時間:2022-03-25 16:44:47
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藝術設計與藝術設計史論教學的契合模式
“設計”這一詞匯在我們的日常生活中經常被用到,諸如“服裝設計”、“視覺傳達設計”、“工業設計”、“環境藝術設計”等。本文結合許多有關藝術設計著作對設計概念的闡釋,將設計的概念試圖從設計專業的角度對其進行一番再梳理,使得對設計的概念有更深入的認識。
藝術來源于生活,同時也是生活中的一部分,而藝術設計作為藝術、技術和科學的結合,更是與生活息息相關。隨著藝術設計專業的蓬勃發展,全國各大高校基本都開設了藝術設計專業,隨著國家對素質教育的加強,藝術設計史論課程越來越受到重視,開設了藝術設計類專業的高等院校也根據自己的學科專業特點,都開設一定數量的藝術設計史論課程,但是還是普遍存在一些問題。結合整體的分析研究數據,總結出藝術設計史論課程的整體問題和藝術設計史論課程的未來發展趨勢。
藝術設計史論課程初探
藝術設計史論課程是高校藝術設計專業學生必修的專業理論課程,其中包括了有中外藝術設計的發展歷程、藝術設計理論的萌發、分支及其在人類社會發展史上的貢獻率等等。藝術設計史論課程自20世紀90年代起陸續在全國的藝術院校和綜合院校的藝術設計專業中開設。據不完全統計,全國80%以上的院校開設了藝術設計史論課程,此類課程在開闊設計專業學生的視野,提高其人文素養、樹立創新的設計理念,提升設計的品位,形成個人風格等方面意義深遠。因其滯后于藝術設計實踐,其研究內容和教學方法尚有許多不足的地方,當今國內更是如此。總之,高校藝術設計史論教材田圃中,已由過去的一枝獨秀,發展到今天的百花競放。中國的藝術設計史論研究也將邁進一個較快發展時期。
事物具有兩面性,有好的一面,同時也有不足的一面。在藝術設計史論課程的教學過程中,主要存在幾個方面的問題:(1)藝術設計史論課程觀念需要更新;(2)教學課程設置不夠合理;(3)教學方式方法亟待創新;(4)理論教學與設計實踐需要更好的對接。
藝術設計史論課程概況以及發展趨勢
1.教材的使用
在藝術設計史論課程剛剛興起的時候,對于藝術設計史論的教學還處在基本的發展階段,教材有一枝獨秀到目前的百家爭鳴。在當時只有尹定邦教授著《設計學概論》,尹定邦教授在書中重點介紹了設計學研究的范圍、現狀,設計的多重性,設計的類型,設計師的職能,中外設計史的源流,設計批評理論的發展、嬗變與多元化等,特別著重強調了設計理論對設計發展的必要性。
經過十多年的發展,藝術設計史論教材層出不窮。李硯祖教授著的《藝術設計概論》得到眾多高校的青睞。該書主要介紹了設計的方法、程序與管理、設計的哲學、設計與文化的關系等,提出“設計是科學技術與藝術的統一結合”的觀點。目前,高校設計史論的版本逐漸增多起來,如趙農著的《中國藝術設計史》、李立新著的《中國設計藝術史論》、朱和平著的《中國藝術設計史綱》、王受之著的《世界現代設計史》等,都是比較權威的藝術設計史論教材。
2.加強師資力量
2.改進設計的問題盡管機械加工機床工具箱的設計十分重要,仍然存在著如下問題:一是工具箱的層次劃分并不合理;二是工具箱的內部構造不符合生產的需要;三是工具箱的質量太大,難以滿足柔性生產中的快速移動的要求。這些問題不僅導致生產效率降低,而且也有可能造成工人在使用當中發生安全事故,對人身安全帶來一定的威脅,并且也不利于較為貴重的量具與刀具的保管。因此妥善的進行工具箱的再設計,并且與生產的實際情況緊密結合,有助于防范這些問題的出現。
二、機械加工機床工具箱的改進設計建議
1.改進設計方案進行機械加工機床工具箱改進設計的首要任務是明確這一改進設計的具體方案,其作為總體的指導思想,直接影響著工具箱的具體設計工作。基本看來,在當前強調柔性生產及考慮當前工具箱所存在問題的基礎上,改進設計方案有必要關注如下一些方面:一是工具箱設計存在臺面設計問題,這使得放置在臺面上的各種工具很有可能被無意的碰落,因而改進設計必須關注工具箱的層次問題;二是層次改進設計的首要任務是確立臺面的位置與高度,在這一基礎上,進行分層次的劃分,確保工具箱的不同層次的劃分較為合理,所使用的各種工具在工具箱中得到合理的擺放;三是由于當前工具箱較重,不利于快速移動,因而要關注工具箱的四個腳的位置,有必要配備輪子等裝置,以便于移動。
2.材料的選擇與零件的配合就材料的選擇而言,機械加工機床工具箱在生產中有著很重要的作用。一般在實際中工具箱的外門要使用45#鋼,而工具箱的內部框架、箱蓋以及層底等要采用Q235,就零件間的配合連接而言,箱底層和萬向腳輪可以進行固定支撐之間的配合調整。這3個零件需要通過焊接的方式連接在一起,框架與箱底層、層板和框架之間、框架與層擋板之間也是采用焊接方式。在頂層板、內門、外門以及箱底層之間都需要留出一定的間隙,用作門的旋轉和打開。
3.改進設計的內容一是抽屜及箱體均使用1.2mm冷軋鋼板,經磷酸鹽處理后,外加靜電粉體烤漆,以達到防銹效果。箱體四周每隔25mm應鑲有滑軌固定溝槽,以方便抽屜彈性調整變換的使用。為確保箱體結構堅固,底部應附有調整腳,可保護箱體,并改善因地面不平整而造成的晃動現象。二是旋開式連桿鎖裝置,一經上鎖,抽屜即全部鎖住。抽屜鋁合金把手內部設有安全扣裝置,未經人為操作,抽屜不會滑出掉落。可選用鎖王系統,一支鎖王鑰匙可開啟500組不同鎖號的工具箱,管理方便。抽屜四周每隔19mm鑲有一槽孔,并可配合槽隔板、橫隔板作彈性間隔。抽屜使用3mm特殊滑軌設計,并配合軸承滑動、單軌抽屜開度90%,每屜荷重100kg,復軌抽屜100%全開,每屜荷重200kg。三是全寬式鋁合金把手設計,并附有標示紙及PVC透明膠片。滑軌設有固定扣定位,以防搬運時掉落。抽屜把手外緣與箱體平整,不露出箱體外部,防撞、安全、美觀。抽屜、把手與面板可分離的組合式設計,可微調抽屜面板間距,并可節省零件更換費用。四是背掛板精準方孔設計,可搭配各類掛鉤,拆裝調整容易,方便工具定位。使用寬幅轉輪,移動更穩固、輕巧靈活,兩只定向,兩只萬向附剎轉輪,四輪平均荷重400kg。分類盒可單獨或排列使用,方便收納,適合小型零件、螺絲的分類儲存。應用精控安全鎖,確保堅固耐用,故障率低槽孔可配合隔板,可隨意調整屜內空間。使用條紋膠墊可防止工具滑落,并保護漆面不受損。應用組合式分類盒,可單獨或排列使用,方便收納,適合小零件、螺絲的分類儲存。隔板可與槽片組合應用,擁有更適當的空間配置。
