小荷才露尖尖角——湖北省赤壁市实验中学科技创新案例解读

■湖北省赤壁市实验中学 李朝晖 覃楚贵

图左：学生龚筱涵在第34届湖北省青少年科技创新大赛开幕式上分享参赛感悟

图中：学生王钊（后排左三）参加第29届全国青少年科技创新大赛

图右：学生熊泽堃（右一）、符子扬（右二）、杨威（右三）、许安魁（左二）、梁英麒（左三）参加第31届湖北省青少年科技创新大赛

“戴口罩如何防止眼镜起雾？”“在物资紧缺的情况下，消毒后的口罩能否反复使用？”2020年4月14日，湖北省赤壁市实验中学科技创新教育先进经验的相关文章登上了“学习强国”平台，引发了众多网友的热议。

近年来，学校创新观念、机制和方法，坚持开展青少年科技创新活动，培养学生的学习能力、实践能力和创新能力，取得了可喜成绩，先后被评为全国科技教育创新学校、湖北省科技创新学校、湖北省科普示范学校。荣誉的背后，离不开学生们脑洞大开的发明创造。

与千年难题较劲

“这伢运用胡克定律设计出了任意角三分仪，不简单啊！”4月下旬，听说符子扬同学获得了第31届湖北省青少年科技创新大赛一等奖，学校不少老师赞叹道。

“三等分角是古希腊三大几何问题之一，已有2 400多年历史。”数学老师宋小柏介绍，1755年，法国科学院向世界宣判此题无解，但符子扬却和世界级难题较劲，运用新思维和新方法设计出了新工具。

谈起这项发明的灵感，符子扬说：“有一次，在数学课堂上，有同学提出如何用尺规法把一个任意角三等均分、四等均分……我觉得这个问题很有趣。”于是，他向数学老师刘柳请教这个问题，老师鼓励他上网查阅资料，他这才发现，此题无解。

“能否用其他学科知识破解这个‘无解题’？”在科技辅导员的指导下，符子扬想到了胡克定律（在弹性限度内，物体的形变量与引起形变的外力成正比），并用该定律制作了一个三等分任意角的工具——三等分角仪。

简单地说，三等分角仪就是把一根弹簧划分出三等分点，将它与圆环形轨道相扣，拉出的三条弧线相等，三个圆心角也相等。

颠覆化学工具书

用水配制酚酞试液，听上去似乎毫无新意，但熊泽堃和杨威两位同学进行的“用酚酞水溶液作酸碱指示剂研究”却荣获湖北省第31届青少年科技创新大赛一等奖。

“有一次，我和杨威在做指示剂检验溶液酸碱性的实验时，把无色酚酞试液滴入稀盐酸和稀硫酸中，都出现了白色浑浊的‘意外’现象。”熊泽堃介绍，这与教科书中描述的“无色酚酞试液滴入盐酸和稀硫酸中不变色”完全不同。

“这是因为酚酞试液是用酒精配制的，由于浓度大，导致酚酞结晶出现白色。”化学老师周和平对此解释道。于是，他们用水进行稀释，“浑浊”的现象逐渐消失。实验中出现的“意外”让熊泽堃和杨威异想天开：能否用水来配制酚酞试液？

两人查阅多种版本的《化学词典》，并在网站上用关键词“怎样配置酚酞试液”搜索，发现配制方法很多，但都是用酒精作溶剂。其原因是酚酞不易溶于水而易溶于酒精。

实验表明，用酚酞试液检验酸碱性不能用浓溶液，酚酞试液的浓度多大最好？用水溶解酚酞后的稀溶液能替代酚酞的酒精溶液作指示剂吗？

两人利用课余时间进行探究，发现用水配制的稀酚酞试剂既不变质，又不影响中和终点的判定，甚至用0.005%这样极稀的溶液都能灵敏显色。

师生进行实验探究

“两位学生的试验颠覆了化学工具书。”化学老师对二人赞不绝口。

节省实验时间

“老师，分解碳酸钙的实验为什么要用那么长的时间？”在化学实验室，赤壁市实验中学九年级学生梁英麒向老师提出疑问。

老师解释：化学实验中常用的热源是酒精灯，它的火焰温度只有500℃至600℃，而碳酸钙的热分解温度在860℃左右。即便酒精喷灯火焰可达1 000℃，也会因喷嘴经常被堵导致火焰温度不够。

“有没有一种方法能让酒精蒸汽燃烧更充分，火力更强？”梁英麒苦苦思索。

有一次，梁英麒到外面吃饭，看到餐馆中的燃气燃烧火力特别大，温度特别高，仔细观察，发现是鼓风机在输送空气。由此，他受到启发：通过给普通酒精灯火焰增氧来提高火焰温度，应该可行！

在老师的指导下，梁英麒将一根导管固定在与酒精灯火焰一样高的高度。尖嘴导管对着酒精灯火焰的内焰，实验时，打开分液漏斗活塞制取氧气，顿时形成一束高温火焰，碳酸钙顷刻被“瓦解”。

“本增氧提温方案是一种可以持续提供高温的热源，所需仪器较少，不需要酒精喷灯，避免了安全隐患，可操作性强，耗时短。”在第31届湖北省青少年科技创新大赛现场，说到该设计的创新点，梁英麒如数家珍。

巧判化学反应

九年级化学课本“碱的化学性质”中，由于二氧化碳与氢氧化钠溶液反应现象不明显，教材没有设计实验证明二者真的能发生化学反应。对此，许安魁同学进行创新验证，形象直观地证明两者确实发生了化学反应。

许安魁巧妙地把气球运用到了实验中，让气球来当“裁判”。

实验过程为：先利用碳酸钠固体和稀盐酸快速制取大量的二氧化碳气体使锥形瓶内气压增大，从而使气球膨胀。再利用氢氧化钠溶液与水、二氧化碳反应使锥形瓶内的气压减小，从而使气球变小，根据气球变小的程度说明氢氧化钠溶液与二氧化碳发生了反应。

“该实验现象明显，新颖有趣，安全简便，同时利用日常使用的注射器作为实验器材，做到了废物利用。”谈到作品的创新点，许安魁头头是道。

“在这项实验中，许安魁将化学反应与物理中的气压知识结合，是一种尝试与突破。”科技辅导员周和平总结道。