楊世全

湖北省安陸市第一高級中學(xué)(432600)

1 實(shí)驗(yàn)室管理和使用現(xiàn)狀分析

化學(xué)實(shí)驗(yàn)有助于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣,鍛煉學(xué)生的動手能力,而中小學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室是教師開展分層教學(xué)、加強(qiáng)化學(xué)教學(xué)實(shí)踐的重要場所。中小學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)在一定程度上決定了化學(xué)實(shí)驗(yàn)開展的情況,從高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)室設(shè)施的配置和管理情況看,縣域高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)室在人員配置、實(shí)驗(yàn)開設(shè)、儀器管理、試劑存放、廢棄物處理上存在一定的問題,主要概括為以下3個(gè)方面。

1.1 實(shí)驗(yàn)員數(shù)量達(dá)標(biāo),但未能專職專用

從對安陸市3所普通高中實(shí)驗(yàn)員配置情況的調(diào)查來看,高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)室配置的實(shí)驗(yàn)員屬于專職人員,且平均人數(shù)可以保證1人管理1個(gè)實(shí)驗(yàn)室。從年齡結(jié)構(gòu)上看,管理實(shí)驗(yàn)室的專職人員均為相應(yīng)學(xué)科即將退休的人員,該類教師雖然在學(xué)科知識上不存在問題,但是在實(shí)驗(yàn)室管理工作中參與度較小。實(shí)驗(yàn)室中實(shí)際進(jìn)行管理的是一位較年輕的實(shí)驗(yàn)員,且需要同時(shí)管理理化生3個(gè)學(xué)科實(shí)驗(yàn)室。該實(shí)驗(yàn)員可能是理化生某一學(xué)科的教師,卻承擔(dān)了不屬于該學(xué)科的實(shí)驗(yàn)管理任務(wù),可能導(dǎo)致在實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備中出現(xiàn)專業(yè)性不足的問題,且實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備任務(wù)較多,一人無法在相應(yīng)時(shí)間準(zhǔn)備整個(gè)年級所需要的試劑和儀器。

1.2 實(shí)驗(yàn)開設(shè)數(shù)目不足

從高中教學(xué)的情況看,化學(xué)實(shí)驗(yàn)的開設(shè)情況不容樂觀,部分學(xué)校一學(xué)年僅僅開設(shè)1～2次實(shí)驗(yàn),且將某些高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)集中在1節(jié)課內(nèi)完成。按照這種模式進(jìn)行教學(xué),則實(shí)驗(yàn)的效果會大打折扣,將實(shí)驗(yàn)過程變?yōu)闄C(jī)械的重復(fù)操作,達(dá)不到教學(xué)的效果,無法真正地提升學(xué)生的科學(xué)探究素養(yǎng)。以安陸市鳳凰寄宿學(xué)校2021屆、2022屆高三學(xué)生為例,整個(gè)高三學(xué)年學(xué)生沒有親自做過一次化學(xué)實(shí)驗(yàn),而這也成為一個(gè)普遍現(xiàn)象,即高三階段的教學(xué)主要是高考復(fù)習(xí),不需要進(jìn)行化學(xué)實(shí)驗(yàn),這顯然與化學(xué)學(xué)科的教學(xué)理念相違背。以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)是化學(xué)學(xué)科的重要特征之一,這個(gè)特征不分年級,在高三階段仍然需要學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行化學(xué)實(shí)驗(yàn)。從鳳凰寄宿學(xué)校高三備課組了解到,化學(xué)實(shí)驗(yàn)之所以無法實(shí)施,原因之一是時(shí)間過于緊張,無法按照實(shí)驗(yàn)計(jì)劃準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)試劑、實(shí)驗(yàn)儀器等,最終導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)開設(shè)情況不容樂觀,學(xué)生無法從化學(xué)實(shí)驗(yàn)中形成問題解決的思維模型。

1.3 儀器和試劑的管理混亂,廢棄物難以處理

通過觀察安陸市高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)室可以發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)室中使用過的儀器、試劑的存放存在亂象。使用過的儀器未能及時(shí)清理，導(dǎo)致盛放過溶液的燒杯、試管等玻璃儀器難以清洗，尤其是容量瓶、滴定管等儀器，學(xué)生在做完實(shí)驗(yàn)之后普遍存在洗不干凈容器內(nèi)壁的情況。未用完的試劑存放于試劑瓶中，由于長期不再使用導(dǎo)致試劑久置，部分試劑變質(zhì)，未變質(zhì)試劑由于存放混亂導(dǎo)致無法辨別試劑類型和濃度，進(jìn)而造成試劑無法使用。同時(shí)實(shí)驗(yàn)室購置的試劑由于沒能及時(shí)用于實(shí)驗(yàn)，導(dǎo)致多種試劑存放時(shí)間較長。例如：鳳凰寄宿學(xué)校實(shí)驗(yàn)室存放的H2O2溶液，已開封的溶液3瓶，未開封2瓶，購置均已超過3年，已開封試劑已無法使用。

