由雷諾實(shí)驗引發(fā)的實(shí)驗教學(xué)改革

隨著(zhù)化學(xué)化工行業(yè)的高速發(fā)展，社會(huì )對化學(xué)化工類(lèi)人才需求的標準也越來(lái)越高，這便對化學(xué)化工專(zhuān)業(yè)的本科教育帶來(lái)很大的挑戰. 如何培養具有創(chuàng )新能力、競爭能力的高素質(zhì)人才是擺在面前的一個(gè)難題. 陶行知說(shuō)：“要創(chuàng )造，非你在用腦的時(shí)候，同時(shí)用手去實(shí)驗；用手的時(shí)候，同時(shí)用腦去想不可，手和腦在一塊干，是創(chuàng )造教育的開(kāi)始；手腦全用，是創(chuàng )造教育的目的. ”大多數的發(fā)明成果均來(lái)自于實(shí)驗，大多數新事物的發(fā)現，都是靠實(shí)驗進(jìn)行驗證和探索的，可以說(shuō)沒(méi)有實(shí)驗就沒(méi)有創(chuàng )新，因此要培養學(xué)生的創(chuàng )新精神，就必須使學(xué)生具有較強的實(shí)驗能力. 化學(xué)化工是憑借實(shí)驗發(fā)展的科學(xué)，化工實(shí)驗與生產(chǎn)生活實(shí)際比較緊密，與多學(xué)科交叉綜合，通過(guò)化工實(shí)驗不僅可以加深同學(xué)對基本理論知識的理解，而且可以引導學(xué)生利用工程觀(guān)點(diǎn)去合理地設計實(shí)驗方案，解決生產(chǎn)生活中遇到的實(shí)際問(wèn)題. 化工基礎實(shí)驗為培養學(xué)生的團隊合作能力、分析問(wèn)題的能力，以及學(xué)生的創(chuàng )造能力和創(chuàng )新精神提供良好的平臺. 因此，在高?；?shí)驗教學(xué)過(guò)程中，要不斷激發(fā)學(xué)生的求知欲，培養學(xué)生的觀(guān)察能力、動(dòng)手能力、創(chuàng )新思維和創(chuàng )造能力，提高學(xué)生的整體素質(zhì)，確保這個(gè)平臺發(fā)揮作用.
流體流動(dòng)型態(tài)及其判斷是流體力學(xué)里一個(gè)非常重要的知識點(diǎn)，也是大學(xué)本科生學(xué)習《化工原理》和《化工基礎》都需要掌握的知識點(diǎn)，雷諾實(shí)驗因此成為化學(xué)專(zhuān)業(yè)學(xué)生必做的一個(gè)化工實(shí)驗. 該實(shí)驗在加強學(xué)生對流體流動(dòng)型態(tài)的直觀(guān)認識，以及雷諾準數的相關(guān)知識點(diǎn)的鞏固中，起到非常重要的作用. 本文首先簡(jiǎn)述一下雷諾實(shí)驗，根據該實(shí)驗儀器的特點(diǎn)、學(xué)生實(shí)驗的結果及當前化工實(shí)驗的教學(xué)特點(diǎn)，引發(fā)對實(shí)驗教學(xué)改革的思考，并付諸于實(shí)踐.
1 雷諾實(shí)驗及由實(shí)驗結果引發(fā)的思考
1.1 雷諾準數的發(fā)現
1883年英國科學(xué)家雷諾（Reynolds）通過(guò)實(shí)驗發(fā)現液體在流動(dòng)中存在兩種內部結構*不同的流動(dòng)型態(tài)：層流和湍流. 經(jīng)實(shí)驗歸納得知流體流動(dòng)型態(tài)可由雷諾準數Re來(lái)判別：
 
1.2 雷諾實(shí)驗的基本原理
雷諾準數是判斷流體流動(dòng)類(lèi)型的準數，對于一定溫度的液體，在特定的圓管內流動(dòng)，雷諾準數僅與流速有關(guān). 一般認為，Re≤2 000為層流；Re≥4 000為湍流；2 000＜Re＜4 000為不穩定的過(guò)渡區.
