建筑學(xué)專業(yè)學(xué)習(xí)空間模式研究
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摘要：專業(yè)教室空間對(duì)建筑學(xué)學(xué)生能力的提高具有重要影響。然而，目前的專業(yè)教室僅適用于傳統(tǒng)教學(xué)模式，無法滿足信息化、數(shù)字化和個(gè)性化等新的教學(xué)要求。本文以湖南大學(xué)建筑學(xué)專業(yè)教室為例，先對(duì)教室功能及學(xué)生行為進(jìn)行梳理，并從室外環(huán)境、室內(nèi)環(huán)境、師生交互、學(xué)生交流和個(gè)人成長5個(gè)維度對(duì)學(xué)生進(jìn)行問卷調(diào)查，而后運(yùn)用聚類分析的方法對(duì)學(xué)生需求進(jìn)行聚類，并生成聚類空間，進(jìn)而探究聚類空間的異質(zhì)化組合模式和空間設(shè)計(jì)策略。
關(guān)鍵詞：聚類分析；教室空間；空間設(shè)計(jì)；空間模式
0引言
在國際先進(jìn)教育體系的影響下，我國建筑教育朝著開放式與交流互促的方向發(fā)展［1-2］。專業(yè)教室作為現(xiàn)代建筑教育的產(chǎn)物，其空間模式應(yīng)隨學(xué)生培養(yǎng)方式的變化而調(diào)整。那么，以滿足學(xué)生需求和新教學(xué)方式的差異化學(xué)習(xí)空間必將成為未來專業(yè)教室的發(fā)展方向。目前，針對(duì)建筑教學(xué)與專業(yè)空間關(guān)聯(lián)性的研究相對(duì)較少，有限的研究往往關(guān)注于傳統(tǒng)教學(xué)模式的空間設(shè)計(jì)，而對(duì)信息化、數(shù)字化和個(gè)性化等新的教學(xué)要求探索較少。韓旭晶［3］以建筑學(xué)教學(xué)模式變化為切入點(diǎn)，從交往學(xué)習(xí)、閱讀素質(zhì)和動(dòng)手能力培養(yǎng)等方面，提出建筑學(xué)專業(yè)教室需要有較強(qiáng)的適應(yīng)性來滿足教學(xué)的變化和發(fā)展；楊輝等［4］從建筑學(xué)教學(xué)體系出發(fā)，提出專業(yè)教室應(yīng)具有教學(xué)指導(dǎo)、學(xué)習(xí)、繪圖、交流、展示等核心功能，并總結(jié)出當(dāng)前專業(yè)教室存在開放式、專用式、交流式3種類型。但現(xiàn)有研究缺少對(duì)專業(yè)教室設(shè)計(jì)方法和影響因素的深入考慮［5］，無法指導(dǎo)具體的空間設(shè)計(jì)或更新改造。為了探究基于學(xué)生需求的專業(yè)教室設(shè)計(jì)方法，本文以湖南大學(xué)建筑學(xué)專業(yè)教室為例，對(duì)室外環(huán)境、室內(nèi)環(huán)境、師生交互、學(xué)生交流和個(gè)人成長這5類空間影響因素進(jìn)行聚類分析，在聚類的基礎(chǔ)上進(jìn)行空間模式的研究?；谛枨缶垲惖目臻g模式有助于解決當(dāng)前專業(yè)教室空間過于簡單化、模式化的問題，便于個(gè)性化空間設(shè)計(jì)與改造，同時(shí)也有利于教師因材施教，提供多元化教學(xué)方式。
1研究方法
