中學(xué)開放式化學(xué)探究實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)

劉炳森

一、想法的起源

在日常教學(xué)中，筆者發(fā)現(xiàn)學(xué)生非常希望能進(jìn)實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)，非常希望依靠自己的能力獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)，這主要是因?yàn)椋?1)學(xué)生在課后常常會(huì)遇到有爭(zhēng)議的化學(xué)試題，需要通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證答案的科學(xué)性；(2)學(xué)生希望自己完成教師在課堂上演示的實(shí)驗(yàn)；(3)學(xué)生希望完成課外書上的某個(gè)趣味實(shí)驗(yàn)。

如果有專門的化學(xué)實(shí)驗(yàn)室開放給感興趣的學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，這些學(xué)生一定喜歡來到化學(xué)實(shí)驗(yàn)室，實(shí)驗(yàn)技能也會(huì)在實(shí)驗(yàn)過程中得到很好的鍛煉。當(dāng)然，這些實(shí)驗(yàn)也可以在普通實(shí)驗(yàn)室完成，可是普通實(shí)驗(yàn)室常常要用于分組實(shí)驗(yàn)教學(xué)，桌面擺放著分組實(shí)驗(yàn)的器材，顯然不合適；而且，學(xué)生在普通化學(xué)實(shí)驗(yàn)室中做實(shí)驗(yàn)，需要的實(shí)驗(yàn)器材又得回到實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備室去準(zhǔn)備，來回折騰，顯然會(huì)挫傷學(xué)生實(shí)驗(yàn)的積極性，影響實(shí)驗(yàn)的效率。

有人曾提出這樣的想法：以現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室為平臺(tái)，給每位學(xué)生配備一個(gè)儀器箱，存放自己的基本實(shí)驗(yàn)儀器?？墒菑娜W(xué)生來考慮的話，顯然還需要更周密的設(shè)計(jì)。也許，私人實(shí)驗(yàn)室形式的開放式化學(xué)實(shí)驗(yàn)室更切合我們的需要。

我校高中部從2005年開始啟用，是一所全新的學(xué)校。在實(shí)驗(yàn)室建設(shè)過程中，我們一直遵循按需配備的原則，分期進(jìn)行。隨著近年來數(shù)字實(shí)驗(yàn)探究實(shí)驗(yàn)室的日益普及，我們步入了化學(xué)探究性實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)、建設(shè)階段。于是，筆者就有了這種想法：能否把探究性化學(xué)實(shí)驗(yàn)室與開放式化學(xué)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行整合？

二、設(shè)計(jì)理念

設(shè)計(jì)的理念可以用一句話來概括：具備整合開放性與探究性兩大功能。對(duì)學(xué)生開放實(shí)驗(yàn)室的目的本身就是為了更好地讓學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，所以兩者是統(tǒng)一的。

廣義的探究實(shí)驗(yàn)室是指能夠充分支持學(xué)生進(jìn)行多方面探究性學(xué)習(xí)的環(huán)境。探究實(shí)驗(yàn)室是提供各種各樣的探究設(shè)備和工具，創(chuàng)設(shè)一個(gè)面對(duì)真實(shí)事物進(jìn)行探究的環(huán)境。在探究實(shí)驗(yàn)室中，由學(xué)生自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟，開展實(shí)驗(yàn)，得出結(jié)論。

中學(xué)所謂的探究實(shí)驗(yàn)室一般是指引進(jìn)現(xiàn)代先進(jìn)測(cè)量技術(shù)，基于計(jì)算機(jī)平臺(tái)使用數(shù)字化技術(shù)，是一種融合傳感技術(shù)、光機(jī)電一體化技術(shù)及軟件技術(shù)，共同完成對(duì)物理、化學(xué)、生物等學(xué)科的探究的實(shí)驗(yàn)室。

中學(xué)按照學(xué)科建各自探究實(shí)驗(yàn)室是否可行？實(shí)踐告訴我們，首先必須解決一個(gè)問題：探究實(shí)驗(yàn)室均配備計(jì)算機(jī)—投入大，而各學(xué)科數(shù)字探究實(shí)驗(yàn)數(shù)量有限，利用率低。

把開放性化學(xué)實(shí)驗(yàn)室與探究實(shí)驗(yàn)室整合在一起，建設(shè)開放式化學(xué)探究實(shí)驗(yàn)室，可以解決高投入、低利用率的問題。而且，化學(xué)探究實(shí)驗(yàn)室不應(yīng)該局限于數(shù)字化實(shí)驗(yàn)設(shè)備，應(yīng)該配備更多的精密儀器，以滿足不同探究實(shí)驗(yàn)的需要。

三、設(shè)計(jì)過程

1.遵循標(biāo)準(zhǔn)

