上海育仰科教設備有限公司

由雷諾實驗引發(fā)的實驗教學改革

時間:2018-7-13 閱讀:2986
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隨著化學化工行業(yè)的高速發(fā)展,社會對化學化工類人才需求的標準也越來越高,這便對化學化工專業(yè)的本科教育帶來很大的挑戰(zhàn). 如何培養(yǎng)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難題. 陶行知說:“要創(chuàng)造,非你在用腦的時候,同時用手去實驗;用手的時候,同時用腦去想不可,手和腦在一塊干,是創(chuàng)造教育的開始;手腦全用,是創(chuàng)造教育的目的. ”大多數(shù)的發(fā)明成果均來自于實驗,大多數(shù)新事物的發(fā)現(xiàn),都是靠實驗進行驗證和探索的,可以說沒有實驗就沒有創(chuàng)新,因此要培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神,就必須使學生具有較強的實驗能力. 化學化工是憑借實驗發(fā)展的科學,化工實驗與生產(chǎn)生活實際比較緊密,與多學科交叉綜合,通過化工實驗不僅可以加深同學對基本理論知識的理解,而且可以引導學生利用工程觀點去合理地設計實驗方案,解決生產(chǎn)生活中遇到的實際問題. 化工基礎實驗為培養(yǎng)學生的團隊合作能力、分析問題的能力,以及學生的創(chuàng)造能力和創(chuàng)新精神提供良好的平臺. 因此,在高?;嶒灲虒W過程中,要不斷激發(fā)學生的求知欲,培養(yǎng)學生的觀察能力、動手能力、創(chuàng)新思維和創(chuàng)造能力,提高學生的整體素質(zhì),確保這個平臺發(fā)揮作用.
流體流動型態(tài)及其判斷是流體力學里一個非常重要的知識點,也是大學本科生學習《化工原理》和《化工基礎》都需要掌握的知識點,雷諾實驗因此成為化學專業(yè)學生必做的一個化工實驗. 該實驗在加強學生對流體流動型態(tài)的直觀認識,以及雷諾準數(shù)的相關知識點的鞏固中,起到非常重要的作用. 本文首先簡述一下雷諾實驗,根據(jù)該實驗儀器的特點、學生實驗的結果及當前化工實驗的教學特點,引發(fā)對實驗教學改革的思考,并付諸于實踐.
1 雷諾實驗及由實驗結果引發(fā)的思考
1.1 雷諾準數(shù)的發(fā)現(xiàn)
1883年英國科學家雷諾(Reynolds)通過實驗發(fā)現(xiàn)液體在流動中存在兩種內(nèi)部結構*不同的流動型態(tài):層流和湍流. 經(jīng)實驗歸納得知流體流動型態(tài)可由雷諾準數(shù)Re來判別:
 
1.2 雷諾實驗的基本原理
雷諾準數(shù)是判斷流體流動類型的準數(shù),對于一定溫度的液體,在特定的圓管內(nèi)流動,雷諾準數(shù)僅與流速有關. 一般認為,Re≤2 000為層流;Re≥4 000為湍流;2 000<Re<4 000為不穩(wěn)定的過渡區(qū).
1.3 實驗儀器
以我校所用由上海育仰科教設備有限公司生產(chǎn)的實驗裝置為例,裝置圖如圖1所示.