4.改進設計的保障一是建議成立改進設計工作小組。工具箱的改進設計與信息技術的變化息息相關,工具箱改進策略的制定不宜限定于某項信息技術的規格與現狀,而是應采用通透性設計,并建立不斷檢查修正的機制,以確保改進設計計劃的可行性與時效性。因此,建議改進設計部門成立專門工作小組,研究制定各項改進作業標準。二是加強設計人員信息教育培訓。工具箱改進設計過程涉及到車間管理人員、工具箱使用人員及信息化作業人員,為有效規劃及管理,在工具箱改進設計工作的召集人應由主管負責人擔任,而從事工具箱改進設計的人員不僅需要具備相當程度的工具使用與信息化素養,也必須不斷吸取新知識,以掌握信息技術的發展。目前工具箱使用與改進人員通常缺乏信息及電腦背景,建議工具箱改進設計人員應配合時展趨勢,加強信息教育,以應對電子化作業的發展趨勢,充分學習與應用信息化技術來進行工具箱的重新設計。
二、如何理解概念書
概念書是充分體現書籍內涵,但又與眾不同、令人耳目一新、獨具個性特征的形態書籍。設計師將創作靈感發揮到極致,而不受書籍本身形態、材料的限制。并不是所有概念書都能投入大規模的印刷生產,將概念書的設計方式運用于高校視覺傳達專業書籍設計課程的訓練中,能更好地激發學生的創意思維。學生的概念書作品《星座》(圖1),將十二星座用折紙做出的立體星形作為貫穿書籍的設計點,令人耳目一新。讀者能夠通過每頁不同的鏤空看到不同的星座位置,學生很好地運用了空間的概念。學生概念書作品《美容日記》(圖2),封面采用鏡面的形式,,與主題貼合,根據不同的美容章程選擇的不同材料。如,護發篇用黑色毛線模擬發絲,讓讀者在閱讀的同時可以直觀感受質感,也更生動有趣。臉部按摩篇更是用不同的裝幀手法表現不同的按摩手法,讀者可以切換了解按摩的位置和手法,達到與讀者互動的目的。
三、從概念書看書籍設計發展的趨勢
1.書籍設計從平面走向空間的多元化書籍設計發展最典型的變化就在于書籍設計師已經不再拘泥于裝幀設計,更多的人開始關注書籍的整體結構。書籍除了封面、封底、書脊,還有環襯、扉頁、內頁、書口、腰封、外函等,這些也需要設計師精心進行設計規劃。《彼得潘》(圖3)立體書是由美國著名立體書設計師羅伯特·薩布達設計的。他所設計的書籍趣味十足,書中層層疊疊的云朵、建筑和燈光效果,既保留了原著內容的原汁原味,又以形象生動的立體效果得到了兒童的喜愛。這種立體空間設計的書籍打破了人們對于書籍設計的傳統理解,豐富而飽滿,閱讀完整本書后印象深刻,整本書更像是一座建筑物,讓人回味無窮。2.書籍設計從閱讀走向互動更可貴的是,設計師們開始追求情感訴求,也就是探索如何設計出能讓讀者感動的書,使讀者在閱讀的時候更投入,更能被書籍的設計所觸動。如,圖4是一本宣傳拯救瀕危野生動物的公益書籍,也是一本可以和讀者進行互動的手工書籍。讀者通過閱讀書籍,不僅可以了解野生動物的知識,而且可以通過手工縫紉制作這種動物。通過這樣的形式可以讓人們更珍愛動物,從而達到了設計師的設計宗旨。
作者:孫立 單位:中鐵第四勘察設計院集團有限公司
注重無砟軌道排水設計軌道結構設計過程中應該全方位考慮排水設計及其可靠性和耐久性。水永遠是無砟軌道結構最持久的敵人,也是無砟軌道能否保持60年使用壽命最主要的控制因素之一。因此,在進行無砟軌道結構設計,尤其是隧道內無砟軌道結構設計時應該特別重視無砟軌道結構的排水設計,并將無砟軌道結構的排水設計納入整個線路排水設計系統。在實際軌道結構設計工作中,對于CRTSII型板式無砟軌道側向擋塊的設置影響軌道板表面排水、CRTSI型框架板式無砟軌道框架內排水這些在運營過程中已經發現容易積水的部位應該進行特殊設計。對于板式無砟軌道梁面采用中間排水,為了將軌道二側的積水排到中間排水溝而采用在軌道板內預留圓形、半圓形的排水管,尤其在南方雨量較大,且暴雨比較集中的地區證明其效果均不佳,在實際采用中應該慎重,因此敷設板式無砟軌道范圍的橋梁最好采用三面排水的方式。隧道內漏水一般具有較強的腐蝕性,為了避免腐蝕性滲水影響無砟軌道的耐久性,在實際設計中應該確保隧道排水措施到位,針對無砟軌道設計應該在二線之間設置中間排水溝,同時保證可能的滲水低于無砟軌道結構底面。在路基地段,一直存在中間堆高表面敷設混凝土結構(含瀝青混凝土結構)和中間設排水溝兩種方案,兩個方案各有優缺點,前一個方案還存在表面敷設素混凝土還是瀝青混凝土的區別。應該說在北方寒冷地區,采用中間設置排水溝,由于該方案需要在路基中埋設橫向排水管,一方面對于路基的整體性產生一定的影響,另一方面即使排水管按照設計要求位于凍脹線以上,個別情況下還是存在橫向排水管凍裂、冰塊堵塞排水管等現象影響排水的通暢,因此在北方嚴寒地區建議采用二線中間堆高表面敷設混凝土結構向軌道二側的排水方案。相比較北方雨水較少,南方地區雨水豐沛;另一方面,二線中間堆高表面敷設混凝土結構向軌道二側的排水方案由于存在無砟軌道軌道板(道床板)與堆高表面敷設混凝土結構之間縫隙封堵困難,且封堵遇水膨脹橡膠條的耐久性滿足設計要求困難,因此建議在南方雨水地區采用中間設置排水溝的排水形式。明確軌道施工要求軌道工程施工圖設計應該強調對于施工中的重要部位提出重點的施工要求。尤其對于施工縫的處理,對于其鋼筋搭接率、新老混凝土界面應該說明詳細的處理措施及施工注意事項。
