本科院校物理化学实验室管理与实践 本文关键词：物理化学，实验室，本科，院校，实践
本科院校物理化学实验室管理与实践 本文简介：摘要：新建本科院校实验室建设不完善，物理化学实验室仪器种类多、数量大、学生流动性大，存在较多安全隐患，应加强安全管理，谋求绿色低碳，促进仪器共享，师生共建，营造安全可靠的和谐环境。关键字：物理化学实验室；实验室管理；安全；共享引言物理化学实验是高等学校面向化学、材料、环境工程、药学类等专业开设的一门
本科院校物理化学实验室管理与实践 本文内容：
摘要：新建本科院校实验室建设不完善，物理化学实验室仪器种类多、数量大、学生流动性大，存在较多安全隐患，应加强安全管理，谋求绿色低碳，促进仪器共享，师生共建，营造安全可靠的和谐环境。
关键字：物理化学实验室；实验室管理；安全；共享
引言
物理化学实验是高等学校面向化学、材料、环境工程、药学类等专业开设的一门基础实验，是继无机及分析化学实验、有机化学实验、普通物理实验之后（少部分同步）开展的综合性较强的实验课程，实验涵盖内容较多，也是学生首次接触门类较多的精密仪器设备的化学实验，是连接基础学科、专业学科及科学研究的桥梁，具有承上启下的桥梁作用[1]，有利于培养学生初步的科研能力及创新实践能力[2]。物理化学实验根据物理学基本原理，借助物质热、光、电、磁等物理性质，通过仪器设备进行体系物理量测量，并运用数学运算工具，研究物质的物理化学性质，验证化学基本规律。因而，物化实验顺利展开的先决条件是仪器设备[3]。对刚接触物理化学实验的学生而言；实验室的大部分仪器都显得神秘而陌生，生恐操作不当造成仪器故障或引发事故，在此心理压力下，学生操作过程中容易手忙脚乱，造成操作不当。学生仪器操作不熟练，加上仪器设备本身潜在的风险及化学实验自身特点，物理化学实验室安全隐患尤为突出。作为新建本科院校，各方面都还在建设中，设施和制度都还不完善，管理人员大多经验不足，还在摸索中；另外学生大多是独生子女，加上扩招，给管理带来更大难度。因而在新建本科院校加强物理化学实验室管理，为教学、科研及人才培养提供安全可靠的软硬件环境显得尤为重要。
1物理化学实验室安全管理
物理化学实验室仪器设备涉及对热、光、电、磁等物理性质的测定，种类较多，相对其他基础化学实验所需投入成本较高，目前高校物理化学实验室每种实验仪器大多为5~6套，少数仪器套件数较多的高校也不超过10套；一些比较贵重的甚至只有单台件，因此物理化学实验通常多个实验同步开展，学生循环分组进行。这也给实验室管理带来更多的问题，提出更高的要求。实验室有较多大功率仪器设备，如胶体制备常用的电炉、金属相图样品管加热炉、磁天平等，容易造成超负荷供电，频繁跳闸，需及时更换容量较大的导线。胶体电泳实验中火棉胶使用产生的废弃物及电极电动势测定中盐桥废弃物若直接倒入水槽，容易造成下水道堵塞。挥发性双液系T~X图绘制中常用电阻丝对互溶液体进行加热，电流控制2A以下，电阻丝两端接线裸露，稍有操作不当，恐会有触电危险[4]，宜改为电热套加热可以减少触电危险。采用电炉加热制备胶体，明火操作，要注意电炉丝不要靠近火焰，而且该实验中所用火棉胶常用乙醚作溶剂，乙醚易挥发，有火灾风险，要在通风橱中操作，并且避开热源。Cd~Bi二组分金属相图绘制常要加热到300℃以上，要注意防烫伤。凝固点降低法测摩尔质量及饱和蒸气压测定经常要用到冰块，存在低温风险。燃烧热测定实验要用到高压氧气钢瓶，饱和蒸气压实验要对体系抽真空，这里存在高低压风险。磁化率所用药品铁氰化钾、电极制备所用饱和硝酸亚汞溶液均有毒。此外物理化学实验中还经常要用到一些强酸强碱，以上都是需高度重视。
1.1实验室制度建设
