康峰 展倩茹

（1.蘭州市中小學(xué)生綜合實(shí)踐基地，甘肅 蘭州 730000；2.蘭州市第六十二中學(xué)，甘肅 蘭州 730000）

實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新是指繼承為前提的創(chuàng)新，即“發(fā)現(xiàn)問題、研究問題、解決問題”的過程。我們運(yùn)用技術(shù)思想和方法，對(duì)如何研究解決一些中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的微型化、綠色化問題和如何進(jìn)行低成本教具研制等列舉如下：

人教版（2004 年初審?fù)ㄟ^）普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書化學(xué)②（必修）第33 頁(yè)的[實(shí)驗(yàn)2-1]鋁與鹽酸的反應(yīng)、[實(shí)驗(yàn)2-2]氫氧化鋇晶體與氯化銨晶體的反應(yīng)及[實(shí)驗(yàn)2-3]氫氧化鈉溶液與鹽酸的反應(yīng)等三個(gè)實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)目的是要讓同學(xué)們來(lái)認(rèn)識(shí)和感受化學(xué)能與熱能的相互轉(zhuǎn)化，化學(xué)反應(yīng)中的熱能變化——吸熱或者放熱。這三個(gè)實(shí)驗(yàn)在教科書中要求在試管和燒杯中進(jìn)行，并用溫度計(jì)測(cè)量溶液溫度的變化和用手觸摸杯壁溫度的變化來(lái)確定能量的相互轉(zhuǎn)化。按照此法操作時(shí)，同學(xué)們雖然都能掌握知識(shí)要點(diǎn)，但卻存在著比較費(fèi)時(shí)間、操作較繁鎖和用手觸摸杯壁溫度不夠敏感等問題。從技術(shù)的角度用技術(shù)的眼光“發(fā)現(xiàn)與明確問題”后，針對(duì)本實(shí)驗(yàn)的不足，結(jié)合教材中的“思考與交流”，師生共同“研究問題”，得出了“解決問題”的方案。然后依據(jù)通用技術(shù)“設(shè)計(jì)的一般過程”、“設(shè)計(jì)的一般原則”、“方案的構(gòu)思方法”和“模型或原型的制作”方法，設(shè)計(jì)制作了“微型簡(jiǎn)易量熱計(jì)”（國(guó)家專利號(hào)：ZL2011 2 0429531.4）。

一、設(shè)計(jì)原理

利用熱脹冷縮原理。氣體的熱脹冷縮變化比較明顯，當(dāng)反應(yīng)容器內(nèi)的物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)溫度改變時(shí)，空氣囊內(nèi)封閉的空氣體積也發(fā)生相應(yīng)變化，氣體壓強(qiáng)也會(huì)隨著改變，從而帶動(dòng)細(xì)導(dǎo)管內(nèi)的紅水柱上升（說(shuō)明該反應(yīng)是放熱反應(yīng)）或下降（說(shuō)明該反應(yīng)是吸熱反應(yīng)）。

二、制作材料

材料的選用原則是在性能完全能滿足實(shí)驗(yàn)要求的前提下，力求符合經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、易加工等綠色化學(xué)理念，以達(dá)自制教具的綠色化、低成本目標(biāo)要求。為此我們選用了60ml 塑料注射器2 支，輸液器上的塑料觀察桶（在本教具中我們稱它為空氣囊）1 個(gè)，注射器針頭1 個(gè),廢舊有機(jī)玻璃底座1 個(gè)，紅墨水少量。

三、制作方法

該教具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，制作工藝要求也不高，只是采用“模型或原型的制作”方法，按以下選定和優(yōu)化的制作、裝配流程進(jìn)行：