依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)：《教育部中小學(xué)理科實(shí)驗(yàn)室裝備規(guī)范》《廣東省中小學(xué)理科實(shí)驗(yàn)室裝備規(guī)范》《廣東省高級(jí)中學(xué)(完全中學(xué))教育裝備標(biāo)準(zhǔn)(試行)》《廣東省普通高中新課程樣本學(xué)校裝備標(biāo)準(zhǔn)(試行)》。

按規(guī)范要求進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)：實(shí)驗(yàn)室功能、面積、建筑要求、環(huán)境要求、固定設(shè)施、布置、設(shè)備等都不能低于以上四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中相應(yīng)部分的要求。

《廣東省高級(jí)中學(xué)(完全中學(xué))教育裝備標(biāo)準(zhǔn)(試行)》中化學(xué)探究實(shí)驗(yàn)室裝備要求：

(1)環(huán)境要求

①使用面積：96 m2/間。

②通風(fēng)：采用排氣扇強(qiáng)制排風(fēng)，其中一間實(shí)驗(yàn)室安裝抽排氣系統(tǒng)。

③水源：設(shè)供排水裝置。

④實(shí)驗(yàn)廢液應(yīng)收集，并采用三級(jí)沉淀池處理，污水排入污水管道。

⑤符合“實(shí)驗(yàn)室建設(shè)環(huán)境要求”。

(2)設(shè)計(jì)要求

①實(shí)驗(yàn)室宜設(shè)在一層。

②實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的排氣扇應(yīng)設(shè)在外墻靠地面處。排氣扇的中心距地面不宜小于300 mm。排氣扇洞口靠室外的一面應(yīng)設(shè)擋風(fēng)措施，室內(nèi)的一面應(yīng)設(shè)防護(hù)罩。

③實(shí)驗(yàn)室一側(cè)應(yīng)設(shè)置一個(gè)事故急救沖洗水嘴(洗眼器)、急救箱，急救箱中的藥品應(yīng)注意及時(shí)更換。

(3)設(shè)備目錄(見表1)

表1

2.功能要求

(1)開放式化學(xué)探究實(shí)驗(yàn)室，將各功能室高度集中，在其中能找到完成實(shí)驗(yàn)的基本器材。

(2)在開放式化學(xué)探究實(shí)驗(yàn)室能完成高中化學(xué)課本《化學(xué)1(必修)》《化學(xué)2(必修)》《化學(xué)與生活(選修1)》《化學(xué)反應(yīng)原理(選修4)》《有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)(選修5)》《實(shí)驗(yàn)化學(xué)(選修6)》中的所有實(shí)驗(yàn)。

(3)借助數(shù)字化實(shí)驗(yàn)設(shè)備及其他精密儀器完成某些探究實(shí)驗(yàn)和定量實(shí)驗(yàn)，以及開展研究性課程學(xué)習(xí)和科技競(jìng)賽活動(dòng)。

3.整體布局

(1)由于探究實(shí)驗(yàn)室中有精密的貴重儀器，在給學(xué)生開放實(shí)驗(yàn)室的過程中，需要做好精密儀器的保護(hù)工作，所以，我們選用了兩間連通的室(一干一濕)。這樣就可以達(dá)到既能開放給學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，又能對(duì)精密儀器進(jìn)行封閉管理的目的。兩間室作為開放式化學(xué)探究實(shí)驗(yàn)室的兩個(gè)功能區(qū)域：實(shí)驗(yàn)區(qū)和設(shè)備區(qū)(如圖1所示)。

圖1

(2)實(shí)驗(yàn)區(qū)基本組成：講臺(tái)、學(xué)生實(shí)驗(yàn)桌、公共藥品柜、公共儀器柜、通風(fēng)櫥等。學(xué)生實(shí)驗(yàn)桌采用四方桌的方式，學(xué)生可以圍坐在一起，方便小組討論，有利于課外活動(dòng)的開展。桌面提供給每位學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作的空間為600 mm×600 mm。實(shí)驗(yàn)室內(nèi)可存放常用的實(shí)驗(yàn)儀器和少量常用試劑。少量常用的試劑存放于公共藥品柜內(nèi)，除少量常用液態(tài)試劑外，基本上都是固體試劑，絕對(duì)不存放危險(xiǎn)性試劑。學(xué)生實(shí)驗(yàn)中，如需要溶液，則根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，自行配制所需濃度的溶液進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，要求用多少，配多少，養(yǎng)成節(jié)約的習(xí)慣。這樣既可以讓學(xué)生體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)的全過程，又有利于實(shí)驗(yàn)室的日常管理。常用的儀器存放于學(xué)生實(shí)驗(yàn)桌下方的小組儀器柜內(nèi)。其他儀器分類存放在公共儀器柜內(nèi)，并標(biāo)簽清晰。實(shí)驗(yàn)過程中如有儀器破損，需填寫相關(guān)記錄，并報(bào)告教師，及時(shí)補(bǔ)充。

