段體蘭，劉文宏，竇　焰

(合肥工業(yè)大學(xué)　化學(xué)與化工學(xué)院，安徽　合肥　230009 )

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淺談自制設(shè)備在基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

段體蘭，劉文宏，竇焰

(合肥工業(yè)大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，安徽合肥230009 )

摘要實(shí)驗(yàn)室教師自制適合基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的儀器設(shè)備，對節(jié)約能源、改善實(shí)驗(yàn)設(shè)備性能、促進(jìn)學(xué)生興趣等都起到積極的促進(jìn)作用，推動(dòng)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革，加快了實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)。通過噴淋冷卻式循環(huán)水發(fā)生裝置等實(shí)際案例的研制與應(yīng)用，教師與學(xué)生自身的創(chuàng)造能力與動(dòng)手能力都得到提高，加強(qiáng)了對理論知識(shí)的理解能力。自制設(shè)備的研制需與時(shí)俱進(jìn)，不可能一步到位，由此，提出了對自制設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)與推廣的意見。

關(guān)鍵詞自制設(shè)備；基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；應(yīng)用

為加快實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，促進(jìn)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目改革，充分發(fā)揮高校自身科研力量雄厚的優(yōu)勢以改善實(shí)驗(yàn)條件[1]，使現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)盡快應(yīng)用于教學(xué)實(shí)驗(yàn)，在市場上的儀器設(shè)備不能滿足實(shí)驗(yàn)教學(xué)特殊要求的情況下，我?；A(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室教師，自制了一些適用本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)驗(yàn)裝置[2]。通過自制設(shè)備，更新了實(shí)驗(yàn)手段，對增加實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，提高實(shí)驗(yàn)使用率，提高儀器利用率，以及節(jié)約人力、財(cái)力、物力等都起著不可忽視的積極作用[3-4]，通過引導(dǎo)學(xué)生參與自制設(shè)備設(shè)計(jì)，既提高了學(xué)生的興趣，又培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)造能力[5]。

1噴淋冷卻式循環(huán)水發(fā)生裝置

有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)是高校重要的實(shí)驗(yàn)課程，實(shí)驗(yàn)中回流反應(yīng)和蒸餾提純等過程均需要消耗大量的冷卻水，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)時(shí)，通常將冷卻裝置直接與自來水管連接。自來水流過冷凝管后，直接流向下水道，而沒有回收再利用，必然造成水的極大浪費(fèi)。以有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中回流反應(yīng)和蒸餾過程為例，冷凝管中水的流速大約4 kg/min，那么完成一個(gè)班的全部實(shí)驗(yàn)將會(huì)浪費(fèi)270噸左右的自來水，全校共有近30個(gè)班開設(shè)有機(jī)化學(xué)和綜合實(shí)驗(yàn)，統(tǒng)計(jì)下來，每年要浪費(fèi)自來水約8 000噸，以自來水2.5元/噸計(jì)算，每年要損失2萬元左右。如何實(shí)現(xiàn)冷卻水的循環(huán)再利用是一個(gè)很有意義的研究課題。合肥工業(yè)大學(xué)教師將每個(gè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的幾組冷卻裝置并列連接在一個(gè)管道內(nèi)，每個(gè)冷卻裝置設(shè)計(jì)一個(gè)開關(guān)閥門，以控制循環(huán)水的流量。從冷卻裝置中流出的水匯總到回水總管路中，通過霧狀噴頭噴淋的方式落入蓄水池底部(低位水槽)，即可將循環(huán)水冷卻為室內(nèi)溫度。再使用水泵將冷卻后的水泵入高位水槽，高位水槽中的水深可以通過電子傳感器精密控制，當(dāng)水量低于設(shè)定水面高度時(shí)，自動(dòng)從低位水槽中泵水。在學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)，沿著總供水管路重新流入冷凝裝置，以實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)裝置的熱交換，每個(gè)學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)連接好管路后，只要打開出水和進(jìn)水閥門即可如上述循環(huán)使用。

噴淋冷卻式循環(huán)水發(fā)生裝置的研制，實(shí)現(xiàn)了冷卻水的循環(huán)再利用，節(jié)約了大量自來水，降低了實(shí)驗(yàn)成本，同時(shí)也有利于培養(yǎng)學(xué)生節(jié)水和節(jié)能減排的意識(shí)。

2電位自動(dòng)檢測裝置

圖1　自制自動(dòng)電位滴定儀原理圖

將自動(dòng)電位滴定儀的模式引入實(shí)驗(yàn)室，可自動(dòng)進(jìn)樣、并且可以控制滴定終點(diǎn)自動(dòng)停止。整個(gè)滴定過程方便學(xué)生觀察、記錄數(shù)據(jù)，提高學(xué)生對于實(shí)驗(yàn)的掌握程度以及實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ购喴纂娢粌x能發(fā)揮更大作用，可廣泛應(yīng)用于酸堿滴定、氧化還原滴定、絡(luò)合滴定、沉淀反應(yīng)、非水滴定等各類電位滴定的成分分析，大大增加了每年新開實(shí)驗(yàn)、更新實(shí)驗(yàn)的數(shù)量[7]。

