研究型生物实验室

研究型生物实验室（精选12篇）

研究型生物实验室 篇1

摘要：实验室生物安全与医学科学研究的关系非常密切。实验室生物可引起重大安全事件, 每个从事实验室工作的工作者都需高度重视实验掌握室生物安全问题。本文就科学研究要具备安全实验室、树立科学实验室生物安全意识、科学实验室生物安全知识, 遵循科学实验室生物安全管理四方面, 阐述实验室生物安全与医学科学研究的关系。

关键词：实验室,生物安全,科学研究

实验室生物安全是指工作人员所处理的实验对象含有致病的微生物及病毒, 通过在实验室设计、使用防护装置, 遵从标准化操作程序和规程方面采取综合措施, 确保实验工作人员的安全[1]。从事此项工作研究与其研究的场所及其它硬件设施、并且与之相关联的软件建设是总体[2]。大体说来, 此项科学研究所需要的一系列主客观条件和硬软件条件, 这个系统最主要是具备以下条件。

1 科学研究要具备科学的生物安全实验室

科学的生物安全实验室是符合规划和标准的, 这样的实验室才能成为开展病原微生物实验室活动的必备条件。符合规划和标准的实验室, 是在风险评估基础上, 确定实验室的生物安全防护水平, 按照不同等级的生物安全防护水平, 提出并确定不同等级的生物安全实验室的设计原则及基本要求和实验室的设施、设备、装配要求[3]。依据国家相关规定, 防护水平为一级的实验室, 适用于在一般情况下不会引起人类或动物疾病的微生物;防护水平为二级的实验室, 适用于能够引起人类或动物疾病, 但对人、动物或者环境不构成严重危害, 传播风险有限, 并且具备有效治疗和预防措施的微生物;防护水平为三级的实验室适用于操作规程能够引起人类或者动物严重疾病, 直接或间接传播的微生物;防护水平为四级的实验室适用于操作能够引起人类或者动物严重疾病的微生物, 以及我国尚未发现或已经宣布消灭的微生物。实验室设计原则及基本要求主要是应有专门设计以确保存储、转运、收集、处理和处置危险物料的安全;实验室内环境参数应符合工作要求和卫生等相关要求;动物实验室还要考虑对动物呼吸、排泄、毛发、抓咬、挣扎、逃逸、动物实验、饲养、尸体处置等过程产生的潜在生物危险的防护。不同防护水平等级的实验室还要符合相应的不同的设计原则和基本要求以及设备要求, 如实验室的平面布局、供水供气系统、照明系统、污物处理及消毒灭菌系统、自控监视与报警系统等都要符合规划和标准。

2 科学研究要树立科学的实验室生物安全意识

实验室生物安全是生产安全的重要组成部分。这项工作是坚持立党为公、执政为民的必然要求, 是贯彻落实科学发展观的必然要求, 是实现好、维护好、发展好最广大人民群众根本利益的必然要求。目前我国已颁布了一系列病原微生物实验室生物安全管理的条例、法规和标准, 工作人员一定要加强学习, 坚决贯彻执行, 所有研究实验工作人员做到依法办事、按程序办事。要真正懂得, 病原生物特别是高致病性病原微生物实验室内操作的任何疏忽、失误都可能造成难以弥补的损失。如果发生病原微生物感染, 首先损害实验室工作人员的健康和生命, 如果再传播到社会上, 还将危及群众的健康和生命安全, 影响我国的社会稳定, 也将影响我国的国际声誉。实验室工作人员不仅要对自己和单位负责, 更要对人民负责。要有强烈的安全意识和高度的责任感。保证实验室安全, 需要长期的坚持不懈。要将安全制度变成每一个在实验室工作同志的习惯, 要把安全文化变成工作人员的潜意识, 这需要一个过程。任何管理的发展都有三步, 第一步是人管人, 没有制度, 人管理是不太可靠的。第二步要建立制度, 要将制度变成习惯。第三步就是安全文化管理, 安全文化在潜意识中的作用。实验安全从人管理, 到制度管理, 再到一种文化管理, 达到管理的最高境界。工作人员要向这个方向努力, 这就为实验室生物安全奠定了思想意识基础。

3 科学研究要掌握科学的实验室生物安全知识

2003年非典暴发流行, 东南亚、中国相继发生了实验室研究人员及医疗工作人员感染。SARS病毒事件, 原因是多方面的, 其中缺乏完整系统深入的实验室生物安全基础理论教育及相关知识的学习是重要原因之一, 因而对生物安全实验室研究、工作人员进行实验室生物安全继续教育, 掌握生物安全防护的基本知识和操作技能势在必行。通过学习培训, 使研究工作人员掌握实验室个人防护装备的正确使用方法。护目镜、眼罩、口罩、面罩、工作帽罩、防毒面具、手套、工作服、防护服、隔离服、呼吸保护装置及正压气体供应工作服等通常和生物安全柜结合使用。掌握实验室常规仪器设备的维护保养、操作方法及注意事项。实验室内常见的培养箱、干烤箱、冷藏箱、低温冰箱、高压灭菌锅、冷冻离心机、生物安全柜等仪器设备, 应严格按照相关的操作程序进行作业和维护, 同时掌握常规仪器出现异常情况时应采取的紧急措施。掌握实验室清洁和消毒及废气物的处理, 实验室的消毒处理要遵循及时消毒、彻底消毒、有效消毒的原则。实验室的废弃物不能视为生活垃圾, 应做专门处理, 同时还应分清可反复使用和一次性使用材料的分类处理。

4 科学研究要遵循科学的实验室生物安全管理

本世纪初的SARS病毒暴发流行, 留下了的沉痛教训之一就是生物安全实验室研究工作人员没有遵循科学的实验室生物安全管理要求和相关部门疏于管理造成的。做好实验室生物安全工作, 必须建立有效的生物安全管理制度和健全的生物安全体系。要把管理措施变成行为, 变成习惯。同时还要对本地在本单位创定的管理措施认真贯彻执行。作为从事病原微生物实验活动的实验室要建立健全实验室生物安全管理体系和管理程序。包括管理的组织、管理责任、个人责任、安全管理体系文件、文件控制、安全计划、安全检查、不符合项的识别和控制、纠正措施、预防措施、持续改进、内部审核、管理评审、实验室人员管理、实验室材料管理、实验室活动管理、实验室内务管理、实验室设施设备管理、废物处置、危险材料运输、应急措施、消防安全、事故报告等等[4]。而且一定把实验室管理体系、管理程序及各项管理要求落实日常工作中, 使之成为实验室研究工作人员的自觉行为和日常习惯。

参考文献

[1]曲萍, 刘利兵, 陈健康, 等.关于高等医学院校实验室生物安全的思考[J].山西医科大学学报 (基础医学教育版) , 2009, 23 (1) :25-28.

[2]李红花, 李英信, 李芳芳, 等.加强医学微生物学实验室生物安全管理[J].现代预防医学, 2008, 35 (1) :76.

[3]朱昌平, 余新炳.医学研究生实验室生物安全教育初探[J].实验室研究与探索, 2009, 26 (8) :304-306.

[4]郝智慧, 赵厚德.动物实验的生物安全防护初探[J].实验动物科学[J].2010, 27 (4) :62-64.

研究型生物实验室 篇2

时间：2011年9月21日

地点：生物实验室

参与人：生物组

主题：让学生了解仪器和药品

学生了解仪器和药品，是培养学生运用能力的基础

“知其然，应该知其所以然”。对仪器的原理、药品的特性不了解，使用起来就会带有盲目性，就不可能形成运用能力。例如，学生对低倍镜和高倍镜的选择上，经常不能根据观察对象的特点和观察目的进行合理的选择来使用。学生常常由于好奇心的驱使和对低倍镜、高倍镜特点的无知，总是一上来就用高倍镜，认为高倍镜总比低倍镜观察清楚。这种盲目性，是由于学生不了解显微镜的基本原理，不了解高倍镜放大倍数大，分辨率高，但所看到的实际面积小，即视野小。而且倍数越高，能看到材料的厚度就越薄，高倍镜适宜观察局部和细节。低倍镜所看到的面积大，适宜观察材料的整体结构，以及寻找观察目标。只要学生了解了这些基本原理，才能正确选用低、高倍镜。由低倍镜换高倍镜时，如果图像不太清晰，只需调节细准焦螺旋，就可以看清图象了。学生只有了解了上述的基本原理和操作方法，才能正确使用高倍镜。另外，如果镜中有污染的花斑或异物，就会影响对微细结构的观察，清除花斑或异物，也是形成运用能力的一个方面。清除污染物，首先应确定污染物在目镜、物镜还是装片(或切片)上。因此应让学生了解目镜在镜筒上可用手做圆周转动，装片(或切片)在载物台上可用手向任意一个方向移动或用移动器上下左右移动，如污染物在装片(或切片)上，移动装片(切片)，污染物则随之移动而反方向移动，否则，污染物就在物镜上。在清除直镜筒的显微镜目镜和物镜上的污染物时，还应让学生了解先后顺序，应先摘下物镜，然后再摘下目镜，试擦完毕装上时，则应先装目镜后装物镜，因为这样可以防止因摘装目镜时与镜筒摩擦下来的尘渣沿镜筒落人物镜的内部。

在明确学生实验中药品的运用能力方面：例如，在观察植物细胞的有丝分裂实验中，应让学生了解龙胆紫或洋红是与染色体结合的碱性染料，碱性染料是指有色离子是阳离子的染料，而不是染液的pH呈碱性。这样就引出了一个问题，醋酸起什么作用?应让学生了解2％醋酸是染料的溶剂，在染色时增加了细胞的通透性，而不引起细胞膨胀，利于染液的离子进入细胞而使细胞核内的染色体着色。在观察根对矿质元素离子的交换吸附现象时，要让学生了解自来水中有许多阳离子，可以将已交换吸附在根细胞表面的亚甲基蓝阳离子交换下来，使蓝色的根变浅，而影响实验效果，从而使学生明确为什么用蒸馏水冲洗根上的浮色，并且知道整个过程中所用的蒸馏水不能被污染。在提取叶绿体色素中，要让学生了解叶绿体色素是有机物，可以溶于有机溶剂。了解在叶绿索中的Mg易被叶子的细胞液内的有些有机酸的H取代而转变成去Mg的叶绿素，影响对色素的观察，从而使学生明确为什么要用丙酮作提取剂，为什么一定不要让层析液没及滤纸上的滤液细线，为什么在研磨前要加入碱性盐一少量的碳酸钙。当然，也只是在这个基础上学生才能灵活地运用它。