從3所高中實(shí)驗(yàn)室的情況看，學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)之后，產(chǎn)生的廢棄物沒有分類處理，固體廢棄物直接丟棄進(jìn)入垃圾桶，液態(tài)廢棄物則隨手倒入水池，并未用廢液缸進(jìn)行收集并加以處理。在其他地區(qū)的實(shí)驗(yàn)室管理中，同樣存在這一問題，究其原因有以下幾點(diǎn)：①無法處理；②不愿處理；③不能處理；④無錢處理；⑤不敢處理[1]。雖然《湖北省中小學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)用危險(xiǎn)化學(xué)品安全管理辦法》(鄂教備字〔2020〕4號)中強(qiáng)調(diào)“對實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生或殘存的廢氣、廢液、廢渣，由學(xué)校統(tǒng)一進(jìn)行收集、集中處理，不得在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)存留、釋放，更不可隨意倒入下水道內(nèi)”，但該辦法僅提出了需要集中處理，并未說明如何集中處理。在《教學(xué)實(shí)驗(yàn)用危險(xiǎn)固體、液體的使用與保管》(GB/T 28920-2012)中關(guān)于有機(jī)物處理提出以下的處理辦法“對碳?xì)渎然锊捎门c可燃材料混合在高溫下燃燒(1 300 ℃)，在此溫度下可使碳骨架摧毀”，顯然在高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)室中不存在高溫灼燒裝置，因此高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)室中有機(jī)廢物是無法處理的。而其余有害、有污染試劑均未明確具體的處理辦法，普遍采取直接排放的方式處理。

2 實(shí)驗(yàn)室管理方案的集約化設(shè)想

新課程實(shí)施以來,許多地區(qū)和學(xué)校都在科學(xué)教育方面增加了投入,加大了實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的力度,實(shí)驗(yàn)條件不斷改善。安陸市的3所普通高中已經(jīng)逐步改善了實(shí)驗(yàn)室條件,配置了標(biāo)準(zhǔn)化的實(shí)驗(yàn)臺。外部條件的改善能夠有效地幫助教師實(shí)施實(shí)驗(yàn)教學(xué),但是在實(shí)驗(yàn)室使用過程中出現(xiàn)的問題仍然未得到有效的解決。針對實(shí)驗(yàn)室管理的現(xiàn)狀,在落實(shí)國家規(guī)定的相關(guān)實(shí)驗(yàn)室管理要求之外,還應(yīng)該立足于高中教學(xué)實(shí)際,將實(shí)驗(yàn)室管理集約化,在社會、國家對生態(tài)環(huán)境要求提高的情況下,從細(xì)節(jié)入手,做好資源的充分利用、環(huán)境的友好發(fā)展。針對高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的現(xiàn)狀,可以著手從以下幾個(gè)細(xì)節(jié)進(jìn)行改進(jìn)完善。

2.1 組建化學(xué)實(shí)驗(yàn)小組,助力實(shí)驗(yàn)室環(huán)境改善,建立配套儀器使用標(biāo)準(zhǔn)

新課程標(biāo)準(zhǔn)中強(qiáng)調(diào)“有條件的地方和學(xué)校應(yīng)逐步引進(jìn)一些現(xiàn)代化儀器設(shè)備,并向?qū)W生或?qū)W生課外興趣小組開放,在教師或?qū)嶒?yàn)員引導(dǎo)下開展實(shí)驗(yàn)探究活動”。高中化學(xué)教師應(yīng)該充分利用學(xué)校教學(xué)資源,可以從教師和學(xué)生兩個(gè)層面建立化學(xué)實(shí)驗(yàn)小組。教師團(tuán)隊(duì)除了擔(dān)任學(xué)生團(tuán)隊(duì)的導(dǎo)師,也可以進(jìn)行教學(xué)教研活動。在教師團(tuán)隊(duì)的帶領(lǐng)下,由學(xué)生社團(tuán)為主力,組織開展多種實(shí)驗(yàn)室活動,例如:實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)大賽、趣味實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)探究活動、整理實(shí)驗(yàn)室等。充分利用這些活動,培養(yǎng)學(xué)生對化學(xué)學(xué)習(xí)的興趣,利用整理實(shí)驗(yàn)室活動,將實(shí)驗(yàn)室管理精細(xì)化,讓學(xué)生明白實(shí)驗(yàn)室管理的重要性,教會學(xué)生如何整理實(shí)驗(yàn)儀器、保管儀器、保存試劑、處理廢棄物等。讓學(xué)生成為實(shí)驗(yàn)室的主人,成為實(shí)驗(yàn)室管理中的責(zé)任人。

