中學(xué)化學(xué)智慧實(shí)驗(yàn)室家具設(shè)計(jì)現(xiàn)狀研究

孫云 陳于書(shū)

摘要：隨著智慧教育在中學(xué)階段的推行，化學(xué)智慧實(shí)驗(yàn)室建設(shè)數(shù)量在不斷增加，家具作為教學(xué)環(huán)境的重要組成部分，需要適應(yīng)智慧教育環(huán)境的發(fā)展需求。文章以中學(xué)化學(xué)智慧實(shí)驗(yàn)室家具為研究對(duì)象，通過(guò)文獻(xiàn)檢索法、實(shí)地調(diào)研法等方法調(diào)研中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室市場(chǎng)和使用現(xiàn)狀及家具產(chǎn)品，總結(jié)市場(chǎng)企業(yè)類型和中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的使用人數(shù)、空間布局、功能分區(qū)、基礎(chǔ)設(shè)施和環(huán)境等情況，同時(shí)從材質(zhì)、結(jié)構(gòu)、功能等方面對(duì)232件實(shí)驗(yàn)室家具的品類進(jìn)行調(diào)研，為家具設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)室家具;智慧教育;市場(chǎng)現(xiàn)狀

中圖分類號(hào)：TS664 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-9436（2022）05-0-03

隨著智慧教育的發(fā)展，學(xué)校紛紛致力于建設(shè)智慧校園。智慧校園的建設(shè)影響著學(xué)校實(shí)驗(yàn)室家具的設(shè)計(jì)[1]?；瘜W(xué)智慧實(shí)驗(yàn)室家具的合理設(shè)計(jì)支持智慧教育的實(shí)現(xiàn)。所以文章調(diào)研智慧教育影響下的中學(xué)化學(xué)智慧實(shí)驗(yàn)室市場(chǎng)發(fā)展現(xiàn)狀、教學(xué)空間現(xiàn)狀和相關(guān)家具設(shè)計(jì)現(xiàn)狀，為我國(guó)更好地推進(jìn)智慧校園的家具建設(shè)提供參考。

1 中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室家具市場(chǎng)現(xiàn)狀

中學(xué)化學(xué)智慧實(shí)驗(yàn)室家具市場(chǎng)還處在發(fā)展的初級(jí)階段，企業(yè)較少，通過(guò)實(shí)地調(diào)研參與第77屆和第79屆中國(guó)教育裝備展的商家，選取22個(gè)與中學(xué)化學(xué)智慧實(shí)驗(yàn)室相關(guān)的國(guó)內(nèi)知名品牌，按企業(yè)主要經(jīng)營(yíng)產(chǎn)品將其劃分為三類。

第一類是以軟硬件相結(jié)合，提供整體智慧實(shí)驗(yàn)室解決方案的企業(yè)，占比27.3%。以威成亞、酷騰科教為代表，這類企業(yè)的家具設(shè)計(jì)嘗試通過(guò)軟硬件相結(jié)合的方式，更好地滿足智慧教學(xué)的需要[2]。例如，威成亞研發(fā)的便攜式實(shí)驗(yàn)操作考評(píng)終端，可搭配任意實(shí)驗(yàn)桌，其高清攝像頭可無(wú)死角全屏錄制，單點(diǎn)觸摸屏用于采集實(shí)驗(yàn)加試及教學(xué)過(guò)程中考生操作視頻、電子實(shí)驗(yàn)報(bào)告等。

第二類是以硬件開(kāi)發(fā)為主，提供實(shí)驗(yàn)室整體裝配規(guī)劃、家具制造的企業(yè)，占比59.1%。以愛(ài)德成蹊、大德科教為代表，這類家具企業(yè)專注于實(shí)驗(yàn)室家具研發(fā)設(shè)計(jì)和空間環(huán)境設(shè)計(jì)，以更好地適應(yīng)智慧教育的教學(xué)模式。其實(shí)驗(yàn)室桌椅大多移動(dòng)方便，可自由組合，適合小組討論等多種實(shí)驗(yàn)室布局;通過(guò)科學(xué)展品營(yíng)造學(xué)科氛圍，既能提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣，又能起到營(yíng)造學(xué)科氛圍[3]的作用。

