中学开放式化学探究实验室的建设

刘炳森

一、想法的起源

在日常教学中，笔者发现学生非常希望能进实验室做实验，非常希望依靠自己的能力独立完成实验，这主要是因为：(1)学生在课后常常会遇到有争议的化学试题，需要通过实验来验证答案的科学性；(2)学生希望自己完成教师在课堂上演示的实验；(3)学生希望完成课外书上的某个趣味实验。

如果有专门的化学实验室开放给感兴趣的学生进行实验，这些学生一定喜欢来到化学实验室，实验技能也会在实验过程中得到很好的锻炼。当然，这些实验也可以在普通实验室完成，可是普通实验室常常要用于分组实验教学，桌面摆放着分组实验的器材，显然不合适；而且，学生在普通化学实验室中做实验，需要的实验器材又得回到实验准备室去准备，来回折腾，显然会挫伤学生实验的积极性，影响实验的效率。

有人曾提出这样的想法：以现有实验室为平台，给每位学生配备一个仪器箱，存放自己的基本实验仪器。可是从全校学生来考虑的话，显然还需要更周密的设计。也许，私人实验室形式的开放式化学实验室更切合我们的需要。

我校高中部从2005年开始启用，是一所全新的学校。在实验室建设过程中，我们一直遵循按需配备的原则，分期进行。随着近年来数字实验探究实验室的日益普及，我们步入了化学探究性实验室的设计、建设阶段。于是，笔者就有了这种想法：能否把探究性化学实验室与开放式化学实验室进行整合？

二、设计理念

设计的理念可以用一句话来概括：具备整合开放性与探究性两大功能。对学生开放实验室的目的本身就是为了更好地让学生进行实验探究，所以两者是统一的。

广义的探究实验室是指能够充分支持学生进行多方面探究性学习的环境。探究实验室是提供各种各样的探究设备和工具，创设一个面对真实事物进行探究的环境。在探究实验室中，由学生自己设计实验步骤，开展实验，得出结论。

中学所谓的探究实验室一般是指引进现代先进测量技术，基于计算机平台使用数字化技术，是一种融合传感技术、光机电一体化技术及软件技术，共同完成对物理、化学、生物等学科的探究的实验室。

中学按照学科建各自探究实验室是否可行？实践告诉我们，首先必须解决一个问题：探究实验室均配备计算机—投入大，而各学科数字探究实验数量有限，利用率低。

把开放性化学实验室与探究实验室整合在一起，建设开放式化学探究实验室，可以解决高投入、低利用率的问题。而且，化学探究实验室不应该局限于数字化实验设备，应该配备更多的精密仪器，以满足不同探究实验的需要。

三、设计过程

1.遵循标准

依据标准：《教育部中小学理科实验室装备规范》《广东省中小学理科实验室装备规范》《广东省高级中学(完全中学)教育装备标准(试行)》《广东省普通高中新课程样本学校装备标准(试行)》。

按规范要求进行实验室的建设：实验室功能、面积、建筑要求、环境要求、固定设施、布置、设备等都不能低于以上四个标准中相应部分的要求。

《广东省高级中学(完全中学)教育装备标准(试行)》中化学探究实验室装备要求：

(1)环境要求

①使用面积：96 m2/间。

②通风：采用排气扇强制排风，其中一间实验室安装抽排气系统。

③水源：设供排水装置。

④实验废液应收集，并采用三级沉淀池处理，污水排入污水管道。

⑤符合“实验室建设环境要求”。

(2)设计要求

①实验室宜设在一层。

②实验室内的排气扇应设在外墙靠地面处。排气扇的中心距地面不宜小于300 mm。排气扇洞口靠室外的一面应设挡风措施，室内的一面应设防护罩。

③实验室一侧应设置一个事故急救冲洗水嘴(洗眼器)、急救箱，急救箱中的药品应注意及时更换。

(3)设备目录(见表1)

表1

2.功能要求

(1)开放式化学探究实验室，将各功能室高度集中，在其中能找到完成实验的基本器材。

(2)在开放式化学探究实验室能完成高中化学课本《化学1(必修)》《化学2(必修)》《化学与生活(选修1)》《化学反应原理(选修4)》《有机化学基础(选修5)》《实验化学(选修6)》中的所有实验。