1.3 實(shí)驗儀器
以我校所用由上海育仰科教設備有限公司生產(chǎn)的實(shí)驗裝置為例，裝置圖如圖1所示.

注1-試劑盒，2-試劑調節閥，3-高位水槽，4-實(shí)驗導管，5-水量調節閥，6-計量水箱，7-蓄水箱，8-潛水泵，9-流量調節閥.
圖1 雷諾實(shí)驗裝置
1.4 由實(shí)驗發(fā)現的問(wèn)題及思考
從學(xué)生實(shí)驗的快慢可以發(fā)現學(xué)生的團隊合作能力；從學(xué)生對實(shí)驗數據處理的結果可以看出一個(gè)學(xué)生的理論知識掌握水平和數據的處理能力；由學(xué)生的誤差原因分析可以看出一個(gè)學(xué)生的細心程度及創(chuàng )造思維能力，因此從學(xué)生實(shí)驗引發(fā)的思考在實(shí)驗課教學(xué)改革過(guò)程中起到舉足輕重的作用.
1.4.1 實(shí)驗過(guò)程發(fā)現的問(wèn)題
（1）在實(shí)驗中發(fā)現學(xué)生操作過(guò)程中有不規范的地方，而且操作步驟過(guò)于死板；（2）實(shí)驗過(guò)程要求學(xué)生是邊做邊處理，根據實(shí)驗結果判斷實(shí)驗操作的正確性，以此達到指導后續實(shí)驗的目的，但是發(fā)現有的學(xué)生數據處理能力欠佳，導致不能根據數據處理結果來(lái)判斷實(shí)驗操作是否有誤；（3）在實(shí)驗結果分析方面，按照本實(shí)驗的操作步驟，實(shí)驗結果中臨界值與理論值都有一定的差別，這個(gè)結果不是個(gè)別實(shí)驗小組的結果，老師的預做實(shí)驗以及已做過(guò)實(shí)驗的所有的實(shí)驗組都是這個(gè)結果，這是由于實(shí)驗儀器引起的系統誤差造成的（由于實(shí)驗儀器循環(huán)水槽下面有潛水泵，潛水泵運行時(shí)震動(dòng)帶來(lái)的影響，示蹤劑針頭的位置等影響造成）. 這種誤差的出現對于考查學(xué)生實(shí)驗結果的真實(shí)性，尊重實(shí)驗結果與否的判斷方面起到特別重要的作用. 發(fā)現個(gè)別同學(xué)寫(xiě)實(shí)驗報告時(shí)，不尊重實(shí)驗事實(shí)，為得高分向理論值湊數據；此外在學(xué)生分析實(shí)驗結果時(shí)，大多數同學(xué)分析得不夠透徹，尤其不敢懷疑儀器本身原因，忽略系統誤差，即使有學(xué)生分析到系統誤差，也沒(méi)有寫(xiě)具體的產(chǎn)生原因及改進(jìn)措施. 這樣僅僅通過(guò)實(shí)驗得到實(shí)驗數據來(lái)完成實(shí)驗任務(wù)的現象，既不能達到真正的實(shí)驗效果，更不能提高學(xué)生的創(chuàng )新思維能力.
1.4.2 實(shí)驗引發(fā)的思考
根據同學(xué)表現可看出，學(xué)生實(shí)驗操作幾乎按部就班，沒(méi)有主動(dòng)改進(jìn)和思考的理念；從實(shí)驗結果及學(xué)生對實(shí)驗結果的分析能力來(lái)看，大多數還是為了得到實(shí)驗結果，對于實(shí)驗結果的分析和創(chuàng )造思維方面的能力相對薄弱. 通過(guò)什么樣的方式讓學(xué)生去自覺(jué)地重視實(shí)驗，對實(shí)驗真正地產(chǎn)生興趣；如何引導學(xué)生去認真分析實(shí)驗結果，激發(fā)學(xué)生創(chuàng )造性思維，去自覺(jué)地思考改進(jìn)措施，甚至自己去設計實(shí)驗裝置，是當前實(shí)驗教學(xué)亟待解決的問(wèn)題.