第三類是以軟件開(kāi)發(fā)為主，提供包括化學(xué)實(shí)驗(yàn)評(píng)測(cè)系統(tǒng)、化學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)軟件等技術(shù)的企業(yè)，占比13.6%。這類企業(yè)的產(chǎn)品能夠?yàn)閷W(xué)生展示規(guī)范性的實(shí)驗(yàn)操作，為中學(xué)實(shí)驗(yàn)線上教學(xué)提供極大的幫助，能提供定制化服務(wù)，幫助打造專屬的實(shí)驗(yàn)操作考試服務(wù)平臺(tái)。

2 中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室空間使用現(xiàn)狀

為了解中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室空間使用現(xiàn)狀，就近走訪調(diào)研了南京市及其附近區(qū)域的智慧校園建設(shè)項(xiàng)目中化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)情況，收集各中學(xué)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)室資料，結(jié)合線上調(diào)研分析各學(xué)?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)狀。

2.1 使用人數(shù)

調(diào)研學(xué)校的實(shí)驗(yàn)室均為大班授課模式，可實(shí)現(xiàn)大班教學(xué)。大部分中學(xué)每個(gè)班已超過(guò)50人，加上選課走班制度[4]的實(shí)行，參與化學(xué)實(shí)驗(yàn)課的學(xué)生數(shù)量各有不同。多數(shù)班級(jí)大多情況下還是采用大班教學(xué)模式，IB國(guó)際班等少數(shù)班級(jí)實(shí)現(xiàn)了智慧教育所倡導(dǎo)的小班教學(xué)模式[5]，種種因素導(dǎo)致中學(xué)化學(xué)教學(xué)環(huán)境無(wú)法很好地滿足師生實(shí)驗(yàn)使用需求。所以從教學(xué)實(shí)際出發(fā)，對(duì)實(shí)驗(yàn)室空間及家具進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，如考慮增加便攜式實(shí)驗(yàn)桌椅設(shè)計(jì)是非常必要的。

2.2 空間布局

根據(jù)調(diào)研，中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)空間布局分為四類，即傳統(tǒng)行列式、小組討論式、功能復(fù)合式和靈活式布局。其中，第一種傳統(tǒng)行列式布局教學(xué)空間為矩形，空間單一封閉，教室空間緊湊。教學(xué)區(qū)由行列式桌椅布置組成，教學(xué)區(qū)兩側(cè)貼近墻體界面。第二種小組討論式空間布局，實(shí)驗(yàn)桌椅為多邊形，通常為4～8人小組實(shí)驗(yàn)，互動(dòng)性強(qiáng)。第三種是功能復(fù)合式空間布局，主要改造教室空間布局。教室部分為講臺(tái)和學(xué)生桌椅，部分為實(shí)驗(yàn)操作區(qū)，功能更加多元化，滿足學(xué)生使用需求[6]。第四種是靈活式空間布局，基本教學(xué)區(qū)域靈活布置，分組式教學(xué)和可移動(dòng)桌椅能夠加強(qiáng)師生之間的互動(dòng)交流，空間形式和教室布置方面更為多元靈活，注重打造智慧化教學(xué)空間，使用平板教學(xué)、多屏協(xié)同教學(xué)[7]，師生互動(dòng)更加頻繁。

2.3 化學(xué)實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有功能分區(qū)比較

實(shí)驗(yàn)室空間按功能可劃分為九個(gè)部分：辦公區(qū)、信息區(qū)、教學(xué)區(qū)、實(shí)驗(yàn)區(qū)、模擬實(shí)驗(yàn)區(qū)、清潔區(qū)（水槽）、收納區(qū)和更衣區(qū)。通過(guò)統(tǒng)計(jì)8所中學(xué)的情況，發(fā)現(xiàn)其都有的功能區(qū)域有辦公區(qū)、信息區(qū)、實(shí)驗(yàn)區(qū)和清潔區(qū)，基本功能齊全。個(gè)人物品的收納和存儲(chǔ)空間是化學(xué)實(shí)驗(yàn)室必要的功能區(qū)域，是為化學(xué)教學(xué)中師生暫時(shí)存儲(chǔ)物品和使用工具提供的空間。在8所中學(xué)中，只有3所中學(xué)在化學(xué)實(shí)驗(yàn)室設(shè)置了專門的收納區(qū)，并且收納區(qū)采用的是模塊化組合設(shè)計(jì)，無(wú)智能化功能，便于存儲(chǔ)。此外，所調(diào)研的中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室較少設(shè)置模擬實(shí)驗(yàn)區(qū)。在實(shí)驗(yàn)操作的過(guò)程中，難免出現(xiàn)各種操作問(wèn)題，為了提升實(shí)驗(yàn)效率和正確性，要求中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)增加模擬實(shí)驗(yàn)區(qū)或者虛擬現(xiàn)實(shí)（簡(jiǎn)稱VR）實(shí)驗(yàn)軟件操作區(qū)。而僅有1所學(xué)校專門設(shè)置了更衣區(qū)，便于師生在實(shí)驗(yàn)前后更換實(shí)驗(yàn)服，培養(yǎng)安全意識(shí)。