(3)借助数字化实验设备及其他精密仪器完成某些探究实验和定量实验，以及开展研究性课程学习和科技竞赛活动。

3.整体布局

(1)由于探究实验室中有精密的贵重仪器，在给学生开放实验室的过程中，需要做好精密仪器的保护工作，所以，我们选用了两间连通的室(一干一湿)。这样就可以达到既能开放给学生进行实验，又能对精密仪器进行封闭管理的目的。两间室作为开放式化学探究实验室的两个功能区域：实验区和设备区(如图1所示)。

图1

(2)实验区基本组成：讲台、学生实验桌、公共药品柜、公共仪器柜、通风橱等。学生实验桌采用四方桌的方式，学生可以围坐在一起，方便小组讨论，有利于课外活动的开展。桌面提供给每位学生进行实验操作的空间为600 mm×600 mm。实验室内可存放常用的实验仪器和少量常用试剂。少量常用的试剂存放于公共药品柜内，除少量常用液态试剂外，基本上都是固体试剂，绝对不存放危险性试剂。学生实验中，如需要溶液，则根据实验要求，自行配制所需浓度的溶液进行实验，要求用多少，配多少，养成节约的习惯。这样既可以让学生体验实验的全过程，又有利于实验室的日常管理。常用的仪器存放于学生实验桌下方的小组仪器柜内。其他仪器分类存放在公共仪器柜内，并标签清晰。实验过程中如有仪器破损，需填写相关记录，并报告教师，及时补充。

(3)设备区基本组成：仪器操作台、仪器存放柜、会议桌、实验仪器。

4.设备配置

我们参观了很多兄弟学校的化学探究实验室，也听取了一些专家关于实验室建设的讲座，总结出基本建设原则：从“用”入手，全面规划实验室的技术装备。经过学校和学科组的反复论证，最终确定了开放式化学探究实验室的基本装备，具体如下：

讲台(配备：教师实验桌、学生电源总控、实验室通风总控、多媒体平台)，学生实验桌(配备：水、电、通风口、小组仪器柜)，公共实验台(配备：公共仪器柜、计算机操作台、电源、网络接口)，通风橱，公共药品柜(带抽风)，会议桌，仪器设备专用柜，设备操作台(配备：电源、网络接口)，笔记本电脑，网络(配备有线和无线两套网络)，采集器，传感器，磁力搅拌器，酸度计，分光光度计，电子分析天平，监控摄像头。

四、使用与管理

明确做好两方面的管理：有效管理学生、管理实验器材。

1.一般程序

学生预习—提出申请—教师审批—进入实验室实验—整理、记录—提交实验报告

学生想进入开放式实验室进行实验，必须先上交实验预习报告，向任课教师提出申请。任课教师根据实验的可操作性及是否存在危险性，严格把关，批准或阻止学生进行该实验。

进入实验室实验，学生必须遵守开放式实验室的各项规章制度及要求，做好实验记录。

实验完毕，将所有仪器清洗干净，将仪器、试剂放回原位。填好使用记录，如有仪器破损，做好登记、赔偿事项。实验后要求学生将实验报告(或复印件)交至实验室保存。

2.严格要求，保证效果

保障开放式实验室的有序开放，必须严格要求学生，需要做好三方面工作：准入管理、安全管理、效果管理。

(1)遵守开放式实验室守则。实验过程中要求学生必须遵守开放式化学探究实验室守则，做好实验室各项记录，如发现有学生违反实验室守则或不按要求填写实验室记录，将点名批评，如再犯，将禁止该学生再进入开放式化学探究实验室。

(2)防止实验事故的发生。实验开始前，任课教师及实验教师要对初次进入开放式化学探究实验室的学生进行安全教育及事故处理常识教育。学生每次进入开放式实验室都要强调实验安全，并在实验室内张贴关于常见实验事故处理的挂图。定期查看视频监控录像，观察学生实验情况。

(3)关注学生探究过程和结果。学生在实验室完成实验后，必须填写“开放式化学探究实验室使用记录”，并在课后完成实验报告，在下次实验时将上一实验的实验报告交回实验室保存。

[1] 普通高中化学课程标准(实验)[M].北京:人民教育出版社,2003.

[2] 教育部教学仪器研究所.JY/T 0385—2006中小学理科实验室装备规范[S].

[3] 刘炳森.中学开放式化学实验室的建设[M].实验教学与仪器,2012(2):60.