小荷才露尖尖角
——湖北省赤壁市實(shí)驗(yàn)中學(xué)科技創(chuàng)新案例解讀

■湖北省赤壁市實(shí)驗(yàn)中學(xué) 李朝暉 覃楚貴

圖左：學(xué)生龔筱涵在第34屆湖北省青少年科技創(chuàng)新大賽開幕式上分享參賽感悟

圖中：學(xué)生王釗（后排左三）參加第29屆全國青少年科技創(chuàng)新大賽

圖右：學(xué)生熊澤堃（右一）、符子揚(yáng)（右二）、楊威（右三）、許安魁（左二）、梁英麒（左三）參加第31屆湖北省青少年科技創(chuàng)新大賽

“戴口罩如何防止眼鏡起霧？”“在物資緊缺的情況下，消毒后的口罩能否反復(fù)使用？”2020年4月14日，湖北省赤壁市實(shí)驗(yàn)中學(xué)科技創(chuàng)新教育先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)的相關(guān)文章登上了“學(xué)習(xí)強(qiáng)國”平臺，引發(fā)了眾多網(wǎng)友的熱議。

近年來，學(xué)校創(chuàng)新觀念、機(jī)制和方法，堅(jiān)持開展青少年科技創(chuàng)新活動，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，取得了可喜成績，先后被評為全國科技教育創(chuàng)新學(xué)校、湖北省科技創(chuàng)新學(xué)校、湖北省科普示范學(xué)校。榮譽(yù)的背后，離不開學(xué)生們腦洞大開的發(fā)明創(chuàng)造。

與千年難題較勁

“這伢運(yùn)用胡克定律設(shè)計(jì)出了任意角三分儀，不簡單啊！”4月下旬，聽說符子揚(yáng)同學(xué)獲得了第31屆湖北省青少年科技創(chuàng)新大賽一等獎，學(xué)校不少老師贊嘆道。

“三等分角是古希臘三大幾何問題之一，已有2 400多年歷史。”數(shù)學(xué)老師宋小柏介紹，1755年，法國科學(xué)院向世界宣判此題無解，但符子揚(yáng)卻和世界級難題較勁，運(yùn)用新思維和新方法設(shè)計(jì)出了新工具。

談起這項(xiàng)發(fā)明的靈感，符子揚(yáng)說：“有一次，在數(shù)學(xué)課堂上，有同學(xué)提出如何用尺規(guī)法把一個任意角三等均分、四等均分……我覺得這個問題很有趣。”于是，他向數(shù)學(xué)老師劉柳請教這個問題，老師鼓勵他上網(wǎng)查閱資料，他這才發(fā)現(xiàn)，此題無解。

“能否用其他學(xué)科知識破解這個‘無解題’？”在科技輔導(dǎo)員的指導(dǎo)下，符子揚(yáng)想到了胡克定律（在彈性限度內(nèi)，物體的形變量與引起形變的外力成正比），并用該定律制作了一個三等分任意角的工具——三等分角儀。

簡單地說，三等分角儀就是把一根彈簧劃分出三等分點(diǎn)，將它與圓環(huán)形軌道相扣，拉出的三條弧線相等，三個圓心角也相等。

顛覆化學(xué)工具書

用水配制酚酞試液，聽上去似乎毫無新意，但熊澤堃和楊威兩位同學(xué)進(jìn)行的“用酚酞水溶液作酸堿指示劑研究”卻榮獲湖北省第31屆青少年科技創(chuàng)新大賽一等獎。

“有一次，我和楊威在做指示劑檢驗(yàn)溶液酸堿性的實(shí)驗(yàn)時，把無色酚酞試液滴入稀鹽酸和稀硫酸中，都出現(xiàn)了白色渾濁的‘意外’現(xiàn)象?！毙軡蓤医榻B，這與教科書中描述的“無色酚酞試液滴入鹽酸和稀硫酸中不變色”完全不同。

“這是因?yàn)榉犹囈菏怯镁凭渲频?，由于濃度大，?dǎo)致酚酞結(jié)晶出現(xiàn)白色?！被瘜W(xué)老師周和平對此解釋道。于是，他們用水進(jìn)行稀釋，“渾濁”的現(xiàn)象逐漸消失。實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的“意外”讓熊澤堃和楊威異想天開：能否用水來配制酚酞試液？

