实验室多功能试管架的设计与应用

1 问题的提出

在课程改革的推进过程中，实验教学的占比和地位日益突出，对学生实验素养的要求逐步提高。然而，面对缺乏专业训练基础的学生，规范操作、安全意识等基本实验素养都有待提高，实验过程中所暴露出的问题也多种多样。除了常见的一些实验安全问题以外，根据现有的化学实验玻璃仪器盛放装置，只能解决少量的盛放需求，而像滴管这种玻璃仪器，残留的液体，一方面不仅容易污染实验台面，腐蚀台面，更为严重的是，像强酸强碱这类强腐蚀性的液体滴落到实验桌面或者仪器上，学生在不知情的情况下，皮肤接触到滴落的试剂，并且没有及时处理，就会造成严重的后果；另一方面，滴管普遍存在外挂现象，学生操作时，眼睛，手会不自觉地靠近，最后一滴经常带有气泡，滴出时很容易导致气泡破裂飞溅，所以如果不妥善放置化学玻璃仪器，会给实验带来很大的安全隐患，也不符合现在提倡的绿色化学概念。因此，笔者设计了一种实验室多功能试管架，既能有效解决这一问题，又可以培养学生严谨的科学实验态度。

2 实验材料、仪器及装置

（1）实验材料：氯化钠、蒸馏水、浓硫酸、称量纸、药匙等；

（2）实验仪器：天平、胶头滴管、试管(10 mL、20 mL、50 mL、100 mL)、烧杯、量筒、镊子、药匙、玻璃棒、广口瓶、滴瓶等；

 （3）实验改进装置：实验室多功能试管架。

3 实验改进装置的制作

3.1改进原则

安全性要求是设计实验室多功能试管架时的首要考虑因素之一。实验室中常使用的试管架必须能够保证实验人员和实验室的安全。为此，试管架的设计应考虑以下几个方面。第一，试管架材料的选择至关重要。应优先选择具有较高耐腐蚀性和抗酸碱性的材料，如不锈钢或特殊塑料。这样可以避免试管接触到强腐蚀试剂时所导致的架体或样品污染或损坏。第二，试管架的结构和制造工艺也对安全性有重要影响。试管架应具有坚固和稳定的结构，能够承受试管和样品的重量，防止试管倾倒或滑动。制造工艺应确保试管架的表面光滑，无毛刺或锐边，以免刮伤实验人员或污染样品。第三，实用性是设计实验室多功能试管架时的另一个重要考虑因素。试管架应能够适应各类实验室试管的使用需求。这意味着试管架需要具有不同尺寸和形状的支架、夹子和支撑架，以容纳不同规格的试管和样品。同时，试管架的结构要兼顾实验操作的方便性和样品的易取放，能够有效利用实验空间。第四，稳定性也是设计实验室多功能试管架时需要考虑的重要因素之一。试管架应能够稳定地支撑试管和样品，以避免其倾倒、滑动或意外碰撞导致样品损坏或废弃。为此，试管架的支撑架和夹子应具有良好的设计和制造工艺，确保与试管的接触面积大、稳固可靠，并能够提供足够的支撑力。第五，可调性是设计实验室多功能试管架时的另一个重要考虑因素。试管架应具有一定的可调性，以满足不同实验需求对试管架的调整和自定义。例如，支架的高度和角度可以根据实验要求进行调节，以便更好地适应不同试管操作或实验条件。试管架的可调性能够提升实验过程的灵活性和效率，同时加强实验人员对实验操作的掌控，确保实验的安全性和准确性。综上所述，安全性要求、实用性、稳定性和可调性是设计实验室多功能试管架时的核心原则与考虑因素。以这些因素为指导，设计出符合实验要求的多功能试管架，可以提高实验室实验的效率、安全性和实用性，培养学生的实验素养和科学精神。