物理化学实验精密仪器设备种类及数量较多，上课学生多为高年级学生，要求有较高的独立动手能力，老师主要指导仪器的操作规程，其他大部分时间是学生自主操作，在训练学生动手能力的同时，也给实验室管理带来较大的安全隐患。加强实验室管理首先要强调制度、体制建设，要使实验室管理有法可依，有章可循；要加强领导，健全岗位安全责任制，权责分明，避免出现推诿甚至“三不管”局面[5]。作为新建本科院校，制度建设还在起步阶段，急需完善；而且人员职责也大多还在定位摸索中。这些均可借鉴省内外各高校化学实验室管理制度及监管机制，结合自身的特点进行制定与调整。要制定好《××实验室安全管理制度》《××实验室守则》《××消防安全管理规定》《××应急预案》《××仪器设备管理办法》《实验员管理职责》等有关规定和制度；对于仪器设备有些还需确定操作规程，标明注意事项；定期安排安全巡查，及时发现问题，排除安全隐患，建立安全、可靠、有效的安全防范体系。
1.2实验员日常管理
实验室管理不仅需要建立各种规章制度及管理办法，还离不开实验员认真细致的日常管理工作。实验员是各实验室管理的主要执行者，实验室内大部分事情都需要实验员去协调完善。由于实验室精密仪器种类较多，学生流动性大，务必要制定各仪器的安全操作规程，标明注意事项，降低风险。除了仪器种类及数量较多，物理化学实验室跟其他基础化学实验室相比还有一个重要特点就是每个操作台面相对固定，包括台面上的仪器配件，更换频率小，这对实验管理相对有利。鉴于每个实验操作台面相对固定，可将台面进行编号，贴上标注，让学生按学号对应就位进行实验操作，要求学生在实验前后要对台面器件进行盘点整理，责任到人。因实验台面仪器配件相对固定，可在实验台上放置A4小看板，注明每个台面配备的玻璃仪器规格与数量，便利学生对照整理。实验台面凌乱，操作不规范不仅会影响实验正常运行，而且可能造成仪器损坏，如BZ振荡实验中，曾发生学生因实验台面凌乱，碰撞导致溶液洒落，渗入仪器内部，控制面板烧坏。因而实验员及指导老师应对学生严格要求，培养学生科学严谨的作风[6]，建立奖惩机制，严格执行，促进实验教学有序进行。对一些仪器设备容易出错的操作，在设备或台面显眼的地方贴个“温馨小提示”，可起到较好的预防作用，如Cd~Bi二组分金属相图测试实验，常用二通道或四通道加热设备，完成一次实验需测试8组样品，这就需要分批测量不同样品，为了减少更换过程中对温度探头的损坏，可提示学生先关闭控温仪，旋开探头数据接口，温度探头与样品管固定，不得拔插探头；如饱和蒸气压实验，循环水真空泵使用中经常会发生管路接通且处于真空状态时直接关泵，造成水倒灌的现象，在真空泵上贴个小提示可避免误操作。为节约药品，减少浪费，物理化学实验中很多可重复利用的药剂也可贴上小标签注明，避免误倒。
1.3实验教学管理
实验室管理不仅要有完善的安全管理制度和监管机制，实验员细致周到的日常管理，还需做好实验教学管理工作。学生开展物理化学实验之前，已修基础化学实验主要涉及常规简单玻璃仪器的组装与应用，对精密仪器接触较少。物理化学实验相对综合性较强，容量较大，耗时较长，而且大体每次物理化学实验课学生都要学习一种新的仪器，仪器操作经验少，设备不熟悉，容易发生误操作，造成仪器故障甚至引发事故。1.3.1常规实验教学指导指导老师应督促学生做好预习工作，了解仪器操作原理及主要构造；严格检查实验预习情况，对学生进行抽查提问，并列入成绩考评，从而加强学生对实验预习的重视程度。或者建立“开放预习实验室”[7]，学生可在实验室仪器旁进行有针对性的预习，提高预习效果。开展学生主持的课前讨论，每个实验分组进行讨论，指导老师或者实验员从旁指导，增加学生对仪器设备摸索的兴趣[6]。