生物实验教学方法的研究 篇3

一、依托已有知识,明确实验设计原理

教育学认为决定教学效果有三个主要因素:认知的前提能力(基础知识)、情感的前提特性(参加学习的动机情感)、教学的质。其中的认知则是一个前提基础,也就是说有了知识不等于就有了能力,但没有知识则不可能提高能力,因此,实验设计之前必须深谙实验设计的原理。

1.挖掘教材中的实验设计理论知识。在现行的教材中对生物学实验设计的基本原则和方法等内容没有专门的系统阐述,而是把它们隐含在教材的实验内容和生物学史的内容中,教师就应善于发现并挖掘出教材中的潜在信息,帮助学生了解和掌握实验设计的理论知识。

2.补充经典实验,优化实验设计理论知识。分析教材中的实验,发现实验内容少且缺乏系统性的方法指导,这对于学生全面了解实验设计的理论知识是不够的。因此,在教学中可以适当地补充生物学的经典实验,如童弟周培育单尾鳍金鱼实验等,着重让学生了解实验意图,认识实验的形成过程,分析实验设置的实验条件的目的。这对于学生进一步理解实验设计的原则,掌握实验设计的方法,都是十分重要的。

二、强化实验设计训练,提高实验设计能力

1.由浅入深,循序渐进,帮助学生树立实验设计的自信心

课本实验是学生熟悉的知识,教师在课本实验的复习中可灵活地改变实验的某个条件,让学生模仿课本实验的程序进行简单的实验设计,使学生从中获得成功体验,增强对实验设计的兴趣;同时在“模仿”过程中训练学生实验设计的思维方式,使学生初步形成实验设计的正确思路,为实验设计实施的可行性奠定良好的心理基础。

2.培养学生设计实验方案的能力

无论哪种类型的生物实验设计,其本质都是根据实验题目所提出的问题,运用已具备的生物知识或生物技能,有时甚至是根据实验题目所给出的信息或提示,构思出解决问题的方案,这有助于培养学生思维的发散性,提高其综合知识和解决实际问题的能力。实验设计的基本思路为:明确要求和目的→联系理论原理→确定实验思路→设计实验步骤→实验结果的预期、分析和讨论。由于实验设计题往往开放度较大,设计的实验步骤甚至在方法上可能不统一,但只要是科学的、合理的、可行的,都应给予认可。

3.进行专题训练

学生在明确了实验设计的基本原则和思路之后,完成一定数量的设计练习是必要的,它可培养学生综合处理信息的能力、逻辑思维能力以及语言文字的综合能力等,并能提高实验设计题的应答准确性。为了使学生更好地掌握实验设计的方法,提高运用知识解决问题的能力,可以按照实验设计题的类型采用专题训练的做法。这有利于培养学生想象能力、设计能力和创造能力,引导解决问题的思路方法,进一步培养学生的科学素质和实验思维能力。

4.进行讨论交流

研究型生物实验室 篇4

1 设计

1.1 设计理念

符合国家生物安全实验室建设规范和规定;达到国家消防、环保、劳动安全规定;运用当今国际国内生物安全实验室建设的先进水平和技术,结合本地疾病发生和发展的特点,超前5~10年;有效利用空间,便于管理;节省工程投资和运行费用;将有相同要求的实验室分为一个区,万级净化实验室和PCR实验室设在一个区域,将P2负压和P2实验室设在一个区域。有特殊要求的实验室集中放置和空调通风机分开设置,可以按需所用,降低运行费用,便于管理,空调机房集中放置,并靠近使用区域,节省风管的长度,也减低了能量损耗。

1.2 建设范围

设万级净化实验室70m2,PCR实验室80m2,P2负压实验室80m2,P2实验室40m22个,HIV实验室50m2。配套的公用工程,建筑装修、通风空调、配电等,其实验环境要求为宽松舒适。

1.3 万级净化实验室

设准备室、第一和第二更衣室、主实验室。净化区域内无有害物质产生,将净化区域设计为正压+10~15Pa,送风量L=700m3/h,换气次数20次/h,以有效地确保其洁净度。在净化区域的排风总管上设一电动风阀,并与排风机同开同关,以防停机时室外新风倒灌至净化间。实验物品等通过传递窗送入主实验室,培养室。人流,通过更衣,气闸间进入。在主实验室应设出现紧急情况时的逃生门,直接通向外部。

1.4 PCR实验室

设PCR1,PCR2,PCR3,PCR4,人、物流均由气闸间进入,该实验区内的四个实验室PCR1-4及其气闸室设置一个舒适性空调系统,PCR1设计+10Pa正压值。PCR2设置-10Pa。送风量L=700m3/h,换气次数20次/h。

1.5 P2负压实验室

实验室设计-25~-30Pa负压值,与污物处理、污染区、半污染区、气闸等房间均需保持-5~-10Pa的压差,以防止有毒有害气溶胶不经过滤溢散到空气中,上述房间和与其相关的准备消毒、清洁区、气闸间等房间合设一个舒适性空调系统。送风量L=200m3/h,换气次数12次/h。物流,所需实验器材先进入准备间,再经过传递窗送入主实验室。废弃物打包后在污物处理室进行消毒,再送出实验区域。人流,通过更衣、气闸间进入主实验室。

1.6 HIV抗体初筛中心实验室

主实验区(污染区)设计-25~-30Pa负压值,与清洁区、半污染区等房间保持-5~-10Pa的压差,设置血清库。物流,所需实验室器材经传递窗进入污染区。人流,从清洁区、半污染区到污染区工作。设置一个通风空调系统,送风量L=200m3/h,换气次数12次/h。

2 建设

2.1 围护结构

实验室净高2.6m,围护结构、顶棚材料采用彩钢板,地面采用PVC材料,地面要平整防滑。为全密闭结构,不设窗户,全机械通风。

2.2 空调通风

通风空调机分设,设四个空调系统,以降低运行费用。空调机房设两间,各两个系统,30%新风量,送风与排风联锁,负压实验室,排风先于送风开启,以形成负压,排风后于送风关闭,以保持负压;洁净实验室,送风先于排风开启,以形成正压,送风后于排风关闭,以保持正压。通风管道内设静压和防倒灌装置。

2.3 净化

送风和排风均采取初、中、高效净化过滤。实验室净化达到十万级,万级净化实验室安装超净工作台,局部达到净化百级。负压主实验室安装二级生物安全柜,排风汇入主排风系统内,使空气再一次过滤,保证不使有毒有害物质外排到环境中。

2.4 安全与消防

安全,制定生物安全管理手册,工作人员进行生物安全、消防知识培训,考核合格后方可进入实验室开展工作。设置安全和危害标志以警示,建立危害事故急救预案等。消防,每个实验室安装火灾自动报警装置,一旦发生火情,火灾自动报警装置接收端会自动报警和电话通知管理者。设置消防栓、手提式干粉灭火器,在净化主实验区、负压主实验区必须放置手提式干粉灭火器,以便紧急时用。实验室最高层设置消防水箱。

3 讨论

1)生物安全实验室房屋建设是生物安全实验室建设的第二道屏障。生物安全实验室建设包括第一道屏障(生物安全柜、防护服等)、第二道屏障(房屋),工作人员生物安全知识培训、实验室生物安全管理制度等。

2)国家对生物安全二级实验室建设要求不是很严,如可以开设窗户,采取自然通风,不设空气净化装置,对实验室正负压差也无要求,人流、物流通道共用等。但从资金一次性投入和超前建设的理念出发,从本地发生流感、霍乱、碳疽、结核、麻疹等传染病以及开展相应的实验室检验等[3],建设高标准生物安全二级实验室是必须的。所以应建设流感病毒检测、霍乱、碳疽、结核病检测和HIV抗体检测三个负压实验室[4]。对国家标准P3实验室负压值要大于-30Pa[1],所以P2负压实验室负压值设为-25~-30Pa。对实验室的换气次数标准规定不少12次/h。

3)PCR实验室是病原微生物实验室检测活动发展的方向,所以应当设立PCR实验室。要开展对一次性卫生用品、医院消毒效果监测、医院手术室空气质量(达到百级)检测等,必须设立更高级别的净化检测实验室,所以市级疾控中心应建设万级净化(局部百级)实验室。

4)作为市级疾控中心实验室,使用频率不是很高,各个实验室不是每天都有检测工作,所以从节省能耗的角度,各实验室通风空调分别独立设置,在以后的工作中使用哪个实验室,开启哪个实验室的通风空调。新风设置为30%的新风量。在我们西北地区,风、沙、尘天气较多,应在通风系统的进风口安装预过滤装置。

5)按照国际惯例,实验室的门要超外开向,这有利于出现紧急情况时逃生。但正压实验室的门可以超内开向[2],以利于房间形成正压。门上要设可视窗。设实验室工作状态的显示装置。

参考文献

[1]生物安全实验室建筑技术规范.中华人民共和国国家标准[S].

[2]GB19489—2004,实验室生物安全通用要求[S].

[3]卫生部.省、地、县级疾病预防控制中心实验室建设指导意见[Z].