聚類分析（ClusterAnalysis）是一種根據(jù)數(shù)據(jù)本身結(jié)構(gòu)特征對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類的方法［6］。它可以把數(shù)據(jù)分成若干類別，使類別內(nèi)部的差異小，而類別間的差異大，從而實(shí)現(xiàn)多個(gè)指標(biāo)的分類探討，直觀表達(dá)樣本的分類特征［7］。聚類分析又可分為層次聚類法、非層次聚類法和智能聚類法。其中智能聚類法的計(jì)算量較小，可自動(dòng)判斷最適宜的類別數(shù)，同時(shí)又能發(fā)掘類別之間的復(fù)雜聯(lián)系，分析結(jié)果準(zhǔn)確可靠。大部分聚類分析的應(yīng)用都屬于探測(cè)性研究，主要是對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行分類；少部分屬于證實(shí)性研究，對(duì)其他方法確定的分類進(jìn)行檢驗(yàn)［8］。近年來聚類分析已廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，如社會(huì)學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、工程學(xué)以及計(jì)算機(jī)科學(xué)等［9］。在建筑學(xué)領(lǐng)域，聚類分析多應(yīng)用于建筑平面形態(tài)、能耗分析等方面［7，10］。本文以問卷調(diào)查的方式收集學(xué)生對(duì)專業(yè)教室空間的需求，再將數(shù)據(jù)輸入SPSS中，將室外環(huán)境、室內(nèi)環(huán)境、師生交互、學(xué)生交流和個(gè)人成長5個(gè)因子下的量表題得分相加，得到各因子的分?jǐn)?shù)，再采用智能聚類法中的“兩步聚類法”（TwoStepCluster）來分析，最終得出聚類類別。
2建筑專業(yè)教室空間分析
2.1國內(nèi)外專業(yè)教室現(xiàn)狀
國外建筑學(xué)專業(yè)教室空間較為豐富（表01），主要體現(xiàn)在：①固定工位，學(xué)生擁有屬于自己的固定工作區(qū)及其圍繞的儲(chǔ)物空間；②開放空間較大，專業(yè)教室為學(xué)生提供充足的空間，便于制作模型、評(píng)圖授課、展示作品等；③空間劃分明確，空間通常按照不同功能劃分為制圖與模型制作、計(jì)算機(jī)應(yīng)用、授課區(qū)等；④附屬功能區(qū)較多，專業(yè)教室除學(xué)習(xí)空間外還提供聊天休息區(qū)、咖啡吧、藏書區(qū)等休閑空間。國內(nèi)建筑學(xué)專業(yè)教室的環(huán)境也在日益改善，但與國外相比仍存在較大差距。通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)的專業(yè)教室通常為學(xué)生提供了獨(dú)立工位，但空間較小，除了傳統(tǒng)的授課和制圖，新的教學(xué)方式和學(xué)生自主學(xué)習(xí)的活動(dòng)很難開展。部分高校專業(yè)教室配備能夠拆分的桌椅，一定程度上提高了空間的靈活性，但缺少相對(duì)個(gè)性化的附屬空間。
2.2研究對(duì)象
湖南大學(xué)建筑學(xué)專業(yè)教室在國內(nèi)具有較強(qiáng)的代表性，為了進(jìn)一步調(diào)查學(xué)生的學(xué)習(xí)需求及其在時(shí)空上的分布特征，本文選取典型專業(yè)教室進(jìn)行調(diào)研。通過對(duì)專業(yè)教室進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)體驗(yàn)、實(shí)測(cè)以及對(duì)學(xué)生進(jìn)行問卷調(diào)查等，得到專業(yè)教室空間信息、教學(xué)需求及學(xué)生行為偏好等數(shù)據(jù)。
2.3研究結(jié)果
