对生态性的认识,在绿地的建设规划中只满足了居民的“游憩”功能和城市的“景观”功能,没有意识到整个城市生态环境发展长远性的重要性。
1.3缺乏合理性:受城市建设用地制约,把城市绿地建设和城市结构分开来看待,并没有注意到城市结构应依附于生态系统,所以,在实际的规划中,没有优先考虑城市的绿化用地。
1.4缺乏完整性:大多数城市绿地系统只注重城市中心的建设,而忽略了郊区在类的周边环境绿地建设,系统布局不合理,使得整个城市绿地生态系统不完整,其功能得不到良好发挥。
1.5缺乏法制性:我国城市绿地系统法规条例并不健全,所以在城市绿地系统规划时,有的城市由于其政府部门贯彻和执行力度不够,使得整个城市绿地系统的建设得不到良好的指导和执行。
二、景观生态学的原理及研究内容
景观生态学是一门研究景观单元的类型组成、空间配置及其与生态学过程相互作用的综合性学科。它研究景观和区域尺度的资源、环境经营与管理问题,具有综合整体性和宏观区域性特色,并以中尺度的景观结构和生态过程关系研究见长。强调空间格局、生态学过程与尺度之间的相互作用是景观生态学研究的核心所在。
景观生态学研究的内容为景观结构,景观功能,景观变化和景观管理四个方面。其理论基础是整体论和系统理论,总体来说,景观生态学研究的根本是内稳态的机制,即地表所作用因素之间的相互关系如何,以及它们造成水平和垂直的异质性。
三、景观生态学原理在城市绿地系统规划中的运用
城市绿地系统是城市建成区或规划区范围内,以各种类型的绿地为组分而构成的系统,其具有园艺,生态和空间三种内涵。它在城市空间环境内,以自然植被和人工植被为主要存在形态的能发挥生态平衡功能,对城市生态,景观和居民休闲生活有积极作用。
3.1城市绿地系统的特征及任务
城市生态系统作为人类生态系统中的一种,受人类行为影响较大,决定了其不完整性、复杂性和脆弱性等特点。要平衡城市生态系统,最关键的是要建设好城市的绿地系统。由于城市生态系统的特征,所以绿地系统的建设必须要达到系统、整体、稳定的要求。其规划有三项基本任务:①美化环境,塑造城市形象;②改善环境,提高居民生活质量;③平衡城市生态系统,结合城市经济产业布局,实现综合绿色规划。
3.2景观生态学在城市绿地系统规划中的运用
以往的城市建设过于重视人工的建筑系统,忽略了城市绿地系统的建设和生态环境的平衡。所以,针对目前我国城市绿地规划和建设的现状,景观生态学原理的提出为整合城市绿地系统与人工建筑系统提供了一条新的城市规划途径。
3.2.1斑块、廊道模式的合理应用
从景观生态学的角度来看,在城市绿地系统的建设中,斑块和廊道的合理分布是整个建设规划中的关键部分。斑块不仅要数量多,还需要分布均匀。把大小斑块合理地结合起来,以大斑块为主,小斑块为辅,使大斑块成为城市的“绿肺”,小斑块担当起物种迁移“踏脚石”的作用,从城市整体景观格局出发,在关键性的局部开辟绿地斑块,使其相对合理均匀地分布在城市绿地系统中,最大程度地发挥其作用,保证整个城市的生态环境效益。在廊道的设计上,应该保证其具有足够的宽度。除了在沿河地带设立绿廊外,还应该与城市道路相结合,在道路两侧设立一些足够宽度的植被带或防护林带,在居住区和工业区设立隔离林带或是卫生防护林带。由于廊道能有机地连接不同地域,所以城市的绿廊系统应成网状分布,以达到其最佳效用。城市绿地系统的规划中,应把斑块和廊道的布局有机地结合起来,使各廊道,各斑块之间相互连通,使其发挥最大的功效,优化整个城市的生态系统。
3.2.2景观异质性的应用
