以同济大学机能实验室为例医学类教学空间分布优化的研究

游珅箐 刘美婷

同济大学 资产与实验室管理处 上海市 200092

摘要：高校的科学实验建筑是高校综合素质人才培养及高精尖科研成果产生的主要场所，间接代表了一个学校的教学水平和科研水平。在高等学校中，实验建筑的主要使用人群是高校师生，主要用途分为科研和教学。其中，实验教学是高校教学必不可少的组成部分，学生可以通过实验直观认识课堂所学的理论知识，培养学生的综合素质和创新能力。

关键字：同济大学机能实验室；医学类教学空间；分布优化

一、背景

医科与其他学科不同，它是一门实践性很强的学科，医学实验教学是理论教学的重要补充和组成部分，是培养医学生的必要环节，是培养学生医学科学思维方法，创新精神和综合素质的重要途径。医学的教学实验除了印证理论，还有模拟和实践的作用，医学实验更多的是培养学生对于人体结构的熟悉程度，通过实验让学生适应和熟悉手术，每种手术培养的侧重点不同，所需的教学环境不同。例如外科手术需要学生模拟和适应长时间的手术过程，短时手术需要炉火纯青的熟练程度，麻醉术需要先积累经验，做出精准的判断和用量。

其中，生理学、病理生理学和药理学（简称三理）是以人体机能为主要研究对象的学科，这三门人体机能课程作为基础医学的主干课程。机能学有机融合三理的相关理论和实验研究手段，只有在充分认识生物形态和结构的基础上，才能正确理解人的生理现象和病理过程，由此可见机能学重要性。要学好机能学的关键是理论联系实际，因此建设好机能实验室，是提高医学教学质量的可靠保证，良好的实验配套设施和管理，加强实验教学可以激发学生创造性思维的重要手段，好的实验教学能培养学生分析问题和解决问题的综合能力, 培养学生“探索未知”的科学素养。

二、机能实验室空间影响因素分析

机能实验室的面积与学生人数、安全需求、教学设备相关。

1.学生人数

学生人数是指在保证教学质量的情况下一间教室中能摆放的最多手术台数及一台手术的最佳学习人数。在保证教学实验的基础，每节课，一名实验室老师可进行教学的手术台数为6~8台，每台4人最优。每学期学生人数为150人左右，每位学生一学期的机能实验课学习课时为32学时，每节课的学时为4学时，因此一学期需要排8节课能完成课时。机能实验课老师现有8名，每名老师每周6节机能实验课，因此需要3间实验室。

2.安全需求

安全需求是指满足建设标准，保障实验室环境的安全。实验室根据不同的布局，参照《科研建筑设计标准》设计，满足走道的净宽要求，

3.教学设备

教学设备是指实验室内体积较大的实验或教学器材的摆放需求，如讲台、氧气瓶、实验边台、洗手池，冰箱、器具放置台等。

图3.1 走道最小净宽

根据以上因素，现进行模型构建根据我校现有房屋建设情况，单走道双面布房最为合适。由于计算实验室所需的最小空间既能满足需求，因此本文以单走道双面布房，每间实验室6台手术，每台手术4个学生为例，建立一间实验室所需空间模型。

OT为手术桌（及实验人员）所需面积，AL为过道面积，EQ为设备所需面积，N为实验室间数。

N=（学生数*生时数）/（学期周*课时数*24人/间*老师每周课数）

S=N（OT+AL+EQ）

OT：每个实验桌前后坐四名学生，即前后各需0.5米，实验桌宽0.7米，长1.5米，每个实验桌需2.55平方米，6个实验桌需32.23平方米。

AL：如果每个实验室6个试验台，过道长度为5.1米，所需面积7.18平方米；如果每个实验室8个试验台，过道长度为6.8米，所需面积12.24平方米。

除了安全需要的走道，教室前后也需要设计走道，第一排到黑板间隔2米，适合学生看黑板，所需面积为9.6平方米。教室后方走道最小宽1.5米，所需面积为7.2平方米。

EQ：教室左、右、后方需设置边柜、洗手台和冰柜等器具，一般宽度为0.7米，以所需面积为15.4平方米。讲台所需含在教室前方走道面积内，不重复计算。每台实验室需1个氧气瓶，平时堆放在实验室角落，实验中放在过道，因此前后桌间隔或走道宽度需增加0.3米，才不影响实验室安全，因此增加的面积是5. 16 ~5. 58平方米。

根据S=OT+AL+EQ计算，一间实验室至少需要61.99平方米的使用面积。

三、实验室现状

我校机能学实验室如图1.1所示，存在以下几个问题。

1、不符合科研建筑设计标准。

根据科研建筑设计标准，此实验室属于双走道单面房实验室，走道最小净宽要求为1.5m，而实验室布局不满足设计标准，存在安全隐患。实验中将必须使用的器材放在走道上，使得原本不宽敞的走道更加狭窄。