生物课堂教学研究实验阶段总结 篇5

赵本中学

韩 春 明

生物课堂教学研究实验阶段总结

提出问题是探索实验的基本途径之一，是发明创造不可缺少的一环，我们在教学中要重视学生提问能力的培养。审视传统的教学，我认为如何培养学生提问能力是关系到课程改革的重要前提。我们以往都是老师提出问题，学生竭尽全力去完成老师提出的问题。在这种情况下学生怎样才能成为学习的主人呢？要真正塑造创造型人才，教师在教学中必须鼓励学生勤于观察，敢于质疑，勇于提问。培养学生的“提问”能力是培养创新型人才的起点，所以中学生物教学应当将学生的“提问”能力的培养放在首位,我们的学生如果有了提出问题的能力，也就能善于提出有价值的问题；在提出问题的过程中，学生的创新思想、创新意识、创新精神也就悄然得到发展。下面我将本学期如何在课堂中培养学生的提问能力谈几点策略。

一、营造课堂民主氛围，鼓励学生提出问题

（一）民主氛围要体现“教学相长”

我国古代思想家韩愈认为：“生乎吾前，其闻道也，固先乎吾，吾从而师之;生乎吾后，其闻道也，亦先乎吾，吾从而师之。吾师道也，夫庸知其年之先后生于吾乎?是故无贵无贱，无长无少，道之所存，师之所存也。”意思是说，无论社会地位是高或是低，无论年龄是长或是少，谁掌握了道，谁就是教师。作为新课改下的教师，在教学过程应当始终与学生保持平等的主体，把学生看成是发展的人，要允许学生有自己的思考，有独到的见解，师生间要保持零距离接触，而不应当凌驾课堂和学生之上。在教师的三尺讲台上应当时刻体现“弟子不必不如师，师不必贤于弟子，闻道有先后，术业有专攻，如是而已”的教学相长的思想。唯有这样，才能解除学生紧张恐惧的心理负担，课堂上的主人就会勇敢的提出老师意想不到的、有价值的问题。

（二）民主氛围要尊重每位学生的个性特征

教学的核心理念是：为了一切学生，为了学生的一切。教师必须尊重每位学生做人的尊严和价值。由于学生自身生理、心理特点，在课堂上不向老师提问的原因很多，诸如：怕提出的问题影响教学；更多的是怕提出的问题太幼稚，让人笑话；还有是确实不能发现问题，无从谈起；对于有些学生来说，即使发现了问题，要表达自己的见解还需要很大的勇气。遇到以上情况，教师不能着急，不能埋怨，更不要讥讽，要保护每位学生的自尊心；更应当有针对性的点拨、诱导、鼓励学生表达自己的见解，长此以往学生才能善于发现问题，敢于提出问题，从而激发求知欲，发展个性，展示自我，成为课堂的主人。在每学期的第一节课我都对学生反复强调：在课堂上我们每位成员都要学会倾听，在教师讲课时，每位学生都要倾听教师的言语；在同学发言时，教师和其他学生都要倾听发言者的意见。这时尊重他人的规则，也是受他人尊重的前提。我称之为“君子协定”，如在将初中绪论一节讲到生物的特征时提到了病毒，一个同学站起来问：“计算机病毒是不是生物呢？”下面有同学说是，有同学说不是，有的窃窃私语：“就他瞎问”，见此情形我说到：“不要忘记我们的君子协定”。在课堂安静后，我没有正面回答是还是不是，而是对大家说：“这个同学问得很好，请大家利用我们刚学完的知识，自己判断一下刚才这个同学的说法，并说明理由。”通过大家的讨

论，大家用充分的理由达成一致意见，计算机病毒不是生物。

人在轻松、自由的心理状态下才可能有丰富、自由的想象，创新思维的灵感往往是在紧张探索以后的松驰状态下才会出现。总的来看，宽松、民主、自由的环境适宜于创新能力生长。只有这样的环境才会容忍甚至鼓励多样性、与众不同、标新立异、独特性和个性。只有在这样的环境中，个体才敢于甚至乐于想象、批判和创新。也只有营造出一个良好的质疑氛围，才能激发学生“提出问题”的兴趣和勇气。

二、创设情境，发现问题

问题是教学的核心。作为教师，除了培养学生具有生物学的知识去分析和解决实际问题的能力外，还要鼓励学生大胆地提出问题，既要勇于提出自己不明白，不理解的问题，也要勇于提出自己进一步思考所产生的新的困惑，新的问题，前者可以进一步激发学生学习的热情，增强学习活动的参与性，后者可以使学习不断引向深入，并带动其他同学积极思考和参与。在新课导入时，要鼓励学生勇于提出问题，在教学进行过程中，也要给学生留有质疑问难的机会和时间，让质疑问难融于课堂教学的全过程。随着教学活动的展开，学生的思维将会不断地掀起波澜，因此，质疑问难不应该是一次性的。那么如何创设问题情境呢？关键就是设法让学生将要学习的概念与他们的经验建立联系。比如要探究光对鼠妇的影响，那就先让学生认识鼠妇以及它的生活习性，观察鼠妇的生活习性，让学生熟知鼠妇的一些现象。这样学生自然就会想到很多问题了。如鼠妇生活在什么环境中？光对鼠妇有影响吗？等等。

教师的师范提问，特别是提示发现问题的思维过程，培养学生的提问能力是个循序渐进逐步提高的过程。起始阶段教师不仅应把着眼点集中于自己的课堂提问，还要向学生展示发现问题的思维过程，为学生做出示范，使学生受到启迪，让学生发现并学会提出问题的方法。

问题的提出，学生产生疑问，但这种疑问未必非常明确。例如，学生想表述光对鼠妇有影响，而往往在做实验是有一部分鼠妇的反映对光不明显，所以这时候学生就产生质疑。教师要指导学生将疑问用明确的语言表述出来，来解决实验中的问题。

三、时刻教育学生，善于发现问题

1.提醒学生，做生活的有心人

一位专家说过：“问题是由信息引起的”。人们生活在信息的汪洋大海之中，各种信息像大海的浪涛拍击着海岸一样，冲击着人们的心灵，自然产生着无穷无尽的“问题”。生物学是自然学科，它的原理、规律来源于生活，来源于现象，如牛顿发现万有引力是从“苹果为什么会落地”这一问题开始的。弗莱明发现青霉素是从“为什么霉菌菌落周围不长细菌”开始的。

在我们生活的世界中，很多自然现象值得我们去思考，去记录，去发问。每周我都抽出一节课，在课前问问同学在上周有没有什么新发现，然后同学们共同分享问题，诸如：“树叶为什么颜色不同？”，“为什么冬天路边的草都死去，而路边的树木还活着？”等，染后同学们再共同用自己的知识来解决刚才提出的问题，当同学解释有错误时，教师在出面“调解”，我们都解决不了时，师生的共同作业就是想办法解决这些问题。

2.启迪学生，勤思考才能进步

思考是发现问题，尤其是发现有研究价值的问题的又一个前提条件。在阅读和观察中发现问题，这是一个动脑想的过程。

①发挥联想和想象的翅膀，遨游于知识的海洋

联想和想象是对现实生活中暂不存在的事物的的一种超前的预测或推理，爱因斯坦说得好：“想象力比知识更重要，因为知识是有限的，而想象力概括着世界上的一切，推动着进步，并且是知识进化的源泉。”想象是创造的翅膀，可以帮助学生拓展思维空间，实现能力上的飞跃。如能从学生想象空间的广阔程度来评价问题的价值，则更利于学生创造思维的形成，更利于创造意识的培养。如对植物细胞全能性的深入了解后，科学家们提出了在科学史上非常重要的一个问题：我们能不能从动物的身体上取下一部分或者一个细胞，来培育成一个同样的新的动物呢？于是科学家们着手试验，经过努力，震惊世界的克隆羊诞生了，这就是著名的克隆技术。还有人们对鸟的飞行羡慕，有类“人类能否飞上天？”的大胆想象，于是有了飞机的产生。所以教学中应当调动一切感观，用学生的想象力来发现问题。

②调动思维的扩展性，多角度的思考问题

如果运用逆向思维去发现问题，所发现和提出的常常是新颖的、独特的问题，常是有价值的问题。如我们看到树叶时绿色的，可以想：树叶有没有红色的、白色的、黑色的呢？讲到植物的根有向地性，可以想：根在什么情况下是背地生长的？如果运用发散思维去发现问题，则会使某一主体更加鲜明，如树叶时绿色的这个主题，我们发散开来，可以发现很多问题，如：树叶为什么是绿色？绿色对植物体有什么用途？什么因素将影响植物叶子的绿色？树叶总是绿色的吗 ?等等，只有让思维的机器发动起来，学生才会发现更多的问题。

3.激励学生，质疑才会有创新

创新思维的滋生往往从怀疑开始，不能发现问题就谈不上创新，可见这对于培养人的创新能力是非常重要的。李时珍如果对以往的《本草》不产生怀疑，就不会有《本草纲目》的巨著，如果达尔文是个墨守成规的人，是个忠实的神教教徒，也不会有自然选择学说的创立。作为教师要时刻提醒学生不论是在生活实践、课堂教学以及课本阅读，还是在实验操作过程中，看到一些现象，一些疑问，一些困惑，都要及时的与同学、老师交流。因为“困惑”的产生，常常是一瞬间，要学会留住“困惑”，就能提出不少有价值的问题。要留住“困惑”，不仅要有强烈的“好奇心”，更要善于用自己的话，把困惑“记”下来、“说”出来。这样，“问题”就会源源而来，“小疑则小进，大疑则大进”，日积月累，你就会感到自己的成长。

发现问题是指头脑中产生疑问、困惑，但这种疑问、困惑未必非常明确。而提出问题则是指将头脑中产生的疑问、困惑用明确的语言表述出来，这中间往往要经历逻辑思维和组织语言的过程。这个过程是发现问题的升华，是解决问题的前提，是创新思维、创新意识的开端。学生如果具备了这种由发现问题到提出问题的能力，也说明他已经具备一定的科学素养。

四、积极引导，提供思路

“好问”和“勤问”，仅是“提问”的初级阶段。在此基础上，教师因势利导，启发学生掌握“提问”的思路和方向，提出思考性的问题，以达“善问”。

1、到生活和生产中找“问题”。生活中的生物无时不有，无处不在。只要稍作留意，问题便滚滚而来，有些可能立时有解，有些可能一时无解，但记下来，日后也许会来个“柳暗花明”。如“针对学校环境中的问题，提出改善环境状况的建议”，“你家里每天产生的垃圾可分为哪几类？其中可以回收利用的有哪些？怎样妥善处理家庭垃圾？回忆一下自己外出活动时怎样处理垃圾的，它们是否回污染环境？”等。

2、到实验中找问题。做实验，并不是为了验证什么，而是为了让学生“发现”什么。因此在教学中，均采用探索性实验，并在每一次实验之前和之后都要学生想一想：（1）所用实验材料和方法是惟一的吗？能否换一换？（2）实验操作是否最方便？能改进吗？（3）观察是否清楚？有好点子吗？（4）实验过程中出现了哪些困难或问题，能解决吗？所以每一次实验之后，我都会收到一堆的“点子”。当然有些是幼稚的甚至是错误的。但是，“发现”了，比没有“发现”要好，“想”过了——即使是“错”了，也比“不想”更好，何况其中不乏高见。

