羅 琳，李志民

(1.西安科技大學 建筑與土木工程學院，陜西 西安 710054；2.西安建筑科技大學 建筑學院，陜西 西安 710055)

受城鎮(zhèn)化進程引發(fā)的人口流動等因素影響，西部地區(qū)大量中小學由農(nóng)村向縣鎮(zhèn)、城市集中，原本供給不足的縣域?qū)W校就學壓力劇增，從而造成教育供給需求矛盾日益突出[1]，優(yōu)質(zhì)教育資源不斷向縣城和人口稠密的鎮(zhèn)區(qū)集中，呈現(xiàn)大班額和大規(guī)模趨勢.

以陜西地區(qū)為例，近年來學?？倲?shù)逐年減少，但縣域?qū)W校規(guī)模持續(xù)增加，急需擴容提質(zhì).下表1列出了陜西省各地區(qū)中學學校數(shù)及在校生人數(shù)，主城區(qū)學校數(shù)達44%，在校生人數(shù)僅占34%.而鄉(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū)學校數(shù)卻達56%，在校生人數(shù)高達66%.從表2可以得出縣鎮(zhèn)中學學校數(shù)和在校生人數(shù)均已超過城區(qū)，校均規(guī)模和班額規(guī)模也居高不下，成為名副其實的“大班額”，甚至“超大班額”.

我國現(xiàn)行中小學建設標準主要包括《城市普通中小學校校舍建設標準建標[2002]102號》、《中小學校設計規(guī)范》、《中小學理科實驗室裝備規(guī)范(JY/T 0385-2006)》等五部.對于理科實驗用房已有相關(guān)規(guī)定，但未體現(xiàn)新型教育理念的要求，且辦學規(guī)模最大支撐到48班，不能有效指導西部縣域地區(qū)校園的改擴建.面對新的教學需求，強調(diào)整合資源的創(chuàng)新方式，進一步提倡復合型人才的培養(yǎng)，教學改革也日益走向?qū)W科融合[2].而西部縣域既有中學實驗空間仍采取標準化建設，沿用單一學科教學模式，急缺綜合探究、演示實驗等空間.而中東部教育發(fā)達省份紛紛制定了適合地區(qū)辦學的建設標準.其中以江蘇、浙江、山東等為典型，已經(jīng)將微格教室、選修教室、演示實驗室、演播室等列入建設標準中[3].對于廣大西部經(jīng)濟欠發(fā)達地區(qū)，因沒有適應地區(qū)發(fā)展的標準指導，校園建設陷入盲目狀態(tài)，增加生產(chǎn)成本.

與教育發(fā)達國家相比，在建設標準的科學指導性、先進性、靈活性等方面我國還有很大的提升空間.以美國為例，表3摘列出校園建設標準中公共用房的指標參考，其中特別設置了信息資源中心、模數(shù)化技術(shù)實驗室等，多功能、多學科、復合化的空間模式突出了遠程化、創(chuàng)新型、技術(shù)性等時代背景給予教學方式和校園空間的變化.因此，面對新的教學需求，既有學校的改擴建參考標準也需要對校園空間功能構(gòu)成進行更新.

表3 美國中學教育設施建設標準

綜上，西部縣域既有中學量大面廣，普遍面臨辦學基礎(chǔ)差、資源有限、資金不足、用地緊張、空間陳舊等困境，不能滿足人民群眾對優(yōu)質(zhì)教育資源的訴求，卻又不能照搬國外及中東部發(fā)達地區(qū)建設模式，亟需校舍改擴建的有效參考和科學依據(jù)，如何制定不同辦學規(guī)模下適宜地區(qū)教育發(fā)展的空間計劃愈發(fā)緊迫和重要.通過研究適應教學需求的理科實驗空間，進而對培養(yǎng)學生跨學科解決問題能力、團隊協(xié)作能力和創(chuàng)新能力的一系列教學活動提供設計依據(jù)和科學參考[4].同時減小東西部地區(qū)之間的校際差距，對提升地區(qū)教育建筑設計水平，實現(xiàn)新時期教育教學需求在空間環(huán)境上的呼應起到一定推動作用.

1 空間計劃影響因素梳理

1.1 現(xiàn)行規(guī)范解讀

表4是現(xiàn)行國家規(guī)范中規(guī)定的關(guān)于理化生實驗室個數(shù)的要求，并且對于超過48班的現(xiàn)行國家標準沒有給出明確的規(guī)定，48班范圍內(nèi)也僅僅給出了參考取值區(qū)間[5].

