物联网是指通过各种信息传感设备，如传感器、射频识别（RFID）技术、全球定位系统、红外感应器、激光扫描器、气体感应器等各种装置与技术，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程，获取各种应用需要的信息，与互联网结合形成的一个巨大网络。其目的是实现物与物、物与人、所有的物品与网络的连接，方便识别、管理和控制。物联网概念是在互联网概念的基础上，将其用户端延伸和扩展到任何物品与物品之间，进行信息交换和通信的一种网络概念。物联网的核心和基础仍然是互联网，它是在互联网基础上延伸和扩展的网络。
2 我国高校实验室管理的现状分析
长期以来，大部分高校实验室都是依靠手工建立台帐、标签等措施对实验设备进行管理，这样不仅管理效率低下，错误频出，更新困难，而且面对实验室动态管理要求的不断增加和计算机软件管理快捷准确的要求表现出更多的不适应。造成这些问题的主要原因有：
2.1 实验设备数量多
由于现在高校办学规模的不断扩大，实验室开设实验项目增多，实验设备数量增长加快，传统纸质记录的实验室管理方式已经不能满足现代实验室管理的要求。
2.2 实验室管理人员不足
设备的编号与放置位置的对照关系，需要花费管理人员大量的精力和时间；往往由于处理这些事务实验室设备不能得到及时的监管、维护，造成了一定的资源浪费。
2.3 实验室使用人数增多，实验室财产易丢失
目前实验室的固定资产一般不会丢失，但是一些易耗的物品，往往因为缺乏管理的规范，有时会被一些使用者顺手牵羊，实验室管理人员无法每天定时地清理相关仪器的数量，因而在一定程度上造成了实验室财产的损失。
2.4 实验室设备流动性强
随着现代教育技术的发展，许多实验设备常用于演示教学，会被借出到不同的教室使用。传统手工方式的管理不能及时掌握设备流向使得管理人员不能制定合理的分配方案，从而导致不必要的冲突。
3 物联网技术在高校实验室信息化管理中的应用
3.1 实验设备信息化管理
早期的实验室设备器材的说明书等信息都是纸质品，容易丢失破损，对实验操作极不方便，一旦纸质标签丢失或需更新，不仅管理起来不便，而且设备参数信息也难以查询。通过物联网技术可以方便查询相关实验用品的信息，实验用品的位置、库存量、实验仪器的位置、数量等。物联网是在互联网的基础上对这些信息进行准确无误跟踪，实时监控。任何一个安装有读写器的终端都可以通过射频扫描技术读取实验用品的相关信息，并通过互联网的信息传输作用，实现对实验用品与仪器的信息的实时监控。
3.2 优化实验教学与管理
利用物联网技术对计算机实验室进行管理使实验室的管理更加智能化，网络化。在每个实验室的门口安装门禁（RFID读取器），同时每名学生带有RFID标签，教师可以通过系统获取每名学生的出勤情况和学习内容等监控信息；通过各种数据采集终端获取数据，监控教师上课的全部信息，并根据获取的数据系统进行全方位分析和检测，评定其教学质量及优缺点，以求改进不足；学生课堂学习的过程可以被物联网全程记录。如果学生在上机操作过程中，学生对某个知识点掌握不好，可以通过记录的学习过程再次学习，弥补学习中的漏洞。
3.3 实现资源共享
我国教育系统虽然有联通各高校的链接路径，但高校之间的信息流通量很少。基于物联网的校园网一旦建成，各高校之间的可共享的资源将会非常丰富，能够大大方便相互交流与学习。首先是实验室硬件资源可以通过传感器网和互联网共享，并可以远程控制部分实验设备，在线分析与检测实验数据。既可以节省昂贵的实验器材和设备的购买费用，而且便于在线交流实验的方法和经验。
3.4 安全管理
【关键词】物联网；传感网；高校
一、引言
2009年8月总理提出“感知中国”以来，物联网受到了全社会极大的关注。根据总理考察的指示，无锡迅速建立中国的“感知中国”中心。江苏无锡成为“感知中国”的中心，成立了中科院无锡传感网工程中心，由此奠定了江苏省在物联网研究、开发与应用实践方面的中心地位，由此徐州市面对物联网发展的热潮，也具有了一定的优势。2010年3月14日，徐州市人民政府、中国矿业大学合作共建徐州物联网产业发展研究中心。该中心的建立不仅为市校合作搭建了新平台、创立了新机制，也标志着徐州物联网产业发展进入了新阶段。结合徐州市“感知徐州”、“感知煤炭”行动，“感知教育”。高校作为科学研究的前沿阵地，在高等学校的教学、科研与社会需求、国家建设需要相对接的过程中，物联网在高等学校中的应用具有重要的“绿岛”意义。高等学校通过这一战略性产业技术的运用，不仅能够提高教学质量和管理水平，更能在社会层面上为物联网在企业、政府和家庭中的广泛应用提供示范作用，为物联网在经济和社会生活中的普及提供突破口，因此，具有重要的社会价值。
二、物联网的内涵及发展过程
物联网的概念最早于1999年提出，2005年在突尼斯举行的信息社会世界峰会上，国际电信联盟了《ITU互联网报告2005：物联网》，正式提出了“物联网（the Internet of Things）”的概念。物联网是通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络概念。“物联网概念”是在“互联网概念”基础上，将其用户端延伸和扩展到任何物品与物品之间，进行信息交换和通信的一种网络概念。2009年，随着IBM提出“智慧地球”的概念，中国诞生了“感知中国”的物联网发展理念。与此同时，中国物联网研究发展中心与CCSA“泛在网”工作组TC10的成立推动了物联网在中国的发展。值得一提的是，业内人士认为，物联网将掀起全球的第三次信息产业革命。物联网发展标志性事件如图1所示。简单地说，物联网就是用物与物的信息传递，替代人与人，人与物的信息传递，它带来的直接好处就是可以有效减少能耗，提升效率，保障安全。这样的技术将在校园中能发挥着巨大的作用，给教育带来极大的变革。
三、物联网的体系结构
物联网可分为三层：感知层、传输层和应用层，如图2所示。感知层的主要功能是识别物体，采集信息，主要由各种传感器及传感智能设备构成，完成信息的收集与简单处理，并且将信息传递出去。感知层的主要研究内容是如何在节能的同时达到节点小型化和智能化，以及如何利用可再生能源等。感知层技术还不够成熟，限制了物联网的应用和推广，是目前物联网技术研究的重点。感知层要求加快各类传感器件的研制及新传输技术、新能源技术的应用。
传输层是体系结构的中间层，主要负责处理感知层传递的信息及信息的远距离传输，是物联网的神经中枢和大脑，它主要包括互联网、校园网、移动通信网等，是连接感知层与应用层的中间层。物联网的应用以能够实现互联互通的互联网络为前提，因此互联网仍是物联网的核心与基础。
