由雷諾實驗引發的實驗教學改革

隨著化學化工行業的高速發展，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的本科教育帶來很大的挑戰. 如何培養具有創新能力、競爭能力的高素質人才是擺在面前的一個難題. 陶行知說：“要創造，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，是創造教育的開始；手腦全用，是創造教育的目的. ”大多數的發明成果均來自于實驗，大多數新事物的發現，都是靠實驗進行驗證和探索的，可以說沒有實驗就沒有創新，因此要培養學生的創新精神，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展的科學，化工實驗與生產生活實際比較緊密，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，解決生產生活中遇到的實際問題. 化工基礎實驗為培養學生的團隊合作能力、分析問題的能力，以及學生的創造能力和創新精神提供良好的平臺. 因此，在高?；嶒灲虒W過程中，要不斷激發學生的求知欲，培養學生的觀察能力、動手能力、創新思維和創造能力，提高學生的整體素質，確保這個平臺發揮作用.
流體流動型態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的直觀認識，以及雷諾準數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的思考
1.1 雷諾準數的發現
1883年英國科學家雷諾（Reynolds）通過實驗發現液體在流動中存在兩種內部結構*不同的流動型態：層流和湍流. 經實驗歸納得知流體流動型態可由雷諾準數Re來判別：
 
1.2 雷諾實驗的基本原理
雷諾準數是判斷流體流動類型的準數，對于一定溫度的液體，在特定的圓管內流動，雷諾準數僅與流速有關. 一般認為，Re≤2 000為層流；Re≥4 000為湍流；2 000＜Re＜4 000為不穩定的過渡區.
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的實驗裝置為例，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 雷諾實驗裝置
1.4 由實驗發現的問題及思考
從學生實驗的快慢可以發現學生的團隊合作能力；從學生對實驗數據處理的結果可以看出一個學生的理論知識掌握水平和數據的處理能力；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造思維能力，因此從學生實驗引發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 實驗過程發現的問題
（1）在實驗中發現學生操作過程中有不規范的地方，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，根據實驗結果判斷實驗操作的正確性，以此達到指導后續實驗的目的，但是發現有的學生數據處理能力欠佳，導致不能根據數據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誤差造成的（由于實驗儀器循環水槽下面有潛水泵，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. 發現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據；此外在學生分析實驗結果時，大多數同學分析得不夠透徹，尤其不敢懷疑儀器本身原因，忽略系統誤差，即使有學生分析到系統誤差，也沒有寫具體的產生原因及改進措施. 這樣僅僅通過實驗得到實驗數據來完成實驗任務的現象，既不能達到真正的實驗效果，更不能提高學生的創新思維能力.
1.4.2 實驗引發的思考
根據同學表現可看出，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，大多數還是為了得到實驗結果，對于實驗結果的分析和創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，對實驗真正地產生興趣；如何引導學生去認真分析實驗結果，激發學生創造性思維，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
根據雷諾實驗教學所遇到的問題及當前高?；嶒灲虒W現狀進行分析，針對實驗教學中存在的不足之處提出一系列改進方案，重點強調學生的動手能力和創新能力的培養，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，尤其是系統誤差方面，鼓勵學生從多角度分析問題，勇于懷疑，敢于創新，啟發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，加深學生對儀器內部結構和實驗原理的理解，增強實驗教學效果.（d）根據目前的三層結構實驗教學體系，即驗證型、設計綜合型、創新型實驗的框架，著重提高設計型和創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，可以讓學生根據已學知識，搜集資料，自己進行實驗方案的設計，或者改進優化已有的實驗方法，組裝實驗平臺. 經過“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據處理的方法，培養學生獨立思考、解決實際問題的能力，從而提高學生的創新性思維和動手能力.
經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，培養學生的動手能力和創新能力，為日后走向工作崗位增加砝碼；同時使化工實驗室真正發揮高校培養新型人才的創新實踐基地作用.
3 結語
在培養學生創新意識、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. 本文根據雷諾實驗教學過程中發現的問題及當前化工實驗現狀，引發對實驗教學改革思考，以培養大學生創新能力為核心，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.