2、缺乏实验所需的设备。

机能学实验的课程内容有不少实验动物手术操作，但是实验室没有手术使用的无影灯，实验台附近也没有给氧气瓶预留合理的放置位置，实验台没有设计插座，手术所需的仪器需要用拖线板才能使用，阻碍了过道的通畅通行，增加了消防和用电安全隐患。

3、场地限制了教学质量。

由于实验室场地过小，只能安置4个手术台，一个班级分为4组进行实验，4~5人一组，每组的学生太多，只能轮流做实验，导致并非每节课每一位学生都能亲自操作，只能在一旁观看，实践的机会变少，不利于医学的实验教学。

4、目前实验室的使用面积约为63.8平方米，布局为双走道布局，有5个实验台。按照模型计算，应需66.67平方米，仅缺2.87平方米。但是从照片能看出，实验室布局非常局促，不符合实验室安全标准。经过实际测量，实验台的长度为1.8米，实验台旁还放置小边桌，因此实验台的宽度为2.5米，因此实际应需77.97平方米，另外，房间内有4根柱子宽0.9米，比边柜宽出0.2米，因此目前实验室的面积和实验室摆放的设备、布局不匹配。

四、实验教学需求

1.增加实验设备套数，增加学生实验参与度

学校分配教学实验室空间或房屋改造时，适当合理地增加实验设备台套数，提高学生实验参与度，保证每位学生都能获得实践操作的机会，通过空间、设备数量的优化，提高实验教学效果。

2.做好实验室安全保障措施

在硬件方面，做好实验室的通风装置，确保实验台之间的安全距离，并且在每个实验台边做好电路保护装置，在墙面张贴实验安全指示和操作指南。同时，在每个学生进行实验前，要求实验教师开展实验安全教育，保证每位学生安全完成实验。

5. 建议

1.加深学生对理论的理解

医学实验教学不仅仅能印证理论，加深学生对理论的理解。更重要的是，实验教学着重培养了学生分析问题和解决问题的综合能力，培养了学生“探索未知”的科学素养，这是实验教学的重要目的。随着医学技术进一步发展，对学生的素质要求不断提高，这也促使着实验教学的内涵应该更加丰富。培养高质量的医学人才要求高等医学教育日益突出培养其动手能力、创新能力，提高科学素养的功能。这迫切需要实验教学扩展其功能，要求实验教学由过去训练基本操作、印证理论发展到培养各种能力，特别是培养学生更高层次的创新性能力。

由于医科教学的复杂性和专业性，学院收集实验课老师和教辅老师的意见，将空间需求和设备需求反馈给学校，学校在房屋分配、建设改造和设备采购时，结合学院的要求实施。

2.推行开放与共享机制

推行开放与共享机制，我校很多工科类实验课程，在课余时间也对学生开放。医学类实验，除人体解剖这类专业强、必须有教师指导且成本高的实验，机能实验，解剖模型，影视教学等建议能够在课余时间开放，满足学生更多的实验需求，增强学生的操作熟练度，更重要是增强学生的主观能动性的发挥。

3.向基础研究人员和临床医生开放人体解剖学实验室

人体解剖学实验室除满足基本的教学任务外，还应该对相关的基础研究人员和临床医生开放^[1]。人体解剖学实验室是医学生学习的重要场所，其主要目的也是培养医学生的科研精神，锻炼医学生的动手能力，有利于医学生知行结合，发挥主观能动性，主动去学习、去探索^[6]。不仅是医学生，基层科研人员和临床医生也可以借人体解剖学实验室来巩固基本知识，通过对异常标本的观察和解剖去研究相关疾病的共性，结合临床经验进行分析，进而达到辅助临床治疗的目的。参与创新训练项目的医学生参与人体解剖学实验室建设不仅可以体现实验室开放程度，同时也能很好地改善实验室的科研环境。医学生若能参与人体解剖学相关的研究，不仅可以训练医学生的动手能力，还可以补充解剖学实验教学标本数量，使医学生获得更多接触人体标本的机会，激发医学生对临床技能学习的兴趣，充分利用课余时间提高科研能力。此外，医学生也可以观摩临床医生的解剖过程，有助于医学生吸取前辈的经验。

4.建立健全实验室使用规章制度，做到有章可依，有章可循

通过建立完善的规章制度为医学类实验室的良好运行提供制度保障，同时确保实验过程的安全性。根据学校和医学院的实际情况，明确目标、统筹规划，医学类实验室可从实验室用房管理、日常实验教学运行管理、实验室专职人员队伍、实验室设备、安全卫生等方面保证实验室制度化、规范化。同时，对实验室管理人员进行工作考核，推进实验室以规范化管理为导向，提高医学类实验室运行质量和效率。