应用层是物联网和用户的接口，主要是服务及应用，包括服务数据库、用户信息数据库等。将海量数据分类、整理、计算、挖掘分析，然后应用在智能交通、环境保护、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工业监测、环境监测、老人护理、个人健康、花卉栽培、水系监测、食品溯源等领域。
四、智慧校园
随着物联网技术的发展，2009年，IBM公司提出“智慧地球”的概念，“智慧地球”成为美国国家战略的一部分，同年8月，国务院总理在无锡视察时，指示要迅速在无锡建立中国的“感知中国”中心。物联网在高校的应用—建设智慧校园已成为学校建设和人才培养的重要组成部分。实施智慧校园建设可实现教学、科研、管理及服务手段方面的现代化，更重要的是人才培养观念和教育理念的变革。智慧校园的建设，是高校信息化发展的必然趋势，是高校现代化管理的标志。智慧校园是利用物联网技术改变师生和校园资源相互交互方式，以提高交互的明确性、灵活性和响应速度，从而实现智慧化服务和管理的校园模式。智慧校园是把感应器嵌入和装备到教室、实验室、图书馆、、食堂、供水系统等各种物体中，并且被普遍连接，形成“物联网”，然后将“物联网”与现有的互联网整合起来，实现教学、校园资源与生活的整合。
五、物联网在智慧校园的应用
1.在教学方面
（1）在建立教学管理运行体系方面，利用现有物联网的核心技术：RFID技术的支持，有利于完善教学管理的组织系统、评价和考核系统，从而对教学的质量建立保障和监控体系。通过RFID标签和校园智能卡系统的结合，教师可利用物联网系统，对学生的学习情况进行自动的统计。例如：在分组实验教学中，可以对学生的出席和对应的实验器材建立联系，通过RFID系统建立实验室教学管理系统。院校各级教学管理部门也可利用RFID技术，对学生学习情况、到课情况进行分析，从而有利于学生工作部门有针对性地开展思想政治工作。物联网在教学管理中还可以用于人员考勤、图书管理、设备管理等方面。例如带有RFID标签的学生证可以监控学生进出各个教学设施的情况，以及行动路线。又如将RFID用于图书管理，可通过RFID标签可方便地找到图书，并且可以在借阅图书的时候方便地获取图书信息而不用把书一本一本拿出来扫描。将物联网技术用于实验设备管理可以方便地跟踪设备的位置和使用状态，方便管理。
（2）智慧图书馆通过物联网来实现智慧化的服务和管理。它的理想模式就是无需人工服务。目前物联网在图书馆中的应用，主要是RFID电子标签的应用，以智能书车为例来说明。
智能书车是一种移动式RFID文献归架管理设备，具有查询、定位、书架智能导航等功能，可实现文献架位信息收藏、文献分拣、新文献上架等功能。具体流程：书籍拣到书车上，通过阅读器识别书籍的RFID中存储的信息，记录并显示文献在书车上的位置，同时根据获取的书籍存储架位信息，将需要进行上架工作的位置和书车上对应的书的存放档位对应起来，并在书车的显示屏幕上按照书库的位置将该车书的具体上架位置显示和指引出来，方便工作人员进行高效率归架。
（3）物联网应用到实验室中主要包括设备管理、实验过程管理和智能插座等。
设备管理：RFID存储实验设备的基本属性等信息，利用阅读器方便地获取相关信息，然后再利用网络进行统一管理。
实验过程管理：首先，RFID可以帮助学生方便地获取实验步骤、操作要点、使用帮助等信息。其次，在实验过程中，使用不当时能自动警告并中断实验过程，避免不必要的损失。另外，实验数据可以被实时采集并以适当的方式提供给实验者，实现实验教学的数字化、网络化与智能化。
智能插座除了拥有传统电源插座功能外，它能够将各个实验设备的耗电量信息实时反馈给实验室管理员，管理员能随时开关插座，实现插座与人的对话，起到高效节能的作用。
2.在生活方面
（1）食堂管理
食堂管理是智慧校园重要组成部分，基于RFID技术的食堂管理系统主要分成三部分：
①含RFID电子标签的饭卡：师生每人拥有一张这样的饭卡，卡里面包含了用户信息。
②RFID阅读器：在每个食堂售饭窗口安置一个RFID阅读器，将读到的信息传至后台数据库查询，读取卡上金额，并扣除消费金额。
③后台数据库管理系统：将用户的注册信息存储在数据库中，可以方便管理员对食堂消费业务的查询。
（2）浴室水控管理
基于RFID技术的浴室水控管理，可以实现用水自动化管理，主要功能以信息数据实时显示。当RFID卡位于阅读器感应区时，阅读器就显示卡上余额，然后可立即进入用水计费状态。
（3）考勤管理
学生考勤是学校日常教学过程中必不可少的一个组成部分。常规考勤工作主要都由教师承担，花费教师额外的时间与精力。
基于RFID技术的考勤管理工作流程：每次上课前，学生用含RFID标签的校园卡（或手机卡）刷卡进教室，教室内的设备在接收到读卡器发送来的学生刷卡记录数据后，将数据发送到远程服务器；远程服务器接收到数据后，将数据存储到数据库中；然后，教务人员或者教师通过浏览器登录到考勤查询网站，可以实时地远程查询某一节课或某一位学生或某个教室在某一段时间内的考勤情况；学期结束时，每门课程学生的出勤情况或者某个学生在一个学期的出勤情况可以自动统计出来。
六、结语
高校，是新思想、新理念、新思维孕育的摇篮，同时也是新技术、新产品、新方式实践的基地，在社会变革和发展的历程中，校园和学生往往充当着引领者的角色。目前部分高校已将物联网技术运用于校园管理，不仅体现出高校善于创新，敢于探索的学术精神，更为物联网技术的广泛运用大胆的迈出了探索的脚步。
物联网会带来相当大的便利，同时也面临着许多挑战。首先，物联网的技术标准尚不完整。关于设备和传感器的通信接口标准等是影响物联网发展的挑战之一。其次，由于物联网可跟踪和记录用户的活动、行为、习惯和偏好，对个人隐私和信息安全的保护显得非常重要，普及物联网要加快信息安全立法进度，完善信息安全法律体系是保障信息安全的根本。第三，物联网的基础设施和管理机制尚不完备。传感器如何布置，如何维护，如何管理，如何形成网络，如何使用都是很大的问题。最后，物联网目前还处于早期阶段，前景模糊，还需要可持续的商业模式，以吸引更多的产业进入该领域，促进进一步发展。从长远来看，物联网应用前景相当广阔。作为新兴战略性产业的代表，物联网的出现将会促进教育信息化的进一步发展，带来更多的创新应用和服务，带来教学模式和管理模式的变革，最终将提升教育信息化水平，有利于教育质量的提高。
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关键词：概念设计；非理性因素；设计实验
1概念设计的内涵与特征
