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摘要：專業教室空間對建筑學學生能力的提高具有重要影響。然而，目前的專業教室僅適用于傳統教學模式，無法滿足信息化、數字化和個性化等新的教學要求。本文以湖南大學建筑學專業教室為例，先對教室功能及學生行為進行梳理，并從室外環境、室內環境、師生交互、學生交流和個人成長5個維度對學生進行問卷調查，而后運用聚類分析的方法對學生需求進行聚類，并生成聚類空間，進而探究聚類空間的異質化組合模式和空間設計策略。

關鍵詞：聚類分析；教室空間；空間設計；空間模式

0引言

在國際先進教育體系的影響下，我國建筑教育朝著開放式與交流互促的方向發展［1-2］。專業教室作為現代建筑教育的產物，其空間模式應隨學生培養方式的變化而調整。那么，以滿足學生需求和新教學方式的差異化學習空間必將成為未來專業教室的發展方向。目前，針對建筑教學與專業空間關聯性的研究相對較少，有限的研究往往關注于傳統教學模式的空間設計，而對信息化、數字化和個性化等新的教學要求探索較少。韓旭晶［3］以建筑學教學模式變化為切入點，從交往學習、閱讀素質和動手能力培養等方面，提出建筑學專業教室需要有較強的適應性來滿足教學的變化和發展；楊輝等［4］從建筑學教學體系出發，提出專業教室應具有教學指導、學習、繪圖、交流、展示等核心功能，并總結出當前專業教室存在開放式、專用式、交流式3種類型。但現有研究缺少對專業教室設計方法和影響因素的深入考慮［5］，無法指導具體的空間設計或更新改造。為了探究基于學生需求的專業教室設計方法，本文以湖南大學建筑學專業教室為例，對室外環境、室內環境、師生交互、學生交流和個人成長這5類空間影響因素進行聚類分析，在聚類的基礎上進行空間模式的研究。基于需求聚類的空間模式有助于解決當前專業教室空間過于簡單化、模式化的問題，便于個性化空間設計與改造，同時也有利于教師因材施教，提供多元化教學方式。

1研究方法

聚類分析（ClusterAnalysis）是一種根據數據本身結構特征對數據進行分類的方法［6］。它可以把數據分成若干類別，使類別內部的差異小，而類別間的差異大，從而實現多個指標的分類探討，直觀表達樣本的分類特征［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算量較小，可自動判斷最適宜的類別數，同時又能發掘類別之間的復雜聯系，分析結果準確可靠。大部分聚類分析的應用都屬于探測性研究，主要是對研究對象進行分類；少部分屬于證實性研究，對其他方法確定的分類進行檢驗［8］。近年來聚類分析已廣泛應用于各個領域，如社會學、經濟學、工程學以及計算機科學等［9］。在建筑學領域，聚類分析多應用于建筑平面形態、能耗分析等方面［7，10］。本文以問卷調查的方式收集學生對專業教室空間的需求，再將數據輸入SPSS中，將室外環境、室內環境、師生交互、學生交流和個人成長5個因子下的量表題得分相加，得到各因子的分數，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建筑專業教室空間分析

2.1國內外專業教室現狀

國外建筑學專業教室空間較為豐富（表01），主要體現在：①固定工位，學生擁有屬于自己的固定工作區及其圍繞的儲物空間；②開放空間較大，專業教室為學生提供充足的空間，便于制作模型、評圖授課、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、計算機應用、授課區等；④附屬功能區較多，專業教室除學習空間外還提供聊天休息區、咖啡吧、藏書區等休閑空間。國內建筑學專業教室的環境也在日益改善，但與國外相比仍存在較大差距。通過調查發現，國內的專業教室通常為學生提供了獨立工位，但空間較小，除了傳統的授課和制圖，新的教學方式和學生自主學習的活動很難開展。部分高校專業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，但缺少相對個性化的附屬空間。