3.2设计要素

多功能试管架的设计要素涉及材料选择和制造工艺、架构设计以及调整和定位机制。材料选择和制造工艺是多功能试管架设计的重要考虑因素之一。试管架的材料应具有足够的强度和耐腐蚀性。常见的材料包括不锈钢、铝合金和特殊塑料等。不同材料的选择取决于实验室的需求和实验环境的特点。制造工艺应确保试管架的表面光滑，无毛刺和锐边，以避免刮伤实验人员或损坏试管。架构设计是多功能试管架设计的关键要素之一。它涉及试管架的整体结构和组件设计。试管架的架构设计需要考虑不同形式和结构的组件，如支架、夹子、支撑架等。支架的设计应能够稳固地放置试管并提供足够的支撑力，以防止试管滑动或倾倒。夹子的设计应具有良好的可调性和固定性，以便固定试管和样品。支撑架的设计应能够适应不同尺寸和形状的试管，并确保试管的稳定性和安全性。最后，通过固定组件，包括四条架腿和架腿防滑垫套，进一步完善试管架装置的防滑机制，提供更稳定可靠的支撑。四条架腿的设计是为了平衡装置的重心和分散载荷，增加整体的稳定性。这些架腿应该是坚固耐用的材料，如不锈钢，具有足够的承重能力，能够承受实验中的各种负荷和力的作用；架腿防滑垫套的作用是防止试管架在使用过程中因摩擦力和振动而滑动。这些防滑垫套通常采用耐腐蚀的橡胶材料，其外观类似于套在架腿底部的软垫，具有良好的抗滑性能。通过使用这些防滑垫套，可以增加试管架与实验台面之间的摩擦系数，减少滑动的可能性，提供额外的稳定性。总之，通过合理选择材料、设计适当的架构与防滑机制，可以设计出安全、实用和灵活的多功能试管架，提高实验室实验的效率和安全性，并促进学生的实验素养和科学发展。

3.3实验改进装置的制作

实验改进装置包括放置平台、固定组件和废液收集装置，其中放置平台包括三阶具有不同孔径的水平平台，每一阶平台可以放置不同规格的试管或滴管，并且放置数量较多，平台下面具有不同孔径的斜坡型辅助平台，上下两层垂直对应，提高试管或滴管放置的稳固性；固定组件包括四条架腿和架腿防滑垫套，不易在光滑的实验台表面滑落，保证整个装置的稳定放置；废液收集装置的接液板具有一定坡度，与斜坡型辅助平台水平放置，便于废液顺利流下，接液板末端连接储液槽，该储液槽使用可以耐酸碱和有机溶剂的有机玻璃材质，在接液板下端，储液槽一端具有放液阀门，便于将收集的废液排出。装置除防滑垫套、储液槽及储液槽放液阀门外均为一体成型设计，整个装置稳定性更高。且该装置结构简单，实用性强，便于生产制造和应用实施。

4 改进装置的组装

改装后的装置具有简单的组装、便捷的操作和可观的容量。以溶液配制为例，当需要配制质量分数为2%的氯化钠溶液和体积分数为5%的稀硫酸溶液时，会使用到滴管和试管。在使用完毕后，在清洗之前，可以关闭储液槽的开口，并安装好接液板，将滴管和试管放置在多功能试管架上，以便将里面的残余液体流入储液槽中进行收集。待液体干燥后，可以打开储液槽的阀门，将废液倒入废液桶，并彻底清洗干净。此外，改装后的装置的材料选择和制造工艺使其具有良好的耐酸碱性和耐受性。无论是与强酸、强碱还是其他具有腐蚀性的试剂接触，滴管和试管都能够保持稳定和耐用。这保证了装置的长期使用和可靠性。