“概念”一词的本义在《中国大百科全书》中的解释是“怀孕，孕育的意思，即经过十月怀胎之后生成的一种新事物”。概念设计是设计师对建设场地进行实地考察后，有意识的针对场地中的环境构成元素进行深入分析，提炼，浓缩而成的一种可以统领全局，贯穿设计过程始终的构思主线。它一般以抽象的形式出现，追求神似而非形似，具有非理性因素的思维特征，往往是设计师的一些顿悟、灵感就可能形成一些重要设计项目的原始创作意念。同时，概念设计具有很强的实验性，有时甚至纯粹是一种尝试，完全在从事探索性活动。
2概念设计的重要性与意义
概念设计自从上世纪问世以来，已经被许多世界建筑大师在一些重要建设项目中恰如其分的运用，其重要性是不言而喻的。在建设项目的前期阶段，概念设计的主体地位是不可辩驳的。倘若没有优秀的创作意念作为引领整个设计的主线，策划方案设计就会一团散沙，缺乏整体性、有机性，让人有随意拼凑，抄袭之感。另外，重视概念设计有利于激发创作灵感，增强设计师的原创意识，不致步人后尘，而走上自主创新的道路。
3概念设计的策略与方法
首先要对场地的环境因素进行有意识的分类与整理，分析各个条件之间的内在联系与制约关系。从宏观的角度进行分析，不拘泥于细小的实际工程问题，着眼于大局。其次，要充分运用联想的方法，辅助于文学，艺术等学科的知识，使头脑中朦胧，散乱的想法明晰准确地表达出来。在当今建筑全球化背景下，把握地域性，坚持功能性，重视形式性，考虑经济性是建筑创作的核心所在。建筑创作的突破口往往在学科边缘或者交叉学科中。再次，要摆脱自身的思维定式，对于掌握概念设计来说这种思维定式非常不利。因为如果设计者从自身已有的知识出发来进行概念设计，必然会受自身思维定式的影响，所设计出来的成果必然不太理想。设计者需要抛弃传统的为了做某个设计而进行资料收集，文献阅读的不良习惯，在平时就要有意识的阅读一定量的理论方面的文献，积累一套行之有效的设计手法和解决实际问题的策略。最后，要学习已有的优秀作品的概念设计过程，做深入的设计分析与表达，因为设计分析与表达作为一种学习方法对于初学者来说是大有裨益的。
4概念设计的应用举例
4.1这是一个改建项目，位于南京幕府山脚下，原为长安汽车制造厂，现在破产了，改为艺术家村租给艺术家使用。我们一行8人对场地进行数次实地调研。最后我从场地的地形特征——象一条小船，以及场地的环境特征——背山面水，左右围护，三面环山的特点出发提炼出整个区域的设计概念“船”。后来联想工厂破产的情景，以及艺术村将来经营的状况决定再加入风险因素“渡”，因而我的设计概念变为“渡船”。接下来又融入了文学因素，考虑艺术村商业运作的需要加了“的情怀”，最终我的设计概念变为“渡船的情怀”。考虑到整个区域内不同位置的经营状况，现状条件不同，又将整个区域分成6个小区域，每个区域都以自身独有的特征命名，并贯穿在总概念之中，使其有分有合，统一之中蕴含变化。最后，我对场地内的浅蓝色区域进行了环境概念设计，编写了整个区域的故事书，使中心概念在故事书的烘托下显得更加丰满。(4.2陕西西安某古墓博物馆的概念性建筑方案设计中笔者就运用了传统民居地坑院入口的概念。古墓博物馆顾名思义是在新发现的古墓建筑群上就地建设博物馆，以最大可能的保护原址，并使博物馆建筑本身具有静谧，昏暗，冥冥之光的气氛。为了营造这种气氛笔者想到了传统民居四合院的空间布局，将古墓建筑群原址保护在地下一层，地上再建二层将古墓发掘的宝藏进行展示，地面建筑四周没有开窗，参观者从室外通过踏步盘旋而上到屋面层，而后再从屋面盘旋而下到达至各层，各层展厅均有入口对外开在走廊上，打开入口天井中的自然光与室内的人工光源交相呼应，在室外树木的遮挡下，室内光影斑斑，忽明忽暗，更加突出了建筑的神秘性，场所感。置身其中使人有一种强烈的空间感受和震撼的视觉冲击，崇拜仰慕之情油然而生，这正是建筑师所期望达到的效果，使参观者能有深切的体验空间，参观之后难以忘情。(见图2)
阐述了大数据的概念、特征、相关技术和面临的挑战，大数据时代实验室管理提升带来的新方向，包括实验室大数据的采集、存储与处理、分析决策系统等的建立，更加注重保密和法律问题，对实验室管理新特点也做了分析。
关键词：
大数据；实验室；管理
海量数据已经使我们进入了大数据时代，数据信息的来源、传播速度和传播数量正在影响、改变着人们的思维方式和生活、工作习惯。近年来，基于“大数据”的实验室管理系统的开发以及互联网的实验室管理技术正在兴起[1，2]，那么“大数据”究竟是什么，“大数据”的发展将会给实验室的日常管理带来何种影响或进步，实验室工作者又将如何面对直至驾驭这种进步，是本文主要讨论的问题。
一、“大数据”的概念，特征，相关技术和面临的挑战
（一）“大数据”的概念
一般比较公认的“大数据”概念是：数据量大；数据处理迅速；数据类型多样；数据价值高，密度低。美国互联网数据中心（IDC）将大数据定义为：为更经济地从高频率的、大容量的、不同结构和类型的数据中获取价值而设计的新一代架构和技术[3]。另一个对大数据较为抽象的概念是，一种在数据量增长迅速、信息来源繁多庞杂中，实现管理智能的思维形态[4，5]。
（二）“大数据”特征
简称4V特征。为Volume（数据量大）、Variety（种类多）、Value（价值低）、Velocity（高速处理和响应）[6-9]。（1）Volume。指的是由网络应用、科学研究产生的数据量，及从这些数据衍生出来的数据非常庞大。（2）Va-riety。数据有多种数据源，数据类型多样，结构复杂。（3）Value。在大量数据中，有价值的不多，即价值密度较低。（4）Velocity。大量的数据要求对数据快速处理，实时分析，从分析结果中解释并预测事物的发展。
（三）“大数据”面临的挑战
（1）如何将复杂的数据整合成有机合理的结构成为面临的问题。（2）时效性即对数据处理系统的高速、低耗要求是一个挑战。（3）涉及隐私保护等安全问题，是数据处理和分析的重要方面。（4）高能耗是大数据发展的制约瓶颈。（5）大数据分析结果差异化。复杂的分析过程导致差异的分析结果，差异结果在现实生活中不同程度地影响着人们，反而可能制约了获取知识的能力[10，11]。
二、大数据时代实验室管理的框架[12-15]
高校实验室是高校教学、科研和实训的综合体。科学，规范，高效，安全的现代化管理方式，是实验室管理的发展方向与目标。大数据技术可将先进的网络技术与数据库结合，引入到实验室管理的理念中，提高实验室的信息化管理技术。通过对大量数据的有效分析，为管理者提供决策功能。通过各个信息平善建立，有力保障高校教学和科研有序进行。大数据时代，利用大数据技术实现实验室高效管理要建立和完善以下系统。
（一）建立实验室大数据的采集系统
主要分为实验室管理信息系统，按角色划分分为学生，实验室管理员和系统管理员，数据包含各种预约信息，成绩查询和登记等系统，实验室仪器设备的基本信息，购买、使用、维护、保养、维修、报废等数据，实验试剂和耗材的信息，实验室人员的管理信息，实验室管理文件信息。采集的数据要尽量使数据全面，完整，从各个方面反映事物的真实性。因此在数据采集阶段要合理设计数据的结构和内容。