橋梁地段單元軌道結構設計在橋梁梁縫地段軌道結構是單元還是連續、無砟軌道單元結構長度多少合理,國內進行了大量的研究和實踐。從CRTSII型板式無砟軌道的設計理論和實踐經驗來看,橋梁地段無砟軌道的單元長度當然可以確定為無限長。從結構設計原理的角度來進行分析,無砟軌道的單元過長,其內部結構受力舒緩需要通過限制位移的方法來保證軌道結構的幾何形位,其前提必然是相關限位措施和橋梁、底座板、軌道板以致鋼軌的合龍或鎖定溫度及其關系必須得到嚴格控制,否則軌道結構的穩定性必將受到影響,進而影響軌道結構部件的強度和穩定性、耐久性。因此應該針對目前出現的CRTSⅡ型板式無砟軌道板與水泥乳化瀝青砂漿離縫及其拍打問題、CRTSⅡ型板式無砟軌道板滑動層竄出及其維修問題、CRTSⅡ型板式無砟軌道軌道板承軌臺開裂、CRTSⅡ型板式無砟軌道寬接縫裂縫及軌道板預裂縫裂縫寬度過大等問題展開深入研究。路基地段單元軌道結構設計德國高速鐵路即是路基地段軌道結構采用連續結構,其最大的優點是路基地段無砟軌道支承層可以采用水硬性支承層代替鋼筋混凝土結構,降低軌道工程造價;另外一方面,路基地段德國無砟軌道設計理念借鑒了高速公路從路面到路基剛度遞減的設計理念,而高速公路路面與下部路基結構之間即敷設了一層水硬性材料。相比較CRTSI型板式無砟軌道在路基地段軌道板采用單元結構,底座采用3~4塊軌道板長度的鋼筋混凝土長單元結構,CRTSI型雙塊式無砟軌道結構必須采取一定的結構設計及施工措施控制混凝土裂紋,并且從目前國內外幾條建成通車的高速鐵路來看,國內雖然對于CRTSI型雙塊式無砟軌道道床板裂紋控制取得了一定成效,其裂紋寬度基本控制在0.2mm規范允許的范圍內,但是從根本上避免CRTSI型雙塊式無砟軌道道床板裂紋存在一定的技術困難。第二,為了控制CRTSI型雙塊式無砟軌道道床板兩端的穩定性,必須在道床板兩端一定范圍內設計較強的限位措施,如端梁、銷釘等,并且需要制定完備的施工質量保證措施,否則容易導致路基地段連續道床板結構兩端鼓起,嚴重情況下可能導致設置的端梁結構失效。第三,連續道床板結構保持在線路上的穩定的前提是道床板結構與支承層之間保持可靠的粘結,因此在施工過程中應該保證支承層表面的拉毛質量符合設計要求,尤其在施工合龍地段,其支承層拉毛容易被施工車輛破壞,因此在施工道床板之前應該確保支承層拉毛滿足要求,且支承層表面的浮渣等清理干凈。
無砟軌道結構設計是一個系統工程,結構設計一方面應該與橋梁、隧道、路基等相關工程協調,而且應該考慮環境因素、施工因素、運營維護因素、軌道工程內部各組成結構等的影響和相互作用。堅持單元設計理念,合理確定軌道結構單元的長度。另外一方面,針對目前敷設的連續軌道結構,尤其是橋梁地段跨越梁縫的CRTSⅡ型板式無砟軌道,應該針對目前的運營現狀,有針對性開展系列監測活動,并對監測結果進行分析研究,一方面形成連續敷設無砟軌道理論計算體系并確定相關主要設計參數,另外一方面積累數據編制CRTSⅡ型板式無砟軌道的養護、維修規程。
線條是造型的基礎,物體的骨架,其好壞決定了型的成敗。應每日加強各個方向直線,任意弧度曲線,同心、偏心、透視圓的練習,并在此基礎上進入透視直線,曲線及圓的練習,因為未來造型時幾乎全部是透視線條。練習初期應養成線條拖拉快,線條不互相交錯或上下重疊的習慣。
1.2真實世界的產品光影及透視
盡管我們身處在現實世界里,但卻忽視了身邊物體的光影,以至于學生無法建立起物體的體量關系,從而無法真實地反映現實物體,結果也就沒有物體的感覺。課程進行到這里再追究前導課程素描是否學得到位已無實在意義。關鍵是如何彌補:利用身邊已經壞掉的數碼產品,將其置于一個光源下,認真觀察各個面、邊緣光影及產生的透視,并將其用素描的光影表現出來,然后拆解各個零部件,觀察各個零部件的大小、材料、工藝及連接方式,再將其以爆炸圖的形式排列,同樣進行繪畫。反復進行加強訓練,以加強學生對現實物體的感知。
2講步驟
2.1構思圖
構思圖就是體現設計思維過程的一種方法與形式。從根本上說,構思圖可能并不是圖畫,而是對設計題目思考過程中隨手記錄下的一些文字片段,幫助我們記錄思考內容、完善邏輯思想、激發設計靈感。當這些文字通過一定的手法被適當美化后,就變成了具有設計感的圖畫,即構思圖。構思圖的形式多種多樣,樹形圖、發散圖、網狀圖、漫畫等都可作為構思圖的形式。
2.2設計雛形圖
確定了設計方向后就進入了實際設計階段。設計雛形圖通過簡練的線條或幾何形體快速提煉所思考產品的造型,勾畫大概結構形體,具有較強的隨機性和隨意性。設計雛形圖是設計概念直觀而感性的表達,較少經過理性思考,能夠提供靈感以深入設計。
2.3設計草圖
設計草圖介于設計雛形圖和效果圖之間,是在確定產品大體造型后對設計雛形圖的進一步深入表達。設計草圖的復雜與精細程度要比雛形圖高,也更為嚴謹。同時草圖也應考慮產品的結構、細節等諸多方面,提出不同的設計方案,可以著淡彩加強草圖效果。
2.4設計效果圖
設計效果圖是產品手繪中繪制精細程度最高、最能夠表現產品效果的圖,是一幅畫面的主要部分。設計效果圖在草圖基礎上繼續深入刻畫,特別注意表現產品的細節、結構、材料等。效果圖要嚴謹、規整,避免出現模棱兩可或表達模糊不清的情況。這就要求在畫效果圖前要通過草圖等方式對產品的每個細節都考慮周到,然后再動筆,做到胸有成竹。效果圖著色要細致、精美,表現出恰當的光影效果。在著色完成后要對效果圖進行強調結構線、描邊、提亮高光、加強陰影等處理,進一步完善細節,使效果圖更加豐滿、生動、立體。
2.5設計說明
設計說明是對產品補充以說明性文字,對一些難以通過圖示表現的內容進行補充說明,通常可以包括的內容有產品設計理念、創意來源、使用方法、材料、適用人群、設計點等。設計說明的文字可為成段落、成塊狀的形式,也可以配合箭頭用簡練的詞語在產品的細節處解釋說明。
2.6情景圖
情景圖可看作特殊的設計說明,是對產品應用過程細節的描述,能夠表達出文字所不能的很微妙的使用情況。情景圖繪制應清淡、透氣、活潑,著淡彩色,常采用彩鉛或很淡的馬克筆。情景圖數量不宜過多,3個以下最佳。情景圖經常會使用到人物軀體、手部等來表現產品使用情況,因此有必要學習一些簡單有效的人物繪制方法。