注1-試劑盒,2-試劑調(diào)節(jié)閥,3-高位水槽,4-實驗導管,5-水量調(diào)節(jié)閥,6-計量水箱,7-蓄水箱,8-潛水泵,9-流量調(diào)節(jié)閥.
圖1 雷諾實驗裝置
1.4 由實驗發(fā)現(xiàn)的問題及思考
從學生實驗的快慢可以發(fā)現(xiàn)學生的團隊合作能力;從學生對實驗數(shù)據(jù)處理的結果可以看出一個學生的理論知識掌握水平和數(shù)據(jù)的處理能力;由學生的誤差原因分析可以看出一個學生的細心程度及創(chuàng)造思維能力,因此從學生實驗引發(fā)的思考在實驗課教學改革過程中起到舉足輕重的作用.
1.4.1 實驗過程發(fā)現(xiàn)的問題
(1)在實驗中發(fā)現(xiàn)學生操作過程中有不規(guī)范的地方,而且操作步驟過于死板;(2)實驗過程要求學生是邊做邊處理,根據(jù)實驗結果判斷實驗操作的正確性,以此達到指導后續(xù)實驗的目的,但是發(fā)現(xiàn)有的學生數(shù)據(jù)處理能力欠佳,導致不能根據(jù)數(shù)據(jù)處理結果來判斷實驗操作是否有誤;(3)在實驗結果分析方面,按照本實驗的操作步驟,實驗結果中臨界值與理論值都有一定的差別,這個結果不是個別實驗小組的結果,老師的預做實驗以及已做過實驗的所有的實驗組都是這個結果,這是由于實驗儀器引起的系統(tǒng)誤差造成的(由于實驗儀器循環(huán)水槽下面有潛水泵,潛水泵運行時震動帶來的影響,示蹤劑針頭的位置等影響造成). 這種誤差的出現(xiàn)對于考查學生實驗結果的真實性,尊重實驗結果與否的判斷方面起到特別重要的作用. 發(fā)現(xiàn)個別同學寫實驗報告時,不尊重實驗事實,為得高分向理論值湊數(shù)據(jù);此外在學生分析實驗結果時,大多數(shù)同學分析得不夠透徹,尤其不敢懷疑儀器本身原因,忽略系統(tǒng)誤差,即使有學生分析到系統(tǒng)誤差,也沒有寫具體的產(chǎn)生原因及改進措施. 這樣僅僅通過實驗得到實驗數(shù)據(jù)來完成實驗任務的現(xiàn)象,既不能達到真正的實驗效果,更不能提高學生的創(chuàng)新思維能力.
1.4.2 實驗引發(fā)的思考
根據(jù)同學表現(xiàn)可看出,學生實驗操作幾乎按部就班,沒有主動改進和思考的理念;從實驗結果及學生對實驗結果的分析能力來看,大多數(shù)還是為了得到實驗結果,對于實驗結果的分析和創(chuàng)造思維方面的能力相對薄弱. 通過什么樣的方式讓學生去自覺地重視實驗,對實驗真正地產(chǎn)生興趣;如何引導學生去認真分析實驗結果,激發(fā)學生創(chuàng)造性思維,去自覺地思考改進措施,甚至自己去設計實驗裝置,是當前實驗教學亟待解決的問題.
2 實驗教學改革及實踐
根據(jù)雷諾實驗教學所遇到的問題及當前高?;嶒灲虒W現(xiàn)狀進行分析,針對實驗教學中存在的不足之處提出一系列改進方案,重點強調(diào)學生的動手能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng),分別在實驗教學方法、手段上進行改進.(a)將實驗教學與理論以及生活實際結合在一起,激發(fā)學生的學習興趣,讓學生在實用性中增加學習的積極性和主動性.(b)注重實驗過程,端正學生的實驗態(tài)度,增加操作過程的靈活性;注重實驗結果分析,不僅讓學生找到誤差原因,更注重誤差的縮小和改進措施,尤其是系統(tǒng)誤差方面,鼓勵學生從多角度分析問題,勇于懷疑,敢于創(chuàng)新,啟發(fā)學生對實驗儀器進行改進.(c)引進實驗模具,增設模型實驗室. 讓學生通過對重要單元操作的模型圖進行觀摩,加深學生對儀器內(nèi)部結構和實驗原理的理解,增強實驗教學效果.(d)根據(jù)目前的三層結構實驗教學體系,即驗證型、設計綜合型、創(chuàng)新型實驗的框架,著重提高設計型和創(chuàng)新型實驗所占的比例,對于一些知識點比較重要的驗證型實驗,可以讓學生根據(jù)已學知識,搜集資料,自己進行實驗方案的設計,或者改進優(yōu)化已有的實驗方法,組裝實驗平臺. 經(jīng)過“搜集資料-設計流程-驗證結果”這一過程,不僅大大提高學生學習的積極性和成就感,而且促使學生熟悉基本的科學研究過程,掌握利用各種軟件進行數(shù)據(jù)處理的方法,培養(yǎng)學生獨立思考、解決實際問題的能力,從而提高學生的創(chuàng)新性思維和動手能力.
經(jīng)過對上述改革理念進行實踐,基本改變目前化工實驗教學中所存在的問題,培養(yǎng)學生的動手能力和創(chuàng)新能力,為日后走向工作崗位增加砝碼;同時使化工實驗室真正發(fā)揮高校培養(yǎng)新型人才的創(chuàng)新實踐基地作用.
3 結語
在培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識、知識綜合運用能力和動手能力上,實驗教學有著十分重要的作用. 本文根據(jù)雷諾實驗教學過程中發(fā)現(xiàn)的問題及當前化工實驗現(xiàn)狀,引發(fā)對實驗教學改革思考,以培養(yǎng)大學生創(chuàng)新能力為核心,以興趣愛好為動力,以動手實踐為主要手段,真正讓學生體會到“想法—思路—成果”的過程,以此達到實驗目的.

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