（二）建立实验室大数据的存储和处理系统
在采集数据中要做到采集数据完整性和实效性。完整性指信息的统计不仅有简单的数据，还可以采用图片、视频等数据。实效性是指对采集的数据及时更新，如实验室易耗品的使用情况、仪器设备的使用状态、仪器的预约状态等。
（三）实验室管理中通过对大数据进行分析进而形成决策
以往对实验室的管理和决策很大程度上依赖于经验。大数据下管理的决策、预警主要依靠数据的分析。对出现的问题提出后，带着问题对相关的数据分析，提供给管理者解决的方案。
（四）大数据使用过程中的保密和法律问题
大数据一个巨大的优点是数据资源共享，但实验室内很多数据是只能在有限范围内分享的，比如最新的科研数据、客户的送检结果等。因此实验室管理中，在充分发挥大数据优势的同时也要注意信息保密和法律方面的管理。
三、大数据时代实验室管理的特点
（一）实验室安全管理职能化
实验室安全是实现实验室功能的基础保证。门禁系统取代门锁，刷卡出入，视频监控系统可对实验室进出人员控制和监督，并促进实验人员责任心的建立。远程实验室仪器控制和报警系统，可帮助技术人员远程控制实验仪器的操作和电源开关，及时监控实验室仪器和周围环境的安全动态。
（二）实验室试剂耗材的管理更加动态、实时
通过数据库对试剂耗材的使用情况数据分析，在最短的时间内对试剂耗材进行预定和补充，对未来的实验所需加以预测分析。同时对试剂耗材的供货方式，供货速度，供货厂家等分析，可对供货商进行有效控制和监督，保证试剂耗材的质量和安全使用。
（三）实验仪器标准化网络管理
实验仪器的唯一条形码识别管理系统，可保证实验仪器从入库，使用，维护的全网络公开、开放。实验室仪器的预约系统可保证大型仪器管理共享，保证仪器的高效使用。使用全程电子记录和监控，可有效统计和分析仪器的使用率，对今后仪器购买提供有效数据。实验室准入制度的网络化学习、考试、准入，不仅保证实验室仪器者的基本素质，而且对仪器的正常高效运转提供必要保障。另外，反馈的数据提供进一步的网络支持。
（四）实验规章制度和课程多样化学习
写实、生动的动画模拟，可以将刻板文字化的规章制度转化更易接受和领会的方式，加深制度的学习和认识，避免实际中因制度不严格执行导致的失误。很多在现实中危险的事故和实验，可结合大数据的分析和模拟，建立新型的实验教学课程，让学生了解不同实验操作过程可能发生的危害，让学生感受和探索，以避免真正危险事故的发生。
（五）实验室人员管理升级与升级管理
人员管理可在数据系统中划分不同角色，分配不同权限，承担相应义务。实验室人员的管理是为更好保证实验室安全高效运转，实验技术人员可根据现象分析、统计分析，积极协助科研人员的技术开发、仪器升级等工作，并通过数据系统及时了解实验中亟待解决的问题。
四、结语
我国要建设创新型国家，必须全面实施科教兴国与人才强国战略。人才培养是人才强国的重要基础。实验室是人才培养与人才施展才华的基础条件，提升实验室管理水平，更好的服务于人才培养与人才发挥聪明才智，是实验室管理工作持之以恒的追求。大数据时代无疑为这种追求提供了方向和目标。
作者：张艳艳 韩涛 高秀芝 黄漫青 丁轲 单位：北京农学院食品科学与工程学院
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关键词：虚拟仿真；物理实验；多元化
中图分类号：G642.3 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2012）03-0230-02
一、引言
实验教学是高等教育的重要组成部分，是学生实践能力和创新能力培养的必需环节。1961年摩根扎特（G.W.Morgenthater）首次对“仿真”进行了技术性的定义；1984年Oren给出了仿真的基本概念，提出了“仿真是一种基于模型的活动”的定义，被认为是现代仿真技术的一个重要概念[1]。近年来，随着计算机普及和网络技术的发展，虚拟仿真技术被广泛应用于实验教学，开创了一种新的实验教学方式――虚拟仿真实验[2，3]，它打破了实验时间、空间、仪器套数的限制，采用虚拟仿真实验与实物实验相结合的教学模式，激发了学生的实验兴趣，提高了实验教学质量[4，5]。本文就我校建设虚拟仿真物理实验取得的经验和成果作一介绍。
二、我校大学物理实验教学的现状
大学物理实验课程是理工科学生进入大学后最先接触的实践课，是学生接受系统的实验方法和实验技能训练的开端。该课程中所涉及的实验知识、实验技能和实验方法是后继实践训练的基础，也是学生以后从事各项科学探索和工程实践的基础，同时该门课程涉及知识面广，接触各种类型仪器机会多，为后续课程内容的学习和知识扩展打下基础，是其他课程的实验环节所难以替代的。大学物理实验课在实现我校的人才培养战略中承担如下任务：（1）物理实验的基本理论和知识的学习；（2）实验技能的学习和动手能力的培养；（3）实验数据处理能力的培养和提高；（4）实验结果的综合分析和表述能力的培养；（5）针对我校的研究型大学定位，突出以物理实验为载体，进行实验设计能力、实践探索精神、创新意识和创新能力的培养。根据大学物理实验课程在我校人才培养过程中的的地位、作用和任务，我校物理实验教学中心在实验教学队伍建设和优化、层次化课程体系建设、实验开放教学模式探索、研究性教学实践和实施创新教育以及实验室开放运行与管理机制健全等方面进行改革，取得了长足的进步及具有推广价值的成果。2007年被评为北京市实验教学示范中心。但相比同类院校而言，我校物理实验教学中心所开放的实验项目（40个实验项目）还远远不够。鉴于增加实验开放项目总数所带来的资金的投入、实验用房面积的增加和人员编制等问题及我校实际办学条件，建设虚拟仿真实验室，开设仿真物理实验课是目前解决这些问题的有效途径。
三、虚拟仿真实验概述
虚拟实验室（Virtual laboratory）最早是由美国的William Wolf教授在1989年提出的概念。计算机、多媒体网络技术在网络教育中的广泛运用，使得学习的资源更加丰富，学习的形式更加多样化，学习的安排更加灵活，这些都大大促进了网络教育的迅速发展。同时虚拟仿真技术的蓬勃发展，为成功建设虚拟仿真实验室提供了基本条件。虚拟仿真实验模式有如下特点与优势[3]：（1）降低实验成本，减少校院财政支出。（2）解放学生思想，开发创造性思维。虚拟仿真物理实验系统不会让学生因为担心元器件的损坏而畏首畏尾，为学生提供大胆探索的实验环境。（3）增强学习兴趣，理论与实践有机结合，预习及复习筑固所学知识[6]。我校的学生生源，很大部分来自边远地区，学生在中学时代几乎没有走进过实验室，对实验方面的知识基本上来自课本，对实验没有感性的认识。虚拟仿真实验室的建设提前让学生通过网络了解所作实验，带着问题走进实验室，既提高了学生实验操作效率，又激发了学习兴趣。（4）弥补现实教学中内容的不足，解决供需矛盾，丰富实验内容，拓宽学生学术视野。（5）虚拟仿真物理实验教学可实行网络远程教学[3，6]。学生在本地计算机上通过安装一定的程序便可使用安装在远程服务器上的虚拟仿真实验，完成实验过程。（6）开放性[7]。网络实验打破了传统实验的模式，学生不再受时间、空间的制约，可随时、随地进入虚拟实验室进行虚拟实验操作。