2.3.1空間布局。通過調(diào)研，發(fā)現(xiàn)建筑學(xué)專業(yè)教室存在兩種空間布局方式，一種為基于大空間的靈活布置方式（圖01），另一種則是呈水平線性排列的單元空間組合方式（圖02）。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有專業(yè)教室存在空間封閉、狹小、布局單調(diào)等問題（表02），大部分學(xué)生對(duì)專業(yè)教室的空間面積和配套設(shè)施都不太滿意，其中對(duì)桌面尺寸過小和缺少儲(chǔ)物空間的不滿意度最高（圖03）。2.3.2空間利用。從行為活動(dòng)來看，大部分學(xué)生在專業(yè)教室的主要行為有聽課、模型制作、繪圖、評(píng)圖，以及與老師討論方案等，而其他行為則發(fā)生的次數(shù)較少（圖04）。從使用時(shí)間來看，大部分學(xué)生選擇下午或晚上前往專業(yè)教室，除上課外，專業(yè)教室的使用頻率較低且平均停留時(shí)間較短（圖05）。2.3.3功能需求與尺度分析。在功能上，專業(yè)教室除提供教師授課、學(xué)生聽課、繪圖練習(xí)、師生交流等功能外，還應(yīng)滿足更多專業(yè)活動(dòng)，且不同的行為對(duì)尺度有不同的需求（表03），其主要需求有以下幾點(diǎn)。①繪圖與模型制作。繪圖行為貫穿于整個(gè)設(shè)計(jì)過程，低年級(jí)學(xué)生多需手工繪圖，而高年級(jí)學(xué)生則常需計(jì)算機(jī)輔助制圖。同時(shí)，學(xué)生經(jīng)常需要制作手工模型，而這項(xiàng)實(shí)踐性較強(qiáng)的行為需要比一圖02空間般學(xué)習(xí)活動(dòng)更大的空間。②評(píng)圖與展示。在設(shè)計(jì)教學(xué)的過程中，學(xué)生需要利用圖紙、展板、模型、多媒體、虛擬現(xiàn)實(shí)等媒介和技術(shù)向老師及同學(xué)展示自己的設(shè)計(jì)成果，并進(jìn)行有效討論和評(píng)判。③交流。交流與溝通是建筑學(xué)專業(yè)學(xué)生獲得設(shè)計(jì)靈感、解決設(shè)計(jì)問題、提升專業(yè)知識(shí)的重要途徑。交流時(shí)常發(fā)生在學(xué)生與學(xué)生、學(xué)生與老師之間，并伴隨答疑、匯報(bào)、講解等多種行為。④儲(chǔ)藏。學(xué)生需要儲(chǔ)藏多種工具，如尺規(guī)、圖板、紙筆、模型材料、制作工具等。⑤新需求。隨著建筑教學(xué)信息化和數(shù)字化的發(fā)展，激光切割、3D打印等技術(shù)廣泛應(yīng)用于模型制作，參數(shù)化設(shè)計(jì)和VR技術(shù)也逐漸運(yùn)用于設(shè)計(jì)，這些都需要與之相適應(yīng)的新的空間。
3聚類分析
3.1數(shù)據(jù)來源及數(shù)據(jù)檢驗(yàn)
本研究收集的數(shù)據(jù)是從學(xué)生的學(xué)習(xí)偏好出發(fā)，圍繞室外環(huán)境、室內(nèi)環(huán)境、師生交互、學(xué)生交流和個(gè)人成長5個(gè)因子展開，進(jìn)而考察學(xué)生的學(xué)習(xí)心理與行為。其中，室外環(huán)境是教室空間周圍各種自然因素的總和；室內(nèi)環(huán)境指教室內(nèi)部空間的幾何與物理環(huán)境；師生交互與學(xué)生交流測(cè)量學(xué)生與老師以及同學(xué)之間的交流意愿；個(gè)人成長因子反映不受外界影響的學(xué)習(xí)行為取向。為了獲得每位學(xué)生個(gè)性化需求，本文采用李克特量表測(cè)量法，共設(shè)計(jì)了包含5個(gè)因子的個(gè)性化需求評(píng)價(jià)指標(biāo)，通過網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)收集。研究以湖南大學(xué)建筑學(xué)專業(yè)學(xué)生為調(diào)研對(duì)象，共發(fā)放問卷130份，剔除包含異常值和缺失值的無效問卷，共回收有效樣本106份。問卷的克朗巴哈（Cronbach'sAlpha）信度檢驗(yàn)系數(shù)為0.793，表明結(jié)果具有較強(qiáng)的可信度。