在举国上下深入学习科学实践发展观的今天，我们重申实验教学的地位、功能、作用是非常必要的，具有十分重要的意义。

5.实验室的布置正朝着考虑交互式研究的方向转变。

现在广泛接受的观点是一个成功的科学实验建筑需要在实验室以外为学生之间以及学生和教师之间的非正式聚会提供重要空间。这种公共交往空间支持这样一个观点，即学习的一个重要组成部分发生在实验室以外，除了从老师处学习外，学生从其他学生那里能够学到更多的知识。此外，科学实验建筑应该不仅仅是各个项目空间的集合，以及经济地围绕高效的走廊系统安排——它们应该创造一种场所、学生和教师长时间使用的一个家。需要再一次指出的是，交往空间有助于创造这种更受欢迎的环境。

6.一切都应该从人的角度出发

同时，我们在设计时还应该注意到，建筑是供人使用的，因此一切都应该从人的角度出发。在高等学校科学实验建筑设计中，我们除了要合理的对教学实验空间进行组织外，还应该为科研人员及师生创造一个亲切宜人的交往环境，这一点是至关重要的。但是在以往很多的建设工程中，建筑师把大部分的注意力放在了主体功能空间的设计上，从而导致对于交往空间的关注度不够，最终的结果就是很多高等学校科学实验建筑交往空间的环境舒适度不能达到使用者的要求，同时忽略了空间的人性化关怀。进入 21 世纪以后，很多高校开始兴建科学实验建筑，这时的设计已经不再仅仅只是为实验设施提供合理的空间，设计师开始更加关注建筑的空间环境质量。他们把关注点放到如何为使用者提供一个舒适、安全的内部环境以及为使用者的学习研究以及交往活动提供合适的空间上。本研究课题就是在这种背景下来开始进行探讨的。

像肝性脑病模型复制与干预是7个课时，实际的情况是7个课时都不够，还有很多类似的模拟外科手术实验，也是多课时的安排，实验室的布置和设计就需要用餐和休息的场地。让学生奔波于实验室和食堂，是非常不合理的，学生也会很疲惫。（４）休憩、停留及观望 人的精神是需要有张有弛的，不能长时间处于紧张的状态，尤其是科研人员，长时间过于紧张的情绪对于科学研究是很不利的。所以，在研究之余，他们更加需要进行放松，消除身体和精神上的疲劳感，快速的恢复精力投入到下一步的研究中去。适当的休息、活动如散步、健身、小坐以及自由的交流等方式有很有利于科研人员缓解紧张压抑的情绪。通过实际的调研笔者发现，那些能够提供舒适宜人、赏心悦目空间环境的休息空间更易得到科研人员的欢迎。进行适当的休息，能够从体力和心理上为下一步的工作做好准备。

7.增强实验教学设备的维护维修问题。

要有“重采购重维护”的意识，仪器设备买的好，也需要有效的、持续性的、有周期的维护。需要配置有维护意识且负责任的实验员。

六、效果

从实验教学过程来说，学生的实践能力和创新精神的培养是实验教学的目的。通过医学类实验教学空间形态分布的研究，推进改善了实验室教学条件，随着同济大学沪西校区医学类实验室的建成，可新增实验场地面积163.8㎡，新增1个实验用房，每个实验用房的建筑面积是88.2㎡，新增实验室建设投入1530万元，提高了人才培养质量，推动了医学类实验课程建设，为我校医学院加快推进“双一流”战略提供动力。

新的实验室是单走道双面布房，使用面积78㎡，如图X，走道宽度2米，大于走道最小净宽。8个试验台，交错放置，前后桌之间距离1.6m，每桌前后4人做实验不拥挤且有富余空间。黑板前的教学区域也很宽敞，黑板到实验桌距离为2.1m。

目前，在满足实验室安全的前提下，实验室空间面积较之前相比仅多出10㎡，但由于布局合理，实验桌增加了3台，即每节实验课增加了12名学生，提升了教学效率。（请帮忙补充）每组的学生都可以参与到实验中来，解决了并非每节课每一位学生都能亲自操作的问题，给旁观的学生提供了更多实践的机会，有利于医学的实验教学，不仅可以训练医学生的动手能力，还可以补充解剖学实验教学标本数量，使医学生获得更多接触人体标本的机会，激发医学生对临床技能学习的兴趣，充分利用课余时间提高科研能力。

图X

作者简介：游珅箐（1991-），女（汉族），上海人，硕士，任职于同济大学，研究方向：资产管理，公共管理。

刘美婷（1986-），女（汉族），上海人，学士，任职于同济大学，研究方向：实验室管理。