景观的异质性是景观生态学中的一个重要概念,景观的异质性主要是指斑块镶嵌的复杂性及结构分布的非均匀性和非随机性,其作为景观结构的重要特征,决定了空间格局的多样性。从景观生态学来看,景观的异质性越大,景观类型就越多,空间格局的形式也越多,其防止外来干扰的能力也越强;同时,由于景观的异质性是生物多样性的前提,所以越大的异质性越能够保证生物物种的多样性,使得整个城市的生态系统更加稳定。所以在城市绿地系统规划中,景观异质性的维持和发展是必不可少的。
四、结束语
作为城市生态环境规划的重要组成部分,城市绿地系统规划在构建和谐城市生态方面有着不可忽视的作用。建设好城市绿地系统,能够平衡城市生态系统,提高居民生活环境,构建和谐社会。而把景观生态学合理地应用于城市绿地系统规划中,划分廊道、斑块,确保城市景观格局的完整性及生态环境恢复的连续性,有助于对城市绿化系统的建设进行科学的指导和规划,可以弥补传统城市绿地系统规划中缺乏生态功能的缺陷,促进城市绿化发展,提高绿化效益,从而达到实现改善城市环境和维持城市的可持续发展的最终目的。
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关键词:振动训练;频率;皮肤血流量
中图分类号:G804.2文献标识码:A文章编号:1007-3612(2008)07-0929-03
全身振动训练法(WBV)作为一种新兴的训练方法正被越来越广泛的运用。全身振动训练法是通过对人体全身或局部施加低频振动的方法激活肌梭特别是初级Ia传入神经纤维兴奋性反射性引起梭外肌纤维收缩在肌肉主动收缩的前提下,最大限度募集运动神经单位活动。全身振动训练法是一种动态的训练方法,能以相对较小的负荷达到训练的效果。国内外近十年有许多学者从不同角度对振动训练法进行了研究,研究方向主要包括训练振动对肌肉力量和爆发力、纵跳高度、代谢变化、激素水平和身体成分等。除了研究健康和运动人群以外,振动训练目前还应用在多发性硬化症,帕金森氏等疾病康复领域。
目前国内外关于全身振动训练法对于循环系统的研究比较少,仅有少数对血压及心率变化的报道,而全身振动训练法对皮肤血流量影响的文章寥寥可数。目前还不清楚全身振动训练法对皮肤血流量变化的影响机理,特定频率振动或不同振动持续时间对皮肤血流量的影响情况也不清楚,本研究通过实验的方法测定振动10 min以及恢复期15 min30 Hz与50 Hz频率受试者前臂皮肤血流量的变化影响,了解振动训练频率与持续时间与皮肤血流量变化的关系,并进一步探讨导致不同频率振动训练导致皮肤血流量变化可能性机制。
1研究对象与方法
1.1研究对象
本研究选取22名普通高校健康学生志愿者,包括男性受试者13名,平均年龄(20.4±2.6)岁女性受试者9名,平均年龄(20.1±1.9)岁,通过问卷调查的方式要求参与实验的受试者无中枢神经问题,无参与神经肌肉类治疗,无心血管等慢性疾病,所有受试者均自愿参与本次研究。
1.2研究方法
1.2.1实验法把受试者随机均分入两组,30 Hz振动训练试验组与50 Hz振动训练试验组。
1.2.2测试方法
1.2.2.1振动训练试验采用Power Plate pro5 HP(Best Alliance Trading Co.Ltd)进行振动训练,该训练仪可以进行30~60 Hz的振动训练,本实验选择高频50 Hz与低频30 Hz分别对受试者前臂进行10 min振动训练,每一分钟结束后振动停止10 s进行皮肤血流量测定。选择10 s振动间歇进行测试是因为多普勒激光仪是根据光纤光学原理对皮肤血流量进行测定,无法在振动期对皮肤血流量进行准确测定。为了防止实验过程中测试部位重量导致X、Y、Z轴的振动位置偏离或测试部位放置于振动板不同部位影响实验结果。首先使用加速感应器进行了振动试验的预实验,使用5~90 kg重物在振动板上进行振动试验,通过加速感应器记录振动过程中重物的位移情况,结果发现在X、Y、Z轴上重物振动范围很小,30 Hz实验(偏离度:X=1.1%, Y=1.5% Z=1.3%),50 Hz实验(偏离度:X=1.8%, Y=1.4% Z=2.7%),重物放置在振动板不同位置实验发现,30 Hz实验(偏离度:X=1.6%, Y=1.3% Z=0.8%),50 Hz实验(偏离度:X=1.7%,Y=1.4% Z=0.5%)。预实验证明测试部位重量与放置位置对实验过程不会造成影响。
