實(shí)驗(yàn)室多功能試管架的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

1 問(wèn)題的提出

在課程改革的推進(jìn)過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的占比和地位日益突出，對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)的要求逐步提高。然而，面對(duì)缺乏專(zhuān)業(yè)訓(xùn)練基礎(chǔ)的學(xué)生，規(guī)范操作、安全意識(shí)等基本實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)都有待提高，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中所暴露出的問(wèn)題也多種多樣。除了常見(jiàn)的一些實(shí)驗(yàn)安全問(wèn)題以外，根據(jù)現(xiàn)有的化學(xué)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)臺(tái)面，腐蝕臺(tái)面，更為嚴(yán)重的是，像強(qiáng)酸強(qiáng)堿這類(lèi)強(qiáng)腐蝕性的液體滴落到實(shí)驗(yàn)桌面或者儀器上，學(xué)生在不知情的情況下，皮膚接觸到滴落的試劑，并且沒(méi)有及時(shí)處理，就會(huì)造成嚴(yán)重的后果；另一方面，滴管普遍存在外掛現(xiàn)象，學(xué)生操作時(shí)，眼睛，手會(huì)不自覺(jué)地靠近，最后一滴經(jīng)常帶有氣泡，滴出時(shí)很容易導(dǎo)致氣泡破裂飛濺，所以如果不妥善放置化學(xué)玻璃儀器，會(huì)給實(shí)驗(yàn)帶來(lái)很大的安全隱患，也不符合現(xiàn)在提倡的綠色化學(xué)概念。因此，筆者設(shè)計(jì)了一種實(shí)驗(yàn)室多功能試管架，既能有效解決這一問(wèn)題，又可以培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)實(shí)驗(yàn)態(tài)度。

2 實(shí)驗(yàn)材料、儀器及裝置

（1）實(shí)驗(yàn)材料：氯化鈉、蒸餾水、濃硫酸、稱(chēng)量紙、藥匙等；

（2）實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)改進(jìn)裝置：實(shí)驗(yàn)室多功能試管架。

3 實(shí)驗(yàn)改進(jìn)裝置的制作

3.1改進(jìn)原則

安全性要求是設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室多功能試管架時(shí)的首要考慮因素之一。實(shí)驗(yàn)室中常使用的試管架必須能夠保證實(shí)驗(yàn)人員和實(shí)驗(yàn)室的安全。為此，試管架的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面。第一，試管架材料的選擇至關(guān)重要。應(yīng)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(qiáng)腐蝕試劑時(shí)所導(dǎo)致的架體或樣品污染或損壞。第二，試管架的結(jié)構(gòu)和制造工藝也對(duì)安全性有重要影響。試管架應(yīng)具有堅(jiān)固和穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，能夠承受試管和樣品的重量，防止試管傾倒或滑動(dòng)。制造工藝應(yīng)確保試管架的表面光滑，無(wú)毛刺或銳邊，以免刮傷實(shí)驗(yàn)人員或污染樣品。第三，實(shí)用性是設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室多功能試管架時(shí)的另一個(gè)重要考慮因素。試管架應(yīng)能夠適應(yīng)各類(lèi)實(shí)驗(yàn)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(shí)，試管架的結(jié)構(gòu)要兼顧實(shí)驗(yàn)操作的方便性和樣品的易取放，能夠有效利用實(shí)驗(yàn)空間。第四，穩(wěn)定性也是設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室多功能試管架時(shí)需要考慮的重要因素之一。試管架應(yīng)能夠穩(wěn)定地支撐試管和樣品，以避免其傾倒、滑動(dòng)或意外碰撞導(dǎo)致樣品損壞或廢棄。為此，試管架的支撐架和夾子應(yīng)具有良好的設(shè)計(jì)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(diào)性是設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室多功能試管架時(shí)的另一個(gè)重要考慮因素。試管架應(yīng)具有一定的可調(diào)性，以滿(mǎn)足不同實(shí)驗(yàn)需求對(duì)試管架的調(diào)整和自定義。例如，支架的高度和角度可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求進(jìn)行調(diào)節(jié)，以便更好地適應(yīng)不同試管操作或?qū)嶒?yàn)條件。試管架的可調(diào)性能夠提升實(shí)驗(yàn)過(guò)程的靈活性和效率，同時(shí)加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)人員對(duì)實(shí)驗(yàn)操作的掌控，確保實(shí)驗(yàn)的安全性和準(zhǔn)確性。綜上所述，安全性要求、實(shí)用性、穩(wěn)定性和可調(diào)性是設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室多功能試管架時(shí)的核心原則與考慮因素。以這些因素為指導(dǎo)，設(shè)計(jì)出符合實(shí)驗(yàn)要求的多功能試管架，可以提高實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)的效率、安全性和實(shí)用性，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)和科學(xué)精神。