表4 《中小學理科實驗室裝備規(guī)范(JY/T 0385-2006)》 單位：間

為滿足地區(qū)辦學條件、應對大規(guī)模辦學需求，表5列出了目前各省市自定的超過48班的標準，可以得出東西部地區(qū)之間的差異較大[6].

表5 超過48班的高中理科實驗室數(shù)量指標

(1)綜上可得，根據(jù)國家標準規(guī)定，實驗室、科學探究室(理、化、生)生均使用面積的基本指標不小于1.80，規(guī)劃指標不小于1.92，可以推算，按照50人設計的實驗室面積基本指標為90 m2，規(guī)劃指標為96 m2；按照70人設計的實驗室面積基本指標為126 m2，規(guī)劃指標為134 m2.但是調(diào)研后發(fā)現(xiàn)，典型大規(guī)模中學現(xiàn)狀實驗室的面積指標嚴重不夠，座位過于擁擠.

(2)48班規(guī)模的中學理、化、生各科實驗室的數(shù)量取值為：基本指標每科3～5個，規(guī)劃指標為每科4～6個，即實驗室的總個數(shù)為基本指標9～15個，規(guī)劃指標12～18個，并且學校規(guī)模每增加12個班(4個平行班)時，理、化、生實驗室及其附屬用房各增加1套.但按此方法推算，實地調(diào)研得出使用較為浪費，實驗用房數(shù)目過多，大部分空間處于閑置狀態(tài).

(3)在各省市制定的中學基本辦學條件標準中，支撐60班辦學規(guī)模以上的標準全國范圍內(nèi)僅有貴州、浙江、山東、江西、江蘇五個省份，且東西部地區(qū)之間的差異較大.

1.2 實驗室容納人數(shù)

按照傳統(tǒng)實驗室的安排，桌椅擺放為7排×8列或8排×8列，則每個實驗室容納人數(shù)則為56人或64人[7].但不少大規(guī)模學校在現(xiàn)有實驗室面積大小的基礎(chǔ)上，卻擠下72人，導致人均使用面積過低.因此，班級規(guī)模超過實驗室容納量，建議一個班分成兩個班進行教學.

1.3 實驗室利用率

在已調(diào)研的西部縣域大規(guī)模中學實驗室的課程安排上，大多數(shù)學校因?qū)嶒瀭€數(shù)沒有達到教材要求，即使學校規(guī)模很大，實驗室設置的數(shù)目不多，依然能夠滿足使用，且還有部分學校的實驗室處于閑置狀態(tài)，浪費資源，空間利用率不高.因此，實驗室的空間計劃應提高資源利用率，在合理范圍內(nèi)設置實驗室數(shù)量.

1.4 教材與課程設置

因各個大規(guī)模中學實際教學情況的不同，各科目需要在實驗室完成的個數(shù)也不盡相同.在總學時一定的前提下，每個實驗室最多進行的學時數(shù)和教材大綱規(guī)定的分組實驗個數(shù)有關(guān)[8].實驗個數(shù)越多，實驗學時越大，每個實驗室分攤的課時數(shù)就相應增加，總共需要的實驗室數(shù)目也要增加.因此，實驗課程的實際教學情況和教學需求直接影響了實驗室的個數(shù).

2 實驗空間現(xiàn)狀問題分析

2.1 實證指標

為使樣本學校更加全面，本研究選取了調(diào)研對象中分別代表用地較為富裕、適中和不足的三種學校，按照首字母進行了編號分組如表6所示.由于超過48班辦學規(guī)模的既有校園改擴建缺乏科學依據(jù)和參考，所以樣本學校規(guī)模均已超過48班，且辦學屬性覆蓋了初級中學、完全中學和高級中學三種類型主體.

西部縣域地區(qū)學校因資金有限、成本低廉、采光通風等原因，多數(shù)學校實驗樓的空間形式是單外廊式[9].實驗室設備較為陳舊，僅能滿足正常教學的需求.而對于探究型實驗、課外興趣輔導、開放型實驗空間等附加功能則基本沒有體現(xiàn)(表6).

