中小學實驗用玻璃儀器檢測和質量控制研究

龐少博 張士峰 王彥霏

1 河北省教育技術中心 石家莊 050051 2 石家莊市第二十四中學 石家莊 050051 3 河北省氣象技術裝備中心 石家莊 050051

0 引言

中小學教學儀器一般是指為中小學校及教育單位提供教學服務的儀器設備，其類別大致可分為標本、掛圖、玻璃儀器、藥品等。其中，玻璃儀器由于具有很高的化學穩定性、很好的透明度、良好的絕緣性能等特點，被大量運用于小學科學、中學化學、中學生物等學科的實驗教學之中。作為實驗用儀器設備，玻璃儀器的質量能夠直接對實驗教學的效果、實驗結果、師生安全等產生重要影響。因此，各級教育管理部門應當加強中小學玻璃儀器等教育裝備的管理，使其在教育教學中發揮有效作用[1]。

鑒于市場上銷售的常用玻璃量器等實驗用玻璃儀器質量良莠不齊，千差萬別[2]，河北省教育技術中心（原河北省教育技術裝備管理中心，以下簡稱“省技術中心”）專門成立了由裝備科及相關專家組成的監測小組；自2015 年開始，每年在全省范圍內開展中小學教育裝備質量監測工作，并將實驗用玻璃儀器作為常見且非常重要的實驗裝備列入重點監測內容。通過實地走訪交流、現場檢測等方式，監測小組系統地了解了當前中小學實驗用玻璃儀器的質量情況與存在的問題，匯總收集了大量關于實驗用玻璃儀器質量數據和信息。在對收集的數據和信息進行整理研究后，監測小組就實驗用玻璃儀器質量的檢測提出了一種較為可行的方法，并就采購單位（人）應如何加強實驗用玻璃儀器質量控制提出了幾點建議。

1 中小學實驗用玻璃儀器的質量檢測

1.1 質量問題產生的原因及影響

1.1.1 產生的原因

中小學實驗用玻璃儀器產生質量問題的原因大體可分為兩類。其一是行業因素，即玻璃儀器的生產制造企業自身生產水平和能力不足，缺乏生產標準，生產工藝不規范；個別企業采取降低生產標準、質量規格的方法控制其生產成本，以低成本、低價格換取市場競爭力。其二是采購單位（人）的組織方式和專業技術素養存在不足，在制定招標文件過程中缺乏科學、嚴謹、有效的實驗用玻璃儀器技術參數進行質量控制，在采購驗收階段缺乏檢測方法和驗收依據，不能對企業應標產品和實際供應產品的相符性和質量情況進行有效評判。

1.1.2 產生的影響

中小學實驗用玻璃儀器的質量對實驗教學所產生的重要影響主要體現在實驗安全性與實驗準確性這兩個方面。首先，實驗安全是開展實驗教學活動的前提和保證。通常，玻璃儀器在實驗過程中引發安全事故的原因除實驗人操作不規范之外，主要是玻璃儀器本身質量不符合相關標準。玻璃儀器的材質、厚度、形狀等不合格，就會造成耐壓和熱沖擊性能差，導致在實驗中發生破損、炸裂等事故，嚴重的還有可能造成師生傷亡。此外，利用玻璃儀器開展的實驗大多為定量實驗，即在定性實驗的基礎上利用專用儀器和物質計量關系來認識客觀世界的一種化學方法。中小學學科實驗中常用的定量儀器有量筒、量杯、滴定管、移液管、容量瓶等。這些玻璃儀器的質量若不符合標準，則必然導致實驗結果出現較大偏差，從而對教學效果產生影響。

1.2 常見的質量問題

1.2.1 規格尺寸不符合標準要求

根據國家相關要求，試管、漏斗、容量瓶等實驗用玻璃儀器的規格尺寸應符合國家標準（GB）或行業標準（QB）的規定。但監測小組在工作中發現，這類實驗用玻璃儀器還是存在一定的質量問題，具體表現如下。