3、到想象中找问题。世人误以为只有艺术家才需要想象，事实上科学家也需要想象。由于事物发展的阶段性限制，使人们不可能对任何事物的本质都能一下子准确把握。因此，不妨通过想象提出某种理论，这种尚未证实的理论称为科学的假说，科学假说是人们将认识从已知推向未知进而变未知为已知的必不可少的思维方式，是科学研究的基本方法之一。生物史告诉我们，假说方法为各种生物学理论的建立和发展作出了巨大贡献。

五、缜密组织语言，提出自己的问题

1．提出的问题语言表达明确

要将疑问用明确的语言表达出来需要长期的磨练，比如有的同学对植物叶肉细胞有叶绿体而动物细胞没有叶绿体感到好奇，就问：“植物的叶肉细胞为什么有叶绿体呢？”问得就不够具体，可以答“这是由基因决定的”，或“叶绿体具有光合作用”等。如果问植物叶肉细胞的叶绿体是怎么形成的？或植物叶肉细胞的叶绿体有什么作用？或叶绿体中都发生什么生化反应？或叶绿体为什么是绿色的？等等，问题就明确了，可见从产生疑问到提出问题，有时还需要进行深入思考的。

2.提出问题要分类表达

学生针对某一知识点提出的问题会千差万别，如在对植物吸水和失水的知识点上同学们提出了如下问题： “植物细胞为什么吸水和失水？”，“植物细胞吸水和失水对植物体有什么意义？”，“植物细胞在什么情况下吸水，什么情况下失水？”，“植物细胞的吸水和失水和外界环境有什么关系？”，“植物细胞的吸水和失水对植物体产生什么影响？”等等。这些问题涉及的知识面很广，因此在学生广泛提出问题的基础上，师生一起将所有的问题从形态结构，生理功能，生态等方面进行分类，使学生懂得对生物的研究一般从形态，结构，生理等几个方面入手，当然也是从这几个方面提出探索性的问题。将问题分类后，教师要继续引导学生学会用科学的语言将问题表述出来，这样不仅对后面内容的学习打下了知识基础和思维基础，而且提高了学生提出问题的水平。

3.提出的问题要有价值

有价值的问题即可以作为研究的课题的问题，当然这对于处于初中阶段的大多数学生来说是有困难的，但不能因为是困难，就因噎废食，只有学生提出了有价值的问题，才能说明学生在思维上有了质的进步，也只有这样的学生才会在今后的学习生活中有突破，有创新。

就学习过程来说，只有发现问题、提出问题才能激发学生的探究欲望，强化

学生的学习动机，也能够更好的展示学生发展的聪明才智、形成独特个性与创新成果。

六、多角度评价学生提出的问题

对初中学生提出的问题，可以从三个方面去评价：首先审视是不是一个合理的、科学的问题；其次是看问题的表述是否明确、具体；第三是看问题的探究价值高不高。但不论哪种情况，对学生提出的问题应及时的评价，多表扬、多引导，使学生感觉到成就感。要正确对待学生提出问题的态度，不论是否合理，是否有价值，教师都要予以肯定，保护学生提问题的积极性，本着先“培养学生敢提，敢从不同的角度提出问题，再培养学生会提问题”原则，逐步培养学生发现问题、提出问题的意识和能力，使学生面对问题情景，能从不同的角度提出问题成为一种自觉的意识，进而促进了学生学习的主动性。

高中生物实验教学的实践研究 篇6

一、当前高中生物实验教学存在的问题及分析

通过多年对高中生物实验课堂进行调查，发现不少实验课堂存在“盲目”的现象，教师缺少对实验的预设，如方案不合理、材料准备不充分、实验步骤混乱等，导致在课堂实验时学生忙得不知所措，教师也不知道是哪个环节出现了问题，不能有针对性地进行指导，导致短暂的一节课，没有取得预期的实验效果。如实验方案的制定，有些教师没有结合本班学生的实际，做到备教材、备学生，而是草率地将教参上的实验方案印发给学生，没有将实验的主动权交给学生，导致学生的实验能力差，实验教学效果不好。又如，实验材料的准备环节，像试剂的浓度配制就有严格的规定，实验前配制时就要注意浓度的把握，否则实验效果就会受阻。如蔗糖溶液浓度的配制，较高时会使细胞因发生强烈质壁分离而失水过多，细胞死亡，不能复原。有的教师在实验时，课堂干预太多，没有认识到高中生已经具备一定的能力，教师在实验教学时，应该是实验的引导者，而不是实验的主宰者。不少教师喜欢对成功的实验进行分析，而对失败的实验没有深入地进行原因分析，导致有些实验做了多次也没有取得效果，严重挫伤学生的自信心。这些问题导致了高中生物实验课堂教学低效，学生自主动手能力差，使学生的实验能力没有得到很好的锻炼。

二、创新实验教学，提升学生实验能力

1.优化实验设计

实验设计包括对实验内容的解读、实验方案的制订、实验材料的准备、实验过程的观察、实验结果的记录与分析，它关系到一堂实验课效果的好坏。如在学习《孟德尔的豌豆杂交实验（一）》时，如何让学生理解孟德尔一对相对性状的杂交实验及分离定律？如何让学生通过讨论法、演示法、实验法来体验孟德尔遗传实验的科学方法和创新思维？在设计实验时，教师要考虑到本节课要实现的教学目标，同时也要考虑到实验的各个环节的设计。实验前，教师可以通过引言的学习为实验探究作准备，然后以“问题探讨”入手，引导学生观察、分析身边的生物遗传现象。接下来和学生一起走近孟德尔。本课实验可分为演示实验和分组实验，先通过课件等了解用豌豆做的遗传实验，尤其是孟德尔一对相对性状的杂交实验的设计，从而为接下来的分组实验埋下伏笔。当学生对这节课的内容有了初步理解之后，教师和学生一起研究如何设计模拟实验来体验孟德尔的假说。在设计实验时，要让学生明确实验目的，要准备的材料，预设实验环节，汇报实验结果。可以说，整个实验设计充分考虑到本课要探究的内容和实验要达到的目的。

2.掌握正确的实验方法

生物实验教学要培养学生的实验能力，实验能力包括科学的观察方法、会根据实验过程提出问题、分析和处理实验数据、设计并改进实验方案，得出合理的结论等。如在学习《细胞的多样性和统一性》时，本节课需要学生制作临时装片、正确掌握显微镜高倍镜的使用。如何让学生根据本节课的内容来掌握正确的实验方法？首先，教师可以让学生简单复习显微镜的使用，然后利用多媒体指导学生制作临时装片，并使用高倍显微镜观察。为了让学生有效完成实验，教师以问题为引导：“你观察的是什么细胞？从低倍镜转换到高倍镜后，视野发生了怎样的变化？为什么要先用低倍镜找到目标并将其移动到视野中央，再转换高倍物镜？”在实验过程中，实验目的是引导学生正确完成实验的关键，教师抓住实验目的，通过“尝试用简图来描述一下你观察的细胞；你认为造成细胞形态结构差异的原因是什么？”来帮助学生完成实验过程。可以说，实验方法不仅简单包含实验过程的完成，还包含实验过程中对实验现象的分析与数据的处理。

3.重视实验结果的分析与总结

实验初步完成后，每组学生都会有一份实验报告和实验桌上的实验结果，实验后的分析是提升实验能力的重要环节。对于实验效果比较好和比较不好的，可以进行对比，先从实验效果比较好的入手，让学生再次观察实验结果，获得生物知识。而对于实验效果相对差的，应该和学生一起分析没有达到预期效果的原因，找出失败的根源，提高学生的分析能力。例如，洋葱根尖细胞有丝分裂装片在显微镜下观察，有的实验组出现细胞重叠，无法看清每个细胞的形态，学生经过分析，发现有可能是解离时有问题或制片过程压片没压好。学生在分析中找出了原因，在以后的实验中就能更加小心、严格地按照实验过程来操作。

总之，创新生物实验教学，需要教师全面把握教材，系统地分析教材中的实验教学部分，将能力培养渗透到实验过程中，从而让学生爱上实验、懂得实验，获得生物素养的全面提高。

研究型生物实验室 篇7

随着微型计算机技术和自动控制技术的不断进步与发展,许多领域中都引入了计算机自动检测与控制技术,自动化控制系统在社会各领域中的应用也越来越多[1,2]。

2003年SARS在世界范围内的爆发与蔓延,使各国政府和国际社会对生物安全问题有了更多的认识和关注,生物安全实验室作为生物安全实验场所,在各国公共卫生体系中的重要性被逐渐重视。BSL-3实验室(biological safety level 3 laboratory)是生物安全防护水平为三级的实验室,是进行生物危害级别较高的病原微生物的实验场所,其安全性至关重要。由于操作对象的危害性,如何将BSL-3实验室内可能发生的生物危害和风险降到最低程度、缩到最小范围,成为生物安全实验室建设需要考虑的最重要因素。而BSL-3实验室自控系统的稳定性和可靠性对该实验室的安全起决定作用,因此BSL-3实验室监控系统的方案设计及实现显得尤为重要[3,4]。

针对国家疾控中心某BSL-3实验室,基于工业化组态软件和PLC的自动化监视控制系统,对该BSL-3实验室进行自动化程序控制和远程监视、实时记录,采用分布式控制系统结构,由上位机和下位机2部分构成。系统上位机采用西门子Win CC6.2版组态软件开发监控界面,能够完成远程实时监测和数据动态显示、异常报警,以及进行报表记录、趋势分析等管理任务。而分布于现场的西门子PLC和智能检测仪表及执行机构,作为该远程监控系统的下位机使用,具有实时数据采集和自动化控制的功能[3,5]。

1 BSL-3实验室工作原理和工艺流程

BSL-3实验室是进行生物危害级别较高的病原微生物实验的场所,其保证实验者生命安全、防止危险性生物因子向外界扩散的基本原理是隔离。BSL-3实验室主要运用物理学隔离方法,把微生物通过物理屏障手段隔离在一定空间内,防止病原体从实验环境扩散到外部环境[6]。BSL-3实验室自控系统就是通过控制该实验室的送、排风系统使得主实验室和各辅助实验室之间形成有序的压差梯度,从而使气流由清洁区向污染区定向流动,保证污染的气溶胶经密闭的高效过滤器过滤后排出室外,从而保护外部环境,实现病原体与外界的隔离。如图1所示为该项目BSL-3实验室平面布局、压差分布及定向流流向。