1.2.2.2皮肤血流量测试采用激光多普勒血流图像仪进行所有血流量的测试。试验前30 min对图像仪预热,对感应器与放大器进行相关调试校正。由于人体上肢组织的个体差异可能会影响到测试结果,通过预实验我们将测试位置选定在距离肘横纹2.5 cm,肘内测距离尺骨3.5 cm处,每个受试者在该位置进行无创伤标记。
1.2.3测试过程22名受试者被随机均分入两组,实验前两小时内要求不得进食,受试者要求身着轻松舒适的服装,测试房间温度22~25℃,每名测试者测试前休息10 min,测试时站立于振动仪前右前臂置于振动仪上,手掌向下,肘曲大概120°。
实验组分为30 Hz组与50 Hz组,两组受试者分别进行10 min振动训练,频率30 Hz与50 Hz,在每一分钟间隔10 s,使用激光多普勒血流图像仪测试血流量,振动结束后测试恢复期15 min内血流量变化。
1.2.4数据处理以测试第一分钟平均血流量作为基线值,每分钟测得数据均转化为对基线值百分比进行比较,所有数据均以“均数±标准差"表示。统计分析使用SPSS for windows12.0版统计分析软件完成,组间两两比较使用双因素方差分析,使用独立方差T检验比较性别间血流量变化差异,显著性差异水平P
2结果
2.1振动期各时间阶段血流量通过了解不同频率振动训练训练期间血流量的变化情况对比,可以发现振动训练对于人体血流量变化影响的时间变化规律,对比不同频率对血流量影响的效果,有助于不同项目运动项目专项化训练及不同康复计划的制订与监控。
实验结果发现在振动训练期间及恢复期间,虽然50 Hz组皮肤血流量增幅明显大于30 Hz组,但两组之间血流量并无统计学差异(P>0.05)。在振动训练的第2和3 min,30 Hz组的血流量分别是基线值的206%和218%,50 Hz组为基线值的323%和445%。
振动训练的第4 min,30 Hz组与50 Hz组相对于基线值均有显著性增加30 Hz组为256%,50 Hz为428%(P=0.03)。从第4 min持续到第10 min训练结束,皮肤血流量均保持显著性增加(P
2.2恢复期各时间阶段血流量在以往的研究中,尚无对于不同频率振动下恢复不同时间阶段血流量的研究,而了解恢复阶段不同时间阶段血流量的变化阶段有利于更清楚的了解频率对于血流量变化的影响关系以及振动训练时间强度的监控都有指导作用。
在振动训练结束后的恢复阶段,30 Hz组血流量在第8 min恢复到基线值,从第9 min后血流量开始低于基线值,并在15 min时达到最低点78%。而50 Hz组在恢复阶段的15 min内始终保持高于基线值。恢复阶段测试结束的第15 min为135%。
3分析与讨论
振动训练能激活肌肉的本体感受器,反射的引起不随意收缩的肌肉产生收缩,在电生理学上把这种反射定义为张力性振动反射。