3.2聚類特征分析
通過累計(jì)求和得到各因子分?jǐn)?shù)。分?jǐn)?shù)越高，表明學(xué)生對(duì)該項(xiàng)指標(biāo)的需求越高，或該項(xiàng)指標(biāo)的影響越大。由得分可知，聚類中各因子的重要程度明顯不同（圖06），室外環(huán)境因子是決定學(xué)習(xí)行為與偏好的首要因素，緊隨其后的是室內(nèi)環(huán)境和個(gè)人成長因子，師生交互和學(xué)生交流因子的重要性相對(duì)較弱（圖07）。在標(biāo)準(zhǔn)化因子分?jǐn)?shù)后，進(jìn)行2步聚類分析，最終輸出4種聚類，并得到每個(gè)因子對(duì)每類學(xué)生影響的均值，正負(fù)值分別代表積極和消極的影響（表04）。同一聚類中的不同學(xué)生具有相似的特征，而這一相似的特征反映在現(xiàn)實(shí)中即為相近的學(xué)習(xí)習(xí)慣與行為。聚類1共38人，此類學(xué)生個(gè)人學(xué)習(xí)能力較差，對(duì)室內(nèi)外環(huán)境的要求也較低，社交能力較弱；聚類2共24人，此類學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力強(qiáng)，對(duì)室外環(huán)境有較高要求，會(huì)積極主動(dòng)地與老師交流，但與同學(xué)的交流很少；聚類3共19人，此類學(xué)生個(gè)人學(xué)習(xí)能力較強(qiáng)，會(huì)主動(dòng)與老師交流，但與同學(xué)的交流較少，對(duì)環(huán)境要求低，尤其不愿接近室外自然環(huán)境；聚類4共25人，此類學(xué)生對(duì)專業(yè)學(xué)習(xí)關(guān)注度較低，不會(huì)主動(dòng)與老師交流，但與同學(xué)的交流意愿很強(qiáng)，對(duì)室內(nèi)環(huán)境要求很高。
4基于聚類分析的空間模式與設(shè)計(jì)策略
空間模式提取的思路是從影響學(xué)生學(xué)習(xí)行為和偏好的主客觀因素出發(fā)，通過問卷調(diào)查和聚類分析，生成聚類類別，并在聚類特征的基礎(chǔ)上確定空間尺寸和組合模式（圖08）。具體的原則是在滿足各聚類人群需求的基礎(chǔ)上，使各聚類所屬空間之間產(chǎn)生合理的關(guān)聯(lián)性，進(jìn)而優(yōu)化整個(gè)聚類群的空間環(huán)境。
4.1空間尺寸
空間尺寸的確定主要依據(jù)各聚類學(xué)生數(shù)量及學(xué)生的空間需求。根據(jù)調(diào)研結(jié)果可設(shè)定人均基礎(chǔ)面積為A（4.20m2≤A≤6.02m2）。由聚類分析可知，4種聚類對(duì)室內(nèi)環(huán)境因子的要求均不同：聚類1對(duì)室內(nèi)環(huán)境要求最低，則其聚類人均面積可設(shè)為A；聚類3、聚類2、聚類4對(duì)室內(nèi)環(huán)境的要求逐漸提高，則令其聚類人均面積分別增加X、Y、Z（X＜Y＜Z）。令聚類空間的高為H（m），則4種聚類空間容積分別為：聚類1=38AH（m3）；聚類2=24（A＋Y）H（m3）；聚類3=19（A＋X）H（m3）；聚類4=25（A＋Z）H（m3）。
4.2空間模式
