實驗室多功能試管架的設計與應用

1 問題的提出

在課程改革的推進過程中，實驗教學的占比和地位日益突出，對學生實驗素養(yǎng)的要求逐步提高。然而，面對缺乏專業(yè)訓練基礎的學生，規(guī)范操作、安全意識等基本實驗素養(yǎng)都有待提高，實驗過程中所暴露出的問題也多種多樣。除了常見的一些實驗安全問題以外，根據現有的化學實驗玻璃儀器盛放裝置，只能解決少量的盛放需求，而像滴管這種玻璃儀器，殘留的液體，一方面不僅容易污染實驗臺面，腐蝕臺面，更為嚴重的是，像強酸強堿這類強腐蝕性的液體滴落到實驗桌面或者儀器上，學生在不知情的情況下，皮膚接觸到滴落的試劑，并且沒有及時處理，就會造成嚴重的后果；另一方面，滴管普遍存在外掛現象，學生操作時，眼睛，手會不自覺地靠近，最后一滴經常帶有氣泡，滴出時很容易導致氣泡破裂飛濺，所以如果不妥善放置化學玻璃儀器，會給實驗帶來很大的安全隱患，也不符合現在提倡的綠色化學概念。因此，筆者設計了一種實驗室多功能試管架，既能有效解決這一問題，又可以培養(yǎng)學生嚴謹的科學實驗態(tài)度。

2 實驗材料、儀器及裝置

（1）實驗材料：氯化鈉、蒸餾水、濃硫酸、稱量紙、藥匙等；

（2）實驗儀器：天平、膠頭滴管、試管(10 mL、20 mL、50 mL、100 mL)、燒杯、量筒、鑷子、藥匙、玻璃棒、廣口瓶、滴瓶等；

 （3）實驗改進裝置：實驗室多功能試管架。

3 實驗改進裝置的制作

3.1改進原則

安全性要求是設計實驗室多功能試管架時的首要考慮因素之一。實驗室中常使用的試管架必須能夠保證實驗人員和實驗室的安全。為此，試管架的設計應考慮以下幾個方面。第一，試管架材料的選擇至關重要。應優(yōu)先選擇具有較高耐腐蝕性和抗酸堿性的材料，如不銹鋼或特殊塑料。這樣可以避免試管接觸到強腐蝕試劑時所導致的架體或樣品污染或損壞。第二，試管架的結構和制造工藝也對安全性有重要影響。試管架應具有堅固和穩(wěn)定的結構，能夠承受試管和樣品的重量，防止試管傾倒或滑動。制造工藝應確保試管架的表面光滑，無毛刺或銳邊，以免刮傷實驗人員或污染樣品。第三，實用性是設計實驗室多功能試管架時的另一個重要考慮因素。試管架應能夠適應各類實驗室試管的使用需求。這意味著試管架需要具有不同尺寸和形狀的支架、夾子和支撐架，以容納不同規(guī)格的試管和樣品。同時，試管架的結構要兼顧實驗操作的方便性和樣品的易取放，能夠有效利用實驗空間。第四，穩(wěn)定性也是設計實驗室多功能試管架時需要考慮的重要因素之一。試管架應能夠穩(wěn)定地支撐試管和樣品，以避免其傾倒、滑動或意外碰撞導致樣品損壞或廢棄。為此，試管架的支撐架和夾子應具有良好的設計和制造工藝，確保與試管的接觸面積大、穩(wěn)固可靠，并能夠提供足夠的支撐力。第五，可調性是設計實驗室多功能試管架時的另一個重要考慮因素。試管架應具有一定的可調性，以滿足不同實驗需求對試管架的調整和自定義。例如，支架的高度和角度可以根據實驗要求進行調節(jié)，以便更好地適應不同試管操作或實驗條件。試管架的可調性能夠提升實驗過程的靈活性和效率，同時加強實驗人員對實驗操作的掌控，確保實驗的安全性和準確性。綜上所述，安全性要求、實用性、穩(wěn)定性和可調性是設計實驗室多功能試管架時的核心原則與考慮因素。以這些因素為指導，設計出符合實驗要求的多功能試管架，可以提高實驗室實驗的效率、安全性和實用性，培養(yǎng)學生的實驗素養(yǎng)和科學精神。