3智能防腐蝕加熱板

加熱設(shè)備是化學(xué)實(shí)驗(yàn)室必備的儀器設(shè)備，目前實(shí)驗(yàn)室使用的加熱板和電爐存在諸多問題，如無法精確控溫，實(shí)驗(yàn)時(shí)必須有專人看守以防干燒或暴沸；學(xué)生實(shí)驗(yàn)的溶液可能會(huì)漏滴到加熱設(shè)備上，極易造成線路短路，且安全隱患比較大；加熱板面積過小，一間實(shí)驗(yàn)室擺放多臺(tái)設(shè)備加大了學(xué)生燙傷的可能性等。實(shí)驗(yàn)室根據(jù)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，參考多家儀器設(shè)備的制造，增加加熱面積，一臺(tái)設(shè)備可同時(shí)加熱60個(gè)400 mL的玻璃杯，滿足一個(gè)實(shí)驗(yàn)室學(xué)生同時(shí)使用；采用CPU芯片，能夠精確和智能控制溫度和加熱時(shí)間，且升溫快，具有干燒保護(hù)和定時(shí)功能，過高溫時(shí)自動(dòng)停止加熱，并可通過內(nèi)置風(fēng)機(jī)散熱。

采用這種既安全又方便使用的智能防腐蝕加熱板，能大大降低學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程中的安全隱患，實(shí)驗(yàn)教學(xué)中教師和學(xué)生不用把時(shí)間浪費(fèi)在守候、監(jiān)護(hù)加熱設(shè)備上，在更高安全系數(shù)的保障下，可提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)動(dòng)手技能；且現(xiàn)有加熱設(shè)備的設(shè)備維修和更新費(fèi)用都較高，采用自制加熱板，經(jīng)濟(jì)適用，可大大降低設(shè)備的維修費(fèi)。

4改進(jìn)與推廣

自制設(shè)備實(shí)用性強(qiáng)，教師在儀器自制過程中總結(jié)了多年使用的經(jīng)驗(yàn)，因而更加適用[8]。但在以下4個(gè)方面，還需要進(jìn)一步改進(jìn)與推廣實(shí)驗(yàn)自制設(shè)備。

1)自制設(shè)備生產(chǎn)少，經(jīng)過教學(xué)檢驗(yàn)后有某些技術(shù)問題和缺陷，如質(zhì)量不穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)不合理等，學(xué)校應(yīng)有相應(yīng)的后續(xù)配套資金支持改進(jìn)[3]。

2)加強(qiáng)自制設(shè)備的研制和開發(fā)的中間環(huán)節(jié)，加強(qiáng)信息交流與宣傳，使新技術(shù)成果盡快投入市場，爭取為學(xué)校帶來更大的經(jīng)濟(jì)效益。

3)在學(xué)校財(cái)力允許的情況下，盡量多增加自制設(shè)備費(fèi)的比例[7]，鼓勵(lì)教師和學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)自制項(xiàng)

目的研制與改進(jìn)。

4)鼓勵(lì)大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目計(jì)劃的申報(bào)內(nèi)容為自制實(shí)驗(yàn)設(shè)備，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析能力、綜合設(shè)計(jì)能力以及對實(shí)驗(yàn)方案的評價(jià)與決策的能力[9]。

5結(jié)束語

通過自制實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備的開發(fā)研制，既鍛煉了實(shí)驗(yàn)人員隊(duì)伍科研和實(shí)驗(yàn)技術(shù)水平，保障了基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)效益，又讓學(xué)生有機(jī)會(huì)親身參與其中，設(shè)計(jì)與動(dòng)手能力、綜合分析與解決問題能力、工程實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力得到了鍛煉和提高。新實(shí)驗(yàn)裝置的研制，不僅直接改善實(shí)驗(yàn)室條件，還進(jìn)一步促使實(shí)驗(yàn)室制定新的規(guī)劃和目標(biāo)，從而加快實(shí)驗(yàn)室建設(shè)。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]張培華，祖林，蘇麗萍，等.提倡自制設(shè)備改善實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，1996，13(4)：71-73.

[2]曹勇鋒，張可方.自制設(shè)備在專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2009，7(3)：135-137.

[3]陳冬鶴，趙鶴群，吳克威.自制實(shí)訓(xùn)設(shè)備對教學(xué)實(shí)踐的影響[J].大眾科技，2012，14(12)：119-120.

[4]劉輝軍，方波，孫斌.淺談提高示范中心大型儀器設(shè)備利用率[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2012，10(3)：178-180.

[5]鄭波，李永軍，曲慶文.利用自制設(shè)備改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2000，17(4)：88-89.

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[8]奚斌.實(shí)驗(yàn)室自制設(shè)備的體會(huì)[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，1994(1):42-43.

[9]周童，曲占慶，陳德春.走自制設(shè)備之路 提高師生實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新能力[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2010，29(2):168-169.

收稿日期:2014-12-26；修改日期: 2015-01-14

作者簡介：段體蘭(1980-)，女，碩士，實(shí)驗(yàn)師，主要從事物理化學(xué)、分析化學(xué)方面的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

中圖分類號(hào)G482;O6-33

文獻(xiàn)標(biāo)志碼A

doi:10.3969/j.issn.1672-4550.2016.03.017

Discussion on the Application of Self-made Instruments in Basic Chemistry Experiment Teaching

DUAN Tilan，LIU Wenhong，DOU Yan

(School of Chemistry and Chemical Engineering，Hefei University of Technology，Hefei 230009，China)

AbstractIn order to improve the quality of experimental teaching，teachers in laboratory have made instruments by themselves which were suitable for basic chemistry experimental teaching.It plays a positive rule in saving energy，improving functions of experimental instruments，and elevating the students’ interest in the study，and which has promoted reform of experimental teaching and driven sustainable development of laboratories.Teachers’ and students’ abilities of creation and operating have been developed by the design and manufacture and applications of practical cases，such as circulating water generating device by ways of spray cooling，their comprehensions abilities to theoretical knowledge have been developed.Design and manufacture of self-made instruments need advance with time，which cannot be one-step process.So we put forward some opinions to improving and promoting the self-made instruments.

Key wordsself-made instruments;basic chemistry experiment;experimental teaching;application