2.7設計三視圖
三視圖是能夠正確反映物體長、寬、高尺寸的正投影工程圖,分為主視圖、俯視圖、左視圖三個基本視圖。這是工程界一種對物體幾何形狀約定俗成的抽象表達方式。產品手繪中的三視圖一方面要嚴格按照機械制圖的要求繪制,尺規作圖;另一方面,產品手繪的三視圖不必繪制得過于復雜,表現出產品的主要輪廓線和結構線即可。三視圖可以根據畫面情況上著淡彩色,適合布置在畫面角落的位置。
3求效果
3.1色彩
產品的色彩需要通過效果圖來展示,但效果圖所傳達的顏色并不完全等同于實際產品的真正顏色,更多的是一種設計性的、概念上的傳達與展示。以馬克筆為例,效果圖的著色有幾個原則:(1)效果圖應同時具備黑白灰的無彩色和有彩色。無彩色能夠突出表現光影、穩定畫面;有彩色可以提亮產品效果,增強產品表現力。二者之間配合能夠使畫面沉穩,同時凸顯有彩色,使整幅畫面明快,易于引起觀賞者興趣。有彩色和無彩色的比例以3:7或4:6最佳,著重表現產品色彩效果時比例可以對調,但盡量避免5:5的情況出現,這樣易使產品顯得呆板。一種顏色的著色區域盡量集中且成塊狀,若色塊過于分散、面積較小或成條狀就無法良好地體現產品顏色效果,給人凌亂、破碎的感覺。(2)主體有彩色,色系盡量單一。通常情況下一個效果圖內主體采用同一色系的有彩色,可在按鈕等細節處采用第二種色系的顏色加以點綴,但數量和面積都不易過大。主體有彩色的單一使用能夠避免大紅大綠同時出現在一個效果圖中給人艷俗、雜亂感覺的情況出現。(3)注意色彩的過渡效果。過渡是馬克筆著色時一個重要的原則和方法。通過同一色系鄰近色的配合使用,無論是有彩色還是無彩色都能表現出細膩的過渡效果。黑白灰的過渡能夠細致表達產品光影效果,有彩色的過渡可以生動表現產品的色彩狀況。過渡增強了效果圖的設計感、細膩感和柔和性。著色時應由淺及深,層層疊加著色,注意淺色層的保留。(4)光影效果要一致。對于整體,一整幅畫面的光影效果要一致;對于局部,一個效果圖上產品的各個部位光影要一致。這要求在著色前理清光影關系,確定暗部和兩部,注意留白,可在畫線稿時通過排線確定暗部范圍,便于著色。
3.2材質
表達材質是效果圖繪制的更高水平的體現,需要在顏色、線條、紋理、高光和輔助裝飾上共同配合才能生動表現產品材質,具有一定難度。若無能力一些特殊的材質可不刻意表達,轉而通過文字解釋說明。現對幾種常見產品材質的畫法作簡要說明:(1)塑料。塑料是目前產品中最為常見的材質,畫法也較為簡單,按照一般馬克筆著色的方法即可。通常情況下盡量避免出現黑白灰等無彩色的塑料,多用有彩色的塑料,易于表現。(2)金屬。表達金屬材質常采用冷灰色系的馬克筆,單一地使用無彩色鋪出過渡效果,筆法上采用常規著色方法。注意金屬的高光較為強烈,著色時注意留白,后期可用高光筆加強高光表現。金屬材質著色時要特別注意光影關系,清楚區分表達出亮部、暗部與反光。若金屬表面覆有涂層,應按照塑料畫法來表達。(3)木質。木材常選用深黃色或暖灰的色系,顏色層次上單一,常采用淺色平鋪、深色表達暗部。木質留白較少,后期可用高光筆、色粉來表現高光。木質的表現筆法上較為柔和、慢速,不表現清晰的筆觸。后期需要用速寫筆在著色區域繪制木紋,體現紋理效果。木紋繪制的方向應與材料最長邊的方向一致,且符合透視。(4)玻璃。玻璃的手繪表達沒有金屬、塑料、木材那樣具有很強的表現效果。相反,玻璃材質往往占據較大的空間且表現力弱,給畫面空洞的感覺,因此在產品材質中盡量少用或不用玻璃材質。表現玻璃常用幾種特定顏色的馬克筆,多為非常淡的藍綠色,且著色面積比例較小,大面積留白。若效果圖中玻璃材質的后方還有別的材質,考慮到玻璃透明的特性也需要表達。透過玻璃的材質繪制時在原有的基礎上選擇鄰近色中更淺的顏色,著色面積不宜過大且不要與表現玻璃的筆觸重疊,常作溜邊處理即可。玻璃材質也可在著色完成后用高光筆、色粉等來加強高光的表現。(5)織物、橡膠、石材等。這幾類材質的表達與前者區別較大。線條上較為柔和、隨意,具有一定的不確定性。但這并不代表著繪制這些材質的線條時故意矯揉造作、畫得歪歪扭扭,而是一種嚴謹但較為輕松隨意的線條,流暢程度上不及硬質的工業產品。常采用暖灰色系的馬克筆,常規方法著色,注意畫出褶皺感且留白較少。在完成著色后需要繪制一些裝飾性的線條來突出材質效果:織物需畫出縫紉線和褶皺線,石材需畫出石紋等。
由于并行工程等設計方法和手段的進步,產品概念設計與設計研發中的其他步驟相互串聯、反復、交錯,但就產品設計前期的概念開發工作而言,產品概念設計依然是一個相對獨立的過程。產品概念設計的相對獨立性決定了其具有一個較完整的設計過程。從各種方式的調查研究或尋找新科技,得到初步的想法,把想法整理成清晰的要解決的問題。對這些問題提出創造性的解決方案,得到眾多的解決方案,即概念設計方案,這時提出的可行的概念越多越好。
(2)虛構模型的選擇階段
制定評判標準,從產生的眾多概念中,選擇出最好、最可行的方案。概念選擇是產品概念設計中非常重要的一個環節。在這一過程中,新產品開發小組中各專業人員要共同工作,并努力達成一致意見。前面步驟產生的眾多概念,每個概念從表面上看似乎都能滿足要求,但我們必須從中選擇出最有發展潛力的概念,進行接下去的設計工作。概念的選擇將決定以后工作的方向,正確的方向可以節省時間和開支,而錯誤的決定則導致時間、人力、財力等資源的浪費。概念的選擇是概念的產生和概念的驗證密切相關的重復的過程。概念選擇進行時可能會激發新的概念產生,對這些新產生的概念,也應該像前面產生的概念一樣進行概念選擇。
(3)虛構模型的實現階段
把選擇出來的概念細化,做出概念產品或模型。概念的實現是概念設計的第三個步驟。對于企業,產品概念設計一般以概念產品的出現而結束。對于個人或學生由于技術及財力方面的原因要做到這一步就比較困難,往往只能做到概念模型或動畫演示,以及對概念設計的詳細說明。