1）以實測某12 mm×75 mm 的普通試管樣品為例，其長、外徑、壁厚分別為73.36 mm、11.22 mm、1.10 mm，而QB/T 2561—2002《實驗室玻璃儀器——試管和培養管》中對試管規格尺寸及公差的規定為：長75 mm±2.0 mm、外徑12 mm±0.5 mm、壁厚1.1 mm±0.2 mm。參照標準，樣品的長73.36 mm ＞73 mm、外徑11.22 mm ＜11.5 mm、壁厚1.10 mm ＞0.9 mm，因此，樣品的外徑不符合標準要求。

2）根據QB/T 2110—1995《實驗室玻璃儀器——分液漏斗和滴液漏斗》要求，50 mL 梨形分液漏斗的斗凈高為80 mm、斗外徑為51 mm、下方排水管外徑為9 mm±0.5 mm、長度為60 mm、旋塞閥孔徑≥2 mm、下口角度≥30°。而實測的某分液漏斗樣品，斗凈高為68.71 mm、斗外徑為54.15 mm，下方排水管外徑為6.98 mm，長度為123.95 mm，旋塞閥孔徑3.41 mm，下口角度為62.3°；與標準對比，樣品的斗凈高、斗外徑、長度等多處尺寸規格不符合要求。

3）GB/T 12806—2011《實驗室玻璃儀器——單標線容量瓶》中要求，250 mL 容量瓶的瓶頸內徑為15.5 mm±1.5 mm、瓶身外徑為80 mm、瓶底外徑為55 mm、全高為220 mm、刻度線至變徑處最小距離為10 cm、最小壁厚為0.8 mm。而某實測的容量瓶樣品在容量236.39 mL ＜250 mL，瓶頸內徑20.26 mm ＞17 mm，全高248 mm ＞220 mm 等多個尺寸規格均不符合標準要求，在實驗中易造成較大誤差。此外，監測小組還發現，在錐形瓶、蒸餾燒瓶、冷凝器等抽檢樣品中也存在尺寸規格不符合標準的現象。

1.2.2 標稱容量和實際裝載容量不符

某標稱250 mL 燒杯樣品空重為97.69 g，滿容量裝水重414.02 g，其實際裝載容量316.33 g 比標稱容量多了126.5%。又如某標稱250 mL 量杯，其實際裝載容量為238.47 mL，與標稱容量相差11.53 mL；而根據GB 12803—1991《實驗室玻璃儀器——量杯》的規定，250 mL 量杯的最大允差僅為±3.0 mL。

1.2.3 無刻度標識

根據GB/T 15725.6—1995《實驗室玻璃儀器——磨口燒瓶》等標準要求，各類玻璃儀器應標注溫度、容量、刻度線等刻度標識，但監測小組在調研監測中發現少數玻璃儀器存在無刻度標識等現象。

1.2.4 熱沖擊不符合要求

根據GB/T 15724—2008《實驗室玻璃儀器——燒杯》中的要求，容量≤400 mL 的燒杯，其耐熱沖擊溫度應不小于180 ℃。在實地監測時進行的耐熱沖擊測試中，監測小組在將某250 mL 燒杯樣品加熱至170 ℃放入冷水后，燒杯樣品炸裂，其耐熱沖擊溫度不符合標準要求。

1.2.5 內應力檢測不合格

玻璃是一種經高溫熔融、快速冷卻而固化的非晶態產品，所以在生產過程中，玻璃儀器各個部位的溫度變化不可能均勻一致，會有內應力的產生。因此，在玻璃儀器成型后，需要進行退火處理以消除殘余的內應力；若退火處理不達標，則會導致玻璃中殘存有內應力，進而影響玻璃儀器的強度和使用壽命。在GB/T 4545—2007《玻璃瓶罐內應力試驗方法》中規定了測定與玻璃瓶罐退火狀態有關的兩種實驗方法：一種是用偏光儀與一套標準片對比測量，另一種是用偏光儀直接測量。在監測工作中，監測小組使用偏光儀對玻璃儀器進行了直接測量，部分玻璃儀器干涉色變化較大，出現綠色或黃色，說明該產品退火質量較差，內應力檢測不合格。