3.2設(shè)計(jì)要素

多功能試管架的設(shè)計(jì)要素涉及材料選擇和制造工藝、架構(gòu)設(shè)計(jì)以及調(diào)整和定位機(jī)制。材料選擇和制造工藝是多功能試管架設(shè)計(jì)的重要考慮因素之一。試管架的材料應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和耐腐蝕性。常見(jiàn)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(shí)驗(yàn)室的需求和實(shí)驗(yàn)環(huán)境的特點(diǎn)。制造工藝應(yīng)確保試管架的表面光滑，無(wú)毛刺和銳邊，以避免刮傷實(shí)驗(yàn)人員或損壞試管。架構(gòu)設(shè)計(jì)是多功能試管架設(shè)計(jì)的關(guān)鍵要素之一。它涉及試管架的整體結(jié)構(gòu)和組件設(shè)計(jì)。試管架的架構(gòu)設(shè)計(jì)需要考慮不同形式和結(jié)構(gòu)的組件，如支架、夾子、支撐架等。支架的設(shè)計(jì)應(yīng)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(dòng)或傾倒。夾子的設(shè)計(jì)應(yīng)具有良好的可調(diào)性和固定性，以便固定試管和樣品。支撐架的設(shè)計(jì)應(yīng)能夠適應(yīng)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(guò)固定組件，包括四條架腿和架腿防滑墊套，進(jìn)一步完善試管架裝置的防滑機(jī)制，提供更穩(wěn)定可靠的支撐。四條架腿的設(shè)計(jì)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(yīng)該是堅(jiān)固耐用的材料，如不銹鋼，具有足夠的承重能力，能夠承受實(shí)驗(yàn)中的各種負(fù)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(guò)程中因摩擦力和振動(dòng)而滑動(dòng)。這些防滑墊套通常采用耐腐蝕的橡膠材料，其外觀(guān)類(lèi)似于套在架腿底部的軟墊，具有良好的抗滑性能。通過(guò)使用這些防滑墊套，可以增加試管架與實(shí)驗(yàn)臺(tái)面之間的摩擦系數(shù)，減少滑動(dòng)的可能性，提供額外的穩(wěn)定性?？傊?/span>通過(guò)合理選擇材料、設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)募軜?gòu)與防滑機(jī)制，可以設(shè)計(jì)出安全、實(shí)用和靈活的多功能試管架，提高實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)的效率和安全性，并促進(jìn)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)和科學(xué)發(fā)展。