可編程控制器的種類和型號可根據系統的大小和穩定性的要求進行調整。三菱﹑西門子﹑歐姆龍的小型機一般可以滿足要求,這里選用三菱FX2N系列,其體積小﹑配置靈活﹑價格適中,很適于在機電一體化產品中使用。因本系統只有數字量開關輸入,無模擬量輸入,故憑可編程控制器本身的抗干擾能力已能滿足要求,而不必另外增加其他抗干擾措施。
1.2傳感器選擇
土壤溫度傳感器:測試溫度的傳感器有很多種,較普遍使用的是熱電偶和熱電阻傳感器。本文采用熱電阻Pt100溫度傳感器進行土壤溫度的數據采集,熱電阻的優點是線性度好、精度高,有較好的長期穩定性,工作溫度范圍大,只要經過適當的數據處理就可以傳輸、顯示并記錄其溫度輸出。土壤濕度傳感器選擇由中國科學院南京土壤研究所生產的FJA-10型負壓式土壤濕度計。該濕度計的測量范圍為0kPa~100kPa,測量精度為±2.5kPa;輸出電壓信號為0V~5V,供電電源為交流220V。雨量傳感器選用型號為FDY-01的翻斗型雨量傳感器,其輸出信號為單干式舌簧管通斷,工作強度為0℃~50℃。
2系統實現
該灌溉系統的控制方式分為手動模式和自動模式,用戶可以通過按鈕自由選擇。自動工作模式可根據不同植物的灌溉要求設定好參數,滿足灌溉條件即可自動進行灌溉,并可根據溫、濕度傳感器的參數自動停止灌溉。手動控制模式通過按鈕手動進行各植物的灌溉和停止。當降雨量達到一定值,或土壤中水份充足時,或供水水管斷流時,報警系統啟動。這時出現問題的種植區域報警燈點亮,發出報警聲音信號,提醒操作人員。解決問題后,可以按下“消音”按鈕以解除鈴響。
2.1硬件設計
2.1.1I/O點估算
輸入信號共需17個輸入信號點,考慮到以后可能會對系統進行調整與擴充,所以留15%的備用點,應取3個點備用,這樣共需20個輸入點。輸出信號:共需要14個輸出點,考慮到以后可能會對系統進行調整與擴充,所以留15%的備用點,應取2個點備用,這樣共需16個輸出點。
2.2軟件設計
系統控制程序流程圖接通電源,按下總啟動按鈕,系統啟動,人工選擇是自動工作方式還是手動工作方式。若選用自動工作模式,首先確認程序的時間設定有無錯誤,如設定值正確,程序繼續將往下執行,否則,則檢查電磁閥是否打開。程序運行過程中遇到下雨或水泵斷水等情況,報警系統啟動,哪個種植區域出現問題,哪個區域報警指示燈亮。等消除報警音之后,程序可以繼續正常運行,直到程序結束。當按下手動總開按鈕,自動運行模式停止,手動運行開始,手動運行指示燈亮。通過各種植區域手動和停止按鈕來控制水泵和每個種植區域的電磁閥運行。
2.3人機界面
MCGS即“監視與控制通用系統”,是一套基于Windows操作系統可用來快速構造和生成上位機監控系統的組態觸屏軟件系統。組態技術在節水灌溉控制系統中的應用能夠形成可視化人機界面,并能夠對灌溉的運行情況進行實時、有效、便捷的監控。同時,組態王軟件具有良好的擴展性和設備硬件無關性,能夠根據不同的現場控制需要方便快捷地建立動畫畫面和監控系統以及形成各種數據報表。監控畫面由主畫面、點動控制、自動控制、報警記錄及留言板等畫面組成,如圖3所示。主畫面為系統啟動畫面,由各功能按鍵進入各種植區域對應的子畫面,進行各功能參數的設定和系統監控。
1老路現狀調查
由于是對原有公路改造,對老路現狀調查十分重要,老路的現狀直接影響到改造方案、工程投資。
1.1平、縱線形現狀
本區域內老路一般建于20世紀六、七十年代,建造時一般無正規的平、縱線形設計,所以老路的平縱線形通常達不到設計要求,需要部分調整。只有對老路的平縱線形有基本了解,才能決定線形調整的幅度,一般情況下,對老路平面需測試彎道數、偏角大小、彎道半徑、交點間距等,對老路縱斷面需測試坡度、坡長等指標。老路如果線型較好或者可以通過微調能達標的,在平縱面設計中均考慮充分利用老路;如果老路線形極差,如彎道多、偏角大、半徑小、交點間距極短,且受地形、地物的限制,則考慮改線。
1.2路基、路面現狀
路基、路面現狀調查包括路基、路面寬度、結構形式及近幾年大修改造情況等。只有對老路路基、路面情況充分了解,在路面結構補強設計時才能心中有數,設計方案才能經濟合理。
1.3彎沉測試
為評價老路路面結構的整體強度,應對老路面進行彎沉測試,對測試結果應根據彎沉值大小、路面結構情況分段整理計算,以便于下階段路面結構補強設計。
1.4橋涵現狀
區域內河網密集,一般公路上橋涵較多,對老橋涵拓寬改造還是拆除重建由老橋涵現狀決定,所以應對老橋涵的跨徑、凈寬、荷載標準、結構形式、使用情況、是否為礙航建筑物、橋頭接線線形等做充分、詳細的調查,對大、中橋荷載標準不能確認時,應做承載能力試驗。
2主要技術指標的選用
2.1公路等級
公路等級應根據公路網的規劃和遠景交通量,結合公路的功能、性質從全局出發綜合確定。
2.2設計車速
設計車速一般根據公路等級采用,但是在實際應用中,應結合公路的功能、性質、交通組成等綜合確定,特別是對于老路改造工程,應順應地形地物,在保證行車安全、舒適的前提下,從經濟合理的角度出發,靈活地選用。對位于城市出入口的一級公路,混合交通嚴重,車速不宜太快,可參照城市道路標準,采用80km/h的設計車速;對于二級公路,一般情況下應采用80km/h設計車速。
2.3路基標準橫斷面
路基橫斷面直接影響到工程的規模和投資,路基標準橫斷面應根據公路等級、交通量預測分析結果選擇,同時又應綜合考慮路段功能性質及交通組成,結合地形、地物、城鎮規劃,注意到綠化美化和環保,采用既能滿足道路通行能力、與城鎮規劃相適應又經濟合理、適應地形地物的橫斷面。
2.3.1一級公路路基標準橫斷面
區域內改造為一級公路的均為區域間干線公路,不但交通量大,而且本區域內一般公路沿線村莊密集,混合交通比較嚴重,根據《公路工程技術標準》和本地區經驗,為適應集鎮城市化的發展,一般采用快慢行道分開的三塊板形式。快車道采用雙向4車道,單向行車道寬2×3.75m,中央采用雙黃實線分隔對向行駛的交通流,兩側各2m的綠化分隔帶,2×5m慢車道,2×1m路肩,路基全寬為32m。見圖1。