另外，可以让学生预习实验后，参与实验员课前实验仪器调试，通过每种多套仪器的调试，熟悉仪器构造，学习对仪器小问题的分析与处理，加深对仪器原理的理解，熟悉仪器操作规程，甚至学会仪器常见故障的分析与解决，能熟练操作仪器。实验操作过程中教师要加强指导，严格把关，不得脱岗。实验结束后，教师或实验员要督促值日生做好安全卫生整理检查工作，减少安全隐患。1.3.2开放实验指导开放实验可以促进学生自主学习和创新能力的培养，激发学生学习的积极性和主动性，有利于高素质人才的培养，得到各高校实验教学单位的广泛认可与推广。开放实验要取得良好的效果需开放实验室资源，尊重学生的自主性，让学生自主选择课题，设计实验方案。开放实验通常选题较为新颖，不可预测性较多，加上学生知识水平及科研经验有限，放任自由将给实验室管理带来较大的安全隐患；实验员及指导老师应加强辅助指导，检验实验的可行性，并对方案中的不足给予适当的补充；对危险性较大的药剂，老师应陪同领取，并指导学生做好药剂回收工作，实验室要做好药剂领用登记[2]，存在较大操作风险的实验应限制学生选择。开放实验可采用小组合作形式组队[8]，组内成员相互探讨，分工合作，有利于加强交流，提高协作意识，减少安全隐患，降低实验风险。
2实验教学绿色低碳促进管理
物理化学实验室的主要功能就是为物理化学实验提供教学场所，实验室管理最主要是为了保障实验教学安全有序进行；同样，实验教学也会对实验管理产生较大影响。对实验教学进行绿色低碳改革，减少有毒有害物质的使用与排放，节约能源，有利于实验室安全管理及师生身心健康。绿色即清洁，环境友好；低碳化要求低能耗，低排放，低污染。绿色低碳要求从源头减少污染，最大限度地减少排放，减小对环境的危害，提高资源利用率，追求“原子经济性”，有利于社会和谐可持续发展[9-10]。绿色低碳在物理化学实验中可有多种途径。
2.1原料低毒或无毒化
即在实验过程中引导学生改用低毒或无毒药剂取代毒性较大的物品。如在凝固点降低实验中采用低毒的环己烷替代苯作溶剂；在燃烧热测定实验中，改用煤为原料，替代萘，不仅能减少环境危害，而且生产意义较大。
2.2试剂减量化及重复利用
电极制备及电动势测定实验中饱和硝酸亚汞、硝酸、饱和氯化钾、镀铜溶液均应重复使用；磁化率测定中固体样品也可分类回收重复利用；二组分相图绘制实验中可适当减小金属混合质量，样品密闭封装，不与温度探头直接接触，减少重金属氧化与挥发；胶体电泳实验改用150mL的锥形瓶制半透膜，减少火棉胶及胶体量，节约资源还有利于电泳现象的观察[10]；在挥发性双液系实验中引导学生对废液进行回收利用，有利于学生创新意识及环保意识的培养。
2.3分工合作或数据共享
BZ振荡实验中可以两组同学分工合作，溶液共享，既节约时间，又节省药品，同时减少废液排放；在部分需多次进行不同组成样品测试的实验中，如二组分相图绘制及挥发性双液系相图的绘制，可采用“分工合作，数据共享”[11]，减少实验的单调重复，节约时间，节省药品。
2.4仪器更新与改造
二组分相图绘制实验中可适当减小金属混合质量，样品密闭封装，不与温度探头直接接触，减少重金属氧化与挥发；汞对身体具有较大伤害作用[8]，液体饱和蒸汽压实验可采用压力传感器压力计取代U管压差计，便于摆放，又可避免汞污染；凝固点降低测定摩尔质量及燃烧热实验中常用贝克曼温度计结构复杂，玻璃制品容易打碎，可用数字式精密温度温差仪取代，操作简单且无汞化[9,12-13]。
2.5引入仿真教学