表6 樣本學校實驗空間模式及面積指標

通過調(diào)研可得，實驗室數(shù)量較少的大規(guī)模中學每學期進行的分組實驗個數(shù)較少，例如若每學期僅作2個實驗，各科目僅設2個實驗室即能滿足教學需求，而其余實驗均通過課堂上由教師演示完成.所以，在一些設置實驗室數(shù)量較多的學校，由于每學期實驗教學的個數(shù)有限，甚至閑置了一部分實驗室.由于不斷擴招的原因，實驗室班額較大，座位比較擁擠，所以多數(shù)大規(guī)模高中的生均使用面積不能滿足《中小學校設計規(guī)范GB50099-2011》中規(guī)定的實驗室的使用面積指標為不小于1.92 m2/每座，最小的僅為1.3 m2/每座.具體如下表7所示：

表7 已調(diào)研學校實驗室生均指標及活用措施

2.2 使用問題

(1)空間局促，生均使用面積不足

2012年起實施的《中小學校設計規(guī)范》(GB 50099-2011)對2002版的規(guī)范進行了修編制定，具體如表8所示：

表8 實驗室及其輔助用房使用面積指標

而大多數(shù)班額較大的實驗室，前后排排距和疏散走道寬度也不能滿足規(guī)范的基本要求.如下表9所示：

表9 化學實驗室縱向走道寬度及前后排距

根據(jù)對典型學校的調(diào)研，理化生實驗室座位數(shù)分為以下幾種形式：8排×8列可容納64人或8排×7列可容納56人.按照規(guī)范給出的指標，每個實驗室的使用面積為1.92 m2/每座×56=108 m2或1.92 m2/每座×64=123 m2.而現(xiàn)狀實驗室面積大小為108 m2左右的居多，但很多班額已經(jīng)遠遠超過了56人，有的甚至擠下了72人，生均使用面積極低.

(2)藥品室與準備室排風設備不足，空氣質(zhì)量不佳；

與實驗室內(nèi)空氣環(huán)境質(zhì)量密切相關(guān)的是有關(guān)強制排風設備，尤其是實驗員室和藥品室的空氣質(zhì)量較差，嚴重影響身心健康.規(guī)范中提到“當采用機械通風時，人員所需新風量物理、化學、生物實驗室不應低于20 m3/(h·人)；生物實驗室、化學實驗室、藥品儲藏室、準備室應采用機械排風方式.除了上一點風量要求外，還規(guī)定最小通風效率應為75%；各教室排風系統(tǒng)及通風柜排風系統(tǒng)均應單獨設置；室內(nèi)氣流組織應根據(jù)實驗室性質(zhì)確定，化學實驗室宜采用下排風；強制排風系統(tǒng)的室外排風口宜高于建筑主體，其最低點應高于人員逗留地面2.50 m以上；補風方式應優(yōu)先采用自然補風.”[10]但由于多數(shù)大規(guī)模高中的實驗樓建設年代較為久遠，基礎(chǔ)設施都沒有配套，因此，和規(guī)范相比，排風系統(tǒng)還差的很多.

(3)開放型實驗空間不足，學科交互式理念未體現(xiàn)

調(diào)研的典型學校幾乎沒有設置開放型實驗空間和探究演示室，當前科技進步日新月異，高新知識產(chǎn)業(yè)需要高水平的人才，創(chuàng)新型教學也需要非同傳統(tǒng)意義的空間載體[11].以實驗室為例，除了設置傳統(tǒng)的物理、化學、生物等單一學科的實驗室之外，新的中小學設計規(guī)范還提出了要求設置綜合實驗室——即為綜合研習課服務的實驗室.此外，數(shù)字化實驗室設置也有著重大意義，但是通常意義上的探究實驗室并非數(shù)字化實驗室，二者不能混為一談[12].

(4)實驗教學附屬用房設置不規(guī)范

除了理、化、生各科實驗室外，實驗室配套附屬用房設置也不夠規(guī)范.相當一部分學校沒有設置獨立的教師休息室，導致實驗員工作環(huán)境不佳.另有一些學校，藥品室、準備室與實驗室距離太遠，實驗教學時十分不方便.還有個別學校的準備室和藥品室未獨立設置.

(5)實驗室內(nèi)部設施布局較為落后

研究組調(diào)研的典型學校內(nèi)部設施極為落后，有些甚至沒有上下水，僅設公共洗手池，高峰期根本不能滿足使用要求.另外，有些探究實驗室以科學探索為主，但實驗室內(nèi)部根本沒有放置模型和參考圖書的儲存空間，配套設施不完善.