1.3 “三步”檢測法

中小學實驗用玻璃儀器質量應符合JY 0001—2003《教學儀器設備產品一般質量要求》及此儀器對應的國家、行業、團體、企業等發布的產品標準。從易于實施和最大限度對玻璃儀器進行質量甄別的角度，監測小組提出了一種針對中小學實驗用玻璃儀器進行檢測的“三步”檢測法，其主要內容包括外觀和常規尺寸檢測、內應力檢測、急冷檢測等。利用這種方法進行檢測，在匯總以往數據的基礎上，檢測單位（人）通過外觀和常規尺寸檢測就能夠甄別50%以上的質量問題；通過外觀和常規尺寸檢測、內應力檢測能夠甄別90%以上的質量問題；通過外觀和常規尺寸檢測、內應力檢測、急冷實驗檢測能夠甄別超過95%的質量問題。

第一步：外觀和常規尺寸檢測

在外觀方面，玻璃儀器的外觀應端正，厚薄均勻，內外表面清潔無劃傷，有刻度的玻璃器皿量值要準確，刻度和數值清晰、不脫落。在不影響儀器性能和壽命的前提下，一般玻璃儀器在不明顯的部位允許有不超過表1 規定的缺陷；一般光學零件的表面允許有不超過表2 規定的缺陷。在常規尺寸方面，玻璃儀器的各項規格尺寸應在對應標準要求的合理誤差范圍內，測量過程中需通過鋼尺法、卡尺法、稱重法等正確測量玻璃儀器的尺寸、容量等參數規格。

表1 玻璃儀器表面不明顯部位允許的缺陷

表2 一般光學零件允許的表面疵病

第二步：內應力檢測

受設備、人員技術水平等因素的影響，專業的玻璃儀器內應力檢測很難在中小學進行[3]。因此，在對中小學實驗用玻璃儀器進行內應力檢測時，檢測單位（人）可以直接使用應力檢測儀。應力檢測儀是應用偏振光干涉原理檢查玻璃內應力的有效儀器，它可以根據偏振場中的干涉色序，定性或半定量地測量玻璃的內應力。在正交的起偏鏡與檢偏鏡之間放入雙折射物質，視場中便會出現干涉色，一定的干涉色對應于一定的雙折射光程差，其關系如表3 所示。

在應力檢測儀中，位于起偏鏡與檢偏鏡之間的全波片是用高分子材料做成的薄片，其雙折射光程差為565 nm，由表3 可知視場中的干涉色為紫紅色。如果在正交偏振鏡之間除了全波片以外再加試件，則二者的組合光程差將大于或小于565 nm，干涉色也相應地發生變化，根據干涉色查表3 即得到組合光程差的數值。有應力的玻璃試件是雙折射物質，將這樣的試件放入應力檢查儀光路中，會引起干涉色的變化。具體做法為：將該試件放入干涉視場中，通過檢偏鏡觀察整個試件表面，根據干涉色定性地判斷玻璃試件應力大小，如試件顏色基本不變或者只有輕微的變化，由紫紅到紫色，說明退火質量良好；如果試件的某些部件上干涉色變化較大，如出現綠色或黃色，則說明退火質量較差，存在殘余內應力。

第三步：耐熱震性實驗檢測

耐急冷急熱性又稱耐熱震性，主要體現耐火玻璃儀器抵抗急冷急熱的溫度驟變而不破壞的性能。耐熱震性的強弱主要取決于耐火原料及其制品的熱膨脹性、導熱性和斷裂韌性等，與其組織結構、形狀和尺寸有關。在實際工作中，進行耐熱震性實驗檢測一般采取急冷實驗的方式，即將玻璃儀器加熱至一定溫度后浸入冷水，以驗證玻璃儀器耐熱震性。耐熱震性實驗具有一定危險性，在檢測過程中應慎重操作。