3.3實(shí)驗(yàn)改進(jìn)裝置的制作

實(shí)驗(yàn)改進(jìn)裝置包括放置平臺(tái)、固定組件和廢液收集裝置，其中放置平臺(tái)包括三階具有不同孔徑的水平平臺(tái)，每一階平臺(tái)可以放置不同規(guī)格的試管或滴管，并且放置數(shù)量較多，平臺(tái)下面具有不同孔徑的斜坡型輔助平臺(tái)，上下兩層垂直對(duì)應(yīng)，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(shí)驗(yàn)臺(tái)表面滑落，保證整個(gè)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(tái)水平放置，便于廢液順利流下，接液板末端連接儲(chǔ)液槽，該儲(chǔ)液槽使用可以耐酸堿和有機(jī)溶劑的有機(jī)玻璃材質(zhì)，在接液板下端，儲(chǔ)液槽一端具有放液閥門(mén)，便于將收集的廢液排出。裝置除防滑墊套、儲(chǔ)液槽及儲(chǔ)液槽放液閥門(mén)外均為一體成型設(shè)計(jì)，整個(gè)裝置穩(wěn)定性更高。且該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)用性強(qiáng)，便于生產(chǎn)制造和應(yīng)用實(shí)施。

4 改進(jìn)裝置的組裝

改裝后的裝置具有簡(jiǎn)單的組裝、便捷的操作和可觀(guān)的容量。以溶液配制為例，當(dāng)需要配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的氯化鈉溶液和體積分?jǐn)?shù)為5%的稀硫酸溶液時(shí)，會(huì)使用到滴管和試管。在使用完畢后，在清洗之前，可以關(guān)閉儲(chǔ)液槽的開(kāi)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(chǔ)液槽中進(jìn)行收集。待液體干燥后，可以打開(kāi)儲(chǔ)液槽的閥門(mén)，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(wú)論是與強(qiáng)酸、強(qiáng)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(zhǎng)期使用和可靠性。

5 實(shí)驗(yàn)改進(jìn)裝置的優(yōu)勢(shì)

在相關(guān)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行時(shí)，化學(xué)實(shí)驗(yàn)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(huì)給實(shí)驗(yàn)帶來(lái)很大安全隱患，也不符合現(xiàn)在提倡的綠色化學(xué)理念。使用本實(shí)驗(yàn)裝置后，具有許多優(yōu)勢(shì)，其中之一是它能夠有效解決因廢液污染而帶來(lái)的安全隱患和環(huán)境問(wèn)題。傳統(tǒng)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)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(méi)有足夠的放置裝置，會(huì)導(dǎo)致廢液污染實(shí)驗(yàn)臺(tái)面，甚至腐蝕臺(tái)面，給實(shí)驗(yàn)帶來(lái)很大的安全隱患。使用改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)裝置后，這個(gè)問(wèn)題可以得到有效解決。改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)裝置通常會(huì)設(shè)計(jì)專(zhuān)門(mén)的儲(chǔ)液槽和廢液處理系統(tǒng)。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，當(dāng)?shù)喂芎驮嚬苁褂猛戤吅?，可以將其放置在裝置上，通過(guò)合適的管道將殘留液體收集到儲(chǔ)液槽中，避免了廢液直接接觸實(shí)驗(yàn)臺(tái)面的情況發(fā)生。這樣不僅保護(hù)了實(shí)驗(yàn)臺(tái)面，也防止了廢液的泄漏和外溢，減少了污染的風(fēng)險(xiǎn)。儲(chǔ)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(xué)理念，減少了對(duì)環(huán)境的影響。另外，改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)裝置還能夠創(chuàng)造規(guī)范、安全的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)、細(xì)致的科學(xué)態(tài)度具有很好的促進(jìn)作用。規(guī)范的實(shí)驗(yàn)環(huán)境不僅能夠確保實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性和可重復(fù)性，還能夠提高學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的認(rèn)知和理解，培養(yǎng)他們的實(shí)驗(yàn)技能和實(shí)驗(yàn)操作的規(guī)范意識(shí)。安全的實(shí)驗(yàn)環(huán)境能夠降低實(shí)驗(yàn)操作中的意外風(fēng)險(xiǎn)，保護(hù)學(xué)生的身體健康和生命安全。在當(dāng)前新課程改革的背景下，規(guī)范、安全的實(shí)驗(yàn)環(huán)境是實(shí)驗(yàn)課程發(fā)展的方向之一。改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)裝置能夠提供這樣的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，與新課程改革的要求相契合。通過(guò)使用改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)裝置，教師可以更好地指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰涂茖W(xué)態(tài)度，促進(jìn)他們的科學(xué)素養(yǎng)的全面發(fā)展。