2 實(shí)驗教學(xué)改革及實(shí)踐
根據雷諾實(shí)驗教學(xué)所遇到的問(wèn)題及當前高?；?shí)驗教學(xué)現狀進(jìn)行分析，針對實(shí)驗教學(xué)中存在的不足之處提出一系列改進(jìn)方案，重點(diǎn)強調學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng )新能力的培養，分別在實(shí)驗教學(xué)方法、手段上進(jìn)行改進(jìn).（a）將實(shí)驗教學(xué)與理論以及生活實(shí)際結合在一起，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習興趣，讓學(xué)生在實(shí)用性中增加學(xué)習的積極性和主動(dòng)性.（b）注重實(shí)驗過(guò)程，端正學(xué)生的實(shí)驗態(tài)度，增加操作過(guò)程的靈活性；注重實(shí)驗結果分析，不僅讓學(xué)生找到誤差原因，更注重誤差的縮小和改進(jìn)措施，尤其是系統誤差方面，鼓勵學(xué)生從多角度分析問(wèn)題，勇于懷疑，敢于創(chuàng )新，啟發(fā)學(xué)生對實(shí)驗儀器進(jìn)行改進(jìn).（c）引進(jìn)實(shí)驗模具，增設模型實(shí)驗室. 讓學(xué)生通過(guò)對重要單元操作的模型圖進(jìn)行觀(guān)摩，加深學(xué)生對儀器內部結構和實(shí)驗原理的理解，增強實(shí)驗教學(xué)效果.（d）根據目前的三層結構實(shí)驗教學(xué)體系，即驗證型、設計綜合型、創(chuàng )新型實(shí)驗的框架，著(zhù)重提高設計型和創(chuàng )新型實(shí)驗所占的比例，對于一些知識點(diǎn)比較重要的驗證型實(shí)驗，可以讓學(xué)生根據已學(xué)知識，搜集資料，自己進(jìn)行實(shí)驗方案的設計，或者改進(jìn)優(yōu)化已有的實(shí)驗方法，組裝實(shí)驗平臺. 經(jīng)過(guò)“搜集資料-設計流程-驗證結果”這一過(guò)程，不僅大大提高學(xué)生學(xué)習的積極性和成就感，而且促使學(xué)生熟悉基本的科學(xué)研究過(guò)程，掌握利用各種軟件進(jìn)行數據處理的方法，培養學(xué)生獨立思考、解決實(shí)際問(wèn)題的能力，從而提高學(xué)生的創(chuàng )新性思維和動(dòng)手能力.
經(jīng)過(guò)對上述改革理念進(jìn)行實(shí)踐，基本改變目前化工實(shí)驗教學(xué)中所存在的問(wèn)題，培養學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng )新能力，為日后走向工作崗位增加砝碼；同時(shí)使化工實(shí)驗室真正發(fā)揮高校培養新型人才的創(chuàng )新實(shí)踐基地作用.
3 結語(yǔ)
在培養學(xué)生創(chuàng )新意識、知識綜合運用能力和動(dòng)手能力上，實(shí)驗教學(xué)有著(zhù)十分重要的作用. 本文根據雷諾實(shí)驗教學(xué)過(guò)程中發(fā)現的問(wèn)題及當前化工實(shí)驗現狀，引發(fā)對實(shí)驗教學(xué)改革思考，以培養大學(xué)生創(chuàng )新能力為核心，以興趣愛(ài)好為動(dòng)力，以動(dòng)手實(shí)踐為主要手段，真正讓學(xué)生體會(huì )到“想法—思路—成果”的過(guò)程，以此達到實(shí)驗目的.