中学化学智慧实验室家具设计现状研究

孙云 陈于书

摘要：随着智慧教育在中学阶段的推行，化学智慧实验室建设数量在不断增加，家具作为教学环境的重要组成部分，需要适应智慧教育环境的发展需求。文章以中学化学智慧实验室家具为研究对象，通过文献检索法、实地调研法等方法调研中学化学实验室市场和使用现状及家具产品，总结市场企业类型和中学化学实验室的使用人数、空间布局、功能分区、基础设施和环境等情况，同时从材质、结构、功能等方面对232件实验室家具的品类进行调研，为家具设计提供依据。

关键词：实验室家具;智慧教育;市场现状

中图分类号：TS664 文献标识码：A 文章编号：1004-9436（2022）05-0-03

随着智慧教育的发展，学校纷纷致力于建设智慧校园。智慧校园的建设影响着学校实验室家具的设计[1]。化学智慧实验室家具的合理设计支持智慧教育的实现。所以文章调研智慧教育影响下的中学化学智慧实验室市场发展现状、教学空间现状和相关家具设计现状，为我国更好地推进智慧校园的家具建设提供参考。

1 中学化学实验室家具市场现状

中学化学智慧实验室家具市场还处在发展的初级阶段，企业较少，通过实地调研参与第77届和第79届中国教育装备展的商家，选取22个与中学化学智慧实验室相关的国内知名品牌，按企业主要经营产品将其划分为三类。

第一类是以软硬件相结合，提供整体智慧实验室解决方案的企业，占比27.3%。以威成亚、酷腾科教为代表，这类企业的家具设计尝试通过软硬件相结合的方式，更好地满足智慧教学的需要[2]。例如，威成亚研发的便携式实验操作考评终端，可搭配任意实验桌，其高清摄像头可无死角全屏录制，单点触摸屏用于采集实验加试及教学过程中考生操作视频、电子实验报告等。

第二类是以硬件开发为主，提供实验室整体装配规划、家具制造的企业，占比59.1%。以爱德成蹊、大德科教为代表，这类家具企业专注于实验室家具研发设计和空间环境设计，以更好地适应智慧教育的教学模式。其实验室桌椅大多移动方便，可自由组合，适合小组讨论等多种实验室布局;通过科学展品营造学科氛围，既能提高学生的实验兴趣，又能起到营造学科氛围[3]的作用。

第三类是以软件开发为主，提供包括化学实验评测系统、化学虚拟仿真实验教学软件等技术的企业，占比13.6%。这类企业的产品能够为学生展示规范性的实验操作，为中学实验线上教学提供极大的帮助，能提供定制化服务，帮助打造专属的实验操作考试服务平台。

2 中学化学实验室空间使用现状

为了解中学化学实验室空间使用现状，就近走访调研了南京市及其附近区域的智慧校园建设项目中化学实验室的建设情况，收集各中学的化学实验室资料，结合线上调研分析各学校化学实验室现状。

2.1 使用人数

调研学校的实验室均为大班授课模式，可实现大班教学。大部分中学每个班已超过50人，加上选课走班制度[4]的实行，参与化学实验课的学生数量各有不同。多数班级大多情况下还是采用大班教学模式，IB国际班等少数班级实现了智慧教育所倡导的小班教学模式[5]，种种因素导致中学化学教学环境无法很好地满足师生实验使用需求。所以从教学实际出发，对实验室空间及家具进行相应的调整，如考虑增加便携式实验桌椅设计是非常必要的。

2.2 空间布局

根据调研，中学化学实验空间布局分为四类，即传统行列式、小组讨论式、功能复合式和灵活式布局。其中，第一种传统行列式布局教学空间为矩形，空间单一封闭，教室空间紧凑。教学区由行列式桌椅布置组成，教学区两侧贴近墙体界面。第二种小组讨论式空间布局，实验桌椅为多边形，通常为4～8人小组实验，互动性强。第三种是功能复合式空间布局，主要改造教室空间布局。教室部分为讲台和学生桌椅，部分为实验操作区，功能更加多元化，满足学生使用需求[6]。第四种是灵活式空间布局，基本教学区域灵活布置，分组式教学和可移动桌椅能够加强师生之间的互动交流，空间形式和教室布置方面更为多元灵活，注重打造智慧化教学空间，使用平板教学、多屏协同教学[7]，师生互动更加频繁。