3 實驗空間計劃研究

3.1 量化指標

3.1.1 面積及大小

以標準班每班50人例，按規(guī)范目前的實驗室凈使用面積應為96 m2(1.92 m2/每座×50座)，如表10所示.一般來講，96 m2的實驗室若容納50座，則實驗桌被排成7排.前6排為每排8座(4張實驗桌)，最后一排(第7排)為2座，即安排1張實驗桌.以最多的7排為例，實驗桌的深為0.60 m，按照規(guī)范的規(guī)定“最前排實驗桌的前沿與前方黑板的水平距離不宜小于2.50 m；最后排實驗桌的后沿與前方黑板之間的水平距離不宜大于11 m；最后排座椅之后應設橫向疏散走道；自最后排實驗桌后沿至后墻面或固定家具的凈距不應小于1.20 m；雙人單側(cè)操作時，中間縱向走道的寬度不應小于0.70 m；四人或多于四人雙向操作時，中間縱向走道的寬度不應小于0.90 m.”那么，前后排距為1.2 m，疏散通道為0.70 m，加上第一排距黑板的2.5 m，則長度為2.5+7×0.6+6×0.6=12.1 m.實驗室的寬度為2.8×2+0.7+2×0.6=7.5 m.新規(guī)范還強調(diào)了“應以自學生座位左側(cè)射入的光為主.教室為南向外廊布局時，應以北向窗為主要采光面”.具體平面布置如圖1-4所示：

表10 實驗室桌椅尺寸參考

圖1 實際調(diào)研的實驗室平面

圖2 按規(guī)范排列的50人實驗室平面

圖3 西部縣域應對大規(guī)模辦學的實驗室平面布置示意圖

圖4 適應復合彈性教學的大規(guī)模學校實驗室平面布置示意圖

綜上分析，從生均使用面積來看，圖3的平面布局圖較為符合規(guī)范中1.92 m2/生的規(guī)定.因此，西部縣域大規(guī)模高中的實驗室面積可按照120 m2，6排3列布局.

3.1.2 實驗室的數(shù)量

根據(jù)《中小學理科實驗室裝備規(guī)范》(JY/T 0385-2006)的規(guī)定，學校規(guī)模每增加12個班(4個平行班)時，理、化、生實驗室及其附屬用房各增加1套.可推算出大于48班規(guī)模的高中理科實驗室數(shù)目，隨著班級規(guī)模的增加，實驗室數(shù)目也在增加，繪制成折線圖(圖5).通過調(diào)研可得，大規(guī)模中學的理科實驗室實際數(shù)目和規(guī)范要求的數(shù)量差別較大，教師普遍認為現(xiàn)狀中的實驗室數(shù)量完全可以滿足教學需求.例如，60班的某大規(guī)模中學理科實驗室數(shù)目為9個，而某100班規(guī)模的高中實驗室數(shù)量僅為10個.主要原因是每所學校實驗個數(shù)不同.調(diào)研得出的實驗室的數(shù)量和班級規(guī)模關(guān)系如下圖6所示：

圖5 理科實驗室數(shù)量和班級規(guī)模關(guān)系散點圖

圖6 班級規(guī)模和實驗室實際數(shù)目之間的關(guān)系散點圖

在實驗個數(shù)的外因影響下，僅計算各學校實際利用的個數(shù)，可以得到圖7，同時從中可看出在每學期僅作2～3個實驗的前提下，60～100班規(guī)模的學校，理科實驗室實際利用的數(shù)目極為接近，基本為5～6個.由此可得，無論班級規(guī)模的大小，實際教學中的實驗個數(shù)成為影響實驗室數(shù)目的主要因素.

圖7 實驗個數(shù)影響下班級規(guī)模和實際利用實驗室數(shù)目關(guān)系散點圖

此外，決定實驗個數(shù)的是各學校所使用的實驗教材，學校之間有一定的差異.在實際教學中，由于三年級主要是復習備考，因此實驗室的主要使用主體是一、二年級，理科實驗室面對的班級規(guī)?；鞠陆禐閷W校原規(guī)模的一半左右.因此，我們可以把超過48班的大規(guī)模學校重新進行分類.每個分組實驗需要一節(jié)課時，以化學為例，按照教材規(guī)定的要求學生在實驗室完成的分組實驗個數(shù)共有14個，那么需要完成教材規(guī)定的總實驗學時下化學實驗室的配備個數(shù)與使用主體班級規(guī)模之間的關(guān)系如下表11所示.

表11 使用班級規(guī)模下實驗學時與實驗室個數(shù)的關(guān)系表

從中可以得出，100班范圍內(nèi)，實驗學時一定，所需實驗室數(shù)目差別不大.僅化學一科，最多需要四個實驗室.因此，經(jīng)過調(diào)研后得出實際利用的實驗室數(shù)目和班級規(guī)模之間的關(guān)系呈平行關(guān)系，它僅隨著實驗個數(shù)的增加而增加，并且隨著實驗個數(shù)的持續(xù)增加，實驗室需求的個數(shù)增加的頻率和幅度更高；與規(guī)范要求的“每增加12個平行班，理化生實驗室各增加一套”的實驗室數(shù)目隨班級規(guī)模的增加呈線性關(guān)系變化截然不同[13].可以通過下表12體現(xiàn)二者之間的關(guān)系：

