在全國各地踴躍推動實驗室建設的背景下，北京市教委于2012年啟動了北京市普通高中開放式重點實驗室建設工作，全市共有50余所高中開展了重點實驗室建設工作。其中，首都師范大學附中永定分校創新性地構建起了全市唯一一個以地理學科為基礎和服務對象的地球科學開放式重點實驗室，并于2015年年初建成并投入使用。學校地理教研組組長施雙燕老師作為負責人，組織參與了該實驗室從規劃設計、研討籌備、搭建配置、到教學應用的全過程。
設計構建：結合已有教育特色 補全學科教學方向
根據地球科學的內涵和學校特色，將地球科學實驗室分為幾個小專業教室，分別為天文科普室、普通地質實驗室、地質構造模擬室、氣象探究室、地質災害科普室，這些教室既滿足教學要求，又為研究性學習提供平臺。
1.天文科普室
學校已擁有了一座現代化的天象館，針對高一學生定期播放天文影片，豐富學生的天文知識。為了進一步提高學生的科學素養和研究能力，實驗室設計中增加了一間天文教室，補充了天文望遠鏡、九星稱重儀、透明天球儀等相關天文設備，為愛好天文的學生提供探究的場地。
2.普通地質實驗室
門頭溝區一直有“天然地質博物館”“中國地質工作者搖籃”的美譽。學校學生雖然大部分來自山區，但是他們對身邊的巖石礦物并不是很了解。為了引導學生關注身邊的現象，激發山區學生的求知欲和研究意識，實驗室結合門頭溝區域特色，參考中國地質博物館，設計了地質學專業教室。在教室墻上擺放各種巖石礦物標本，創設環境，輔助學生了解認識巖石，并引進了兩臺透、反兩用偏光鏡，幫助學生認識巖石礦物的微觀世界。以此滿足孩子健康、優質發展的需求。
3.地質構造模擬室
內外力作用是中學教學的一個重點，但是由于時間、空間尺度比較大，學生們理解有些困難，因此設計了內外力作用模擬臺，幫助學生理解褶皺斷層，流水侵蝕與沉積等地貌。
4.氣象探究室
氣象學是地球科學的一個分支，也是高中學習的重點。學校引進了探究熱力環流實驗活動套裝、探究鋒面實驗活動套裝、驗證溫室氣體實驗套裝等，學生可以通過做實驗，進一步了解身邊的地理現象的成因，并嘗試做出解釋。
5.地質災害科普室
學校作為門頭溝區地震示范校，每天不間斷的監測地應力，并上報北京市地震局，已有27年的歷史。為了繼續延續我校的地震特色，普及地震相關知識，設計了地質災害科普室。除了引進必要的地理教學標本、設備、模型、軟件系統外，學校還非常關注教室環境的布局，綜合利用樓道、教室墻壁、窗簾等空間展示地球科學相關知識，通過多種途徑營造一個完整的地理學習的環境，潛移默化的對學生產生影響。
教學應用：兼顧教學與科研 開發課程、培養人才
實驗室的最根本功能是輔助教育教學的開展，因此豐富課堂教學，激發學生對地理學科的學習興趣，從而有效提升學習成績依舊是實驗室的重要功用。地理教研組教師均根據教學需求與進度，將一定比重的地理課開到了實驗室中，讓學生在體驗操作中理解和鞏固所示知識。對于這樣的教學設計，學生非?！百I賬”，大多數學生對于地理學習的興趣都有明顯增加，課堂氛圍也更加活躍。除此以外，實驗室還兼具研究性學習、創新人才培養、校本課程開發、促進教師專業化發展等多種功能。
1.開展研究性學習
學校最為傳統的研究性學習項目就是“地震監測”，已堅持開展二十余年，擁有豐富的實踐經驗和悠久的歷史。學校師生每天堅持觀測記錄，為地震局分析地殼變化提供了豐富的數據。地球科學實驗室建成后，進一步探索地震相關原理，開展研究性學習活動，培養學生開放思維。
2.培養拔尖創新人才
實驗室結合學生特點，開展了適合高中學生的研究性實驗、模擬實驗以及自主研修課程等，讓更多的學生尤其是在地球科學領域有突出表現的學生，有機會在高中學習階段親身經歷一個真實而完整的科研過程，加深對地球科學的理解，激發科研興趣，提升科研能力，向創新型人才不斷邁進。
3.開發特色校本課程
教師以地球科學實驗室為依托，最大限度的利用學校的資源，加強對門頭溝區地質地貌等資源的開發，根據不同學生的學習層次和能力，積極開發豐富多彩的校本課程，如神秘的宇宙、地質學、水文學、氣象學等，以開放的課程體系促進開放的研究課程的設計和實施，滿足學生多樣化、個性化的學習需求。
4.促進教師專業化發展
在實驗室的建設和使用過程中，鼓勵教師以“地球科學”為核心，以創新人才培養為目的，積極進行特色校本課程開發和實驗研究，發揮市、區級骨干教師的帶頭作用，不斷提升自身的專業素養和科研意識。與高等院校、科研院所、科普場館等機構保持密切聯系，積極聘請專家教授對教師進行培訓和指導，引導教師不斷學習、發展，向科研型教師邁進，促成一批高精尖教師隊伍的成長。
輻射作用：面向全市開放 在參觀交流中共同提高
作為北京市開放重點實驗室，學校不光面向本校全體同學開放，跨班級、跨年級、跨學校組成研究小組，也一直在加大實對外開放與資源共享力度，強化實驗室在京西地區的輻射作用，加強學校間、教師間、學生間的交流與學習。實驗室定期邀請天文、地質、氣象等領域的專家開展專題講座活動，豐富學生的視野、提升學生的科研意識。同時邀請校內外學生參加，在推廣和普及科技上發揮重要的作用。