兩人查閱多種版本的《化學(xué)詞典》，并在網(wǎng)站上用關(guān)鍵詞“怎樣配置酚酞試液”搜索，發(fā)現(xiàn)配制方法很多，但都是用酒精作溶劑。其原因是酚酞不易溶于水而易溶于酒精。

實(shí)驗(yàn)表明，用酚酞試液檢驗(yàn)酸堿性不能用濃溶液，酚酞試液的濃度多大最好？用水溶解酚酞后的稀溶液能替代酚酞的酒精溶液作指示劑嗎？

兩人利用課余時間進(jìn)行探究，發(fā)現(xiàn)用水配制的稀酚酞試劑既不變質(zhì)，又不影響中和終點(diǎn)的判定，甚至用0.005%這樣極稀的溶液都能靈敏顯色。

師生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究

“兩位學(xué)生的試驗(yàn)顛覆了化學(xué)工具書?！被瘜W(xué)老師對二人贊不絕口。

節(jié)省實(shí)驗(yàn)時間

“老師，分解碳酸鈣的實(shí)驗(yàn)為什么要用那么長的時間？”在化學(xué)實(shí)驗(yàn)室，赤壁市實(shí)驗(yàn)中學(xué)九年級學(xué)生梁英麒向老師提出疑問。

老師解釋：化學(xué)實(shí)驗(yàn)中常用的熱源是酒精燈，它的火焰溫度只有500℃至600℃，而碳酸鈣的熱分解溫度在860℃左右。即便酒精噴燈火焰可達(dá)1 000℃，也會因噴嘴經(jīng)常被堵導(dǎo)致火焰溫度不夠。

“有沒有一種方法能讓酒精蒸汽燃燒更充分，火力更強(qiáng)？”梁英麒苦苦思索。

有一次，梁英麒到外面吃飯，看到餐館中的燃?xì)馊紵鹆μ貏e大，溫度特別高，仔細(xì)觀察，發(fā)現(xiàn)是鼓風(fēng)機(jī)在輸送空氣。由此，他受到啟發(fā)：通過給普通酒精燈火焰增氧來提高火焰溫度，應(yīng)該可行！

在老師的指導(dǎo)下，梁英麒將一根導(dǎo)管固定在與酒精燈火焰一樣高的高度。尖嘴導(dǎo)管對著酒精燈火焰的內(nèi)焰，實(shí)驗(yàn)時，打開分液漏斗活塞制取氧氣，頓時形成一束高溫火焰，碳酸鈣頃刻被“瓦解”。

“本增氧提溫方案是一種可以持續(xù)提供高溫的熱源，所需儀器較少，不需要酒精噴燈，避免了安全隱患，可操作性強(qiáng)，耗時短?！痹诘?1屆湖北省青少年科技創(chuàng)新大賽現(xiàn)場，說到該設(shè)計(jì)的創(chuàng)新點(diǎn)，梁英麒如數(shù)家珍。

巧判化學(xué)反應(yīng)

九年級化學(xué)課本“堿的化學(xué)性質(zhì)”中，由于二氧化碳與氫氧化鈉溶液反應(yīng)現(xiàn)象不明顯，教材沒有設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明二者真的能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。對此，許安魁同學(xué)進(jìn)行創(chuàng)新驗(yàn)證，形象直觀地證明兩者確實(shí)發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)。

許安魁巧妙地把氣球運(yùn)用到了實(shí)驗(yàn)中，讓氣球來當(dāng)“裁判”。

實(shí)驗(yàn)過程為：先利用碳酸鈉固體和稀鹽酸快速制取大量的二氧化碳?xì)怏w使錐形瓶內(nèi)氣壓增大，從而使氣球膨脹。再利用氫氧化鈉溶液與水、二氧化碳反應(yīng)使錐形瓶內(nèi)的氣壓減小，從而使氣球變小，根據(jù)氣球變小的程度說明氫氧化鈉溶液與二氧化碳發(fā)生了反應(yīng)。

“該實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，新穎有趣，安全簡便，同時利用日常使用的注射器作為實(shí)驗(yàn)器材，做到了廢物利用。”談到作品的創(chuàng)新點(diǎn)，許安魁頭頭是道。

“在這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中，許安魁將化學(xué)反應(yīng)與物理中的氣壓知識結(jié)合，是一種嘗試與突破?！笨萍驾o導(dǎo)員周和平總結(jié)道。