从图1可看出,该BSL-3实验室由主实验室(核心区)、缓冲间、后更衣间、淋浴间、前更衣间及外衣间组成,各房间绝对压差主实验室最高,从缓冲间(半污染区)到前更衣间绝对压差逐渐减小,外更衣间为微正压,为防止BSL-3区域外洁净度差的空气流入实验室内,各相邻房间之间都有压差梯度,使气流由清洁区向污染区作定向流动。

该项目工艺流程(自控原理)如图2所示,该系统由新风机组、排风机、送排风管道密闭阀、变风量阀、定风量阀,以及压差传感器、风速传感器、温湿度传感器等组成。新风机组由风机段、冷热水段、加湿段、电加热段组成,且送风机为变频风机,送风机组内含有初效过滤器、中效过滤器,送风末端有高效过滤器。排风机为变频控制,且一用一备。

ED.电动密闭阀;VVD.变风量调节阀;CVD.定风量阀;VD.手动调节阀;V.风速传感器;P压差传感器;TH温湿度传感器;ZF.防火阀;V/F.变频器

因为BSL-3实验室要求系统启停和工况切换以及实验过程中,都不允许出现正压或超大负压情况,所以系统启动过程中要求排风系统先开,送风系统有一定延时再开;关机时顺序相反,要求送风系统先关,排风系统延时再关。开关机阶段,压差不允许超过限定值,否则系统关闭并报警。2台排风机互为热备,运行过程中当一台发生故障时报警并关闭相应阀门,另外一台排风机对应阀门打开,由低频升至高频运行。

因该实验室内有2台生物安全柜,因此要求生物安全柜使用时系统送、排风量相应增加,此时安全柜排风管道密闭阀相应开启,同时增加送、排风量,维持实验室压差稳定。当各房间压差稳定后,再根据需要启闭另外一台安全柜。实验完毕后,关闭安全柜,系统相应减少送、排风量,同时该密闭阀相应关闭。在系统启停和工况切换过程中,系统采用风量调节和压差调节相结合的方式,根据安全柜运行台数控制送风变风量阀,根据总送、排风管道压力调节变频器频率,根据房间压差控制排风变风量阀。

另外,根据实际工作需要设置了实验运行模式、节能运行模式、消毒运行模式3种工作模式:(1)实验运行模式。它是指实验室使用的工作状态,这种模式下有安全柜使用1台、安全柜使用2台、安全柜不使用3种状态。安全柜不使用时,其排风管道密闭阀相应关闭,送、排风量相应减少。(2)节能运行模式。它是指无人进入实验室工作状态,包括晚上下班后或周末休假,因为主实验室内含有-80℃低温冰箱,为了使低温冰箱产生的热量不影响实验室温、湿度,所以在节能运行模式下,只需要满足主实验室压差和最低换气次数,而其他房间密闭阀都在关闭状态。(3)消毒运行模式。各房间密闭阀关闭,进行熏蒸。

2 监控系统方案设计

2.1 系统工艺要求分析

(1)在BSL-3实验室系统启停和工况切换过程中,要求PLC对控制元素进行严格的逻辑启停控制,系统启动过程中要求排风系统先开,送风系统延时再开;系统关闭过程中要求送风系统先关,排风系统延时再关。工况切换过程中,也相应要求执行对应开关顺序,保证实验室内不出现正压和较大负压。

(2)在系统启停和工况切换过程中,系统采用风量调节和压差调节相结合的方式,根据安全柜运行台数控制送风变风量阀,根据总送、排风管道压力调节变频器频率,根据房间压差控制排风变风量阀。也就是PLC根据压力反馈值对变频器或变风量调节阀进行PID调节。

(3)BSL-3实验室在各种不同工作模式下要求PLC对各种控制元素精确控制,以保证系统稳定可靠。

2.2 监控系统方案

该系统采用分布式控制结构,由上位机和下位机及现场设备构成。系统上位机采用西门子Win CC6.2版组态软件开发监控界面,能够完成远程开关机、参数设定、报警记录、趋势分析等管理任务;系统下位机包括西门子S7-300PLC、智能检测传感器及执行结构,具有实时数据采集、分析判断、发出指令和自动控制功能。下位机可以不依赖于上位机而独立工作,充分体现了“集中管理、分散控制”的监控策略[3];ProfiBus总线的应用,提高了数据传输的稳定性和速率。该系统在中国疾病预防控制中心某BSL-3实验室投入使用,运行稳定、管理功能完善[7]。监控系统拓扑结构示意图如图3所示。

3 监控系统硬件设计

3.1 上位机硬件配置

监控计算机采用工控机,配置为奔腾2.0 GB的CPU,2 GB内存,160 GB硬盘,并带CP5611板卡,以实现与ProfiBus总线的通讯。系统软件安装Microsoft SQL Server 2005数据库,并配有西门子SIMATIC Win CC6.2组态软件及PLC编程软件STEP7 V5.4。

3.2 下位机硬件配置

分布于现场的PLC及其模块主要负责对现场的各种传感器、执行机构进行信号接收或指令发送。模块把从传感器接收来的信号经过自身模数转换和逻辑判断后根据现场要求,给执行机构发出相应控制信号。另外,在运行过程中系统根据现场各种情况进行实时PID调节,以满足系统最优控制状态。

本系统选用1台西门子SIMATIC S7-300PLC,CPU选用315-2 DP,该类型PLC是模块化结构设计,各种单独的模块之间可以进行广泛的组合以用于扩展。该系统主要配备:(1)电源模块选用PS307-10A,为PLC提供24 V直流电源;(2)CPU模块选用CPU315-2DP,作为整个控制系统的核心,用于存储和处理程序;(3)模拟量输入模块选用4个EM331(8个AI点),将模拟信号转化为内部处理用的数字信号;(4)模拟量输出模块选用3个EM332(4个AO点),通过模拟量输出信号调节需要随系统实时变化的各种阀门等;(5)开关量输入模块选用3个EM321(2个32点DI模块,1个16点DI模块),用于采集开关量信号;(6)开关量输出信号选用2个EM322(32个DO点),用于控制中间继电器的吸合;(7)因信号模块较多,单个机架不能满足要求,故增加1组接口模块IM360和IM361[2,8]。

4 监控系统软件设计

软件是整个BSL-3实验室系统的神经和灵魂,软件设计质量直接影响到人员和环境的安全,所以开发一套稳定性和可靠性高的软件非常重要。软件系统包括上位机软件和下位机软件2个部分。

4.1 上位机监控软件开发

BSL-3实验室监控系统上位机采用了Win CC组态软件,该软件是一个集成的人机界面系统(HMI),是西门子公司在自动化领域的先进技术和微软公司强大软件功能相结合的产物。西门子公司新近推出的Win CC6.2内置了几乎全部的SCADA功能,包括通信建立、编辑画面、报警管理、用户管理等[9]。

4.1.1 通信建立

首先在Win CC的标签管理器下添加通道驱动器,该项目用到SIMATIC S7 Protocol Suite(SIMATIC S7协议集),驱动器加入成功后,选择ProfiBus协议。组态好该连接参数后,就可以在连接中加入变量标签或变量标签组,变量标签对应于存在PLC或外部应用的存储器地址中数据的变量。将PLC中的变量与Win CC中的变量之间需要通信的数据一一做成标签,则相当于完成了PLC与Win CC之间的连接[8]。

4.1.2 编辑监控画面

利用Win CC中图形编辑器编辑系统监控画面,将其中的图形对象与相应标签变量建立动态连接。Win CC图形库中可提供的图形对象有各种OLE控件、基本按钮、滚动条、风机等,可直接调用。另外,用户还可以针对特殊情况自己生成图形对象存入图形库中待使用,同样直接选取即可。Win CC可以为所有对象的属性或事件提供动态描述,其实现方法包括动态对话框、直接与标签链接、直接链接及C语言编程方式[8]。图4和图5为该项目监控主界面,其中图4为送、排风总管道各仪表及执行结构的工作状态,图5为该实验室各房间压差及送、排风支管执行结构工作状态。从图4可看出,该套实验室有正常、值班、消毒3种工作状态,可以在3种状态之间切换,并且可以在该界面中修改温湿度、房间压差、变频器频率、变风量阀风量等参数值。

4.1.3 报警管理

该软件可以设置标签的开关量报警和模拟量报警。报警信息可以用表格的形式显示于监控画面上或由打印机输出,或存于硬盘的报警档案中。操作员可根据报警信息快速找到故障原因并进行修正。

4.1.4 用户管理

Win CC提供了用户权限管理的功能。系统可根据用户不同的权限登录系统后进行对应用户级别的操作,以防止非法操作[8]。

4.2 下位机控制程序的开发

该系统下位机控制软件采用STEP7编程,STEP7 V5.4是开发SMATIC PLC组态和编程的标准软件包,它提供3种编程语言。程序设计中用到了SMATIC管理器、硬件组态、LAD编程语言、符号编辑器。控制软件实现了整个系统的手动/自动控制、故障切换、不同工作状态之间的转换等功能[10]。

5 结语

本文采用西门子PLC和组态软件Win CC对国家疾病预防控制中心某BSL-3实验室进行自动控制和远程监视,该系统完全满足了生物安全三级实验室特有的各房间稳定负压需求、不同区域负压梯度和定向流的特点,以及系统启停和不同工况切换过程中需满足工艺要求的特性,同时该系统完全符合《GB 50346—2004生物安全实验室建筑技术规范》和《GB19489—2008实验室生物安全通用要求》的要求。该系统运行稳定可靠,满足使用要求。

参考文献

[1]赵宪文.计算机与电力系统自动化技术的有机结合[J].科技传播,2011,36(10):242-243.

[2]曹丽婷,田景文,黄桂林.PLC和组态软件在污水处理远程监控系统中的应用[J].机床与液压,2008,36(7):202-204.

[3]蒋晋生.生物安全三级实验室负压控制系统研究与实现[D].北京:中国农业大学,2006.

[4]蒋晋生,南国良,张小京.BSL-3实验室负压控制系统探讨[J].中国医院建筑与装备,2005,6(6):18-23.

[5]富宏亚,韩振宇,王红亮.基于PLC和组态软件的分布式光学组件控制系统[J].哈尔滨工业大学学报,2007,39(11):1 745-1 747.

[6]彭敏,赵加宁,吴钟大,等.对某BSL-3级实验室负压运行相关问题的分析[J].暖通空调,2004,34(8):70-75.