在国际上目前被广泛运用于神经生理学与电生理治疗当中,国外学者利用肌电图对外周神经冲动进行研究,发现在适宜的振动频率下,神经冲动的发放频率加快同步性增强,肌肉出现共振现象,附加振动组的肌点活性平均比对照组高25%左右。在柔韧性反应研究方面振动训练可以提高痛觉阈,肌肉激活,本体感受器兴奋,肌肉温度及血流加速提高柔韧性素质。在国外的研究中,还有的学者通过振动实验反县可以振动训练可以有效的改善平衡控制能力和预防跌倒的风险。在康复医疗领域发现对偏瘫患者的康复具有比较好的效果,并且可以通过振动训练改进中老年妇女骨质疏松和骨矿结构。而对于代谢系统,从最大摄氧量、血流量、体成分、内分泌等领域的研究发现,振动训练对于提高最大摄氧量的值、增加血液循环,提高睾酮水平等均有一定效果,而国内的研究主要集中在振动训练法对于力量训练的训练效果行,而对于其它相关领域的研究还非常少。
振动训练主要受振动强度、振动频率、振动方向等因素的影响,在实际训练中,要注意振动强度的控制,加速度太小,对人体影响效果不明显,而振动时间过长会导致人体不适应反应产生。一般以50 Hz作为界定高频与低频的界限,50 Hz以上的振动,大部分振动能量以波的形式通过组织传播,而60 Hz以上的振动,会引起眼球共振,人体会出现神经失调,内分泌紊乱等症状。所以在设置振动训练计划时需要充分考虑到影响到振动训练结果的限制性因素。
根据文献报道,在以往的振动试验研究中,有学者发现高频对血流速度和肌力都有负面作用,低频对肌力量有增加作用,振动训练后,可以提高大小腿血流量显著性提高,平均血流速增加,阻力因素明显减小。本实验结果发现30 Hz与50 Hz振动训练均可以显著改变前臂血流量,与文献报道结果相符合。在振动训练过程中,30 Hz与50 Hz训练对与血流量的影响没有显著性差异,说明不同频率的振动训练均可作为提高血流量的运动方式。从运动医学角度,通过改善局部受伤的部位的血液循环状况可以促进由神经系统损伤导致的循环系统障碍溃疡症状的恢复。本次研究发现了振动训练对于血流量影响的变化规律,在振动训练开始的前5 min,血流量有显著性变化并在第5 min到达峰值,在5~10 min的过程中,血流量持续保持高于基线值,但始终没有超过5 min的峰值,说明5 min的振动训练可以引起最大限度的血流量变化。长期振动训练对于血流量变化的影响目前还不清楚,可以在今后的研究中继续探讨。
目前有许多促进血流量的运动康复方式,但都有其不同的弱点,如热疗可能会导致皮肤烫伤,药物疗法会有副作用,许多人无法进行日常的运动训练。振动训练法具有适用人群范围广,训练方式简便等特点。参与实验的所有受试者在实验过程中均没有任何不适的症状。而且本次实验发现仅需要5 min的振动训练,血流量的改变即可达到峰值,适合于很多没有时间专门进行体育锻炼人群进行健身活动。
4结论
30 Hz与50 Hz振动训练均可以显著性提高皮肤血流量,振动训练的效果至少可以持续9 min以内。30 Hz与50 Hz振动训练对血流量变化影响无显著性差异,但50 Hz振动训练对血流量影响速度更快。在恢复阶段15 min内,50 Hz血流量始终高于基线者,而30 Hz在恢复阶段很快就下降到基线值以下,说明50 Hz的振动训练对于提高训练者的血流量可能更为持久有效。振动训练法可能是一种较好的促进局部血液循环,提高血流量的康复手段。振动训练法对于循环系统如最大摄氧量,体成分,内分泌等方便的研究有待进一步开展。
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关键词 :道路绿化;绿化型式;自然通风;计算流体力学;仿真分析
中图分类号: TU024;X7
文献标识码:A
文章编号:1671-2641(2012)06-0000-00