（一）刻度標(biāo)尺的標(biāo)定

將溫度計(jì)的水銀球和空氣囊固定在同一高度，插入盛有水的燒杯內(nèi)中央位置，并固定在鐵架臺(tái)上。如圖4 所示，用酒精燈加熱，水中溫度升高0.1 度，細(xì)導(dǎo)管中紅墨水液柱上升的高度定為1 個(gè)長(zhǎng)度單位，在后面的白紙上畫出相應(yīng)刻度，每一個(gè)長(zhǎng)度單位將代表體系內(nèi)溫度升高了攝氏0.1 度，如此重復(fù)，取測(cè)量所得數(shù)據(jù)的平均值，將標(biāo)定好的溫度單位準(zhǔn)確無(wú)誤地畫在一張硬紙板上，即為刻度標(biāo)尺。

（二）簡(jiǎn)易微型量熱器的裝配

拆下一支注射器上的活塞，安裝在另一支注射器針筒內(nèi)5mL 刻度處，在連有推桿的橡膠活塞上扎入一個(gè)注射器針頭（保證兩橡膠活塞間的反應(yīng)容器與外界氣壓相等）并打一個(gè)小孔，將連有空氣囊的細(xì)導(dǎo)管從橡膠活塞的小孔中插入（細(xì)導(dǎo)管中事先吸好約2 厘米長(zhǎng)的紅墨水液柱），再將事先標(biāo)定好的刻度標(biāo)尺夾在細(xì)導(dǎo)管和推桿的中間，安裝在注射器針筒上，整個(gè)裝置固定在底座上面（見圖5）。

以上制作和裝配過程，不知不覺巧妙地運(yùn)用了通用技術(shù)的“流程”這一一般技術(shù)方法，“那么什么是流程呢？流程是一項(xiàng)活動(dòng)或一系列連續(xù)有規(guī)律的事項(xiàng)或行為進(jìn)行的程序……我們可以把流程理解為為了一定的目的去做事情的順序?！?/p>

四、使用方法

現(xiàn)以[實(shí)驗(yàn)2-1]鋁與鹽酸的反應(yīng)為例說(shuō)明：

（一）準(zhǔn)備：取下微型簡(jiǎn)易量熱計(jì)上的橡膠活塞，往反應(yīng)容器中加入約1 克用砂紙打磨光的鋁條，安裝好橡膠活塞。

（二）實(shí)驗(yàn)：用另一支5ml 注射器吸取2mL 6mol/L 鹽酸，扎入橡膠活塞將鹽酸加入到反應(yīng)容器中，反應(yīng)馬上進(jìn)行，可以看到細(xì)導(dǎo)管中的紅水柱迅速上升，由此說(shuō)明：該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，并將化學(xué)物質(zhì)中的化學(xué)能通過化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化成了熱能。

以上實(shí)驗(yàn)過程雖然簡(jiǎn)單，卻仍然蘊(yùn)含著一定的“流程”方式，“反應(yīng)了一定的時(shí)序，體現(xiàn)出一定的環(huán)節(jié)”。

五、用途和特點(diǎn)

（一）用途：在中學(xué)階段做定量、定性化學(xué)反應(yīng)過程中，用于測(cè)定放熱或吸熱。

（二）特點(diǎn)：節(jié)約藥品，節(jié)省時(shí)間，成本低廉，安全方便；操作簡(jiǎn)捷，現(xiàn)象明顯，準(zhǔn)確性高，做定性實(shí)驗(yàn)更為理想；把通用技術(shù)理念用于化學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置的創(chuàng)新設(shè)計(jì)中，是將技術(shù)課程實(shí)踐與科學(xué)課程實(shí)驗(yàn)融合教學(xué)的大膽探索和嘗試。

讓綜合實(shí)踐課程走進(jìn)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室是推動(dòng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新、提高化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平的有效措施。我們還在不斷地探索，深信綜合實(shí)踐課程今后定將在實(shí)驗(yàn)室繼續(xù)顯示出不可估量的優(yōu)越性、不斷產(chǎn)生無(wú)窮大的運(yùn)用性效果。