2.2研究對象

湖南大學建筑學專業教室在國內具有較強的代表性，為了進一步調查學生的學習需求及其在時空上的分布特征，本文選取典型專業教室進行調研。通過對專業教室進行現場體驗、實測以及對學生進行問卷調查等，得到專業教室空間信息、教學需求及學生行為偏好等數據。

2.3研究結果

2.3.1空間布局。通過調研，發現建筑學專業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）。同時發現，現有專業教室存在空間封閉、狹小、布局單調等問題（表02），大部分學生對專業教室的空間面積和配套設施都不太滿意，其中對桌面尺寸過小和缺少儲物空間的不滿意度最高（圖03）。2.3.2空間利用。從行為活動來看，大部分學生在專業教室的主要行為有聽課、模型制作、繪圖、評圖，以及與老師討論方案等，而其他行為則發生的次數較少（圖04）。從使用時間來看，大部分學生選擇下午或晚上前往專業教室，除上課外，專業教室的使用頻率較低且平均停留時間較短（圖05）。2.3.3功能需求與尺度分析。在功能上，專業教室除提供教師授課、學生聽課、繪圖練習、師生交流等功能外，還應滿足更多專業活動，且不同的行為對尺度有不同的需求（表03），其主要需求有以下幾點。①繪圖與模型制作。繪圖行為貫穿于整個設計過程，低年級學生多需手工繪圖，而高年級學生則常需計算機輔助制圖。同時，學生經常需要制作手工模型，而這項實踐性較強的行為需要比一圖02空間般學習活動更大的空間。②評圖與展示。在設計教學的過程中，學生需要利用圖紙、展板、模型、多媒體、虛擬現實等媒介和技術向老師及同學展示自己的設計成果，并進行有效討論和評判。③交流。交流與溝通是建筑學專業學生獲得設計靈感、解決設計問題、提升專業知識的重要途徑。交流時常發生在學生與學生、學生與老師之間，并伴隨答疑、匯報、講解等多種行為。④儲藏。學生需要儲藏多種工具，如尺規、圖板、紙筆、模型材料、制作工具等。⑤新需求。隨著建筑教學信息化和數字化的發展，激光切割、3D打印等技術廣泛應用于模型制作，參數化設計和VR技術也逐漸運用于設計，這些都需要與之相適應的新的空間。

3聚類分析

3.1數據來源及數據檢驗

本研究收集的數據是從學生的學習偏好出發，圍繞室外環境、室內環境、師生交互、學生交流和個人成長5個因子展開，進而考察學生的學習心理與行為。其中，室外環境是教室空間周圍各種自然因素的總和；室內環境指教室內部空間的幾何與物理環境；師生交互與學生交流測量學生與老師以及同學之間的交流意愿；個人成長因子反映不受外界影響的學習行為取向。為了獲得每位學生個性化需求，本文采用李克特量表測量法，共設計了包含5個因子的個性化需求評價指標，通過網絡平臺進行數據收集。研究以湖南大學建筑學專業學生為調研對象，共發放問卷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）信度檢驗系數為0.793，表明結果具有較強的可信度。

3.2聚類特征分析

通過累計求和得到各因子分數。分數越高，表明學生對該項指標的需求越高，或該項指標的影響越大。由得分可知，聚類中各因子的重要程度明顯不同（圖06），室外環境因子是決定學習行為與偏好的首要因素，緊隨其后的是室內環境和個人成長因子，師生交互和學生交流因子的重要性相對較弱（圖07）。在標準化因子分數后，進行2步聚類分析，最終輸出4種聚類，并得到每個因子對每類學生影響的均值，正負值分別代表積極和消極的影響（表04）。同一聚類中的不同學生具有相似的特征，而這一相似的特征反映在現實中即為相近的學習習慣與行為。聚類1共38人，此類學生個人學習能力較差，對室內外環境的要求也較低，社交能力較弱；聚類2共24人，此類學生自主學習能力強，對室外環境有較高要求，會積極主動地與老師交流，但與同學的交流很少；聚類3共19人，此類學生個人學習能力較強，會主動與老師交流，但與同學的交流較少，對環境要求低，尤其不愿接近室外自然環境；聚類4共25人，此類學生對專業學習關注度較低，不會主動與老師交流，但與同學的交流意愿很強，對室內環境要求很高。