2.3 化学实验室现有功能分区比较

实验室空间按功能可划分为九个部分：办公区、信息区、教学区、实验区、模拟实验区、清洁区（水槽）、收纳区和更衣区。通过统计8所中学的情况，发现其都有的功能区域有办公区、信息区、实验区和清洁区，基本功能齐全。个人物品的收纳和存储空间是化学实验室必要的功能区域，是为化学教学中师生暂时存储物品和使用工具提供的空间。在8所中学中，只有3所中学在化学实验室设置了专门的收纳区，并且收纳区采用的是模块化组合设计，无智能化功能，便于存储。此外，所调研的中学化学实验室较少设置模拟实驗区。在实验操作的过程中，难免出现各种操作问题，为了提升实验效率和正确性，要求中学化学实验室内增加模拟实验区或者虚拟现实（简称VR）实验软件操作区。而仅有1所学校专门设置了更衣区，便于师生在实验前后更换实验服，培养安全意识。

2.4 基础设施及环境

综合调研建设智慧校园背景下的中学化学实验室的基础设施及环境情况，化学实验室内的基础设施可以大致分为三类：智能控制套件、实验室家具和实验所用设备。智能控制套件包括无线智能网关、空调控制套件、多媒体控制套件、智能插座套件、智能用电套件、空气质量传感套件、可燃气体报警套件、物联网一体化终端、智能显示屏和智能吊装系统;实验室家具包括教师演示台、学生实验桌、实验椅凳、水槽、柜类;常见的实验设备则有铁架台、试验箱（收纳筐）、电脑、展示墙等。

物理环境方面，化学实验室的智慧性建设很大程度上是物理环境的智慧化。调研的中学化学实验室内基本都有物联网管控设备，可以实现实时监控、数据采集、预警与反馈[8]，并通过智慧管理系统发布到教室的电子班牌、师生的手机APP上，同时设置相应的预警音效进行提醒，实现了物理环境的自适应可调节。空间环境方面，因铁架台比较重，不易搬动，所以在需要使用铁架台的实验室内，通常选择将铁架台放置在实验桌面上。实验桌面上通常放置塑料实验筐，筐内有实验所要用到的仪器和药品。这样做既节省了取用仪器的时间，也简化了收纳过程[9]。此外，展示墙面悬挂元素周期表、知识网络图，墙面、天花板、窗帘的个性化色彩设计，都是在创设浓厚的化学实验氛围，在浸入式的环境熏陶下，优化学生的学习效果。信息环境方面，部分学校在化学实验室内配备了电脑，可以进行模拟操作实验，以实现实验空间的合理利用和信息环境的交互。

3 国内外实验室家具产品

通过线下走访各大教育装备相关展会、实地参观并搜集商家推荐产品宣传册和线上调研的方式（品牌官网）收集相关实验室家具品牌，汇总分析其系列产品，筛选出14个品牌，统计分析每个品牌的样本，得到有效样本数共计232个。运用归类分析法客观地分析总结样品特征，为面向智慧教育的中学实验室家具设计提供指导。

3.1 产品品类

中学化学实验室家具产品分为四类：桌台类、柜类、坐具类和其他家具。对比分析国内外品牌，可以看到国内实验室家具品牌产品品类相对齐全，实验室家具整体解决方案较为显著;国外实验室家具品牌产品多数专门设计制造某一类家具，致力于追求精细化设计。

3.2 材质

实验室的家具材质选择可以拆解成两部分，一部分是框架材质，另一部分是台面材质。框架是家具的主体，决定了家具的承重性能[10]。实验室家具框架可以分为以下几种：全木材结构、钢木结构、铝木结构、ABS结构、塑钢结构以及全钢结构。

针对实验室家具框架材料，目前学校家具市场上普遍使用铝木结构，占比48%，铝木结构框架采用大型铝合金模具成型制作，镶装聚木屑三聚氰胺浸渍板，其组装接缝严密，连接牢固，受到师生喜爱。其次是钢木结构和全钢结构，市场采用率为19%和18%，多选用0.8 mm厚烤漆钢制框，具有较高的性价比，也很受师生青睐。国内外消费者关于实验室家具框架的选择存在一定的差异。国内实验室家具，无论是学生实验桌还是教师演示台，铝木结构最多，占比67.44%和50%;其次是钢木结构，占比18.6%和33.33%。而国外则更偏向铝木结构和全钢结构。