近年来,随着CFD(计算流体力学)技术的长足进步,计算机仿真模拟设计不仅在绿色建筑和城市规划领域得到了极大的应用和普及,还从室内走向了建筑外环境。一些研究者开始尝试在不同绿化型式对于室外热环境和风环境的影响方面开展数值模拟研究比较[1]。但是,由于植物自身具有的流动性冠层、蒸腾介导热质传递等特性,用对于计算机模拟绿化植物的流体环境计算机模拟仍面临着是个难题,制约了CFD技术在定量预测绿化对于通风环境和热环境的影响方面的发展[2]。本文通过建立绿化植物的三维冠层模拟方法,结合植物冠层分析技术,建立绿化植物多孔介质模型,模拟研究了两种绿化型式对广州城市道路自然通风环境的不同影响。在此基础上,与现场测试结果进行拟合度验证,以期帮助定量化评价、优化道路绿化设计,进而为改善城市自然通风环境和建设生态城市提供技术支撑。
1研究方法
1.1样地概况:
测试的道路绿地斑块位于广州市海珠区的南洲路(E113°19′, N22°47′),测试路段为东西走向,道路绿化植物种类简单,长势良好。绿化型式分为两种:一种为纯行道树绿化,乔木层种类为非洲桃花心木(Khaya senegalensis);另一种型式为行道树
基金/项目: 国家星火计划项目(No.2011GA7800)、广东省科技攻关项目( 2009B021500004)、广东省教育厅高层次人才项目和广州市教育局羊城学者科技计划项目(10B004D)。
第一作者简介: 聂磊( 1973- ) , 男, 吉林长春人, 博士, 教授, 研究方向为园林生态、绿地植物。
下整齐种植有灌木层,种类为黄金榕(Ficus microcarpa cv.Golden Leaves),其组成效果如图1所示。测试路段的道路两侧退界距离达到20 m以上,参考岩田达明等的分析结论,对道路绿化风场的影响视为忽略不计[1]。
1.2 植物冠层结构建模:
测量单株植物的树高、枝下高、冠幅、胸径、树冠外轮廓曲率拐点坐标等形态特征数据,其中曲率拐点坐标采用手持红外线测距仪测定。运用3DMAX软件建模出圆柱形、圆球形、尖塔形、圆锥形、卵圆形、倒卵形、钟形、伞形等园林植物冠层的不同结构类型。其中非洲桃花心木为倒卵形树冠,黄金榕为卵圆形树冠。
1.3多孔介质模型参数设定:
由于植物冠层可视为多孔介质,因此必须计算不同植物冠层模型的空隙度。冠层空隙度可由冠层分析仪测出,在阴天或晴天清晨,采用基于半球摄影的HEMIVIEW冠层分析仪对单株植物进行冠层数据采集,用鱼眼镜头捕获不同方向的冠层图象后,应用Delta-D软件计算太阳光直射透过系数,从而得出群落的叶面积指数(LAI)及冠层空隙大小、间隙率参数等指标数值。经计算非洲桃花心木树冠的空隙率在0.09~0.15范围内,黄金榕在0.04~0.10范围。
1.4 CFD仿真分析
:模拟工具为英国CHEM公司开发的PHOENICS软件,设定的气候条件参数为:东南方向(广州夏季主导风向),参考风速为2.0m.s-1(广州夏季平均风速),区域温度为28℃(广州最热月室外平均温度)[3]。边界风速满足梯度风变化v/v0=(z/z0)α,其中,v0为标准高度处的风速, 取2.0m.s-1,z0为标准高度,取10m,α为地面粗糙程度, 取0.0333。自然通风环境通用模拟体系由空气模型、植物冠层模型、下垫面固体传热模型构成[4]。采用流场模拟计算耦合迭代求解,利用有限差分法求解空气流场模拟计算的边界条件,由空气流场计算程序模拟得到整个计算区域空气的速度场和压力场,通过软件设置固定观测点,得出1.5m和3.0m高度的风速云图与压力图。
1.5计算机模拟与实际观测数值的拟合度检验
:采用风速衰减率(R)来讨论不同绿化型式影响下的自然通风效果。R=1-Vi/Vo,其中,Vi,Vo分别指绿化带下风向及上风向观测点的风速(m・s-1)。从绿化带设定起点每隔5m共设置10处观测点,在每处观测点的前后各5m,采用美国Kestrel 4500手持式气象仪测定不同型式绿化带上风向及下风向的实时风速,高度为1.5 m。在计算机模型内输入上风向的实时风速,测出相同坐标的10处观测点的下风向模拟风速,并计算风速衰减率。采用SPSS18.0软件进行风速计算机模拟理论值与实际观测数值的拟合度回归模型检验。