[7]PEGGY P.Distributed control systems spread out[J].Control(ChicagoIII),1997,10(6):37-38,40.

[8]刘志强,冯建玉,王乘.WinCC与S7-300PLC在火电厂锅炉吹灰监控系统中的应用[J].华中电力,2005,18(1):7-10.

[9]卢建华.使用WINCC实现过程监控[J].武汉科技大学学报:自然科学版,2000,23(1):76-79.

医学微生物实验室的安全管理研究 篇8

关键词：医学微生物,实验室,安全管理

2003年, 在抗击非典的过程中, 我国北京等地发生了实验室人员感染病毒的事件, 给各国政府敲响了警钟, 使实验室的安全管理提上了议事日程。加强实验室的安全管理不仅是对公众、环境和国家负责, 同时也是对实验室人员的生命安全的保护。除了实验室硬件条件比较落后外, 实验室工作人员的不良的操作技术、对实验室安全的重视程度不够等也会导致实验室发生事故。因此, 我国应该从各个方面加强医学微生物实验室的安全管理。

1 医学微生物实验室管理的基本情况

1.1 专业性的技术人员比较缺乏

在医学微生物实验室的工作人员当中, 具有相关专业的技术人员的比例较低, 且学历也不高。除此之外, 专业技术人员的年龄结构极不合理, 表现为技术人员的年龄偏大, 缺少中青年的专业技术人员。

1.2 实验室的硬件条件相对落后

实验室的基础条件较差, 例如, 某些地区实验室的房屋结构和实验设备都没有达到国家的基本装备的标准。由于基础设施条件的限制, 许多实验仍然需要人工操作, 加上技术人员比较缺乏, 操作技术的失误等, 实验室存在很多的安全隐患。

1.3 对实验室安全的重视程度不足

随着微生物实验室地位的越来越突出, 尤其是非典之后, 它越来越受到人们的关注。但是在某些地区, 许多基层的实验室还是依照以前旧的发展模式, 对实验室的安全管理不够重视。

2 加强医学微生物实验室安全的策略

2.1 实验室的设计和实施要科学

(1) 微生物实验室要配置安全防火的设备。众所周知, 火灾对微生物实验室的破坏是最为直接的, 也是最为严重的。尽管实验室都安装了防止过量电流的安全装置, 但常常由于电路的老化引起问题。因此, 防止微生物实验室火灾的事故的发生, 就要做到以下几点: (1) 在实验室的结构、功能分区上要做到合理, 一定要按照国家规定的实验室标准设计。 (2) 装修时尽量不要用易燃材料, 在电器设备放置的场所必须要设置防火隔热层, 并且电路安全措施要设计合理。 (3) 微生物实验室要配置灭火器材, 同时实验室也必须备有安全门和畅通的安全通道。 (4) 要配备一定的工作人员在适当的时间内经常进行电路检修, 防止发生火灾事故, 保证实验室工作人员和器材的安全。

(2) 微生物实验室的安全防毒。微生物实验室要配备完善的防毒设备, 防止泄漏对工作人员造成的身体伤害。具体要配置对有害气体储存的设备和出现泄漏处理的设备, 除此之外还要配置对“三废”处理的设备。在防毒设备的配备上要参照国家及国际上对实验室的标准。

2.2 实验室的安全职责要明确

对微生物实验室的安全的负责人是各级实验室的主任, 其主要的责任是保证实验室工作人员的安全和健康。同时, 各个微生物实验室的主任必须由从事实验室实际工作并熟悉各种危险因子的实验室资深技术人员担任, 并要收集各种安全的资料和信息, 结合实际情况制定各种安全管理的政策, 具体落实, 定期要检查实验室的防护器材是否足够并处于良好的状态, 定期对实验室工作人员进行实验室安全方面的培训、指导和咨询。

2.3 实验室的职业安全培训

微生物实验室工作人员对实验室安全的重视是实现实验室安全管理的根本保障, 因此必须加强对实验室工作人员的安全管理的思想教育和培训。培训的目的是要让实验室的工作人员意识到实验室存在安全的隐患, 认识到预防实验室发生感染、火灾等事故的关键是采取有效的预防和控制的方法。因此, 培训的内容应该包括以下几项:实验室安全规定和预防的措施、具体的安全工作程序、火灾处理、生物实验室安全措施、个人防护、仪器设备使用和防护、应对各种危险因子、废弃物的处理等。除此之外, 因为工作人员不当的操作, 也会引起事故, 因此在培训的过程还应加强对操作技术等培训, 降低发生事故的可能性, 最大程度地保护工作人员的安全。

2.4 加强实验室日常工作中的生物安全管理

无规矩不成方圆, 建立完善实验室的安全管理体制, 是保证实验室正常工作的基本保证, 同时也是必要前提。微生物实验室不但工作繁多且复杂, 而且实验室的实验的器材种类数量繁多, 例如, 化学试剂、培养基、剧毒药品、实验仪器、生物制品、玻璃器材、菌种等等。如果不对这些复杂的仪器进行科学管理, 微生物实验室就会陷入一片混乱, 这将会严重影响到实验室工作人员的工作效率, 同时也会为实验室事故的发生提供了一定的现实可能性。因此, 为了降低事故发生的可能性, 同时也会工作人员提供一个安全、高效的工作场所, 微生物实验室要根据自己的实际情况制定一系列的规则制度。

(1) 严格管理菌种、危险品、剧毒药品等。微生物实验室有很多的菌种:包括葡萄球菌、黄色微球菌、枯草杆菌、肠道致病菌等。为了有效管理这些菌种, 同时避免发生实验室事故, 根据实验室的具体情况和参照《中国医学微生物菌种保藏管理办法》, 制定以下菌种的保藏管理办法。 (1) 工作人员必须到正规的单位购买菌种, 同时为了避免菌种的死亡或者变异要采取可靠的管理办法, 并要用专用冷柜保藏菌种。 (2) 专门指定专门人员记录菌种的使用情况, 对一类、二类菌种设立专柜, 单独保存。 (3) 使用菌种时要采取严格的防护措施, 并要遵守操作规程, 避免工作人员的实验室感染。 (4) 加强菌种安全管理, 防止菌种丢失。 (5) 危险品、剧毒药品的管理要符合国家和公安机关的规定, 落实必要的安全防范措施, 由专人、专柜保管且上锁, 防止危险品、剧毒药品被盗、泄漏或者误用。

(2) 加强实验室常用仪器的管理和维护。 (1) 冰箱的管理和维护。首先冰箱的门上要标明相关的注意事项和警示标志, 并且要对冰箱的抽屉内进行消毒处理。其次, 冰箱内的所有容器都要贴上明确的标签, 并且标上内容物的科学名称、贮存日期和贮存人的姓名等。 (2) 离心机的安全使用。离心机是微生物实验室经常使用到的设备, 如果工作人员的操作不当会导致机械故障以及试管破裂等情况。因此, 工作人员必须安全操作离心机。例如, 要经常检查离心管是否损坏, 离心钱要将离心管盖紧密封, 尽可能使用专门的安全离心杯;盖好离心机盖后离心, 等离心机完全停下来后再开盖;每次离心后有破碎都要进行消毒。

2.5 加强实验室的特殊管理

为了避免和处理因不安全操作引起的意外事故, 工作人员要严格遵守实验室制定的各项原则。例如, 在上岗之前要进行专业的培训和模拟训练, 学会处理突发情况的各种措施, 比如要学会各种紧急救助和专业性的保健治疗的措施。工作人员在操作过程中出现突发事故, 要立即进行处理。但具体措施必须要写成书面文件并严格遵守执行。同时也必须向有关的专家和领导进行汇报, 并详细记录事故发生的经过和损伤的具体部位和程度, 由专家评估是否需要进行预防性治疗。

3 总结

在各国重视微生物实验室安全的背景下, 本文提出从以上5个方面加强微生物实验室的安全管理:实验室的设计和实施要科学、实验室的安全职责要明确、实验室的职业安全培训、加强实验室日常工作中的生物安全管理、加强实验室的特殊管理。

参考文献

[1]李红花, 李英信, 李芳芳, 等.加强医学微生物学实验室生物安全管理[J].现代预防医学, 2008 (1) .

[2]张晓曦, 曾照丽, 王晨.如何做好基层原生物实验室生物安全管理[J].中国卫生检验杂志, 2006, 9 (9) .

高中生物实验设计题解题研究 篇9

一、实验设计题的解题思路

1. 明确实验目的

无论是哪种类型的生物实验, 实验目的永远是整个实验设计题中的核心内容。生物实验设计题大致可以分为验证性实验和探究性实验。例如, 为探究光照情况对于植物吸收矿物质元素的影响程度, 通过以下材料及实验用品设计实验, 材料和用品包括:缺少N的完全培养液, 适量浓度适宜的Na NO3, 广口瓶和量筒等玻璃仪器, 生长情况大体相同的多株同种植物幼苗。通过题干可知, 本题属于探究性实验, 实验目的是探究光照情况对于植物幼苗吸收N元素的影响程度, 其中控制变量是光照。

2. 明确实验原理

生物实验设计题的实验原理大部分来源于课本中的学习内容, 另外还有一部分是课外的延伸知识, 需要学生从题干中理解并运用。实验原理一般指实验过程中需要运用的科学原理和相关的实验方法。例如“验证唾液淀粉酶是蛋白质”实验题, 通过结合教材中的相关知识可以得知, 鸡蛋中蛋清的主要成分就是蛋白质, 通过双缩脲反应, 即使蛋白质与Cu SO4在碱性环境中反应生成紫红色物质。这就是证明唾液淀粉酶的化学本质是蛋白质的实验原理。

3. 明确实验变量

实验变量是实验中的自变量, 是实验中可以由实验者直接控制的条件或其他因子, 对实验对象产生直接的刺激作用。通过控制实验变量, 可以完成实验的假设, 从而达到实验目的。实验变量的获取方式可以分为直接获取和根据实验目的及原理分析得出两大类。如“验证某大豆品种的矮化特性与赤霉素的含量有关”中, 可以直接找到赤霉素的含量就是实验变量。而在“探究成熟植物细胞的吸水和失水”中, 由实验的原理和目的可以分析得出结论, 实验变量是成熟植物细胞外液的渗透压。在确定好实验变量后, 进一步确定因变量, 即通过实验变量的变化引起其他变量的变化, 与此同时, 还应控制其他无关变量条件的一致性, 生物实验应保证单一变量原则。