(3)設(shè)備區(qū)基本組成：儀器操作臺(tái)、儀器存放柜、會(huì)議桌、實(shí)驗(yàn)儀器。

4.設(shè)備配置

我們參觀了很多兄弟學(xué)校的化學(xué)探究實(shí)驗(yàn)室，也聽取了一些專家關(guān)于實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的講座，總結(jié)出基本建設(shè)原則：從“用”入手，全面規(guī)劃實(shí)驗(yàn)室的技術(shù)裝備。經(jīng)過學(xué)校和學(xué)科組的反復(fù)論證，最終確定了開放式化學(xué)探究實(shí)驗(yàn)室的基本裝備，具體如下：

講臺(tái)(配備：教師實(shí)驗(yàn)桌、學(xué)生電源總控、實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)總控、多媒體平臺(tái))，學(xué)生實(shí)驗(yàn)桌(配備：水、電、通風(fēng)口、小組儀器柜)，公共實(shí)驗(yàn)臺(tái)(配備：公共儀器柜、計(jì)算機(jī)操作臺(tái)、電源、網(wǎng)絡(luò)接口)，通風(fēng)櫥，公共藥品柜(帶抽風(fēng))，會(huì)議桌，儀器設(shè)備專用柜，設(shè)備操作臺(tái)(配備：電源、網(wǎng)絡(luò)接口)，筆記本電腦，網(wǎng)絡(luò)(配備有線和無線兩套網(wǎng)絡(luò))，采集器，傳感器，磁力攪拌器，酸度計(jì)，分光光度計(jì)，電子分析天平，監(jiān)控?cái)z像頭。

四、使用與管理

明確做好兩方面的管理：有效管理學(xué)生、管理實(shí)驗(yàn)器材。

1.一般程序

學(xué)生預(yù)習(xí)—提出申請(qǐng)—教師審批—進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)—整理、記錄—提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告

學(xué)生想進(jìn)入開放式實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，必須先上交實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告，向任課教師提出申請(qǐng)。任課教師根據(jù)實(shí)驗(yàn)的可操作性及是否存在危險(xiǎn)性，嚴(yán)格把關(guān)，批準(zhǔn)或阻止學(xué)生進(jìn)行該實(shí)驗(yàn)。

進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)，學(xué)生必須遵守開放式實(shí)驗(yàn)室的各項(xiàng)規(guī)章制度及要求，做好實(shí)驗(yàn)記錄。

實(shí)驗(yàn)完畢，將所有儀器清洗干凈，將儀器、試劑放回原位。填好使用記錄，如有儀器破損，做好登記、賠償事項(xiàng)。實(shí)驗(yàn)后要求學(xué)生將實(shí)驗(yàn)報(bào)告(或復(fù)印件)交至實(shí)驗(yàn)室保存。

2.嚴(yán)格要求，保證效果

保障開放式實(shí)驗(yàn)室的有序開放，必須嚴(yán)格要求學(xué)生，需要做好三方面工作：準(zhǔn)入管理、安全管理、效果管理。

(1)遵守開放式實(shí)驗(yàn)室守則。實(shí)驗(yàn)過程中要求學(xué)生必須遵守開放式化學(xué)探究實(shí)驗(yàn)室守則，做好實(shí)驗(yàn)室各項(xiàng)記錄，如發(fā)現(xiàn)有學(xué)生違反實(shí)驗(yàn)室守則或不按要求填寫實(shí)驗(yàn)室記錄，將點(diǎn)名批評(píng)，如再犯，將禁止該學(xué)生再進(jìn)入開放式化學(xué)探究實(shí)驗(yàn)室。

(2)防止實(shí)驗(yàn)事故的發(fā)生。實(shí)驗(yàn)開始前，任課教師及實(shí)驗(yàn)教師要對(duì)初次進(jìn)入開放式化學(xué)探究實(shí)驗(yàn)室的學(xué)生進(jìn)行安全教育及事故處理常識(shí)教育。學(xué)生每次進(jìn)入開放式實(shí)驗(yàn)室都要強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)安全，并在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)張貼關(guān)于常見實(shí)驗(yàn)事故處理的掛圖。定期查看視頻監(jiān)控錄像，觀察學(xué)生實(shí)驗(yàn)情況。

(3)關(guān)注學(xué)生探究過程和結(jié)果。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室完成實(shí)驗(yàn)后，必須填寫“開放式化學(xué)探究實(shí)驗(yàn)室使用記錄”，并在課后完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，在下次實(shí)驗(yàn)時(shí)將上一實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告交回實(shí)驗(yàn)室保存。

[1] 普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(實(shí)驗(yàn))[M].北京:人民教育出版社,2003.

[2] 教育部教學(xué)儀器研究所.JY/T 0385—2006中小學(xué)理科實(shí)驗(yàn)室裝備規(guī)范[S].

[3] 劉炳森.中學(xué)開放式化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)[M].實(shí)驗(yàn)教學(xué)與儀器,2012(2):60.