綜合實(shí)踐活動(dòng)課程中簡易量熱計(jì)的設(shè)計(jì)制作

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)測量溶液溫度的變化和用手觸摸杯壁溫度的變化來確定能量的相互轉(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“微型簡易量熱計(jì)”（國家專利號(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（說明該反應(yīng)是放熱反應(yīng)）或下降（說明該反應(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)長度單位，在后面的白紙上畫出相應(yīng)刻度，每一個(gè)長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)確無誤地畫在一張硬紙板上，即為刻度標(biāo)尺。

（二）簡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)為例說明：

（一）準(zhǔn)備：取下微型簡易量熱計(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)生無窮大的運(yùn)用性效果。