在实验教学中引入虚拟仿真软件；软件制作“虚实结合，能实不虚”，可采用3D模式介绍仪器的构造及操作，包含正确及错误示范，像做游戏一样，增加实验趣味性；让学生进入实验室前对仪器有充分的认识；部分贵重仪器无法满足学生自主操作的、危险系数较高的实验均可用虚拟仿真实验替代，直观形象，既节约成本，又安全有保障。有条件的情况下可打造“口袋实验室”[14]，学生可以充分利用零散时间，在寝室、图书馆、咖啡馆等任何一个可以学习及工作的地方借用口袋实验室的实验软件进行自主学习。口袋实验室能扩宽实验的时空概念，让学生最大限度地利用实验室资源进行自主学习，有利于学生创新能力的培养，让实验教学在开放式的基础上向研究性过渡，有利于高素质人才的培养。
3物理化学实验仪器共享
物理化学实验是一门系统性较强的实验学科，涉及热、光、电、磁等物理性质的测量，通常多个实验同步开展，所需配套的仪器种类较多，经费投入较高，覆盖面较广；作为一门基础学科，实验所用仪器大多为常规实验仪器，通用性较强。物理化学实验是学生必修的基础实验，学生流动性大，仪器操作的实践经验较少，通常每次上课都要学一种新仪器，容易发生误操作，引发仪器故障，需要及时更换或维修，因而需配备多套备用仪器；实验室仪器配备数量大，使用率不高，容易造成资源浪费，应大力提倡仪器共享，提高仪器使用率。仪器共享有多种形式，可以小至仪器配件，比如溶解热测定及乙酸乙酯造化实验中的温度探头测温范围相近，可通用；可以实验室内不同项目间错峰共享，比如最大气泡法测液体表面张力、BZ振荡及双液系相图绘制中都要用到超级恒温器，可以错开实验安排；可以不同实验课程间进行仪器共享，如有机化学实验与物理化学实验间可共享阿贝折光仪，循环水真空泵可以在有机、无机、物化等多门实验课之间开通共享，金属相图测定装置也可用于材料科学基础实验；除了教学方面，物理化学实验室仪器还可与科研共享，减轻年轻老师的科研负担。为了协调仪器共享，最大限度地提高仪器使用率，可建立网络共享平台，包括仪器介绍及预约，每学期初，物理化学实验进程安排好后标注本课程所需仪器的种类、数量及使用周期；空档期及余量可供预约使用，对实验室仪器集中管理，扩大物化实验室的受益面及辐射带动作用[1]。同样，其他教学或科研实验室也可将可共享仪器列入预约平台，扩大共享范围；优化资源配制，避免浪费；仪器共享应当把握好仪器归属与维护，便于管理。
4加强文化建设及人员管理
做好实验室管理还应加强文化建设，强化意识形态教育。倡导实验室安全文化，通过安全知识讲座，图文并茂介绍一些事故案例，进行案例分析；举办安全知识竞赛及安全评比活动营造安全文化氛围，让安全理念深入每个学生及老师的内心，时刻保持高度警惕，警钟长鸣。编写化学实验室安全手册，学生必须认真学习实验室有关规定，签订安全承诺书，安全考试合格，方可获得实验室准入资格，以使实验室安全得到一定的保障[15]。在安全巡查中，由老师带领，学生参与，及时发现并排除存在的安全隐患，让学生在排查过程中深刻认识安全隐患，加强心理防范，化被动为主动。新建本科院校实验员管理经验相对欠缺，还应多方交流，加强学习。交流包括实验中心成员间的交流，实验员与任课老师的交流；以及实验员与学生的交流。还应走出去与各高校实验教学及管理单位进行交流，学习先进管理理念，为教学、科研、人才培养与社会服务营造安全、和谐的环境。
5结语
新建本科院校物理化学实验室建设可通过加强交流，提高自身管理水平；加强制度建设及师生安全教育，增强安全意识；进行实验教学绿色低碳改革，推动仪器共享，扩大物理化学实验室的受益面及辐射带动作用；管理、服务细致周到，努力营造安全、和谐的实验环境。
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作者：张秀华 张著森 单位：龙岩学院
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