四、我校虚拟仿真实验室建设
我校在引进中国科技大学开发的《大学物理仿真实验2.0 for windows》[8]V2.5版本基础上，架构建成网络虚拟仿真物理实验室。目前我校的大学物理虚拟仿真实验室已初具规模，拥有专门的虚拟实验室及性能良好的IBM（XSERIES_3500）服务器一台，包括力、热、电、光、电子线路、近代物理等学科的50多个实验项目及实验仪器库，不仅包含《大学物理实验》课程开设的实验项目，还开发了傅立叶光学实验、介电常数的测量、喇曼光谱实验、牛顿环测量曲率半径、透射式电子显微镜、受迫振动、扫描隧道显微镜（STM）等实验项目。学生通过我校“大学物理实验教学管理系统”点击“虚拟仿真实验”便可进入虚拟仿真实验的“实验大厅”（如图1），在此页面下双击某个实验，安装完毕后就可对该实验进行操作。如果想初步了解某个实验，单击它便可出现“实验简介”、“实验原理”、“实验内容”、“实验仪器”、“在线演示”及“实验指导书下载”等不同的功能模块。双击该实验便可进行实验操作。如图2所示，击右键在弹出的窗口选择“开始实验”即可进行实验操作，系统自动记录实验数据，完成后实验者可进行数据处理及实验报告的撰写。从2009级中部分学生抽样试运行的反馈信息来看，学生反映良好，取得了一定的教学效果；同学们对这种全新的实验方式、与实验室不一样的教学氛围以及丰富的操作内容感到满意，从而激发对大学物理实验的兴趣，提高了对该实验课程的重视程度。下一步工作，我们希望在软硬件及人员配置各个方面能得到学校的大力支持，开设出大学物理虚拟仿真实验课程，营造多元化教学环境，用更多的实验内容开扩学生的视野。
多元化教学模式必将代替保持几百年的教育教学模式成为一种主流，虚拟仿真物理实验为多元化实验教学模式提供了更有力的工具。该实验结合我校以工为主的多科性石油类高等院校的特色，发挥多元化教学模式的优势，使之在培养学生的创新能力、实践能力和研究能力上发挥重要的作用，为培养有鲜明个性的复合型石油类人才作出贡献。
参考文献：
[1]赵英侠.基于探究式学习的物理仿真实验室的设计[D].长沙：湖南大学，2007.
[2]谭守标，霍剑青，王晓蒲.计算机虚拟技术在大学物理仿真实验教学系统中的应用[J].中国科学技术大学学报，2005，35（3）：429-433.
[3]周燕.虚拟仿真技术在大学物理实验教学中的应用[J].合肥学院学报，2008，18（3）：79-80.
[4]王晓蒲，霍剑青，杨旭，等.大学物理仿真实验和教学实践[J].物理实验，2001，21（1）：28-29.
[5]霍剑青，王晓蒲，杨旭，等.发展教育技术营造多元化教学模式的研究与实践[J].物理与工程，2004，14（2）：53-54.
[6]Dongil Shin，En Sup Yoon，Kyung Yong Lee，Euy Soo Lee.A web-based，interactive virtual laboratory system for unit operations and process systems engineering education[J].Computers and Chemical Engineering，2000（24）：1381-1385.
关于未来教室与传统教室的功能差异的探讨
未来教室与传统教室不是时空观相比较的概念，在设计、配备及使用中，至少有以下几个不同之处。
（1）服务对象不同。传统教室主要是便于教师的教学，其主要功能是教师传授知识、学生接受知识的封闭性场所。尽管我们看到一些现代装备技术已经应用在部分教室中，但因其本质功能没有转变，因此还是穿着新鞋走老路，难以称之为未来教室形态。未来教室的主要服务对象是学生，它不仅应是学生学习知识的场所，还应当是学生的活动中心、体验中心、交流中心。从这个意义上讲，未来教室更像一个学习社区。
（2）开放性不同。传统教室是封闭的，每一间教室都是孤立的个体，教师成为教室绝对的主宰，学生获取信息的渠道也极其单一。而未来教室彼此之间是联通的，教师的教学行为也会通过技术手段变得完全开放。学生不论是在课下还是在课上，获取信息资源的渠道具有多样化特征。因其开放性的变化，使得教师不再是简单的知识讲授者，而演变为学习的辅导者，其大部分的时间不是在讲授知识，而是引导学生开展讨论与交流。
（3）智能化不同。传统教室完全就是一个没有智能的冰冷空间。当然，现在有很多教育工作者在讲智慧课堂、智慧教室，但我更倾向于智能化是未来教室区别于传统教室的一个特点。它可以即时获取教师与学生的各种信息，可以依据情境、环境的差异表现改变教室的条件，可以依据教师与学生的需求改变教室的结构等。
（4）综合性不同。传统教室或是普通教室，或是单一的学科教室（实验室）。未来的学科建设在不断强调学科自身特性的同时，也必须强调它的综合性。因此，未来教室的设计应当是能够满足学科整合、资源整合需要的。
国内外对未来教室研究实验的主要模式
当前，各种关于未来教室研究实验的报道很多，概述起来主要有以下几种类型。
（1）改变教室的空间与结构。当前人们谈论起未来教室，更多的是在讲装备的配备与使用，忽略了教室作为一个空间概念的属性。不在结构、空间、布局上做一定的调整，难以适应未来教育的需要。美国麻省理工学院（Massachusetts Institute of Technology，简称MIT）为改善传统物理学的教学方式，降低不合格率，增进学生对抽象概念的理解，制定MIT TEAL计划（Technologyenabled activelearning，简称TEAL），目标是打造一间新颖的互动TEAL教室，以现代科技激发学生主动学习，营造一个彼此合作、高度互动（师生、生生间）、强调动手操作的环境，教室就是实验室，如图1、图2。
MIT TEAL计划最大的特色在于教室空间规划，教室内共有13张直径约2米的圆桌，每桌可坐9位学生。每3位同学一组，配有一台电脑，作为小组报告与老师教学之用。教师的讲台位于教室的中央，有利于学生看清楚教师在课堂上的各种教学示范，TEAL教室配有8台投影机和13套摄影系统。整个设施就是为建立一个完整的实训与讨论环境，让沟通、互动没有障碍。TEAL的主要装备技术包括：网络教学系统、3D立体视觉模拟、实验动态模拟等。