2.4 基礎(chǔ)設(shè)施及環(huán)境

綜合調(diào)研建設(shè)智慧校園背景下的中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的基礎(chǔ)設(shè)施及環(huán)境情況，化學(xué)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的基礎(chǔ)設(shè)施可以大致分為三類：智能控制套件、實(shí)驗(yàn)室家具和實(shí)驗(yàn)所用設(shè)備。智能控制套件包括無(wú)線智能網(wǎng)關(guān)、空調(diào)控制套件、多媒體控制套件、智能插座套件、智能用電套件、空氣質(zhì)量傳感套件、可燃?xì)怏w報(bào)警套件、物聯(lián)網(wǎng)一體化終端、智能顯示屏和智能吊裝系統(tǒng);實(shí)驗(yàn)室家具包括教師演示臺(tái)、學(xué)生實(shí)驗(yàn)桌、實(shí)驗(yàn)椅凳、水槽、柜類;常見(jiàn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備則有鐵架臺(tái)、試驗(yàn)箱（收納筐）、電腦、展示墻等。

物理環(huán)境方面，化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的智慧性建設(shè)很大程度上是物理環(huán)境的智慧化。調(diào)研的中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)基本都有物聯(lián)網(wǎng)管控設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集、預(yù)警與反饋[8]，并通過(guò)智慧管理系統(tǒng)發(fā)布到教室的電子班牌、師生的手機(jī)APP上，同時(shí)設(shè)置相應(yīng)的預(yù)警音效進(jìn)行提醒，實(shí)現(xiàn)了物理環(huán)境的自適應(yīng)可調(diào)節(jié)?？臻g環(huán)境方面，因鐵架臺(tái)比較重，不易搬動(dòng)，所以在需要使用鐵架臺(tái)的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，通常選擇將鐵架臺(tái)放置在實(shí)驗(yàn)桌面上。實(shí)驗(yàn)桌面上通常放置塑料實(shí)驗(yàn)筐，筐內(nèi)有實(shí)驗(yàn)所要用到的儀器和藥品。這樣做既節(jié)省了取用儀器的時(shí)間，也簡(jiǎn)化了收納過(guò)程[9]。此外，展示墻面懸掛元素周期表、知識(shí)網(wǎng)絡(luò)圖，墻面、天花板、窗簾的個(gè)性化色彩設(shè)計(jì)，都是在創(chuàng)設(shè)濃厚的化學(xué)實(shí)驗(yàn)氛圍，在浸入式的環(huán)境熏陶下，優(yōu)化學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。信息環(huán)境方面，部分學(xué)校在化學(xué)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)配備了電腦，可以進(jìn)行模擬操作實(shí)驗(yàn)，以實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)空間的合理利用和信息環(huán)境的交互。

3 國(guó)內(nèi)外實(shí)驗(yàn)室家具產(chǎn)品

通過(guò)線下走訪各大教育裝備相關(guān)展會(huì)、實(shí)地參觀并搜集商家推薦產(chǎn)品宣傳冊(cè)和線上調(diào)研的方式（品牌官網(wǎng)）收集相關(guān)實(shí)驗(yàn)室家具品牌，匯總分析其系列產(chǎn)品，篩選出14個(gè)品牌，統(tǒng)計(jì)分析每個(gè)品牌的樣本，得到有效樣本數(shù)共計(jì)232個(gè)。運(yùn)用歸類分析法客觀地分析總結(jié)樣品特征，為面向智慧教育的中學(xué)實(shí)驗(yàn)室家具設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)。