5 实验改进装置的优势

在相关实验进行时，化学实验仪器尤其是滴管、试管等含有残余废液的玻璃仪器，不正确处置会给实验带来很大安全隐患，也不符合现在提倡的绿色化学理念。使用本实验装置后，具有许多优势，其中之一是它能够有效解决因废液污染而带来的安全隐患和环境问题。传统的化学实验仪器，如滴管和试管，在使用后容易残留废液，如果不正确地放置或没有足够的放置装置，会导致废液污染实验台面，甚至腐蚀台面，给实验带来很大的安全隐患。使用改进的实验装置后，这个问题可以得到有效解决。改进的实验装置通常会设计专门的储液槽和废液处理系统。在实验过程中，当滴管和试管使用完毕后，可以将其放置在装置上，通过合适的管道将残留液体收集到储液槽中，避免了废液直接接触实验台面的情况发生。这样不仅保护了实验台面，也防止了废液的泄漏和外溢，减少了污染的风险。储液槽和废液处理系统还可以方便地收集和处理废液，符合绿色化学理念，减少了对环境的影响。另外，改进的实验装置还能够创造规范、安全的实验环境，对培养学生严谨、细致的科学态度具有很好的促进作用。规范的实验环境不仅能够确保实验的准确性和可重复性，还能够提高学生对实验过程的认知和理解，培养他们的实验技能和实验操作的规范意识。安全的实验环境能够降低实验操作中的意外风险，保护学生的身体健康和生命安全。在当前新课程改革的背景下，规范、安全的实验环境是实验课程发展的方向之一。改进的实验装置能够提供这样的实验环境，与新课程改革的要求相契合。通过使用改进的实验装置，教师可以更好地指导学生进行实验操作，培养学生的实验能力和科学态度，促进他们的科学素养的全面发展。

6讨论与分析

通过对化学实验过程中常见玻璃仪器使用存在的问题进行分析和思考，设计制作了一种多功能试管架装置。这个装置具有广泛的适用范围，可以在多种实验中发挥积极的作用。同时，该实验装置结构简单，易于操作，便于推广，对于提高学生实验安全意识起到了显著的效果。它能够很好地满足化学实验课堂中对滴管、试管类玻璃仪器的使用要求。多功能试管架装置具有以下特点：第一，它采用可调节的夹持装置，可以适应不同尺寸的试管和滴管，提供稳定的支撑和固定，确保实验过程中的仪器不会倾倒或滑动。第二，装置配备了废液收集系统，通过设计合理的导液管道和储液槽，可以高效地收集和处理实验过程中产生的废液，减少废液的直接接触和泄漏的风险，保护实验台面的清洁和安全。多功能试管架装置在化学实验课堂中的应用具有广泛性。无论是溶液的配制和混合、酸碱滴定，该装置都可以发挥重要的作用。它不仅保证了实验过程的安全性，还提高了操作的准确性和稳定性。同时，多功能试管架装置的简单结构和易于操作的特点，使得学生能够更好地理解和掌握实验操作，培养他们的实验技能和实验操作的规范意识。

7 教学反思

在使用多功能试管架装置时，为了保证实验的安全性和有效性，需要注意以下事项：

（1）保持实验器材的清洁：在每次使用前，必须确保试管架装置的安装没有遗漏。特别要检查接液板是否安装到位，储液槽的出液口阀门是否关闭等。这样可以避免在使用过程中废液不能顺利流下或进入储液槽之后流到实验台上，从而减少发生危险的可能性。

（2）实验结束后的清洁与处理：在实验结束后，必须及时进行清洗和整理。首先，取下接液板进行清洗，可以用温水和中性洗涤剂进行清洗、晾干。其次，要及时清理储液槽内的废液，将它们倒入废液桶中，避免废液滋生细菌或产生异味。最后，对储液槽进行清洗，可以用水和洗涤剂进行彻底清洗，确保储液槽干燥，防止细菌滋生和废液残留。

（3）安装防滑垫：确保多功能试管架的架腿安装有防滑垫，这可以提供额外的稳定性，避免装置在使用过程中因滑落而造成危险。防滑垫可以选择耐腐蚀的橡胶材料，能够有效地降低滑动的风险。

这些措施有助于提高实验的安全性、实验装置的可靠性，并保持实验环境的整洁和卫生。在实验教学中，严格遵守这些要求，不仅是对学生实验安全的重要保障，也是培养学生规范、细致的科学态度和实验操作技能的有效途径。

文章来源：  《上海轻工业》   https://www.zzqklm.com/w/kj/30978.html