二、实验设计题的解题方法

1. 选择正确的实验材料用品

生物实验中的实验材料大致可分为两种。其一是根据实验设计题题干中的已知实验材料和用品, 通过分析实验内容, 对应实验中的实验步骤, 分别运用实验材料和用品, 除了可供选择的材料, 基本题中所给的材料都可以用上。其二是根据题意课外延伸实验材料, 在自由选择材料时, 应确保材料符合实验的要求, 作用效果明显, 取材方便, 实用性较强。

例如“设计实验探究C4植物进行光合作用时, 叶片中的淀粉是在维管束鞘细胞还是叶肉细胞中产生”实验中, 题干中已给材料和用品包括健康的玉米植株、碘液、酒精、酒精灯、烧杯、铁架台、石棉网、刀片、清水、滤纸、镊子、显微镜等实验材料, 而在实验过程中需要确认在检验淀粉时是采用碘蒸气熏蒸叶片法, 还是选择使用酒精先对叶片进行脱色, 在脱色工作完成后, 向叶片上滴加适量碘液的方法。通过已知条件, 应当选择第二种方法, 并在实验过程中合理运用所给材料, 确保实验的完整性以及可靠性。

2. 正确书写实验步骤

书写实验步骤是将实验设计思路的具现化, 通过考查学生书写实验步骤的能力, 可以检验学生的语言表达和实验逻辑思维等多方面的能力。对于实验步骤的书写, 应当首先对实验材料进行分组和编号, 实验中的药品、实验中用到的动植物材料都属于实验材料。其次在取材的时候, 应注意剂量、数量、生理和发育状态保持一致, 同时要配备烧杯、培养用器皿、饲养动植物的容器等。在选择器材时还应根据实验的实际情况, 符合实验目的和实验原理的要求, 并且要注意大小等规格要求绝对相同。

例如“验证玉米中两对性状的遗传是否符合基因的自由组合定律”, 本实验的实验步骤:1让纯种有色饱满的玉米和纯种无色皱缩的玉米杂交获得F1代备用。2取F1代30株与无色皱缩的玉米杂交。3收获杂交后代的种子并统计不同表现型和比例。除此之外, 若在某实验中操作过于烦琐复杂, 可根据具体情况将该步骤划分为几步详细的步骤。

3. 正确预测并对实验结果进行解释, 最终得出结论

生物实验通过控制实验变量从而使实验结果得到不同的变化。然而对于不同的实验, 实验的预测分析应采取不同的方式。其中验证性实验只需要书写实验结果以及实验后得到的假设, 应确保实验前的预测和实验最终结果的一致性。另外, 对于探究性实验而言, 应严格确保实验预测的完整性, 根据实际实验过程排除不符合实际的结果。

研究型生物实验室 篇10

一、目前我国高中生物实验教学的发展现状

我国高中生物的实际实验教学有着很大的误区, 通过对不同地区, 不同层次学校的教师、学生进行相关调查, 对于学校实验室实际使用状况、实验开设现状、教师和学生对实验的了解程度等等, 收集了数据, 并对数据进行分析和总结。

新教学大纲中已经明文规定, 生物教学就是让学生了解和掌握生物探究的实际方法, 在实验教学中, 能够提高学生的实践能力和培养学生的创新意识。根据新课程改革要求, 教师应该从学生实际发展的角度出发, 引导学生学习必要的知识、能力、方法等, 引导学生关注和了解社会自然环境, 使得学生能够主动参与, 实现培养学生的创新意识和实践操作的能力。

二、培养学生实验设计能力的措施

1. 教师应重视课程教材的实验教学方法。

教师应该重视教材的实验作用, 教材里介绍的实验都是较为典型的, 可以提高学生的实验设计能力和分析实验能力。主要内容包括:设计科学实验方案, 培养学生单独设计实验方案的能力, 进行相应的实习活动, 开展一系列探讨活动。进行实验教学的主要目标是创造必要条件, 迅速提高学生的创新能力。

2. 研究性实验课题可配合课外教学辅导。

教师应该在指导学生的过程中, 谨慎地选择题目, 因为选题是进行课题研究过程中的关键环节, 是实验课题能否成功的关键点, 教师指导学生应认真地对待选题, 组织和探讨实验活动, 特别是要注意探讨的过程, 并不是结果。

3. 培养学生的逻辑思维能力。

在实际教学过程中, 教师应该引导学生, 指导学生发现和挖掘出教材实验中的信息, 以此来帮助学生认识和把握实验原理、实际思想和具体方法, 培养学生的逻辑思维能力。

三、教学案例

研究温度对酶活性的影响。

1. 教学目标。

采取科学正确的方法来分析温度对酶活性的影响和作用, 分析在不同温度的情况下, 淀粉酶活性的实际反应情况, 提高学生科学分析的能力。

2. 材料用具。

准备少量新鲜唾液, 3%质量的可溶性淀粉液体, 准备好新配比的斐林试剂、冰块、热水、碘液、大小烧杯、试管、量筒、滴管和一些实验常用的用具, 如试管夹、石棉网、三脚架、酒精灯、温度计等等。

3. 探讨活动。

(1) 提出问题:正常人一般体温是多少?会不会升高或者下降?原因是什么?对此类现象可以做出什么样假设?

(2) 设计假设:人体的温度会影响酶活性发挥。

(3) 实验设计:在学生准备设计实验之前, 讨论下列几个问题:

问题1:实验对象选用哪种类型酶比较好?原因是什么?

问题2:获得这种酶的途径是什么?

问题3:在这个实验设计中, 实验具体的变量大概是什么?最少应该设计几组实验作为对照?然后是哪几组?

问题4:应该排除不必要因素影响吗?排除的方法是什么?

在考虑好了上述问题之后, 再继续进行设计实验。

A.取3支干净的试管, 对试管逐一进行编号, 对试管分别注入2 ml可溶性淀粉液体。

B.将3支试管依次放到大约7摄氏度的温水、沸水和冰水当中, 保持温度的时间为10分钟。

C.在这3支试管中都注入l ml新鲜唾液, 摇晃摇匀之后, 保持温度的时间为10分钟。

D.对这3支试管中都滴入一滴碘液, 进行摇匀。

E.观察实验操作结果, 并且记录下来。

在学生完成设计实验之后, 可以对实验步骤提出更多的疑问:

问题1:选用新鲜的唾液的原因是什么?

问题2:在加一种液体后, 为什么要进行摇匀?

问题3:在加入唾液之前, 采取不同的温度预处理淀粉溶液, 有什么作用?

问题4:实验的顺序可以调换吗?原因是什么?

问题5:这个实验能不使用新配制斐林试剂来检测吗?为什么?

总结:学生自己设计和探究实验, 既能体会到学习的乐趣, 又能提高设计实验的能力水平。

重视和培养高中学生生物实验设计能力, 具有十分重大的意义。在实际的高中生物教学工作中, 教师应该重视培养学生的实验设计能力, 从而提高学生的处理能力, 培养学生的逻辑思维能力。对于学校而言, 学校应该尽可能地准备实验中所需的材料, 并且尽可能地多安排实验, 这有利于教师对学生进行指导, 也有利于学生充分发挥自主能力, 提高实验设计水平。

参考文献

[1]黄敏、王海荣.高中生物学实验教学技能目标的理解与实施[J].生物学通报.2008 (05) .42

[2]杨芳泉、马彩虹.依托教材中的实验提升学生实验能力[J].生物学通报.2011 (04) .48

初中生物开放式实验教学研究 篇11

关键词： 初中生物 开放式实验教学 教学应用

当前我国初中生物实验教学多数仍停留在传统填鸭模式上，学生机械按照课本中列举的实验步骤或教师指导进行实验重复，缺乏主动思考、分析及总结的参与环节。这种现状与生物课程本身具有的实验性、创新性相悖，极大地妨碍学生正确生物学习模式的形成[1]。面对这一问题，笔者认为应有效开展开放式实验教学，以期顺应新时代生物教学理念。

一、开放式实验教学概述

在教学过程中，每位学生的兴趣所在和个性特征均不相同，开放式实验教学以“人人可实验、处处可实验”为基本理念，旨在为学生群体创建宽松的实验环境。具体来讲，开放性涵盖时间、空间及实验内容、结论和评价方式等方面，强调学生充分参与实验思考、设计、开展、结论总结及评价等环节。这种主观能动性的体现有利于学生学习兴趣激发，与以往单纯模仿实验相比，更符合学生自主学习能力培养和长远发展[2]。

在很多课程教学过程（如生物、物理等）中，实验是必要环节，能够打破学生对学科的抽象认知，形成立体感。开放式实验有利于学生将书本知识与实际生活相联系，培养其独立思考、自主设计和分析总结的综合素养。在这一过程中，如何引导学生发现问题、思考解决问题思路是关键。因此，进行开放式实验教学时，教师要引导学生带着问题实验，打开思路寻找多种问题解决途径，认真领会实验分析和总结方法。

二、开放式实验教学在初中生物教学中的应用

1.形成开放式生物实验内容

在整个开放式生物实验教学过程中，教师起辅助指导作用，由学生作为实验主体，真正参与实验内容筹划中。一方面，围绕课程教学目标，由教师列出开放式实验内容的大致范围，而非单纯地将实验内容局限于教材要求上。另一方面，由学生作为实验内容的选择主体，根据教师给出的学习目标和自身兴趣选定实验内容，同时教师进行辅助指导。对于初中生物实验教学而言，实验设计内容普遍通俗易懂、操作简单，使用的器具相对简易。教师应明确所有教学内容都服务于教学目标，不要过于关注教材上某一点内容的强调，可以围绕教学大纲，向学生揭示一定生物规律、传授生物实验精髓为最终目标[3]。