2.3.2二級公路路基標準橫斷面
二級公路路基橫斷面一般采用一幅路形式,寬度根據交通量及交通組成采用,一般分三種情況:⑴、如交通量較小,混合交通也不太嚴重,則路基全寬12m,路面寬9m;⑵、如交通量一般,混合交通一般,則路基全寬15m,路面寬12m;⑶、如交通量較大,混合交通也較嚴重,則路基全寬17m,路面寬14m,并且用車道線劃分快慢行道。路肩可根據實際情況采用土路肩或采取硬化措施。
3路線線形設計
3.1設計原則
公路是一種帶狀構造物,在保證使用任務和經濟合理的前提下,應盡可能保持較高的安全性和舒適性。公路線形是三維的立體線形,為方便設計施工操作,將其簡化為平、縱、橫三方面描述,線形設計應對這三方面進行綜合設計,保持各要素間的協調一致,做到平面順適、縱坡均衡、橫面合理。公路的線形運用在很大程度上取決于工程投資與線形舒適性的平衡。在線形設計中應著重考慮線形的連續流暢和立體線形設計,并應順應地形,地物,注意和環境協調一致,對于老路改造工程應靈活運用線形設計指標,在困難地段適當調整,在滿足線形要求的前提下,充分利用老路。
3.2平面線形設計
平面線形設計時,在一般較為順直的路段,盡可能采用較高的指標進行調整,以求改造后的良好行駛條件下;在較困難路段,應充分利用規范允許的曲線組合,在滿足技術指標的前提下,充分利用老路;在老路線形極差且又受地形地物限制無法調整時,應考慮改線方案。
對于老路改造工程,路線定線時,應以老路為主要控制物,充分利用老路,同時還應將大型建筑物、大河等作為控制點。穿越城鎮區時,應注意結合地方發展,盡量與城鎮規劃相協調。在平面線形方案初步形成后,應征求沿線地方政府及交通主管部門意見,盡量讓路線方案使各方滿意。
3.3縱斷面設計
縱斷面設計時,應注意以下幾方面:
1、滿足各控制點的高程要求
縱斷面控制點一般有橋梁、相交道路、城鎮等。橋梁設計高程應滿足橋下通航凈空要求及設計洪水頻率要求的泄洪斷面要求;對立體相交的道路要滿足本路和被交路的行車凈空要求,對平面交叉的道路要順適銜接;路線穿越城鎮時應盡量和地形、地物相一致。
2、充分利用老路路面結構
在一般路段,路線的縱斷面設計與路面結構的補強設計是相輔相成的,縱斷面拉坡時,應盡量擬合老路,避免大填大挖。在老路路面情況較好時,為充分利用老路路面結構,盡量不要開挖老路,使補強厚度最大限度地接近填高。
3、其它
老路改造縱斷面設計時,為充分利用老路,一般縱坡較碎,坡長較短,但在有條件時,還應盡可能取較高的指標,以求良好的行駛條件,并適當注意平縱組合,使縱斷面方案不但經濟合理,而且有良好的線形。
4路面結構補強設計
路面結構補強設計時,應根據原老路路面結構具體處理。
4.1舊水泥混凝土路面
當老路路面為水泥混凝土路面時,一般先測試混凝土板塊彎沉,根據彎沉測試結果綜合路面其它情況先對老路面進行處理。當老路面較好時,對老路面不予處理;當老路面一般時,對混凝土板塊進行鉆孔壓漿處理;當老路面較差時,應新澆砼板塊。在對老路面處理后,一般要在上面加鋪補強層。本地區一般采用瀝青面層作為老路面的加鋪層,這種形式的路面結構能吸收兩種材料的優點,“剛柔相濟”,即舊水泥砼提供了穩定、堅實的基層,瀝青路面提供了行駛舒適的面層。為防止和延緩舊水泥混凝土板的反射裂縫的發生,通常要在舊水泥混凝土裂縫和接縫位置鋪設土工格柵、土工布或粘貼改性瀝青油毛氈。有條件時瀝青表面層采用改性瀝青SMA結構,其防反射裂縫的效果更好。
4.2舊瀝青路面
舊瀝青路面對病害較嚴重路段應根據實際情況處理。當面層、基層裂縫較嚴重時,應開挖處理,然后在瀝青補塊上鋪設玻璃纖維格柵;對較大的沉陷,應查明原因,翻挖處理。一般路段利用老路路表彎沉測定結果,計算出代表彎沉值,并反算成老路路面當量土基回彈模量,再按彈性層狀體系理論計算加鋪補強層厚度。在加鋪前需刨毛老瀝青面層。
4.3舊碎石路面
對泥結碎石、級配碎石路面改建成高級路面時,一般將舊路豁松、打碎,摻灰處理,使其成為底基層,然后再根據彎沉情況加鋪補強層。
5橋涵改造設計
對老路改造工程,橋涵一般需拆除重建或拓寬改造,決定橋涵拆除重建還是拓寬改造主要從以下幾個方面考慮:
1、原橋涵是否滿足設計荷載標準,不滿足,能否通過適當加固達標;
2、原橋涵是何種結構形式,服務年限多長,使用狀況如何,利用價值是否大;
1引言
近年來,我國的建筑發展迅速,建筑占地與土地資源不足的矛盾也日漸明顯,舊建筑的改造利用就成為當前一種較好的解決方式。在舊建筑的改造建設中,由于受場地、原有建筑功能、層數的增加、原有結構及新舊規范等諸多因素的影響,在改造工程的設計中,出現了豎向作用和水平作用增大,導致原有結構構件的承載力不足和結構整體剛度的不均勻。同時,由于新舊構件的材料和強度的不同,新舊構件的連接因此也成為工程改造中的一大關鍵技術。
2工程概況
本工程位于上海市盧灣區,為一機械制造廠,建于80年代中期,原建筑共有四個單體(以下簡稱1#、2#、3#、4#)。現因甲方需要,將四個單體通過走廊連接為一個商業使用的整體。2#與3#樓不改變原有建筑的使用功能,主要是1#與4#樓的建筑功能改變較大,其結構也就相應做了較大改造。
1#樓原為多層框架結構廠房(見圖1),其中⑴~⑺軸為四層,層高自下而上分別為8m、5.6m、5.1m、4.5m;⑺~⑽軸為三層,層高分別為13.6m、5.1m、4.5m(其中一層在8.9m處設有一臺10T吊車),原有樓面結構設計活荷載均為12KN/m2。現根據建筑功能需要,在⑴~⑺軸4.0m標高處增設一個樓層,在⑺~⑽軸2.95m、8.0m處各增設一個樓層。
