浅谈自制设备在基础化学实验教学中的应用

段体兰，刘文宏，窦　焰

(合肥工业大学　化学与化工学院，安徽　合肥　230009 )



浅谈自制设备在基础化学实验教学中的应用

段体兰，刘文宏，窦焰

(合肥工业大学化学与化工学院，安徽合肥230009 )

摘要实验室教师自制适合基础化学实验教学的仪器设备，对节约能源、改善实验设备性能、促进学生兴趣等都起到积极的促进作用，推动了实验教学的改革，加快了实验室的建设。通过喷淋冷却式循环水发生装置等实际案例的研制与应用，教师与学生自身的创造能力与动手能力都得到提高，加强了对理论知识的理解能力。自制设备的研制需与时俱进，不可能一步到位，由此，提出了对自制设备进行改进与推广的意见。

关键词自制设备；基础化学实验；实验教学；应用

为加快实验室建设，促进实验项目改革，充分发挥高校自身科研力量雄厚的优势以改善实验条件[1]，使现代科学技术尽快应用于教学实验，在市场上的仪器设备不能满足实验教学特殊要求的情况下，我校基础化学实验室教师，自制了一些适用本科实验教学的实验装置[2]。通过自制设备，更新了实验手段，对增加实验教学内容，提高实验教学质量，提高实验使用率，提高仪器利用率，以及节约人力、财力、物力等都起着不可忽视的积极作用[3-4]，通过引导学生参与自制设备设计，既提高了学生的兴趣，又培养了学生的创造能力[5]。

1喷淋冷却式循环水发生装置

有机化学实验是高校重要的实验课程，实验中回流反应和蒸馏提纯等过程均需要消耗大量的冷却水，学生在实验时，通常将冷却装置直接与自来水管连接。自来水流过冷凝管后，直接流向下水道，而没有回收再利用，必然造成水的极大浪费。以有机化学实验中回流反应和蒸馏过程为例，冷凝管中水的流速大约4 kg/min，那么完成一个班的全部实验将会浪费270吨左右的自来水，全校共有近30个班开设有机化学和综合实验，统计下来，每年要浪费自来水约8 000吨，以自来水2.5元/吨计算，每年要损失2万元左右。如何实现冷却水的循环再利用是一个很有意义的研究课题。合肥工业大学教师将每个实验台的几组冷却装置并列连接在一个管道内，每个冷却装置设计一个开关阀门，以控制循环水的流量。从冷却装置中流出的水汇总到回水总管路中，通过雾状喷头喷淋的方式落入蓄水池底部(低位水槽)，即可将循环水冷却为室内温度。再使用水泵将冷却后的水泵入高位水槽，高位水槽中的水深可以通过电子传感器精密控制，当水量低于设定水面高度时，自动从低位水槽中泵水。在学生实验时，沿着总供水管路重新流入冷凝装置，以实现实验装置的热交换，每个学生实验时连接好管路后，只要打开出水和进水阀门即可如上述循环使用。

喷淋冷却式循环水发生装置的研制，实现了冷却水的循环再利用，节约了大量自来水，降低了实验成本，同时也有利于培养学生节水和节能减排的意识。

2电位自动检测装置

图1　自制自动电位滴定仪原理图

将自动电位滴定仪的模式引入实验室，可自动进样、并且可以控制滴定终点自动停止。整个滴定过程方便学生观察、记录数据，提高学生对于实验的掌握程度以及实验能力，使简易电位仪能发挥更大作用，可广泛应用于酸碱滴定、氧化还原滴定、络合滴定、沉淀反应、非水滴定等各类电位滴定的成分分析，大大增加了每年新开实验、更新实验的数量[7]。

3智能防腐蚀加热板

加热设备是化学实验室必备的仪器设备，目前实验室使用的加热板和电炉存在诸多问题，如无法精确控温，实验时必须有专人看守以防干烧或暴沸；学生实验的溶液可能会漏滴到加热设备上，极易造成线路短路，且安全隐患比较大；加热板面积过小，一间实验室摆放多台设备加大了学生烫伤的可能性等。实验室根据教学经验，参考多家仪器设备的制造，增加加热面积，一台设备可同时加热60个400 mL的玻璃杯，满足一个实验室学生同时使用；采用CPU芯片，能够精确和智能控制温度和加热时间，且升温快，具有干烧保护和定时功能，过高温时自动停止加热，并可通过内置风机散热。

采用这种既安全又方便使用的智能防腐蚀加热板，能大大降低学生实验过程中的安全隐患，实验教学中教师和学生不用把时间浪费在守候、监护加热设备上，在更高安全系数的保障下，可提高学生的实验动手技能；且现有加热设备的设备维修和更新费用都较高，采用自制加热板，经济适用，可大大降低设备的维修费。

4改进与推广

自制设备实用性强，教师在仪器自制过程中总结了多年使用的经验，因而更加适用[8]。但在以下4个方面，还需要进一步改进与推广实验自制设备。

1)自制设备生产少，经过教学检验后有某些技术问题和缺陷，如质量不稳定、结构不合理等，学校应有相应的后续配套资金支持改进[3]。

2)加强自制设备的研制和开发的中间环节，加强信息交流与宣传，使新技术成果尽快投入市场，争取为学校带来更大的经济效益。

3)在学校财力允许的情况下，尽量多增加自制设备费的比例[7]，鼓励教师和学生进行实验自制项

目的研制与改进。

4)鼓励大学生创新性实验项目计划的申报内容为自制实验设备，培养学生独立分析能力、综合设计能力以及对实验方案的评价与决策的能力[9]。

5结束语

通过自制实验仪器设备的开发研制，既锻炼了实验人员队伍科研和实验技术水平，保障了基础实验课的教学效益，又让学生有机会亲身参与其中，设计与动手能力、综合分析与解决问题能力、工程实践能力、创新能力得到了锻炼和提高。新实验装置的研制，不仅直接改善实验室条件，还进一步促使实验室制定新的规划和目标，从而加快实验室建设。

参 考 文 献

[1]张培华，祖林，苏丽萍，等.提倡自制设备改善实验教学条件[J].实验技术与管理，1996，13(4)：71-73.

[2]曹勇锋，张可方.自制设备在专业实验教学中的应用[J].实验科学与技术，2009，7(3)：135-137.

[3]陈冬鹤，赵鹤群，吴克威.自制实训设备对教学实践的影响[J].大众科技，2012，14(12)：119-120.

[4]刘辉军，方波，孙斌.浅谈提高示范中心大型仪器设备利用率[J].实验科学与技术，2012，10(3)：178-180.

[5]郑波，李永军，曲庆文.利用自制设备改进实验教学方法[J].实验技术与管理，2000，17(4)：88-89.

[6]唐明秀，石秋菊，张小兰，等.自制光电效应演示仪[J].实验科学与技术，2004，2(4)：105-106.

[7]陆斐璋，朱永飞.抓实验设备研制促教学质量提高[J].高等工程教育研究，1998(1)：49-51.

[8]奚斌.实验室自制设备的体会[J].实验室研究与探索，1994(1):42-43.

[9]周童，曲占庆，陈德春.走自制设备之路 提高师生实验创新能力[J].实验室研究与探索，2010，29(2):168-169.

收稿日期:2014-12-26；修改日期: 2015-01-14

作者简介：段体兰(1980-)，女，硕士，实验师，主要从事物理化学、分析化学方面的实验教学。

中图分类号G482;O6-33

文献标志码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