3.1 產(chǎn)品品類

中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室家具產(chǎn)品分為四類：桌臺(tái)類、柜類、坐具類和其他家具。對(duì)比分析國(guó)內(nèi)外品牌，可以看到國(guó)內(nèi)實(shí)驗(yàn)室家具品牌產(chǎn)品品類相對(duì)齊全，實(shí)驗(yàn)室家具整體解決方案較為顯著;國(guó)外實(shí)驗(yàn)室家具品牌產(chǎn)品多數(shù)專門設(shè)計(jì)制造某一類家具，致力于追求精細(xì)化設(shè)計(jì)。

3.2 材質(zhì)

實(shí)驗(yàn)室的家具材質(zhì)選擇可以拆解成兩部分，一部分是框架材質(zhì)，另一部分是臺(tái)面材質(zhì)?？蚣苁羌揖叩闹黧w，決定了家具的承重性能[10]。實(shí)驗(yàn)室家具框架可以分為以下幾種：全木材結(jié)構(gòu)、鋼木結(jié)構(gòu)、鋁木結(jié)構(gòu)、ABS結(jié)構(gòu)、塑鋼結(jié)構(gòu)以及全鋼結(jié)構(gòu)。

針對(duì)實(shí)驗(yàn)室家具框架材料，目前學(xué)校家具市場(chǎng)上普遍使用鋁木結(jié)構(gòu)，占比48%，鋁木結(jié)構(gòu)框架采用大型鋁合金模具成型制作，鑲裝聚木屑三聚氰胺浸漬板，其組裝接縫嚴(yán)密，連接牢固，受到師生喜愛(ài)。其次是鋼木結(jié)構(gòu)和全鋼結(jié)構(gòu)，市場(chǎng)采用率為19%和18%，多選用0.8 mm厚烤漆鋼制框，具有較高的性價(jià)比，也很受師生青睞。國(guó)內(nèi)外消費(fèi)者關(guān)于實(shí)驗(yàn)室家具框架的選擇存在一定的差異。國(guó)內(nèi)實(shí)驗(yàn)室家具，無(wú)論是學(xué)生實(shí)驗(yàn)桌還是教師演示臺(tái)，鋁木結(jié)構(gòu)最多，占比67.44%和50%;其次是鋼木結(jié)構(gòu)，占比18.6%和33.33%。而國(guó)外則更偏向鋁木結(jié)構(gòu)和全鋼結(jié)構(gòu)。

臺(tái)面材質(zhì)[11]除了要滿足審美需求以外，還要具備堅(jiān)固、耐腐蝕、防火、防靜電、防酸堿、滅菌等性能。中學(xué)實(shí)驗(yàn)室家具市場(chǎng)上常用的臺(tái)面材料有實(shí)芯理化板、陶瓷板、環(huán)氧樹(shù)脂板、千思板、貼面理化板等。國(guó)內(nèi)外消費(fèi)者關(guān)于實(shí)驗(yàn)室家具臺(tái)面材質(zhì)選擇最多的是實(shí)芯理化板。國(guó)內(nèi)實(shí)驗(yàn)室家具臺(tái)面材質(zhì)排名前三的分別是實(shí)芯理化板、陶瓷板和鋼化玻璃。而國(guó)外則是實(shí)芯理化板、三聚氰胺板和貼面理化板。實(shí)芯理化板的優(yōu)點(diǎn)是可獨(dú)立使用而不需要粘貼在任何基材上，相比貼面板，具備防水、確保強(qiáng)度和美觀等優(yōu)點(diǎn)。臺(tái)面材料最好使用13 mm厚度以上的實(shí)芯理化板。此外，其成本低、用途廣，可以做成多種顏色的板材，能定制不同的色板與厚度。樣品中多采用12.7 mm（+-0.1 mm）厚的優(yōu)質(zhì)雙面實(shí)芯理化板，總厚度為25.4 mm。

3.3 結(jié)構(gòu)