4#樓原為單層排架結構廠房(見圖2),建筑高度為20.4m,凈高為18.4m,廠內設有一臺10T吊車,柱間設有兩道支撐。現根據建筑功能需要,將原有建筑改造成五層辦公樓,層高分別為2.8m、4.3m、4.2m、4.2m、2.8m。根據原有結構情況,現設計考慮與原有結構脫開,在原有建筑內新建一個四層框架結構。
3基礎結構改造設計
1#樓原設計采用450×450樁基礎,設計承載力較大,經過整體計算之后,新增加夾層后的結構能滿足現有規范要求,基礎承載力和沉降變形也能滿足現有規范要求。另外,考慮到原有在1#樓的(1~10)軸外設置了一個室外平臺(平臺下為車庫),根據建筑的要求,需要將平臺與1#樓進行連接(見圖1)。在進行結構設計時,如果將室外平臺層的梁直接與(1~10)軸處的柱子連接將會對1#樓整體結構產生影響,同時對室外平臺也不利。鑒于此,結構設計是在(1~10)軸處另外增加了一排室外平臺框架柱(立在原有樁基礎承臺上)。經計算,原有樁基礎有較大富余,對原有基礎影響很小,同時又解決了上述矛盾。
4#樓原有基礎采用天然條形基礎,由于在原有建筑內新建一個四層框架結構,如采用天然基礎,則基礎沉降不能滿足現有規范要求,且對原有基礎會產生很大的影響。根據施工現場和經濟技術等條件,現設計采用樁筏復合基礎。樁采用靜壓錨桿樁,施工時采用逆做法施工,即待基礎筏板和上部兩層施工完畢后再進行錨桿樁的施工。這樣既能縮短施工工期,又能滿足結構設計要求,為整個工程項目創造了很大的經濟效益。4#樓的筏板采用500mm厚,錨桿樁采用250×250,樁長為20m。平面布置(見圖3)。內部四層框架結構承載力較大,在邊緣處又受原有建筑結構空間的影響,因此,筏板在邊緣處的柱抗沖切難以滿足要求,在設計中增設了筏板的抗沖切鋼筋。
4上部結構改造設計
4.11#樓結構加固處理
1#樓原為一機械加工廠,原設計為框架結構,樓面活荷載均較大(12KN/m2)。經有關檢測單位鑒定,原有結構的柱砼強度等級為C18,原有結構在設計中按照6度設防要求考慮。改造后須作為辦公建筑,現根據建筑功能布置需要,增設一夾層,同時在12m的跨中不得設置砼柱。依據現有建筑功能布置,現設計采用了PKPM2006年3月版本的軟件進行了整體計算,經計算分析,原有結構的位移、配筋量、剛度等參數均能滿足現有改造結構的要求,但是原有結構的構造是按照當時的規范要求進行設計的,未能滿足現有規范的要求。主要有以下兩個方面:一是原有柱無箍筋加密區;二是在增設夾層處上下無箍筋加密區。現設計綜合經濟和技術多方面的考慮,柱采用了外粘型鋼加固法(見圖4)。這樣既能滿足結構構造要求,同時又能滿足節約經濟的要求。
在1#樓新增加的夾層處,由于跨度較大(為12m),見圖1,若采用混凝土結構,則梁斷面很大(至少需要1m高的梁),對建筑的凈高會有很大的影響,對原有砼柱的影響也很大,而且與原有砼柱難以連接(植筋數量很大),原有結構的整體性將受到很大影響。現設計采用了鋼梁與壓型鋼板-現澆混凝土樓板組合結構,鋼梁與原有柱采用鉸接連接。根據現有規范規定,與原有混凝土柱采用后錨固連接時,其混凝土強度等級必須高于C20(原砼經鑒定為C18)。鑒于此實際情況,鋼梁與原有柱連接采用了增設砼牛腿,同時在牛腿及其上下各800mm處采用粘鋼加固,以增強其抗震變形能力(見圖5)。
牛腿設計在本工程的設計中也是一個不容忽視的。在設計中,考慮到牛腿處水平方向受力相當于一個懸臂構件的受力,在牛腿處的水平植筋就必須保證能達到23d(一般情況下為15d)。根據現場實際情況,植筋要滿足達到23d是有一定困難。綜合各方面的因素,在設計此牛腿時,我們采用了以下處理方案:一方面,對于規范[2]中牛腿的裂縫控制要求,采用了如下公式進行計算,
能滿足規范對牛腿的裂縫控制要求,同時,由豎向力所引起的局部壓應力也小于;
另一方面,對于牛腿的配筋強度要求,考慮到植筋不一定能充分達到預期設計要求,從安全的角度出發,在設計中,牛腿的縱向受力完全由粘貼的鋼板來承受,其計算公式仍能采用根據力矩平衡條件[3]推導的公式進行計算,即
,經計算,能滿足結構計算要求。
4.24#樓結構加固處理
4#樓由于建筑立面的要求,原有結構為排架結構,原有設計的柱間支撐對建筑立面的門窗產生了影響。若直接拆除柱間支撐,則原有結構就成為不穩定結構體系。現設計考慮到原有結構荷載減少較多(吊車取消),縱向荷載主要就是風荷載和本身自重產生的地震作用,現設計將在維護結構中采用了框架結構體系,使原有結構形成一個框排架體系,這樣既能使原有結構形成一個穩定體系,又能增強結構的抗震變形能力(見圖2)。在內部新增的框架結構是作為一個新建建筑物來考慮,新建的部分與原有結構之間設置了變形縫。經采用PKPM2006年3月版本的軟件進行了整體計算,現設計的框排架結構均能滿足現有建筑結構規范要求。考慮到原有結構設計只是按照6度設防要求計算,現設計采用了粘貼碳纖維加固法對原有柱進行了加固。
5結束語
5.1建筑物的加固設計應與建筑物的抗震鑒定、抗震加固、強度加固相結合,施工時應先加固后加層。
5.2建筑物的結構加固應結合建筑物的使用功能要求,綜合分析各種加固方法的經濟性,而后采取相應的加固方法。
5.3在對原有建筑物進行加固時,應充分考慮不同材料的連接節點處理,并采用合適的結構處理方法進行計算,以保證整個結構的安全。
5.4在對原有建筑物進行加固前,應從結構概念角度把握整體結構的穩定、強度等,然后采用相應的加固方法并應用結構軟件進行分析,之后再進行相應的處理。
參考文獻:
二、“鹽類的水解”(第一課時)的教學設計
概念轉變的前提條件是“對現有概念的不滿”。對“現有概念的不滿”,不僅與學習者面對的情景有關,而且與學習者對自身原有認知的清晰度有關。學習者對自身的原有認知越清晰,面臨新的問題情境時,產生的沖突將越強烈。本課教學時,先安排下述復習回顧活動:請同學們結合已有經驗與知識(如強弱電解質電離、溶液酸堿性等),思考如下問題:
(1)純水會發生怎樣的電離?常溫下,純水中的c(H+)、c(OH-)大小關系如何?