2 结果与分析
2.1 不同绿化型式对自然通风的影响结果
大约2m高度以下的城市空间是人们经常活动的区域高度大约在2 m以下,同时,3 m高度以上的道路绿化空间中,仅存在有乔木层分布,灌木层是无法达到这个高度的。故本文对1.5 m和3 m高度处的风速进行了分析。一般认为,风速>1m.s-1时,在夏季室外人们感觉是舒适的,风速>5m.s-1时, 会影响人们的活动[5]。所以,1~5m.s-1之内的风速,是比较理想的室外风速。经CFD仿真模拟,结果表明单纯乔木绿化的型式下,1.5 m高度的模拟风速达到了1.64 m.s-1的风速,而3 m高度的模拟风速达到了1.31m.s-1的风速,都有着令人感觉较为舒适的自然通风效果(图2、3)。
绿化型式对于城市道路空气流动有着重要影响。有研究表明,行道树对污染物扩散的阻碍作用主要受控于树木郁闭度而非绿量。当行道树植株间距较密,形成枝杈搭接时,茂密树冠会在道路上方产生顶盖效应,阻碍污染物向上扩散,导致道路两侧污染物浓度升高,恶化街区大气环境。污染物扩散速率很大程度上受到街道内气流铅直湍流强度的影响。对于没有树冠顶盖的街道,街谷内有较大的风速梯度,这将会有利于增强机械湍流的增强[6]。但在行道树郁闭度较高的街道内,高大茂密植物在减低风速的同时,不仅导致街区内部气流的垂直涡动减小,也大大减弱了绿化带内外气流的垂直交换。我们的计算机仿真模拟结果表明,1.5 m高度时单纯乔木的绿化型式较乔木+灌木绿化型式的0.47m.s-1的风速多出了近70%,而3 m高度的模拟风速较乔木+灌木绿化型式的0.73 m.s-1多出了44.3%,表明有灌木层的存在,直接导致道路空气流通速度明显下降(图2~、3)。之所以1.5 m处单纯乔木绿化的道路风速较高,主要是因为非洲桃花心在1.5 m处仍处于枝下高以下,且无灌木层遮挡阻碍空气流通,因为风速衰减的较少;而在3.0 m高度时,乔木冠层对于自然空气流通起到了明显的阻碍效应,因此下风向观测点的风速纪录仅为1.5 m处风速的79.9%,整个模拟区域的风速也明显下降。
2006年建设部的《绿色建筑评价标准》中要求热岛强度不高于1.5℃,同时夏季无涡旋死角,建筑前后压差不低于1.5Pa[7]。CFD计算机模拟结果表明,由于道路绿化处于开阔的室外空间,道路绿化带上下风向之间的正负风压维持在0.5~0.8Pa之间,基本上无法维持较为明显的风压。
2.2计算机模拟与实际观测数值的拟合度检验结果
对1.5 m和3 m的CFD模拟风速衰减率和实地观测的风速衰减率计算结果进行了线性回归模型的拟合度检验分析,其中1.5 m风速衰减率的拟合度R2=0.726(P
3结论与讨论
CFD(Computational Fluid Dynamics)是近代流体力学、数值数学和计算机科学相结合的产物。随着近年来 CFD 物理模型和计算方法的不断完善和改进,计算机运算速度的不断提高,许多成熟的商业化CFD计算软件得到了不断地推广。CFD研究以 3 大守恒定律(质量守恒定律、动量守恒定律和能量守恒定律)作为计算的控制方程,采用有限体积法(Finite Volume Method)把连续的计算域离散成许多个子区域(体积单元),借助高性能计算机在每个体积单元上对控制方程组进行数值求解,进而在整个计算域上分析流体流动、传热和传质的规律[8]。近年来,CFD技术已广泛应用于绿色建筑领域,在该领域 CFD 被用来模拟室内外气候环境,然而在园林绿化领域,仍属于应用的初步阶段。目前通用的CFD 软件主要有CFX、FLUENT、STAR-CD、PHOENICS以及FIDAP等类型,其中PHOENICS是世界上第一个投放市场的 CFD 商用软件(1981),可以算是CFD商用软件的鼻祖。这一软件中所采用的一些基本算法,如SIMPLE方法、混合格式等,由该软件的创始人D.B.Spalding及其合作者S.V.Patankar等所提出,并得到广泛验证和应用[9,~10]。