4基于聚類分析的空間模式與設計策略

空間模式提取的思路是從影響學生學習行為和偏好的主客觀因素出發，通過問卷調查和聚類分析，生成聚類類別，并在聚類特征的基礎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上，使各聚類所屬空間之間產生合理的關聯性，進而優化整個聚類群的空間環境。

4.1空間尺寸

空間尺寸的確定主要依據各聚類學生數量及學生的空間需求。根據調研結果可設定人均基礎面積為A（4.20m2≤A≤6.02m2）。由聚類分析可知，4種聚類對室內環境因子的要求均不同：聚類1對室內環境要求最低，則其聚類人均面積可設為A；聚類3、聚類2、聚類4對室內環境的要求逐漸提高，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

依據不同聚類的特征，本文提出以下空間組合策略。聚類1學生數量最多，他們對專業學習關注度較低，性格內向，建議營造放射型、分散型空間，以便加強他們與其他聚類學生的接觸，幫助他們進入學習狀態。聚類2學生喜好自然，建議將其空間布置在聚類群外圍，使他們更接近室外環境。與聚類2相反，聚類3學生對室外環境要求低，其空間適宜布置于聚類群內部。聚類4學生對室內環境的舒適、安靜和寬敞程度要求較高，且在個人成長、相互交流方面與聚類2學生形成互補，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、評圖等功能區置于中心，其他聚類空間圍繞這個中心組織。由室外環境因子可知，聚類2學生向往自然，而聚類3學生排斥自然，故將聚類2空間環繞于最外側，聚類3空間緊鄰中心。由個人成長因子及社交因子得出，聚類4學生不善于同老師交流卻善于與同學交流，故將聚類4空間貼鄰聚類3布置，利于各聚類學生間相互學習。聚類1學生的各因子得分均為負值，故將其環繞于空間次外圈，毗鄰其余聚類，達到學習幫扶的作用。4.2.2線性。垂直線性交通串聯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學生向往自然，將其置于空間底層便于與自然接觸。聚類1學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學生的室外環境因子得分較低，其個人因子得分較高，因此聚類3擬布置于中部空間，便于上下聯系，進而促進各聚類學生間的學習交流。聚類4學生偏好內部交流，則將其置于頂部空間。4.2.3組團式。在室外環境方面，聚類1和3學生得分較低，故將其置于中心空間，而聚類2和4學生喜好自然，將其置于外部空間。同時，聚類2學生對室外環境要求高，故將其以C形布局放置于空間外側，便于接觸自然環境。在社交方面，聚類2和3學生善于與老師交流，則將其置于授課中心旁；聚類1和4學生偏向同學內部交流，故將這兩類置于外部空間。在個人成長方面，聚類1學生得分最低，因此將其置于其他聚類三面圍合之中，通過學生間的帶動作用來提高他們對專業學習的興趣。4.2.4放射式。由室外環境因子得出，聚類3學生排斥自然，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學生偏好接近自然環境，則將其布置在外側。聚類1學生各因子得分均較低，故將聚類1布置在教學區附近，以便提高他們的專業興趣。

5結語

針對現有建筑學專業學習空間封閉、狹小、無法滿足學生個性化需求的問題，本研究通過室外環境、室內環境、師生交互、學生交流和個人成長5個維度來考查學生對專業教室的需求，利用聚類分析法將不同學習習慣和行為偏好的學生分為4種聚類，并根據聚類的特征提出集中式、線性、放射式和組團式4類空間模式，為建筑學專業教學空間的設計和改造提供理論參考和技術支持。

作者:何成 李裕萱 李琦 單位:湖南大學建筑學院