6討論與分析

通過(guò)對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中常見(jiàn)玻璃儀器使用存在的問(wèn)題進(jìn)行分析和思考，設(shè)計(jì)制作了一種多功能試管架裝置。這個(gè)裝置具有廣泛的適用范圍，可以在多種實(shí)驗(yàn)中發(fā)揮積極的作用。同時(shí)，該實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于操作，便于推廣，對(duì)于提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)安全意識(shí)起到了顯著的效果。它能夠很好地滿(mǎn)足化學(xué)實(shí)驗(yàn)課堂中對(duì)滴管、試管類(lèi)玻璃儀器的使用要求。多功能試管架裝置具有以下特點(diǎn)：第一，它采用可調(diào)節(jié)的夾持裝置，可以適應(yīng)不同尺寸的試管和滴管，提供穩(wěn)定的支撐和固定，確保實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的儀器不會(huì)傾倒或滑動(dòng)。第二，裝置配備了廢液收集系統(tǒng)，通過(guò)設(shè)計(jì)合理的導(dǎo)液管道和儲(chǔ)液槽，可以高效地收集和處理實(shí)驗(yàn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢液，減少?gòu)U液的直接接觸和泄漏的風(fēng)險(xiǎn)，保護(hù)實(shí)驗(yàn)臺(tái)面的清潔和安全。多功能試管架裝置在化學(xué)實(shí)驗(yàn)課堂中的應(yīng)用具有廣泛性。無(wú)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(shí)驗(yàn)過(guò)程的安全性，還提高了操作的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。同時(shí)，多功能試管架裝置的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)和易于操作的特點(diǎn)，使得學(xué)生能夠更好地理解和掌握實(shí)驗(yàn)操作，培養(yǎng)他們的實(shí)驗(yàn)技能和實(shí)驗(yàn)操作的規(guī)范意識(shí)。

7 教學(xué)反思

在使用多功能試管架裝置時(shí)，為了保證實(shí)驗(yàn)的安全性和有效性，需要注意以下事項(xiàng)：

（1）保持實(shí)驗(yàn)器材的清潔：在每次使用前，必須確保試管架裝置的安裝沒(méi)有遺漏。特別要檢查接液板是否安裝到位，儲(chǔ)液槽的出液口閥門(mén)是否關(guān)閉等。這樣可以避免在使用過(guò)程中廢液不能順利流下或進(jìn)入儲(chǔ)液槽之后流到實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，從而減少發(fā)生危險(xiǎn)的可能性。

（2）實(shí)驗(yàn)結(jié)束后的清潔與處理：在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，必須及時(shí)進(jìn)行清洗和整理。首先，取下接液板進(jìn)行清洗，可以用溫水和中性洗滌劑進(jìn)行清洗、晾干。其次，要及時(shí)清理儲(chǔ)液槽內(nèi)的廢液，將它們倒入廢液桶中，避免廢液滋生細(xì)菌或產(chǎn)生異味。最后，對(duì)儲(chǔ)液槽進(jìn)行清洗，可以用水和洗滌劑進(jìn)行徹底清洗，確保儲(chǔ)液槽干燥，防止細(xì)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(guò)程中因滑落而造成危險(xiǎn)。防滑墊可以選擇耐腐蝕的橡膠材料，能夠有效地降低滑動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)。

這些措施有助于提高實(shí)驗(yàn)的安全性、實(shí)驗(yàn)裝置的可靠性，并保持實(shí)驗(yàn)環(huán)境的整潔和衛(wèi)生。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，嚴(yán)格遵守這些要求，不僅是對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)安全的重要保障，也是培養(yǎng)學(xué)生規(guī)范、細(xì)致的科學(xué)態(tài)度和實(shí)驗(yàn)操作技能的有效途徑。

文章來(lái)源：  《上海輕工業(yè)》   http://k2057.cn/w/kj/30978.html