台面材质[11]除了要满足审美需求以外，还要具备坚固、耐腐蚀、防火、防静电、防酸碱、灭菌等性能。中学实验室家具市场上常用的台面材料有实芯理化板、陶瓷板、环氧树脂板、千思板、贴面理化板等。国内外消费者关于实验室家具台面材质选择最多的是实芯理化板。国内实验室家具台面材质排名前三的分别是实芯理化板、陶瓷板和钢化玻璃。而国外则是实芯理化板、三聚氰胺板和贴面理化板。实芯理化板的优点是可独立使用而不需要粘贴在任何基材上，相比贴面板，具备防水、确保强度和美观等优点。台面材料最好使用13 mm厚度以上的实芯理化板。此外，其成本低、用途广，可以做成多种颜色的板材，能定制不同的色板与厚度。样品中多采用12.7 mm（+-0.1 mm）厚的优质双面实芯理化板，总厚度为25.4 mm。

3.3 结构

实验室家具可以分为固定式结构、移动式结构、悬挂式结构。固定式结构就是我们常见的传统工作台的布置，不具备灵活性;移动式结构是在实验台底部安装滚轮，可以随时移动，桌椅板凳可以根据人体需求随时调节高度，灵活度高;悬挂式结构是将柜体放置在落地的金属框内，这样的设计防潮性能好。目前实验室家具还是以传统的固定式结构为主，其次是移动式结构和悬挂式结构。与国内家具相比，国外家具的移动式结构和悬挂式结构占比更多。其中移动式结构能根据不同的实验需求选择合适的实验室布局，这正好与智慧教育下的实验室布局形式多样化的趋势[12]相符。

3.4 功能分析

化学实验室家具的功能配置在一定程度上会对家具选择造成较大的影响，因此围绕其功能性展开调研，面向此类群体开展精准设计具有实际意义。在实验室系统的功能上，前面四项分别是学生实验台桌、实验椅凳、教师演示台和通风柜，其中学生实验台桌有96件，占比41.32%。在满足中学化学实验基础功能配置的前提下，实验室推车、移动演示桌、仪器柜依次成为化学实验室家具主要的新增功能。由此可见，该用户群体对化学实验室空间家具的移动性需求较大，因此，在设计化学实验室家具时，移动性设计是家具选择上的主要关注点。

4 结语

由研究可知：

第一，我国中学化学智慧实验室市场还处在发展阶段，生产企业按产品类型可分为以硬件研发为主、以软件设计为主和软硬件相结合的三类企业，针对线上线下教学的一系列化学智慧实验室产品逐渐普及。

第二，对于实验室空间使用现状，从使用人数分析，实验桌椅考虑增加便携式设计是非常必要的。从空间布局分析，中学化学实验室空间布局有传统行列式、小组讨论式、功能复合式和灵活式布局。中学化学实验室基本功能区域有办公区、信息区、实验区和清洁区，可添加功能区域有教学区、模拟实验区、收纳区和更衣区。化学实验室的智慧性建设很大程度上是物理环境的自适应调节带来的智慧化，其次就是信息环境的交互和空间环境氛围的营造。

第三，实验室家具在产品品类方面，可以分为桌台类、柜类、坐具类和其他家具这四类。在家具材料方面，可以分为框架材质和台面材质。我国实验室家具框架材质排名前两位的是铝木结构和钢木结构，台面材质排名前三的是实芯理化板、陶瓷台面和钢化玻璃。以固定式结构家具为主，对家具的移动性功能需求较大。

参考文献：

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[12] 潘霞，苗艳凤.智慧教室环境下设计专业专用课桌椅的设计[J].家具，2020，41（3）：32-36.

作者简介：孙云（1996—），女，山东临沂人，硕士在读，研究方向：家具设计与理论。

陈于书（1972—），女，江苏南京人，博士，教授，研究方向：家具设计与工程。