隨著地方政府和學(xué)校對實(shí)驗(yàn)室設(shè)備投入的增加,有條件的地區(qū)可以由學(xué)校出資購買成套的高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器(見圖1)。以學(xué)生小組(小組人數(shù)可以靈活決定)為單位分配1套實(shí)驗(yàn)儀器,該套實(shí)驗(yàn)儀器可以滿足學(xué)生高中三年的實(shí)驗(yàn)課需要。同時(shí)建立使用、管理該套儀器的規(guī)則,讓學(xué)生能夠隨時(shí)取用自己管理的這套儀器,成為該套儀器的主人、責(zé)任人。若儀器出現(xiàn)破損則需要學(xué)生填寫購買清單,委托學(xué)校重新購置(有條件的學(xué)校可提供儀器補(bǔ)充),保證實(shí)驗(yàn)儀器不缺失。

圖1 高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器箱

通過建立實(shí)驗(yàn)小組和完善實(shí)驗(yàn)儀器的配套使用制度,當(dāng)學(xué)生成為實(shí)驗(yàn)儀器的責(zé)任人之后,可以提升其使用儀器的責(zé)任感,避免使用過程中隨意使用儀器而對儀器造成損害。當(dāng)實(shí)驗(yàn)完畢,由于儀器屬于學(xué)生個(gè)人,學(xué)生自身的責(zé)任心可以促使學(xué)生在使用完儀器之后及時(shí)地清洗儀器,不會造成儀器臟亂差的情況,從而減少儀器的損耗。

2.2 以教材實(shí)驗(yàn)為依據(jù),建立標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)驗(yàn)套餐,建立回收制度

新課標(biāo)列出的高中化學(xué)學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)共計(jì)18個(gè)，這些必做實(shí)驗(yàn)在教材中以“實(shí)驗(yàn)活動”為欄目進(jìn)行設(shè)置。以人教版選擇性必修1教材為例，設(shè)置了實(shí)驗(yàn)活動、演示實(shí)驗(yàn)、探究、思考與討論多種欄目，化學(xué)實(shí)驗(yàn)貫穿于這些欄目中，全書共設(shè)置了22組實(shí)驗(yàn)。其中演示實(shí)驗(yàn)12組，使用試劑46種。

使用頻率較高的有HCl溶液、H2SO4溶液、NaOH溶液、FeCl3溶液等,這部分試劑使用頻率均大于5次,其余絕大多數(shù)試劑使用頻率為1次,少部分使用頻率為2～3次。使用頻率較高的鹽酸和硫酸溶液具體濃度和用量見表1。

表1 高頻率試劑使用濃度及用量

從表1中可以看出,使用到的鹽酸和硫酸濃度不統(tǒng)一,均達(dá)到了5種,且用量跨度較大。在實(shí)施演示實(shí)驗(yàn)時(shí),6 mol/L的硫酸僅用到了5～10滴,使用0.1 mol/L硫酸的量約為2 mL。若在實(shí)驗(yàn)室配制某一濃度的硫酸,一般配制50 mL～100 mL以供使用,在配制完成后,由于使用的量較少,多余的硫酸會存放于試劑瓶中。中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室存儲環(huán)境較差,若長時(shí)間保存可能導(dǎo)致試劑濃度發(fā)生變化,無法再次使用,從而導(dǎo)致試劑浪費(fèi)。對于具有污染性的試劑,例如:NO2氣體,通常是現(xiàn)制現(xiàn)用,在中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室中,制備NO2氣體,是使用濃硝酸和銅反應(yīng),那么制備之后的試劑如何處理,并沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),多數(shù)學(xué)校將反應(yīng)后的溶液稀釋直接排放,顯然排放的試劑中存在硝酸、硝酸銅,會對環(huán)境造成影響。