2.开展开放式生物实验活动

开放式生物实验活动强调学生从空间、时间及实验内容方面真正发挥学习主观能动性，学生学习不再限于课堂时间、空间范畴，更多的是配合一切有利于达到课程教学目的的方法和手段实现。通常，生物实验方式有课堂实验、课外实验及分组实验三类。第一，在课堂实验方面，鉴于教材中已给出了演示实验，且一般所用实验材料、设备等都相对简易，因此从调动学生学习积极性出发，可适当进行实验的进一步拓展。如在《种子的萌发》一节中，除了按照教材上的规定探究种子萌发外界条件的实验之外，鉴于很多学生认为阳光是必备条件之一，因此可由学生自主设计实验，探究其观点的正确性。第二，在课外实验方面，由于生物学科本身源于自然界，因此课外实验更能让学生深切感受到生物魅力，从而激发学习热情。如进行《生物群落》一节学习时，为了直观表达生物群落是具有直接或间接关系的生物总和的思想，教师可与学生共同前往公园，引导学生自主寻找典型的生物群落。第三，在分组实验方面，教师可以根据学生的性格特点和学习能力，将其划分为学习小组，以实现团结互助模式下的共同学习。如教学《显微镜使用》时，由教师进行过程演示，然后放手让学生以小组为单位进行自主调试，观察自己感兴趣的毛发、果皮等。

3.开放式进行生物实验结论总结

在进行实验结论总结过程中，教师可以灵活标准对待学生实验结果，不拘泥于单一实验结论，让学生有勇气表达实验异议，敢于出错，而非仅局限教材内容。唯有开放式实验结论才能鼓舞学生大胆分析、设计和开展实验，并在失败和错误中不断寻找原因并取得进步。例如，在开展《绿叶在光下制造有机物》实验后，某学生由于对叶片暗处理操作不当，而得出与其他同学不一致的结论。针对这一问题，教师不应局限于该生错误的实验结论，一方面可通过耐心点评和纠正，让该生认识到致使结论错误的原因，另一方面可向学生指出获得科学实验结论是建立在正确设立对照组基础上的，以此增强教学效果。

4.开放式进行实验结果的评价

与传统生物教学相比，开放式生物实验教学具有更全面、科学的评价标准，将评价重心从考评分数上转移到学生创新性思维培养、生物素养提升上。评价形式是多种多样的，可以专门设置学生实验成果展览平台，综合围绕学生收集的实验准备资料、设计过程、分析思路及实验报告进行评分[4]；学生在实验中的参与度可作为评价标准，如是否能够积极进行问题思考或参与小组讨论等；另外，练习及期末测试成绩可作为评价项。

三、结语

初中为生物学习的起步阶段，学生拥有独特的思维方式和鲜明的个性特征。教师应围绕课程教学大纲要求，尽可能开展符合学科特征和学生特点的教学过程。本文针对开放式实验教学整体内容和注意事项进行简要概述，并列举开放式实验教学在初中生物教学中的应用，涵盖开放式生物实验内容的形成、开放式生物实验活动的开展、开放式生物实验结论总结及评价的进行等方面。

参考文献：

[1]邓太平.新课标下初中生物探究性学习教学方法的探讨[J].中国科教创新导刊，2008（15）.

[2]李红.初中生物课程改革实施中若干问题的探讨[J].中学生物教学，2007（07）.

[3]刘天学，李俐俐，毛健民，杨同文，朱自学.生物实验教学资源的开发与应用[J].周口师范学院学报，2008（05）.

烟草废弃生物质热解实验研究 篇12

关键词：热重分析,生物质,热解,升温速率,粒径

化石染料的广泛使用对环境的危害已广为人知:一是二氧化碳造成的温室效应;二是二氧化硫所引起的酸雨污染;三是氮氧化物, 这些都带来了严重的环境污染和气候变化问题。据资料显示[1], 2012至2013年我国的进口原油接近2.7亿吨, 对外的依存度超过了55%, 煤炭进口3.2亿吨, 供需矛盾的出现势必会严重影响国家的石油安全。化石能源的枯竭和环境的恶化严重制约着当今社会的发展, 而生物质能以其独特的特点 (可再生性, 低二氧化碳排放, 几乎不排放二氧化硫) 跃然纸上。因此, 科学高效地利用生物质能源必将成为解决我国能源环境的有力措施之一。在刚出台的十三五规划中也承诺在2030年实现减排65%, 非化石能源占一次能源消费比重达到20%左右, 其中也提到了加快发展生物质能的要求。现阶段最常见的生物质能源利用方式是生物质气化、燃烧将其转化为高效洁净能源产品或燃料物质。

烟草业是贵州省的支柱产业。常年种植烤烟20万公顷左右, 产量40万吨左右, 约占全国烤烟总量的20%, 是全国烤烟生产的第二大省。这就导致每年势必会有大量的烟草废弃物出现, 而它们得不到高效利用就会造成资源浪费。近年来, 大多数烟草废弃物的研究都着重于提取烟碱、植物蛋白和茄尼醇, 制备活性炭、堆肥和生物质类燃料等[3], 而很少有关于烟草废弃物热解特性的研究。所以可以通过研究烟草废弃物热解特性, 了解挥发分热解析出规律, 使烟草废弃物能够得到广泛高效的利用, 实现企业节能减排, 达到废物资源化利用的目的, 为特定行业的废弃物处理提供新的路径。

文章以烟梗为主要研究对象, 同时与烟杆、典型生物质玉米秸秆进行对比, 采用热重分析方法研究不同粒径、不同温升速率下烟梗、烟杆及玉米秸秆的热失重曲线, 分析其热解特性。

1 实验部分

1.1 采样

实验所用生物质样品是烟梗、烟杆和玉米秸秆, 均采自清镇市。将采集来的样品在105℃的鼓风干燥箱中干燥2小时, 然后磨制成5个实验样品, 分别是:80目烟梗、150目烟梗、200目烟梗、80目烟杆、80目玉米秸秆。

1.2 实验仪器及方法

本实验采用的是德国耐弛同步热分析系统STA409PC。

实验方法:取12.5±0.5mg的实验样品放入热天平坩埚中, 在纯氮条件下以不同的升温速率进行实验, 从室温升温到900℃。升温速率分别设定为5℃/min、10℃/min、15℃/min、20℃/min、25℃/min;保持载气流量为40ml/min;保护气为氮气, 保持其流量在15ml/min。

记录不同条件下TG-DTG-DSC曲线, 通过曲线分析其热解过程。

2 实验结果分析

2.1 热重特性分析

以80目烟梗在氮气40升温速率5℃/min的条件下的TG-DTG曲线 (图1) 进行分析, 由TG-DTG曲线可看出烟梗主要经历了五个热失重阶段。初始失重阶段是从20℃-118.8℃, 该阶段DTG存在一个失重峰, 主要发生水分的析出[4];第II个失重阶段是从118.8℃-178.9℃, 由于温度低于200℃, 所以该阶段主要归因于烟梗中低沸点化合物的析出[4];第III个失重阶段是从178.9℃-339℃。此过程存在两个失重峰, 主要是烟草中的大分子聚合物的热解, 析出大量挥发分[4], 失重最多的阶段, 其质量损失百分比达到了34.29%。第一个失重峰是在178.9℃-260.6℃期间, 主要是半纤维素的热解析出少量挥发分, 第二个失重锋是在260.6℃-339℃期间, 这是由于纤维素的热解析出大量挥发分[5], 最大失重峰峰值温度为289.6℃;第IV个失重阶段是从339℃-510℃, 主要是因为高温使木质素热解, 导致质量损失;第V个失重阶段是从510℃-899.5℃, 生物炭缓慢形成, 产生炭的残留物[6]。

2.2 不同生物质热重特性比较分析

以80目烟梗在氮气40升温速率15℃/min的条件下的TG-DTG曲线 (图2) 进行分析比较, 由几种不同生物质的TG-DTG曲线可知, 烟杆热解与烟梗热解过程表现的TG-DTG曲线走势形状大致相同, 烟杆的TG曲线向低温区移动, 烟杆没有明显的半纤维素热解析出峰, 但是在最大失重速率点左边有一个侧肩, 这是由于半纤维素和纤维素热解温度区间出现重叠, 导致半纤维热解峰的消失[5];失重过程中的最大失重速率较大, 后期失重峰的失重速率较小, 但是相差都不是很大。烟杆残留质量百分比为26.87%, 烟梗残留质量百分比为30.91%;而玉米秸秆的热解与烟梗热解曲线相比, 失重过程只经历了三个热失重阶段, 分别是水分的析出, 半纤维素、纤维素热解析出挥发分和木质素高温热解阶段, 残留质量百分比为24.76%。玉米秸秆在水分析出阶段的失重速率较慢;在半纤维素、纤维素析出挥发分时期, 质量急剧失去;在最后的木质素高温热解阶段失重较缓慢。

烟梗、烟杆和玉米秸秆的DTG曲线峰值点对应的温度不同且挥发分析出的起始点和终止点也不同, 这是由于不同生物质中半纤维素、纤维素和木质素的含量和矿物质含量不同。整个热失重过程DSC曲线存在一个大的放热峰。烟梗残留质量百分比最多, 其次是烟杆, 玉米秸秆是残留质量百分比最少的。这是由于烟梗含有较多的木质素, 热解析出的挥发分较少;而玉米秸秆是高纤维素, 低木质素生物质, 在纤维素热解阶段质量急剧变化, 大量析出挥发分导致最后残留质量百分比最少。

2.3不同升温速率下烟梗的热重特性比较分析

由80目烟梗在氮气流量40ml/min不同升温速率下的TG-DTG曲线 (图3) 比较可知, 随着升温速率的升高:DTG曲线向高温区移动且失重速率均增大。即随着升温速率的增大, 最大失重速率点的温度向高温区移动, 挥发分的析出产生了延迟现象, 这是由于升温速率的提高增大了样品颗粒内外的温度差, 而生物质的导热率较小, 导致传热不良, 颗粒内部温度较低, 外部温度较高, 这便导致了内外反应速率不同。也就是文献[7]中提到的热滞后现象。失重速率的增加是由于升温速率的提高, 析出的挥发分在颗粒表面的停留时间缩短, 促进了挥发分的析出。烟杆和玉米秸秆的TG-DTG曲线随着升温速率的提高也表现出相似的变化规律。

2.4 不同粒径烟梗热重特性比较分析

由烟梗在氮气流量40ml/min升温速率5℃/min条件下不同粒径TG-DTG曲线 (图4) 可知, 随着粒径的减小, 炭的残留百分比分别为32.78%, 29.97%, 27.02%, 呈逐渐减小趋势[6], 峰值温度随粒径的减小向低温区移动[7], 在低温区的热解持续时间较短。这是由于粒径较大, 生物质颗粒传热能力较差, 内部升温较缓慢, 热解能力变差, 析出挥发分减少。

3 结束语