城市绿化对于改善环境质量、获得清新洁净的空气、有效降低城市热岛效应有着不可替代的重要意义。自然通风是城市绿地实现节能、健康、生态等功能目标的重要形式。城市绿地的绿化型式对于环境的自然通风效果有着重要影响。例如在我们以往的研究中发现,当前道路绿化方面,由于种植密度过大,物种之间竞争激烈,植株普遍生长不良,、干旱甚至枯死现象比较普遍,不仅浪费了大量的投资和养护成本, 而且也不利于发挥绿地的生态功能,尤其是阻碍了道路的自然通风[11]。然而长期以来对于不同绿化型式在影响自然通风的场效应方面,仍然缺乏有效可靠的定量预测分析方法。在本研究中,利用CFD仿真软件模拟出的分析图形直接显示出不同绿化型式对道路自然通风效果确实存在不同效果。乔、灌木绿化型式下的自然风速明显低于单纯乔木绿化型式,验证证明了灌木层的存在直接导致了道路空气流通速度明显下降。试验结果显示,如果从道路绿化的空气扩散、通风散热的生态功能来说,单纯乔木层的道路绿化结构效果反而更佳;然而,考虑到绿地的滞尘吸污、固碳释氧以及增加空气湿度等方面的整体生态功能,则更应推荐乔灌草的群落式绿化结构。综合考虑,道路绿化型式的最优方案应为既具备立体结构、同时又留有足够扩散空间的的疏落式乔灌草立体绿化结构。
试验结果表明,计算机模拟与实际观测的风速衰减率数值存在良好的拟合度,证明CFD仿真分析能较好地预测道路绿化实际自然通风状况。在本项研究中,通过测定冠层空隙度来设定植物冠层多孔介质模型参数以及完成冠层三维结构建模的计算模式,在今后推广CFD分析绿地自然通风方面有一定的参考价值。 当前我国在建设低碳可持续社会中大力提倡绿色建筑标准,逐步实行了绿色建筑评价标识制度,对于评价为星级的绿色建筑乃至绿色低碳园区、居住小区予以高额的资金补贴。当前使用的《绿色建筑评价标准》中要求热岛强度不高于1.5℃[7]。城市绿地在改善热环境、降低热岛效应方面有着得天独厚的优势。以往在绿化领域欠缺良好可靠的计算机模拟分析技术,而CFD仿真分析能够建立通用辐射计算体系,结合植物与环境的热质传递模型及地表、植被、水体、建筑等表面导热的有限差分计算方法,对有绿化情况下的城市热环境进行详细可靠的预测分析。因此,今后在城市绿化建设中,应大力推广CFD仿真技术在预测绿化方案在自然通风及热环境方面的实施效果应用,帮助定量化优化绿化设计方案,从而在真正意义上实现使城市绿化在真正意义上走上生态可持续设计的道路。
参考文献:
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科学制定课堂教学目标
初中阶段的化学课程目标:落实知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观的三维目标,根本目的是提高学生的科学素养。因此,在新课程实施中,教师要注意贯通三维目标之间的内在逻辑关联:知识与技能是载体,过程与方法是核心,情感态度与价值观是结果。即在教学中以基础知识为出发点,通过学生的学,寻求方法的突破,在学的过程中,追求情感的升华,教师在与学生一起探究知识的同时,形成健康的情感态度与价值观。