依據(jù)不同聚類的特征，本文提出以下空間組合策略。聚類1學(xué)生數(shù)量最多，他們對(duì)專業(yè)學(xué)習(xí)關(guān)注度較低，性格內(nèi)向，建議營造放射型、分散型空間，以便加強(qiáng)他們與其他聚類學(xué)生的接觸，幫助他們進(jìn)入學(xué)習(xí)狀態(tài)。聚類2學(xué)生喜好自然，建議將其空間布置在聚類群外圍，使他們更接近室外環(huán)境。與聚類2相反，聚類3學(xué)生對(duì)室外環(huán)境要求低，其空間適宜布置于聚類群內(nèi)部。聚類4學(xué)生對(duì)室內(nèi)環(huán)境的舒適、安靜和寬敞程度要求較高，且在個(gè)人成長、相互交流方面與聚類2學(xué)生形成互補(bǔ)，可將聚類4空間布置在聚類2附近。具體來說，主要有集中式、垂直線性、組團(tuán)式和放射式4種空間模式（表05）。4.2.1集中式。將集中授課、評(píng)圖等功能區(qū)置于中心，其他聚類空間圍繞這個(gè)中心組織。由室外環(huán)境因子可知，聚類2學(xué)生向往自然，而聚類3學(xué)生排斥自然，故將聚類2空間環(huán)繞于最外側(cè)，聚類3空間緊鄰中心。由個(gè)人成長因子及社交因子得出，聚類4學(xué)生不善于同老師交流卻善于與同學(xué)交流，故將聚類4空間貼鄰聚類3布置，利于各聚類學(xué)生間相互學(xué)習(xí)。聚類1學(xué)生的各因子得分均為負(fù)值，故將其環(huán)繞于空間次外圈，毗鄰其余聚類，達(dá)到學(xué)習(xí)幫扶的作用。4.2.2線性。垂直線性交通串聯(lián)各聚類空間并終止于以集中授課為主要功能的空間。聚類2學(xué)生向往自然，將其置于空間底層便于與自然接觸。聚類1學(xué)生各因子得分均偏低，故令其靠近授課中心，便于聽課。聚類3學(xué)生的室外環(huán)境因子得分較低，其個(gè)人因子得分較高，因此聚類3擬布置于中部空間，便于上下聯(lián)系，進(jìn)而促進(jìn)各聚類學(xué)生間的學(xué)習(xí)交流。聚類4學(xué)生偏好內(nèi)部交流，則將其置于頂部空間。4.2.3組團(tuán)式。在室外環(huán)境方面，聚類1和3學(xué)生得分較低，故將其置于中心空間，而聚類2和4學(xué)生喜好自然，將其置于外部空間。同時(shí)，聚類2學(xué)生對(duì)室外環(huán)境要求高，故將其以C形布局放置于空間外側(cè)，便于接觸自然環(huán)境。在社交方面，聚類2和3學(xué)生善于與老師交流，則將其置于授課中心旁；聚類1和4學(xué)生偏向同學(xué)內(nèi)部交流，故將這兩類置于外部空間。在個(gè)人成長方面，聚類1學(xué)生得分最低，因此將其置于其他聚類三面圍合之中，通過學(xué)生間的帶動(dòng)作用來提高他們對(duì)專業(yè)學(xué)習(xí)的興趣。4.2.4放射式。由室外環(huán)境因子得出，聚類3學(xué)生排斥自然，故將其置于中心，其他聚類以聚類3為中心，呈放射狀分布。聚類2和4學(xué)生偏好接近自然環(huán)境，則將其布置在外側(cè)。聚類1學(xué)生各因子得分均較低，故將聚類1布置在教學(xué)區(qū)附近，以便提高他們的專業(yè)興趣。
5結(jié)語
針對(duì)現(xiàn)有建筑學(xué)專業(yè)學(xué)習(xí)空間封閉、狹小、無法滿足學(xué)生個(gè)性化需求的問題，本研究通過室外環(huán)境、室內(nèi)環(huán)境、師生交互、學(xué)生交流和個(gè)人成長5個(gè)維度來考查學(xué)生對(duì)專業(yè)教室的需求，利用聚類分析法將不同學(xué)習(xí)習(xí)慣和行為偏好的學(xué)生分為4種聚類，并根據(jù)聚類的特征提出集中式、線性、放射式和組團(tuán)式4類空間模式，為建筑學(xué)專業(yè)教學(xué)空間的設(shè)計(jì)和改造提供理論參考和技術(shù)支持。
作者:何成 李裕萱 李琦 單位:湖南大學(xué)建筑學(xué)院