图1 图2
欧盟新推出的未来教室实验室也是从改变空间结构、设置不同活动区域开始的。
（2）虚拟情境的设置。以哈佛大学“River City”虚拟教学实验最为典型。在“River City”中，学生使用人物角色在城市里走动、跑步与游泳，同时城市里有污染的河川与充满蚊子的沼泽。学生成队地在虚拟的城镇里探险，按下某物体就可以开启相关主题，同时可以得到影响城市与让居民难受的各种可能原因。在城市里，他们可以使用图书馆与其他信息――其中的每一课都与教育部规定的生物与历史教学内容相匹配。
在未来教室的设计与建设中，如何通过虚拟情境的设计与建设，紧密结合课程与学生生活实际，这是当前最为欠缺的，哈佛大学的经验值得借鉴与思考。
（3）交互式、自主式学习环境的构建。这是当前未来教室研究最为普遍的一种方式。其核心是通过丰富的多媒体设备如交互式电子白板（液晶触控显示屏）、学生移动终端（如平板电脑、电子抢答器）、视频会议系统等加上数字化的学习资源，在教室内构建一个可以实现师生互动、即时评价的教学系统。新加坡南洋大学教育学院的未来教室，荷兰的乔布斯学校，亮相于上海世博会上的澳洲“智能互联教室”，我国的台湾地区、苏州市以及华东师范大学进行未来教室的研究与建设，基本属于这种模式。
综上，未来教室研究在以下几个方面的变革是最为突出的。首先是空间布局的改变，即大空间、专业化且融合化;其次是装备技术得到广泛使用，如计算机技术、网络技术、多屏显示技术、虚拟仿真技术，等等;再次就是每一间教室不再是孤立的个体，也不再是学生获取知识的唯一场所。教室与教室间、师生间、生生间等可以建立广泛连接;最后，信息化手段的广泛使用利于便利的收集数据，从而使得教与学的分析、诊断、评估更加清晰，可以有效地使教师对学生的终结性评价演变为形成性评价，利于促进学生的个性化发展。
未来教室中装备技术的应用
未来教室的建设是基于信息技术环境的。2014年1月，笔者曾撰文认为基于信息技术的未来教室具有数字化、数据化、虚拟化的三大特征，现就这三大特征做进一步的阐述。
1.数字化
（1）数字化的教材。学生在未来教室中使用的数字化教材主要有三种形态：一是以MPR（media print reader）为基础的有声教材。随着这种技术的发展，不仅可以有声，也可以有动画或者视频资源的进入。二是以学生移动终端为使用媒介的电子教材。当前北京和上海等地把本地教材进行电子化的尝试即属此类。三是在学生教材上可以直接使用三维立体技术，学生可以通过教科书看到立体的心脏结构、山体的不同类型、原子结构模型，等等。
（2）数字化的课桌椅。未来教室中的课桌椅应当是可以拼接和自由组合的，便于师生、生生之间的交流互动。数字化的课桌椅表现在：一是在课桌椅中可以配置数字化芯片，记载学生的生理变化，提示学生不正确的坐姿，等等;二是将人手一机的移动终端展现在课桌上，让学生个体之间及与教师的互动演变为学生小组与小组之间及与教师的互动。
（3）数字化的交互设备。这是当前未来教室广泛使用的技术，主要手段在此不必赘述。但在使用这种技术的同时，一是切忌变成教师“监督”学生的工具，二是不能因即时、互动，忽略了学生个性成长的差异，忽视了学生作为学习主体的独立性思维。
（4）数字化的实验设备。传感器将被大量使用，但在使用过程中要在让学生了解掌握测量手段的便利与先进性的同时，也让学生认知最基本的实验原理。在互联时代，完全可以利用数字化的实验设备，建立学生、班级、学校之间的实验研究项目，把验证性的教学实验转变为探究性的教学实验。
（5）数字化的教室管理系统。利用互联网、物联网技术与未来教室内的其他数字化资源建立连接，并对教室进行智能化管理。
2.数据化
在传统的教学环境下，因为缺少数据化的形成条件，我们根本无法对教师和学生进行全样本分析、全过程分析，因此所谓的过程性评价、因材施教等理念，其实更多的是一种模糊的理性分析。未来教室建设过程中的数据化环境主要由三大部分组成。
（1）录播技术。录播技术起源于微格教学，在中国最早广泛使用录播技术的是高等院校。传统的录播技术主要用于教师个体的教学行为分析，为教师的专业发展提供辅助的参考。在强大的信息技术条件支撑下，录播技术不仅可以用于教师个体，还可以利用它生成的大量资源，开展教师和学生的教与学行为分析，乃至从学生的考试成绩总体分析中反溯求解教师群体教学行为的原因。此外，还可以利用大数据的思维方式，为政府进行教育教学的改革提供服务。
（2）云计算技术。数据化的应用最大的问题之一就是数据的存储与提取，而云计算技术的应用较好地解决了这一难题。云计算是以公开的标准和服务为基础，以互联网为中心，提供安全、快速、便捷的数据存储和网络计算服务。它是网格计算、分布式计算、并行计算、效用计算、网络存储虚拟化等技术发展融合的产物，具有弹、资源池化、按需服务、泛在接入等特点，使用户在任何时间、任何地点，用任何终端设备均可访问云计算提供的服务。云计算正在改变人们的思维和行为方式，学校可以把大量优质资源上传到云端，为更多的学校以及师生个体所使用，为教育的民主、公平、和谐创造新的条件。与此同时，云计算模式的存在，为泛在、移动的学习环境提供强有力支撑，使学生实现个性化、自主化的学习。
（3）大数据技术。大数据作为云计算、物联网之后信息技术行业又一大颠覆性的技术革命。概括它的特点，可以简称为“超大数据、海量存储、全样本分析、个性化的选择”。
大数据从各种结构化、半结构化和非结构化数据中，使用全新方法来获取、存储、组织、分析数据信息，并利用分析结果做出最有利的决策。由于在未来教室中数字化的手段得到广泛应用，使得数据的采集唾手可得，如学生的成长数据、教师的教学行为分析数据、学生的学习行为分析数据，等等。利用大数据的全样本分析手段，我们可以有针对性地对教师和学生进行个性化的指导与帮助，并且为政府宏观决策提供重要的理论和实践依据。
3.虚拟化
（1）虚拟现实技术。虚拟现实是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机系统，生成一个逼真的并具有视觉、听觉、触觉等多种感知的实时的三维虚拟环境，拓展只是呈现方式，并使学生产生身临其境感觉的交互式视景仿真和信息交流，具有沉浸性、交互性、构想性等特点。它可以打破时空界限，给学生提供大量逼真的感性材料，将学生很难在实际生活中观察和验证的学习内容、抽象理论和概念等以三维实景虚拟呈现出来，有效弥补教学条件不足。