3.2設計要素

多功能試管架的設計要素涉及材料選擇和制造工藝、架構設計以及調整和定位機制。材料選擇和制造工藝是多功能試管架設計的重要考慮因素之一。試管架的材料應具有足夠的強度和耐腐蝕性。常見的材料包括不銹鋼、鋁合金和特殊塑料等。不同材料的選擇取決于實驗室的需求和實驗環(huán)境的特點。制造工藝應確保試管架的表面光滑，無毛刺和銳邊，以避免刮傷實驗人員或損壞試管。架構設計是多功能試管架設計的關鍵要素之一。它涉及試管架的整體結構和組件設計。試管架的架構設計需要考慮不同形式和結構的組件，如支架、夾子、支撐架等。支架的設計應能夠穩(wěn)固地放置試管并提供足夠的支撐力，以防止試管滑動或傾倒。夾子的設計應具有良好的可調性和固定性，以便固定試管和樣品。支撐架的設計應能夠適應不同尺寸和形狀的試管，并確保試管的穩(wěn)定性和安全性。最后，通過固定組件，包括四條架腿和架腿防滑墊套，進一步完善試管架裝置的防滑機制，提供更穩(wěn)定可靠的支撐。四條架腿的設計是為了平衡裝置的重心和分散載荷，增加整體的穩(wěn)定性。這些架腿應該是堅固耐用的材料，如不銹鋼，具有足夠的承重能力，能夠承受實驗中的各種負荷和力的作用；架腿防滑墊套的作用是防止試管架在使用過程中因摩擦力和振動而滑動。這些防滑墊套通常采用耐腐蝕的橡膠材料，其外觀類似于套在架腿底部的軟墊，具有良好的抗滑性能。通過使用這些防滑墊套，可以增加試管架與實驗臺面之間的摩擦系數，減少滑動的可能性，提供額外的穩(wěn)定性。總之，通過合理選擇材料、設計適當的架構與防滑機制，可以設計出安全、實用和靈活的多功能試管架，提高實驗室實驗的效率和安全性，并促進學生的實驗素養(yǎng)和科學發(fā)展。

3.3實驗改進裝置的制作

實驗改進裝置包括放置平臺、固定組件和廢液收集裝置，其中放置平臺包括三階具有不同孔徑的水平平臺，每一階平臺可以放置不同規(guī)格的試管或滴管，并且放置數量較多，平臺下面具有不同孔徑的斜坡型輔助平臺，上下兩層垂直對應，提高試管或滴管放置的穩(wěn)固性；固定組件包括四條架腿和架腿防滑墊套，不易在光滑的實驗臺表面滑落，保證整個裝置的穩(wěn)定放置；廢液收集裝置的接液板具有一定坡度，與斜坡型輔助平臺水平放置，便于廢液順利流下，接液板末端連接儲液槽，該儲液槽使用可以耐酸堿和有機溶劑的有機玻璃材質，在接液板下端，儲液槽一端具有放液閥門，便于將收集的廢液排出。裝置除防滑墊套、儲液槽及儲液槽放液閥門外均為一體成型設計，整個裝置穩(wěn)定性更高。且該裝置結構簡單，實用性強，便于生產制造和應用實施。

4 改進裝置的組裝

改裝后的裝置具有簡單的組裝、便捷的操作和可觀的容量。以溶液配制為例，當需要配制質量分數為2%的氯化鈉溶液和體積分數為5%的稀硫酸溶液時，會使用到滴管和試管。在使用完畢后，在清洗之前，可以關閉儲液槽的開口，并安裝好接液板，將滴管和試管放置在多功能試管架上，以便將里面的殘余液體流入儲液槽中進行收集。待液體干燥后，可以打開儲液槽的閥門，將廢液倒入廢液桶，并徹底清洗干凈。此外，改裝后的裝置的材料選擇和制造工藝使其具有良好的耐酸堿性和耐受性。無論是與強酸、強堿還是其他具有腐蝕性的試劑接觸，滴管和試管都能夠保持穩(wěn)定和耐用。這保證了裝置的長期使用和可靠性。