(2)對于水溶液而言,溶液的酸堿性與溶液中c(H+)、c(OH-)大小有何關系?
(3)酸(或堿)溶于水后形成的溶液顯酸(或堿)性,為什么?歸納總結:酸(或堿)溶于水形成的溶液顯酸(或堿)性,是因為酸(或堿)電離出H+(或OH-),導致溶液中c(H+)大于(或小于)c(OH-)。
設置三個問題供學生思考,強化學生對水的電離、溶液酸堿性與c(H+)、c(OH-)大小關系的認識,并激活“電離模型”。其目的不僅為鹽溶液酸堿性分析奠定基礎,并為后認知沖突作鋪墊。在完成上述教學任務之后,接著安排如下探究活動:提出問題:現有一瓶0.1mol/LCH3COONa溶液,請分析與預測:
(1)CH3COONa在水中如何電離?是否產生H+或OH-?
(2)請預測:CH3COONa溶液顯酸性、中性還是堿性?為什么?實驗活動:請在預測基礎上,用pH試紙測定該溶液的pH。要求“分析與預測”的目的在于引導學生應用“電離模型”解釋未知溶液酸堿性,為認知沖突埋下伏筆;“實驗活動”的目的,則讓學生親自獲取感性材料,強烈感知預測和實驗結果差異性,從而產生強烈的認知沖突,誘發學生對“電離模型”的不滿。接下來,并不急于分析醋酸鈉溶液為何顯堿性,而是安排學生反思與動手實驗。具體安排如下:提出問題:請反思自己的“分析與預測”及“實驗活動”,看看是否存在問題。實驗活動:請重測CH3COONa溶液的pH,并用同樣方法測0.1mol/LNH4Cl溶液的pH。將結果填入表中。反思的目的,在于確認自己的分析與pH檢測無誤;實驗活動的目的,不僅確認醋酸鈉溶液pH確實顯堿性并獲取更多的事實證據,同時得出鹽溶液可呈堿性、也可以呈酸性的事實,從而進一步認識到“電離模型”的局限,激發建構新思維的驅動力。前面的教學活動,為“概念轉變”提供了前提條件。接下來的教學,便是要引導學生探究,以期建立“水解模型”。教學安排如下:提出問題:
1.請結合醋酸鈉溶液顯堿性的實驗事實,思考并討論下述問題:
(1)該溶液體系存在哪些電離?是否可逆?電離出哪些微粒?
(2)溶液中H+、OH-均來自水的電離,對于純水電離而言,c(H+)應等于c(OH-)。為何該溶液中c(H+)小于c(OH-)?是不是體系中哪些微粒結合了水電離產生的H+?請結合溶液中的微粒加以分析。
2.按前述醋酸鈉溶液顯堿性的分析思路,探討NH4Cl溶液顯酸性的原因。
3.和同學交流討論,并用自己話語歸納總結鹽溶
液顯酸性或堿性的原因。引導學生從同時考慮醋酸鈉和水的電離、電離是否可逆、電離產生的微粒出發,并從系統中微粒相互作用的視角分析醋酸鈉溶液中c(H+)、c(OH-)變化的原因。之后,遵循這樣的思路,分析討論NH4Cl溶液顯酸性的原因。經歷這樣的探究活動,學生將初步建起了鹽溶液酸堿性分析的基本思路,初步形成鹽類水解的概念,初步建立起體系中微粒間的相互作用、水的電離平衡及移動、鹽溶液的酸堿性等整體性認識。這樣的學習,解決了“新概念的可理解性”、“新概念的合理性”問題,從而有利于概念轉變。學生雖然建立起對“鹽類的水解”概念及“水解模型”的初步認識,但還需進一步檢驗。因此,接下來的教學,要讓學生從理論與實踐兩個層面去論證“水解模型”的合理性。教學過程如下:問題討論:
1.為何鹽溶液體系中的鹽電離出來的金屬離子或酸根離子會與水電離出來的OH-或H+結合?你將如何證明?
2.根據你的分析,預測Na2CO3及Al2(SO4)
3溶液酸堿性,并從微觀視角加以分析。實驗活動:
1.設計實驗并驗證“鹽溶液體系中的鹽電離出來的金屬離子或酸根離子會與水電離出來的OH-或H+結合形成弱電解質;
2.用pH試紙測定0.1mol/LNa2CO3、Al2(SO4)3及KNO3溶液的pH,并將實驗結果與預測相對比。本階段教學任務的功能如下:一是寄希望于學生能從弱電解質電離平衡的角度,認識到溶液體系中若同時存在弱堿的金屬離子與OH-、弱酸的酸根離子與H+時,將結合為弱電解質分子并建立起平衡,再用實驗來證實;二是應用“水解模型”去預測未知鹽溶液的酸堿性,并通過實驗來證實。最終,讓學生從理論和實踐層面證實“水解模型”合理性,同時體驗“新概念的有效性”。到此為止,學生將體驗到“電離模型”不合理性,體驗到“水解模型”的可接受性、合理性及有效性,從而較好地達成“概念轉變”———即判斷溶液酸堿性從“電離模型”轉向“水解模型”。但是,教學并不能到此為止,還需繼續安排相關的學習活動。提出問題:現有一瓶0.1mol/L的NaCl、KNO3溶液,請預測這兩種溶液的pH,并從微觀視角加以分析。實驗活動:請用pH試紙檢測上述兩種溶液的pH。交流討論:
(1)你的預測結果與實驗結果是否一致?
(2)若不一致,請分析其可能原因;
(3)結合前面六種鹽溶液酸堿性及微觀視角的分析,總結分析鹽溶液的思路。本階段活動的安排,旨在讓學生認識到鹽溶液還可能顯中性。這是其一;第二,通過提供鹽類水解的“反例”(即有些鹽并不水解),進一步深化對“水解模型”的認識(此類鹽不水解,照樣可以用“水解模型”解釋———因為此類鹽電離時既不產生弱酸根離子,也不產生弱堿的金屬陽離子,將不會結合水電離出來的H+、OH-而不破壞水的電離平衡,故其溶液顯中性)。至此,學生借助“水解模型”全面解釋了各類鹽(能水解的鹽、不能水解的鹽)溶液的酸堿性,深刻認識到“水解模型”的合理性和有效性,將牢固建立分析溶液酸堿性的新模型。最后,安排如下活動,幫助學生總結溶液酸堿性判斷兩類模型(“電離模型”和“水解模型”)的適用對象與分析思路,達成本課的學習目標。提出問題:現有稀鹽酸、氫氧化鈉溶液、硫酸鈉溶液、氯化鐵溶液及硅酸鈉溶液。
(1)哪些溶液顯酸性?哪些溶液顯中性?哪些溶液顯堿性?
(2)以上述顯酸性溶液為例,從微觀角度分析它們顯酸性的原因。