（2）增强现实技术。虚拟现实基础上发展的新技术，通过计算机系统提供的信息增加用户对现实世界感知的技术，将虚拟的信息应用到真实世界，并将计算机生成的虚拟物体、场景或系统提示信息叠加到真实场景中，从而实现对现实的“增强”。它最大的优势是可以在现代化的虚拟实验室中逼真地模拟现实的实验实训环境，降低实验实训教学对客观物质条件的依赖，提高了实验实训教学设备的利用率。此外，对于提高实验操作的安全性具有极大的意义。学生可以放心地去做各种现实中无条件实现的危险或危害人体的实验，操作各种精密、昂贵、容易损坏、维修困难的仪器设备，提高操作实践的安全性、高效性，节约成本，降低实验室的管理难度。
（3）物联网技术。物联网技术在未来教室虚拟化环境中建设的目的在于，帮助学生感受非本地现场发生的真实反映。如北方学生没有切身体会，很难理解梅雨季节的特点，教师在讲到该章节时，可以通过物联网技术将正处在梅雨季节的地区的温度、湿度、日照等一切自然条件下的数据传输到教室内，学生在与本地进行了真实比较后，就会有更加全面而准确的认识。
开展未来教室研究与实践需要关注的几个问题
（1）师生的健康和安全永远是第一位的。应当充分考虑所涉及的环境不应对师生造成任何不利影响，包括光环境、声环境、空气质量环境、电磁兼容性环境等，还要从人机工程学、认知心理学等角度考虑装备技术在教学中的适应性问题。
（2）在正确的理念下开展探索，绝不是经费投入的竞赛和所谓现代技术的比拼。真正的未来教室研究与实践，应当以投入产出比的效益来衡量，以是否促进了学生全面而富有个性的发展来衡量，以是否有效推动了教育模式的变革来衡量。
教学实验室“安全态”意指实验室内物件与环境对于实验室内活动者没有生物危害的风险。具体而言，实验室内不存在活动者可接触到的生物危害性标本（包括一切信息不明的血液或其他体液）和生物危害性的废弃物，实验室操作台面、设备器具表面以及活动者可能触及到的其他物体表面无残留的生物危害物，实验室内空气与户外空气流通。显然，教学实验室“安全态”并非是实验室传统意义上的“整齐洁净态”。“整齐洁净态”并不一定达到教学实验室“安全态”。
2实现教学实验室“安全态”的必要性
教学实验室“安全态”是面向学生开展实践性教学活动的基础状态。在校生对于生物安全风险的防范意识差，尚无防范职业暴露的行为习惯，不熟悉实验室环境，不知道什么物件能接触、什么物件不能接触，加上实验室活动人数多，同一时间内学生人数可达到数十人，教师难能一对一管理到位，人多手杂，学生很容易在无意识状态下暴露于血源性病原体。所以，维持教学实验室“安全态”对于在校学生进入实验室学习而减少生物危害性风险是很有必要的。实现教学前的教学实验室“安全态”，或者教学后回归教学实验室“安全态”应该是生物安全防护体系中实验室管理者的基本工作职责。
3实现教学实验室“安全态”的基本策略
3．1将教学实验室“安全态”作为实验室常规化状态
医学检验技术教学实验室如同临床实验室要按BSL－2进行管理。医学检验技术教学实验室设计特点、建筑构造、防护设施、仪器、操作以及操作程序都应该满足符合BSL－2的基本要求。同时，也应根据教学实验室使用功能的多样性与开放性的特点，将教学实验室“安全态”作为实验室常规化状态。处于教学实验室“安全态”的实验室入口处门上可设置相应提示标志。学校管理者应将实验室管理者是否维持教学实验室“安全态”作为目标管理内容之一。
3．2评估教学实验室教学活动的风险
任课教师与实验室管理者根据教学大纲或教学计划对教学实验室开展的教学项目逐一进行生物危害风险评估，主要依据实验用生物标本以及所用试剂的风险性，将教学实验室所开展的实践性教学活动分为生物危害风险性实验与生物危害安全性实验两大类，有针对性地组织实践性教学活动。
3．3按照生物安全防护体系的操作程序再建教学实验室“安全态”
近年来化学实验安全问题成为化学教育研究的热点，尤其体现在国内外安全教育比较和国外化学教材中的安全教育分析上。朱鹏涛、周青等人针对美国2005年版新教材《化学：概念和应用》中的实验安全教育内容体系进行了介绍，归纳出系统性、规范性、可操作性、教育的连续性以及人性化、形象化等特点，并从中提出对我国化学教学中进行实验安全教育的借鉴意义。刘冰、毕华林通过对我国现行3个版本义务教育初中化学课程标准实验教科书及美国初中主流化学教科书《化学反应》中的化学实验安全教育内容的比较研究，发现我国教科书中实验安全教育内容相对薄弱，建议以教科书为载体显化实验安全教育内容、教科书中增加实验安全标志、处理好安全教育与主动探究的关系，把安全作为实验评价指标，充分发挥评价的导向功能。盛兵、王川等人比较了国内3套高中化学教材与美国高中主流理科教材《化学：概念与应用》，分析了4套教材实验安全教育的相同点以及在编排结构、内容、实施理念和重视程度等方面存在的差异。试图厘清中学化学实验安全教育的理念，吸收其他国家教材的优点，进一步完善国内化学教材实验安全教育的内容，为我国加强中学化学实验安全教育提供可借鉴的资源。已有研究往往关注某一套国外教材中的安全教育特点，尚不能概括各种安全教育的可借鉴之处，也缺少详尽、有效的吸收处理经验。本研究主要选取三套著名国外化学或科学教材进行内容分析：《科学探索者•化学反应》、《科学发现者•化学概念与应用》、圣智科学教育系列教材中的化学相关分册，分析其安全教育多元化的表现形式，总结国外科学教育中实验安全特点。考虑到化学实验安全教育的特殊表现形式，体现化学教育的广义内涵，也将国外教育中有特色的化学实验安全手册纳入研究范畴。
2国外化学教育中的实验安全特点分析
国外化学教材的安全教育大多采用提供集中指南与分散提醒相结合的方式：在附录的安全手册中集中呈现大部分的规则、图示，体现安全教育的系统性和规范性，便于学生迅速、全面了解化学实验安全的相关信息以及彼此的联系。安全操作示意图和安全提示设置在每一个具体的实验过程中。
2.1整体设计，专题阐述安全教育
将实验安全作为化学或科学教材的章节专题阐述，是高度重视实验安全教育的表现。加拿大圣智科学教育系列教材尤其重视安全教育，主要在11年级的《科学方法》和《科学视野》两本分册中将安全教育开辟成独立章节，作为具体教学内容。《科学方法》第1单元“物质和安全”非常关注社会安全教育的知识传播和法规启蒙，例如职业健康和安全法、工作场所危险品信息制度、工作场所危险品安全说明书等；作为化学知识的承载，“正确使用化学药品”阐述了不同状态的化学药品储存、易燃物质相关的化学名词等；还体现与生命科学的综合渗透，联系危险物品对人体的影响。国外化学教育常通过化学安全手册作为更加专题化的教学方式，既可以作为常规理论和实验教学的辅助用书，为师生提供丰富的实验安全知识和技能指引，也可以作为单独设置化学安全教育课程的教学素材。例如美国消费品安全委员会、健康与人类服务部、美国疾病控制与预防中心和国家职业安全与健康研究所联合推出了一本《学校化学实验室安全指南》，该书用于帮助科学教师识别学校实验室中可能用到的危险物质，提供了有毒物质的清单。使他们可以采取恰当措施避免或减少与危险品、有害品的接触以及由此带来的伤害。指南的内容包括化学实验室中化学试剂的使用、储藏、保养的信息，化学废料、安全、急救设备、化学危险品评估、常用安全标志等。