2 中小學實驗用玻璃儀器質量控制對策

2.1 完善基本技術要求，為質量控制提供依據

2016 年，針對中小學各學科教學儀器設備的特點，省技術中心制定了《河北省中小學教學儀器設備基本技術要求》（以下簡稱《技術要求》）。

《技術要求》對原《河北省教學儀器設備基本技術要求》進行了修訂，對實驗用玻璃儀器等教學儀器設備的詳細技術參數和對應標準要求進行了規定，為控制各類教學儀器設備質量提供了依據，也為全省教學儀器配備、采購驗收、質量監測等工作提供了極大的幫助。隨著技術水平的更新，《技術要求》作為河北省評判教學儀器設備質量情況的基本遵循和重要依據也在不斷更新和發展，對實驗用玻璃儀器等教學儀器設備技術參數要求亦更加趨于完善、科學、嚴謹。因此，做好中小學實驗用玻璃儀器質量控制的前提是做好《技術要求》的宣貫落實，讓《技術要求》成為甄別教學儀器設備質量優劣的利劍。

2.2 加強標準宣傳貫徹，提升供需雙方標準意識

加強對供需雙方進行標準的宣傳和貫徹工作，是做好中小學實驗用玻璃儀器質量控制的重要條件。實驗儀器的供應方要充分借助教育裝備行業協會等組織，做好相關標準的宣貫工作，鼓勵和促進生產企業不斷規范生產工藝、提高生產標準，從供應源頭提高整體質量；需求方要不斷加強采購單位（人）的標準化意識和專業技術素養，在儀器設備招標驗收過程中發揮標準作用，對照相應標準進行質量管控，讓好儀器設備進入中小學的“大門”，切實保證師生生命安全。

2.3 強化采購過程管理，嚴格履行驗收程序

各級教育行政部門要加強對教學儀器設備采購全過程的管理，嚴格控制和監督采購過程的前期準備及采購中、采購后等微觀環節并制定嚴格的驗收管理制度。在驗收產品時，采購單位（人）應嚴格以中標樣品、招標要求、合同和補充協議等為依據，逐項驗收產品的規格、型號、性能、質量、生產廠家等參數，檢驗實際供應的儀器設備是否與投標樣品完全一致。

此外，在實驗用玻璃儀器的采購驗收過程中，還應根據實際情況酌情抽測玻璃儀器的質量和性能，通過“三步”檢測法對其進行驗收檢測，堅決將不合格的玻璃儀器阻擋在校門之外。

2.4 擠壓劣質設備空間，營造“良幣驅逐劣幣”氛圍

采購單位（人）在招標采購過程中應嚴格規范教學儀器設備質量，讓優質儀器設備生產企業與采購單位（人）形成合力，擠壓劣質教學儀器設備的生存空間，倒逼“劣幣市場”轉型升級、主動加強生產管控，共同營造“良幣驅逐劣幣”的市場氛圍；規范市場秩序，讓價格合理、質量優秀的中小學實驗用玻璃儀器等設備為教育教學提供良好支撐和服務。

2.5 開展采購質量培訓，提升采購單位（人）專業素養

中小學實驗用玻璃儀器等教學設備的采購和驗收煩瑣復雜，各級教育裝備管理部門應根據其采購特點進行有針對性的質量管控培訓。一方面，要對采購單位（人）進行招投標管理培訓，系統學習《政府采購法》《政府采購法實施條例》等法律法規，嚴格按照法律要求和流程開展招標采購工作，履行各項招標采購手續，為招投標過程中出現問題和分歧時提供法律依據和保護；另一方面，要加強中小學實驗用玻璃儀器等設備檢測方法的培訓，對照《技術要求》等規范性文件，對各類儀器的檢測方法進行培訓，提升采購單位（人）的產品驗收能力。

3 結束語

截至目前，河北省中小學教學儀器設備質量檢測工作已經持續開展了七年。在“三步”檢測法和質量控制對策等有效措施的協助下，河北省中小學實驗用玻璃儀器的質量有所提高，在一定程度上杜絕了不合格產品流入校園，對于消除實驗安全隱患、保障實驗教學發揮了應有作用，對于確保教育教學有序開展和師生生命健康安全具有積極促進作用，為更好地落實立德樹人根本任務，加快教育現代化、辦好人民滿意的教育奠定了堅實基礎。