安徽省濉溪縣第二中學(xué)(235000) 程 怡

1 教具的教學(xué)意義和價(jià)值

新一輪課程改革實(shí)施后，更加提倡學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和探究式實(shí)驗(yàn)，因?yàn)樵械囊恍┙叹咭巡荒軡M足現(xiàn)代教學(xué)的需求，促使教師根據(jù)教學(xué)實(shí)際，改進(jìn)或研制更加符合要求的教具。同時(shí)，新科技、新工藝、新材料的不斷涌現(xiàn)，也促使自制教具不斷推陳出新，成為新的成品教具的雛形[1]。

傳統(tǒng)教具多用于教師的演示實(shí)驗(yàn)，演示實(shí)驗(yàn)費(fèi)時(shí)長且準(zhǔn)備時(shí)間長，耽誤教師備課和上課時(shí)間，這時(shí)教師的自制教具就能發(fā)揮作用。

成品教具可以起到普遍性的教學(xué)作用，但在教學(xué)實(shí)際中，有時(shí)還需自制教具來解決一些有針對(duì)性的教學(xué)問題。針對(duì)實(shí)驗(yàn)室制備乙烯這個(gè)實(shí)驗(yàn)中可能存在的安全隱患，本教具采取了相應(yīng)的解決措施，幫助教師解決了客觀存在的問題。

實(shí)驗(yàn)室制備乙烯的步驟是：①在圓底燒瓶中注入約20 mL乙醇與濃硫酸的混合液；②放入幾塊碎瓷片，以避免混合液在受熱時(shí)暴沸；③用酒精燈加熱混合液，使混合液溫度迅速上升到170 ℃；④待導(dǎo)管有均勻的氣泡時(shí)就有乙烯生成，將溫度維持在170 ℃左右，用排水集氣法收集生成的乙烯。

實(shí)驗(yàn)室中制備乙烯都是在鐵架臺(tái)上進(jìn)行的，鐵架臺(tái)功能單一，無法在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后快速地將圓底燒瓶進(jìn)行冷卻，教師在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，需要等待較長的時(shí)間，才能等到圓底燒瓶表面溫度下降，而且在實(shí)驗(yàn)過程中，圓底燒瓶是暴露在外界的，容易燙傷教師或?qū)W生，而且酒精燈也容易受到碰撞而移動(dòng)，存在安全隱患。

本著科學(xué)性、教育性、創(chuàng)新性、啟發(fā)性、安全性和綠色化原則，針對(duì)現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)的不足，本教具采用利用新工藝與傳統(tǒng)教學(xué)儀器裝置整合進(jìn)行創(chuàng)新，提供一種實(shí)驗(yàn)室乙烯制備裝置，具備快速冷卻、安全性高等優(yōu)點(diǎn)，解決了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)過程中存在的安全隱患。

2 儀器特點(diǎn)及用途

①定位框?yàn)轫敳块_口結(jié)構(gòu)，定位框的內(nèi)壁固定包有橡膠，該結(jié)構(gòu)設(shè)置增加了酒精燈與定位框之間的摩擦力，能夠避免酒精燈從支撐板上滑落；②套環(huán)的外壁固定包有橡膠，該結(jié)構(gòu)設(shè)置可以避免教師或?qū)W生在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后取下圓底燒瓶時(shí)燙傷；③通風(fēng)圓環(huán)的外壁固定包有隔熱墊圈，隔熱墊圈的高度與通風(fēng)圓環(huán)的高度相同，起到了隔熱作用，能夠避免教師或?qū)W生被圓底燒瓶燙傷；④排風(fēng)管呈環(huán)形等距離分布，排風(fēng)管的正面均朝向通風(fēng)圓環(huán)底部的中央處，該結(jié)構(gòu)設(shè)置使得通過排風(fēng)管的風(fēng)能夠均勻地吹向圓底燒瓶的表面，繼而快速冷卻圓底燒瓶。本教具可進(jìn)行教師演示實(shí)驗(yàn)“實(shí)驗(yàn)室制備乙烯”或者快速安全制取乙烯。

3 制作材料

鐵架臺(tái)、橡膠、2個(gè)雙缺口螺絲、鐵環(huán)、鐵片、陶土網(wǎng)、硅膠管、波紋管。

4 制作方法

制備乙烯裝置由制備裝置和主體裝置組成。制備裝置仍然采用傳統(tǒng)裝置，向圓底燒瓶中一次性投入足量的酒精，迅速加熱至170 ℃，用導(dǎo)管導(dǎo)出生成的乙烯，用排水法收集產(chǎn)生的乙烯。主體裝置是由支撐板、定位框、橡膠墊、支撐桿、2個(gè)滑塊、連接桿、套環(huán)、隔熱墊圈、通風(fēng)圓環(huán)、通風(fēng)槽、排風(fēng)管組成，具體制作方法如下。

(1)截取4塊橡膠(40 mm×40 mm)，分別粘在鐵架臺(tái)鋼板底部四角作為防滑墊。

(2)截取鐵片400 mm×40 mm，在上面粘上橡膠(320 mm×40 mm)，做成一個(gè)酒精燈底座大小的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，作為定位框(見圖1)。橡膠作為常見的防滑材料，能增加酒精燈與定位框之間的摩擦力，能夠避免酒精燈從支撐板上滑落。

圖1 酒精燈定位框

(3)在鐵環(huán)(見圖2)上放1塊陶土網(wǎng)(見圖3)，固定在第二滑塊處，也就是靠近鋼板底部位置。陶土網(wǎng)區(qū)別于普通的石棉網(wǎng)，在此處使用的陶土網(wǎng)環(huán)保且無污染，對(duì)人體無傷害。

圖2 鐵環(huán)

圖3 陶土網(wǎng)

圖4 燒瓶定位框

(4)將1塊鐵片(500 mm×70 mm)上間隔40 mm打出一排孔(孔直徑為15 mm)，作為通風(fēng)圓環(huán)，里面用硅膠管作為排風(fēng)管，并在鐵皮外面粘上橡膠(400 mm×70 mm)(見圖4)。橡膠作為隔熱墊圈可避免教師或?qū)W生被燙傷。排風(fēng)管呈環(huán)形等距離分布，排風(fēng)管的正面均朝向通風(fēng)圓環(huán)底部的中央處。硅膠耐高溫度在200～300 ℃之間，考慮到本實(shí)驗(yàn)最高溫度在170 ℃，因而采用硅膠這種材質(zhì)。

(5)通風(fēng)圓環(huán)背面處其中一個(gè)小孔(孔直徑250 mm)，插入波紋管，并將通風(fēng)圓環(huán)固定在套環(huán)上。通過在通風(fēng)圓環(huán)內(nèi)壁設(shè)置的排風(fēng)管以及內(nèi)部設(shè)置的通風(fēng)圓環(huán)正面設(shè)置的波紋管，使得風(fēng)機(jī)吹出的冷風(fēng)能夠通過排風(fēng)管吹向圓底燒瓶的表面，使實(shí)驗(yàn)結(jié)束后的圓底燒瓶能夠快速的冷卻，方便教師對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行回收和清理。

圖5 實(shí)物圖

(6)將燒瓶夾作為套環(huán)固定在第一滑塊處，也就是靠近鋼板頂部位置，并且在燒瓶夾上包上橡膠。用燒瓶夾的原因是能夠有效夾持圓底燒瓶，承載著圓底燒瓶上部的重量。橡膠作為常見的絕熱材料，可避免教師或?qū)W生在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后取下圓底燒瓶時(shí)燙傷。

制作完成的教具裝置實(shí)物圖如圖5所示[2]。