例如,化学方程式计算以往的教学:明确化学方程式体现各物质的质量比――引入化学方程式计算――知道化学方程式的计算步骤――规范解题格式――模拟训练――讲评纠错――进行应用。这样的教学设计虽然逻辑清晰,但注重的是知识与技能本身,没有将教学过程与方法做到有机结合,也没有将情感与价值观的培养融入教学之中,不能较好的实现教学目标,不利于综合素质的培养。关注三维目标达成的教学设计:①先激趣视频导入(展示“神舟七号”升空场面)②设计问题:“神舟七号”用系列火箭发射燃料是液氢,助燃剂是液氧,请同学们思考火箭点火时发生的化学反应,并写出相应的化学反应式。③尝试解答:现在已知火箭升空需要液氢100Kg,那么需要多少千克的液氧来使液氢完全燃烧?通过创设情景――学生阅读教材或查寻资料尝试解决――暴露问题――教师以学生的问题作为教学起点,展开不同环节的教学――师生归纳解题步骤、归范解题格式――形成应用。这样的教学设计让学生感受到知识的重要性,同时也知道知识来源于生活,只要大家在生活中多观察、多思考,就能感悟到化学学习价值,从而蒙发自主积极学习情感,另一方面关注过程学习,为教师提供关注学生思维进展的平台,使教学进程能满足学生思维发展的需要,不仅有效激发学生参与学习的热情也提高了课堂教学的实效性。
把握教材,理清线索
新课改以来,人们对学生的思维发展水平更加关注,相应地也调整了教学内容和教学设计。教材中教学内容的呈现思路是从学生的生活经验出发引入化学学科知识,再从化学拓展到社会;教学内容的呈现顺序由浅入深、重点难点作分散处理,使教学内容的编排有利于学生的学习。因此,准确地解读教材是实施有效教学的关键。在教学实践中做到“活用教材”,通过领悟教材中教学内容的呈现的线索,做到准确把握教材,在此基础上根据课程标准结合学生的实际学习过程要求,灵活机动地整合教学资源,合理编排教材内容,让学生学得懂、用的来,学得愉快,自己教的舒心顺畅。这样有利于减轻学生的负担,有利于学生的有效学习。
例如:沪教版“奇妙二氧化碳”教学,根据课标要求,笔者仔细揣摩教材的编写思路?琢磨出教材设置的明线为通过自然界中二氧化碳循环的奇妙变化、二氧化碳的三态变化、二氧化碳与水的反应、二氧化碳灭火等事实性知识,而知识承载的学科观点与思想方法,如元素化合物的学习思路“存在――组成――性质――用途――制取以及科学的物质观则内隐于其中,领会了教材的设置意图后,课上不再只是侧重化学知识的系统传授,而是充分让学生学习有趣、有用的化学,对于教材隐藏的暗线则采用点拨及让学生自我建构中获得体验,采取让学生自主归纳二氧化碳的性质、制法、用途及二氧化碳的功与过等,笔者惊喜地发现这样的教学设计不仅有利于掌握相关的知识,而且更有利于诸如类比、归纳、分析推理能力的培养、元素化合物按性质-制法-用途这一学习方法、领悟性质用途的关系,比按知识系统的教法效果更佳,因为这样处理显然更贴近学生的生活,有利于激趣,有利于让学生体验知识的形成过程。
发挥实验的多种功能
化学是一门实践应用性非常强的学科,实验是化学学科的重要学习内容,也是学生学习化学知识、了解化学方法的重要方式。然而在教学实践中,一些教师却因过多地强调实验操作的熟练性或只为验证某一个知识点而按部就班的完成教材中的实验步骤,而忽视了让学生体验化学实验现象中的奇观、实验教学中思维的启迪,实验教学功能单一,久而久之削弱了学生对实验的热情,觉得做实验也是件苦差事。
例如:沪教版教材关于“铜绿”的实验教学中,若没有理解教材栏目的设置意图,依次分析药品取用的操作要领、物质加热及酒精灯使用注意事项、铜绿分解现象描述、废液废渣的处理、实验用品洗涤与整理,甚至还补充了铜绿的化学式、铜绿受热与铜绿与酸反应的文字、符号表达式等。在众多所谓“理论”的掩盖下,化学的奇妙被淡化,学生感受到是化学实验不仅麻烦,而且还很危险。在化学教学中,要开发实验在教学中的更多作用,特别是要通过实验创设生动的学习情景,达到激发兴趣、启迪思维,重视实验后的归纳与整合。