5 實驗改進裝置的優(yōu)勢

在相關實驗進行時，化學實驗儀器尤其是滴管、試管等含有殘余廢液的玻璃儀器，不正確處置會給實驗帶來很大安全隱患，也不符合現在提倡的綠色化學理念。使用本實驗裝置后，具有許多優(yōu)勢，其中之一是它能夠有效解決因廢液污染而帶來的安全隱患和環(huán)境問題。傳統(tǒng)的化學實驗儀器，如滴管和試管，在使用后容易殘留廢液，如果不正確地放置或沒有足夠的放置裝置，會導致廢液污染實驗臺面，甚至腐蝕臺面，給實驗帶來很大的安全隱患。使用改進的實驗裝置后，這個問題可以得到有效解決。改進的實驗裝置通常會設計專門的儲液槽和廢液處理系統(tǒng)。在實驗過程中，當滴管和試管使用完畢后，可以將其放置在裝置上，通過合適的管道將殘留液體收集到儲液槽中，避免了廢液直接接觸實驗臺面的情況發(fā)生。這樣不僅保護了實驗臺面，也防止了廢液的泄漏和外溢，減少了污染的風險。儲液槽和廢液處理系統(tǒng)還可以方便地收集和處理廢液，符合綠色化學理念，減少了對環(huán)境的影響。另外，改進的實驗裝置還能夠創(chuàng)造規(guī)范、安全的實驗環(huán)境，對培養(yǎng)學生嚴謹、細致的科學態(tài)度具有很好的促進作用。規(guī)范的實驗環(huán)境不僅能夠確保實驗的準確性和可重復性，還能夠提高學生對實驗過程的認知和理解，培養(yǎng)他們的實驗技能和實驗操作的規(guī)范意識。安全的實驗環(huán)境能夠降低實驗操作中的意外風險，保護學生的身體健康和生命安全。在當前新課程改革的背景下，規(guī)范、安全的實驗環(huán)境是實驗課程發(fā)展的方向之一。改進的實驗裝置能夠提供這樣的實驗環(huán)境，與新課程改革的要求相契合。通過使用改進的實驗裝置，教師可以更好地指導學生進行實驗操作，培養(yǎng)學生的實驗能力和科學態(tài)度，促進他們的科學素養(yǎng)的全面發(fā)展。

6討論與分析

通過對化學實驗過程中常見玻璃儀器使用存在的問題進行分析和思考，設計制作了一種多功能試管架裝置。這個裝置具有廣泛的適用范圍，可以在多種實驗中發(fā)揮積極的作用。同時，該實驗裝置結構簡單，易于操作，便于推廣，對于提高學生實驗安全意識起到了顯著的效果。它能夠很好地滿足化學實驗課堂中對滴管、試管類玻璃儀器的使用要求。多功能試管架裝置具有以下特點：第一，它采用可調節(jié)的夾持裝置，可以適應不同尺寸的試管和滴管，提供穩(wěn)定的支撐和固定，確保實驗過程中的儀器不會傾倒或滑動。第二，裝置配備了廢液收集系統(tǒng)，通過設計合理的導液管道和儲液槽，可以高效地收集和處理實驗過程中產生的廢液，減少廢液的直接接觸和泄漏的風險，保護實驗臺面的清潔和安全。多功能試管架裝置在化學實驗課堂中的應用具有廣泛性。無論是溶液的配制和混合、酸堿滴定，該裝置都可以發(fā)揮重要的作用。它不僅保證了實驗過程的安全性，還提高了操作的準確性和穩(wěn)定性。同時，多功能試管架裝置的簡單結構和易于操作的特點，使得學生能夠更好地理解和掌握實驗操作，培養(yǎng)他們的實驗技能和實驗操作的規(guī)范意識。

7 教學反思

在使用多功能試管架裝置時，為了保證實驗的安全性和有效性，需要注意以下事項：

（1）保持實驗器材的清潔：在每次使用前，必須確保試管架裝置的安裝沒有遺漏。特別要檢查接液板是否安裝到位，儲液槽的出液口閥門是否關閉等。這樣可以避免在使用過程中廢液不能順利流下或進入儲液槽之后流到實驗臺上，從而減少發(fā)生危險的可能性。

（2）實驗結束后的清潔與處理：在實驗結束后，必須及時進行清洗和整理。首先，取下接液板進行清洗，可以用溫水和中性洗滌劑進行清洗、晾干。其次，要及時清理儲液槽內的廢液，將它們倒入廢液桶中，避免廢液滋生細菌或產生異味。最后，對儲液槽進行清洗，可以用水和洗滌劑進行徹底清洗，確保儲液槽干燥，防止細菌滋生和廢液殘留。

（3）安裝防滑墊：確保多功能試管架的架腿安裝有防滑墊，這可以提供額外的穩(wěn)定性，避免裝置在使用過程中因滑落而造成危險。防滑墊可以選擇耐腐蝕的橡膠材料，能夠有效地降低滑動的風險。

這些措施有助于提高實驗的安全性、實驗裝置的可靠性，并保持實驗環(huán)境的整潔和衛(wèi)生。在實驗教學中，嚴格遵守這些要求，不僅是對學生實驗安全的重要保障，也是培養(yǎng)學生規(guī)范、細致的科學態(tài)度和實驗操作技能的有效途徑。

文章來源：  《上海輕工業(yè)》   http://m.xwlcp.cn/w/kj/30978.html