實(shí)驗(yàn)室家具可以分為固定式結(jié)構(gòu)、移動(dòng)式結(jié)構(gòu)、懸掛式結(jié)構(gòu)。固定式結(jié)構(gòu)就是我們常見(jiàn)的傳統(tǒng)工作臺(tái)的布置，不具備靈活性;移動(dòng)式結(jié)構(gòu)是在實(shí)驗(yàn)臺(tái)底部安裝滾輪，可以隨時(shí)移動(dòng)，桌椅板凳可以根據(jù)人體需求隨時(shí)調(diào)節(jié)高度，靈活度高;懸掛式結(jié)構(gòu)是將柜體放置在落地的金屬框內(nèi)，這樣的設(shè)計(jì)防潮性能好。目前實(shí)驗(yàn)室家具還是以傳統(tǒng)的固定式結(jié)構(gòu)為主，其次是移動(dòng)式結(jié)構(gòu)和懸掛式結(jié)構(gòu)。與國(guó)內(nèi)家具相比，國(guó)外家具的移動(dòng)式結(jié)構(gòu)和懸掛式結(jié)構(gòu)占比更多。其中移動(dòng)式結(jié)構(gòu)能根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)需求選擇合適的實(shí)驗(yàn)室布局，這正好與智慧教育下的實(shí)驗(yàn)室布局形式多樣化的趨勢(shì)[12]相符。

3.4 功能分析

化學(xué)實(shí)驗(yàn)室家具的功能配置在一定程度上會(huì)對(duì)家具選擇造成較大的影響，因此圍繞其功能性展開(kāi)調(diào)研，面向此類群體開(kāi)展精準(zhǔn)設(shè)計(jì)具有實(shí)際意義。在實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)的功能上，前面四項(xiàng)分別是學(xué)生實(shí)驗(yàn)臺(tái)桌、實(shí)驗(yàn)椅凳、教師演示臺(tái)和通風(fēng)柜，其中學(xué)生實(shí)驗(yàn)臺(tái)桌有96件，占比41.32%。在滿足中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)功能配置的前提下，實(shí)驗(yàn)室推車、移動(dòng)演示桌、儀器柜依次成為化學(xué)實(shí)驗(yàn)室家具主要的新增功能。由此可見(jiàn)，該用戶群體對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室空間家具的移動(dòng)性需求較大，因此，在設(shè)計(jì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室家具時(shí)，移動(dòng)性設(shè)計(jì)是家具選擇上的主要關(guān)注點(diǎn)。

4 結(jié)語(yǔ)

由研究可知：

第一，我國(guó)中學(xué)化學(xué)智慧實(shí)驗(yàn)室市場(chǎng)還處在發(fā)展階段，生產(chǎn)企業(yè)按產(chǎn)品類型可分為以硬件研發(fā)為主、以軟件設(shè)計(jì)為主和軟硬件相結(jié)合的三類企業(yè)，針對(duì)線上線下教學(xué)的一系列化學(xué)智慧實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)品逐漸普及。

第二，對(duì)于實(shí)驗(yàn)室空間使用現(xiàn)狀，從使用人數(shù)分析，實(shí)驗(yàn)桌椅考慮增加便攜式設(shè)計(jì)是非常必要的。從空間布局分析，中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室空間布局有傳統(tǒng)行列式、小組討論式、功能復(fù)合式和靈活式布局。中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室基本功能區(qū)域有辦公區(qū)、信息區(qū)、實(shí)驗(yàn)區(qū)和清潔區(qū)，可添加功能區(qū)域有教學(xué)區(qū)、模擬實(shí)驗(yàn)區(qū)、收納區(qū)和更衣區(qū)。化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的智慧性建設(shè)很大程度上是物理環(huán)境的自適應(yīng)調(diào)節(jié)帶來(lái)的智慧化，其次就是信息環(huán)境的交互和空間環(huán)境氛圍的營(yíng)造。

第三，實(shí)驗(yàn)室家具在產(chǎn)品品類方面，可以分為桌臺(tái)類、柜類、坐具類和其他家具這四類。在家具材料方面，可以分為框架材質(zhì)和臺(tái)面材質(zhì)。我國(guó)實(shí)驗(yàn)室家具框架材質(zhì)排名前兩位的是鋁木結(jié)構(gòu)和鋼木結(jié)構(gòu)，臺(tái)面材質(zhì)排名前三的是實(shí)芯理化板、陶瓷臺(tái)面和鋼化玻璃。以固定式結(jié)構(gòu)家具為主，對(duì)家具的移動(dòng)性功能需求較大。

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作者簡(jiǎn)介：孫云（1996—），女，山東臨沂人，碩士在讀，研究方向：家具設(shè)計(jì)與理論。

陳于書(shū)（1972—），女，江蘇南京人，博士，教授，研究方向：家具設(shè)計(jì)與工程。