表12 實驗個數(shù)與實驗室數(shù)目之間的關(guān)系表

3.2 空間模式

在教育理念更新和“新課改”的推動下，創(chuàng)新型實驗空間的類型與模式可借鑒日本教學單元的安排方式——科目教室運營方式.其中一種典型的空間模式是“教材性教室”[14].它是針對工業(yè)學校開設的傳統(tǒng)建筑課程而使用，實習樓分木結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)兩部分.木結(jié)構(gòu)區(qū)有組裝室、木材加工室、規(guī)劃室等，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)區(qū)有制圖室、計劃實習室.從木材的尺寸、原材料、多樣形態(tài)、結(jié)構(gòu)等設置上，建筑本身就是一個很好的教材，木結(jié)構(gòu)區(qū)由桁架和梯型雙層柱組成一個大型空間，并設有多處可作工作場的外部中庭空間和半屋外型基柱走廊.示意圖如下圖8可示.

圖8 “教材型實驗室”平、剖面空間示意圖

對于理科實驗空間，建議采用“N+3+1”的模式[15].“N”即為各科目分組教學設置的理、化、生實驗室數(shù)量，根據(jù)各學校使用教材、教學大綱需要完成的分組實驗個數(shù)設置合理的實驗室.“3”即為物理、化學、生物各科目獨立設置的探究實驗室，可為課內(nèi)使用，也可為課外興趣小組、學科競賽的開展、科學研究和探索活動而使用.各實驗室配備一定的模型展示區(qū)、參考資料區(qū)和小組討論區(qū)，桌椅擺放為圍合式、分組式、交互式，便于學科討論交流的展開[16].“1”為一個開放式信息學習中心，融合理、化、生、計算機模擬等多學科，為一個典型的以“學科交互式”為主題的實驗資源中心，使用主體為全校師生，甚至可以設置多年級、多班級的參與，進行一些大規(guī)模的展示活動.空間模式如下圖9、10所示：

圖9 “N+3+1”空間模式圖

圖10 “2+2+1”空間模式圖

4 結(jié)語

綜上，通過對西部縣域地區(qū)典型大規(guī)模中學的理科實驗室使用現(xiàn)狀分析，歸納了實驗室的空間特征及主要影響因子，運用建筑計劃學進行指標量化與數(shù)據(jù)統(tǒng)計的實證研究，定量分析，明確不同辦學規(guī)模下的理科實驗空間面積、數(shù)量、大小等指標取值；在借鑒發(fā)達地區(qū)教育經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，進一步提出了滿足教育需求、適應新型教學的實驗空間模式與設計策略，從而指導設計實踐，形成以下研究成果：

(1)模式計劃

基于多學科交融的“交互式”教育理念，提出了將傳統(tǒng)實驗室、探究實驗室、科學實驗室、信息資源中心、小組合作空間等多功能融合的“N+3+1”的空間模式——“科目實驗室+探究室+理科信息中心”和“2+2+1”空間模式——“學科實驗+探究室+理科學習資源中心”，旨在提升既有校舍空間品質(zhì)，提倡創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)，增強教育效益.

(2)指標計劃

通過對現(xiàn)狀數(shù)據(jù)的梳理和分類分析，以現(xiàn)行中小學規(guī)范為理論依據(jù)，運用建筑計劃學、層次分析法等，結(jié)合辦學規(guī)模、班級編排、教學改革措施、教學計劃安排、教學手段采用、使用者需求等方面影響因素進行指標分類和量化分析，建立不同辦學規(guī)模下的實驗室數(shù)量、面積、大小等量化指標參考，得出：

實驗室的面積要根據(jù)學科特點，彈性靈活，設置一定的儲藏區(qū)、展示區(qū)和研討區(qū).理科實驗室的面積和數(shù)量并不應該隨著班級規(guī)模的增加而呈現(xiàn)線性的疊加關(guān)系，而是應該依據(jù)各門實驗課程的實驗學時、實驗個數(shù)、使用頻率、教學要求進行空間計劃，即大于48班而小于72班辦學規(guī)模時，理科實驗室數(shù)量為6個；大于72班而小于100班時，理科實驗室數(shù)量為9個；大于100班時，實驗室為12個.相比較規(guī)范規(guī)定的“學校規(guī)模每增加12個(4個平行班)時，理、化、生實驗室及其附屬用房各增加1套.”，更加科學合理地設置實驗室數(shù)量，提高資源使用率，優(yōu)化地區(qū)教育效益，以指導各項工程實踐.