工匠们在抓紧时间建造新式加热炉，与此同时，赵剑寒在孤儿的教育方面也没有放松，语文开始讲解简短的课文，主要内容是中国历史上的杰出人物和民族英雄的事迹，包括炎黄二帝、祖冲之、张衡、卫青、霍去病、文天祥、岳飞、苏武等等，训练他们遣词造句的同时，进行爱国主义教育。
数学开始讲授他设计的各种度量衡，包括长度、重量、面积、体积（容积）、时间、温度单位以及各种单位的进制换算关系。其中长度重量和时间单位是根据中国目前使用的单位加以扩充而来的。
长度单位规定为千丈、丈、尺、寸、分、厘、毫，从丈一下都采用十进制，以此为基础，面积和体积单位也做出了相应的变化。重量单位规定为千石、石（一百二十斤）、斤（16两）、两（10钱）、钱（10分）、分（其中1分=0.37克）。
时间完全照搬时、分、秒、毫秒这些计时单位，温度也是按照摄制度的方式进行划分。
这些改变考虑了中国的传统习惯，同时更加系统，更加精细，基本上可以满足这段时间科技和工业发展的需要。
不过现在测量工具极其匮乏，不仅对教学效果有一定的影响，对实际生产的影响更大，赵剑寒准备在玻璃和钢铁生产试验成功之后，立即着手制造时钟、温度计、压力计等测量仪表，这中间的难度非常大，连赵剑寒也没有多少把握。
没有工业基础，一点简单的事情都会变的非常复杂，工业发展的道路没有捷径，只有老老实实的一步一步的建设，西方工业革命用了几百年才有了后来的成就，赵剑寒对此有着充分的心理准备和足够的耐心。
这天下课之后，赵剑寒带着三个工匠开始制作烧碱。先将天然碱和水加热制成碱液，然后加入高浓度的石灰，经过化学反应形成了烧碱（氢氧化钠）和碳酸钙，再经过澄清、过滤、蒸发浓缩、冷析等工序，就制成了含氢氧化钠百分之九十以上的固体烧碱。
制作过程并不复杂，但是烧碱的腐蚀性极强，生产过程中绝对不能让自己的皮肤直接接触，因此操作规范就显得十分重要，赵剑寒特意用一只小老鼠做了试验，被淋了一小杯高浓度烧碱的小老鼠被腐蚀得直冒青烟，狂叫着到处乱撞，死的时候浑身千疮百孔，还散发着十分恶心的气味。
这种景象让旁观的工匠们一个个象见了鬼一样，脸色煞白，寒毛直竖，有些人的腿直打哆嗦，他们都没想到这种看起来像水一样的东西居然如此厉害，堪比最剧烈的毒药，现场的工匠没有一个人敢掉以轻心，以后都成了安全生产的模范。
做好了烧碱，赵剑寒又带着他们制作纯碱，原料还是天然碱，第一步先制成碱液，滤掉杂质，然后将燃烧石灰产生的二氧化碳与碱液进行反映生成小苏打溶液，蒸干水分，然后对固体小苏打煅烧，就得到了纯碱，入库前还要将其碾磨成细细的粉末，才能用于工业生产。
固体烧碱和纯碱都有吸湿性，需要妥善保存，赵剑寒对这些细节都做了妥善的安排，还指令这三个工匠和他们的徒弟以后专门负责纯碱和烧碱的生产管理事宜。
无机化学工业最重要的是“三酸两碱”，现在烧碱和纯碱已经解决了，制造玻璃的原料只剩下泡花碱。
另外，赵剑寒已经准备了金属铅，以后找到了硫磺矿，就可以制作硫酸了，硫酸是钢铁工业所不能缺少的，特别是轧钢的时候，每生产一吨钢铁需要两吨硫酸。用硫酸和硝石还可以生产出硝酸，有了硫酸和硝酸，还可以制造炸药，其意义不言自明。
据赵剑寒所知，大量的天然碱和硝石矿藏都在新疆、蒙古这些地方，目前实力不足，只能用贸易的办法，用布匹进行交换，可是现在边境形势紧张，明军和蒙古部落正处于军事对峙，边境贸易每年只开放一次互市，这也是赵剑寒急于在关外获取立足点的原因之一。
过了十几天，赵剑寒设计的新式加热炉完工了，加热炉坐落在水坝的后面，比一般铁匠们使用的炉子高大了许多，有一架水车专门为加热炉的风箱提供动力，几个月前抢修的水坝不仅挡住了河水，还成为诸多新设备实验的场地。
同时，工匠们完成了四个不同大小的粘土坩埚和石墨坩埚，赵剑寒决定马上就进行试验。
四个坩埚里都按照一定的比例放了石英砂和纯碱，然后放到加热炉内，首先用煤做燃料进行试验，结果过了好长时间，坩埚里的石英砂和纯碱还是没有融化的迹象，此时炉内的温度已经明显比一般铁匠们使用的炉子高，至少证明了新式加热炉设计上是成功的。
赵剑寒下令向炉内加入焦炭，炉内的温度进一步提高，石英砂和纯碱终于开始融化了，石墨坩埚里的混合物融化的速度明显要快上不少，正当人们高兴的时候，那两个石墨坩埚“嘭”的一声碎裂了。
石墨坩埚的制作难度较大，需要先对天然石墨晶体进行提纯，还不能让它在高温下和氧气发生反应，出现这样的情况实属正常，制作这两个坩埚的工匠叫杨道中，看到这种情况，他的脸色变得煞白，身体摇摇欲坠。
赵剑寒眼明手快，一把将他扶住，说道：“杨师傅，你不要难过，这种石墨坩埚以前从来没人做出来过，想要做好很不容易，要经过反复思考、设计和实验，一次失败不要紧，只要坚持下去，我相信你一定会成功的。”
听到小东家安慰自己，杨道中心里好受了一些，赵剑寒接着将自己所知道的有关石墨的知识告诉了杨道中，并让他先用石墨制造出铅笔，借机了解和熟悉石墨的性能，然后再来攻克石墨坩埚这个难关。
赵剑寒最后说道：“杨师傅，你的这项工作非常重要，我知道你的手艺精湛，才把这个任务交给你的，我有足够的耐心，哪怕需要几年的功夫我也等得起，你就大胆地试验吧，有什么困难或者有什么新的设想，你可以随时找我商议。”
话已经说到了这个地步，杨道中终于放下了思想包袱，向赵剑寒表态：“既然东家看得起杨某，我一定竭尽所能，为东家做出这种石墨坩埚！”