針對以上情況,可以由試劑公司統(tǒng)一配備,形成實(shí)驗(yàn)試劑盒,針對教材中的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)對應(yīng)的實(shí)驗(yàn)套餐包,保證演示實(shí)驗(yàn)的正常開展。在進(jìn)行探究CH4和C2H4的化學(xué)性質(zhì)的教學(xué)時(shí),可以使用如圖2所示的試劑盒,盒子內(nèi)部包含了實(shí)驗(yàn)所需要的CH4、Cl2、C2H4、酸性KMnO4溶液、溴的CCl4溶液等。由于進(jìn)行集中化的采購,試劑由試劑供應(yīng)商進(jìn)行配制,避免每個(gè)學(xué)校多次配制造成的試劑浪費(fèi)。且部分試劑在中學(xué)實(shí)驗(yàn)室易制取,但不易保存,而試劑供應(yīng)商卻可以提供相應(yīng)的裝置保存,例如CH4氣體、C2H4氣體。試劑供應(yīng)商在提供了試劑的同時(shí),對于自行配制的溶液,有更好的環(huán)境進(jìn)行保存,可以保證剩余試劑的正常使用。對于污染性試劑的處理,可以在實(shí)驗(yàn)完畢由供應(yīng)商直接回收,再做處理,進(jìn)而形成試劑的供應(yīng)-回收鏈條,保證有充足合適的試劑使用,同時(shí)也能形成有效的試劑回收渠道。

圖2 CH4和C2H4性質(zhì)實(shí)驗(yàn)的試劑盒

2.3 分析實(shí)驗(yàn)的編排順序,優(yōu)化試劑使用,增設(shè)課外實(shí)驗(yàn),實(shí)現(xiàn)試劑再利用

在理清高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)編排順序的基礎(chǔ)上,分析實(shí)驗(yàn)安排的順序,整理試劑使用的先后順序，可以保證配制一次試劑實(shí)現(xiàn)多次使用的情況，避免試劑的浪費(fèi)。例如，在必修階段，“一定物質(zhì)的量濃度的NaCl溶液的配制”是學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)的目的是使學(xué)生學(xué)會配制溶液的方法，掌握配制溶液的步驟、認(rèn)識使用的儀器等。使用NaCl溶液作為配制實(shí)驗(yàn)的試劑，成本較低，試劑無污染，但是在配制實(shí)驗(yàn)完成后，配制好的溶液并沒有進(jìn)行合理的利用，直接倒入水池，雖然對環(huán)境沒有影響，但是實(shí)際上也屬于一種浪費(fèi)。因此在整理實(shí)驗(yàn)順序的基礎(chǔ)上，可以在該實(shí)驗(yàn)上稍作變化，允許學(xué)生配制不同種類的溶液，將NaCl溶液的配制改為稀硫酸、稀鹽酸、NaOH溶液的配制，配制好的溶液可以保存留作后續(xù)實(shí)驗(yàn)繼續(xù)使用。若改成配制一定物質(zhì)的量濃度的酸或堿溶液，可以利用pH計(jì)測量所配溶液的pH，讓學(xué)生檢驗(yàn)所配溶液濃度是否符合要求。即使所配溶液的濃度有所偏差,但在濃度不做要求的實(shí)驗(yàn)中,仍然是可以使用的。通過這種方式達(dá)成對試劑的再利用,減少試劑的浪費(fèi)。

除此之外,還可以利用多余的試劑,以實(shí)驗(yàn)小組為單位設(shè)計(jì)值得探究的實(shí)驗(yàn)議題或趣味實(shí)驗(yàn),例如,FeCl3溶液是必修一中常用的試劑,教材中常用的為稀FeCl3溶液,在使用之后若有剩余,筆者引導(dǎo)實(shí)驗(yàn)探究小組設(shè)計(jì)FeCl3溶液和金屬M(fèi)g的反應(yīng),從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象中推測發(fā)生的反應(yīng)、產(chǎn)生的物質(zhì),進(jìn)而分析氧化還原反應(yīng)的規(guī)律,總結(jié)物質(zhì)氧化性的變化規(guī)律。通過課外實(shí)驗(yàn)的設(shè)置將剩余的試劑合理使用,達(dá)到試劑使用的最大化,避免造成試劑浪費(fèi)。

3 結(jié)語

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展、辦學(xué)條件的不斷改善，化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的管理一定會更加規(guī)范[2]。筆者認(rèn)為如果按照集約化的思想從細(xì)節(jié)著手,落實(shí)管理?xiàng)l例,則可以更大限度的發(fā)揮化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的能效，減少試劑、儀器的浪費(fèi)，能夠引領(lǐng)學(xué)生更加喜歡化學(xué)學(xué)科，投入到化學(xué)的學(xué)習(xí)中，對化學(xué)學(xué)科教學(xué)起到促進(jìn)作用。通過實(shí)施對應(yīng)的策略，有利于實(shí)現(xiàn)化學(xué)學(xué)科的育人價(jià)值，落實(shí)核心素養(yǎng)的培育，幫助學(xué)生形成良好的、科學(xué)的實(shí)驗(yàn)觀念。從長遠(yuǎn)看，有利于我國自然學(xué)科科研人才的培養(yǎng)，為未來實(shí)現(xiàn)集約型、綠色型社會打好基礎(chǔ)。