2.2活动强化，时刻关注安全教育
在教材的教学活动以及实验活动中分散设置的安全标志，是国外化学教育中强化安全意识的重要手段。实验安全标志以警示图标的形式形象地提醒学生注意可能发生的危险，并能够促使学生进一步思考具体的预防措施及解决方法，比单纯的文字叙述要简洁有效得多。教科书中增加实验安全标志是提高学生实验安全警觉的一种有效手段，使学生真正懂得实验中有哪些不安全因素，怎样去消除不安全因素，以及掌握紧急情况下的急救方法。将安全标志与具体的实验活动、课后作业相融合，可以进一步强化其警示作用和教育意义；学生在实验过程中借助这些规则和图标，可以在具体的实验操作过程中反复体验实验安全内容，随时注意实验潜在的危险，又可通过动手实践深入理解实验的安全问题，潜移默化地养成一种主动关注实验安全的好习惯。例如，美国《科学发现者•化学概念与应用》、《科学探索者•化学反应》教材中，各个章节的每个化学实验项目的实验过程旁都设置相关安全警示图标。如实验“过氧化氢、酶和你”步骤旁提供了护目镜、实验服、易碎和隔热手套等图标。这些图标可以比文字叙述、条目要求更加醒目地提示学生做此实验的安全注意事项，而且安全标志类型要与所警示的内容相吻合，与实验相吻合，针对性明确。圣智科学教育系列教材的安全教育主题还在每节设置一定开放性和互动性的探究活动，例如安全问题讨论、绘制家用化学品位置图、制作材料安全数据库安全卡、来自制造产品中的废弃物调查分析等，极大地丰富了安全教育形式，也成为促进学生强化安全意识、理解安全观点、应用安全知识的重要途径。
2.3知识融合，拓展化学实验安全教育的载体
学生的安全意识和安全能力的形成不是一蹴而就的，也不可能只通过单纯说教形成，而是通过领悟和练习逐步掌握的过程，既需要生活实际中的观察和反思，也需要结合具体的化学反应事实学习和实践经历潜移默化。化学事实性知识是学生学习其他化学知识的基础，没有丰富具体的化学反应案例，化学基本概念和原理就成为无源之水、无本之木。化学事实性知识学习过程中涉及的化学物质丰富多彩，在实验活动中难免存在潜在危险，开展化学教学活动需要通过具体性质和用途的教学渗透安全意识教育，而在安全事项提醒时也促进性质的深入认识。圣智科学教育教材尤其关注安全教育与生活、社会的融合，既体现化学学科视野下的实验安全，又利用生活、社会中关注实验安全的案例激发学生学习兴趣。《科学视野》单元C“日常化学品与安全实践”侧重于介绍具体化学物质的性质所表现的危险性，从家庭、工作场所、工业生产和环境四个角度分别表现化学品的使用安全，揭示身边的化学安全隐患，如抗生素和抗菌肥皂、办公室中的化学物质、纸浆和造纸污染的代价等。在每个方面的实践和联系都体现化学品对环境的影响和科学使用化学品对环境的裨益。这种安全教育以具体物质的物理和化学性质为载体，既融合具体的化学事实，又联系社会科技发展和生活化学应用，既凸显了安全教育在化学课程中的基础性和多维联系，又使得实验安全教育呈现方式生动，内容更加充实、拓展。
3结合国外化学实验安全教育提出的建议
3.1安全教育不止面向学生，也针对教师
只有教师以身作则，才能营造更安全的化学教学环境。可是目前大多数化学师范生和在职教师并没有接受过系统的化学实验安全课程教育与训练，仅靠零散的实验教学经验获得安全认识。他们长期只关注实验操作和化学知识的传授，缺少对实验潜在危险细节的把握，实验安全意识淡漠，所以需要接受充分的实验安全教育才能完全胜任中学化学实验教学。化学实验员是特殊的化学教师群体，他们尤其需要系统和科学的安全教育，例如化学药品储存时要将易燃品和强氧化剂分开放置，而将剧放入保险箱严密监管；化学废品的处理必须严格按照规定，不可私自处理。
3.2完善学生安全装备，提升实验安全感
提供学生完善的安全保护措施，不仅可以降低实验危险系数，还可以帮助学生从心理上消除对化学实验的恐惧感，才能在化学学习中体会安全感，这是化学实验教学活动开展的必要条件。美国中学化学课程实施中，教师和学生一般都佩戴护目镜、实验服和手套，就连简单的食盐提纯的实验都有安全装备，安全防护意识极强，实验安全意识已经深入每个学生的心中。
3.3基于实验安全的化学眼光审视生活和社会
有学者认为过多地在化学课堂上渲染化学的危害新闻，不利于学生对化学的科学认知，反而会导致大家对化学的误解和偏见加深——这样的担心不是没有道理，教师的合理引导显得尤为重要。但事实是：“担心”之下的避而不见、充耳不闻并不能减少在身边接触到化学危害的机会，反而会因为无知而导致更多的安全事故，会导致对伪科学的盲从和误解。需要让学生明白关键问题所在并不是化学本身的危害，而在于使用者的科学态度、公民道德和正确方法。所以，化学安全教育需要彰显化学眼光去审视生活和工作环境，这才是化学安全教育意义所在。例如，人教版九年级《化学》教材的第一单元课题3中指出化学实验室很多药品都是易燃、易爆、有毒、有腐蚀性的——这是化学教材中安全教育的开篇之言，此时由于学生对具体化学物质知之甚少，所以往往被一笔掠过，因此浪费了安全教育机会。建议从家居日化用品、厨房用品等入手，分析这些化学药品可能具有的特性，并讨论生活中使用时的注意点。在化学启蒙阶段，给予充分的机会引导认识身边的化学世界，既是激发学习兴趣的重要手段，也是开展化学安全教育的有益补充。在复习课阶段同样可以针对药品的四大特点进行深入探讨，例如引导学生联系教材知识和生活见闻，整理完善下表。学生在互动中总结出与一系列安全问题相关的化学物质及其在学校、家庭及工作场所的作用体现，并且联系一些简单的化学原理进行解释，既是对具体化学物质性质的系统总结反思，也是建构分类观的重要途径。化学安全往往还与职业相关，工作场所存在的化学危害是每个学生日后走上社会必须面对、承担的。学生在校阶段也需要充分认识社会、认识到不同职业中可能遇到的化学危害。虽然自己不一定从事该职业，但是将自己的经历与这些职业经历相互印证，还是会形成一些观念；用自己的知识传播、教导身边从事该职业者趋利避害，更是学习者的社会责任之一。此外，教师应该针对目前社会上故意使用化学药品毒害他人的不当行为加以谴责和批判，有必要在化学实验安全教育中融入生命教育、强化道德教育，让学生明白实验安全教育对自己以及对他人的重要性，利于保持顾及自己和他人的安全的积极态度。
3.4活动与评价形式的多元化促进实验安全意识的自我强化
