由雷诺实验引发的实验教学改革

随着化学化工行业的高速发展，社会对化学化工类人才需求的标准也越来越高，这便对化学化工专业的本科教育带来很大的挑战. 如何培养具有创新能力、竞争能力的高素质人才是摆在面前的一个难题. 陶行知说：“要创造，非你在用脑的时候，同时用手去实验；用手的时候，同时用脑去想不可，手和脑在一块干，是创造教育的开始；手脑全用，是创造教育的目的. ”大多数的发明成果均来自于实验，大多数新事物的发现，都是靠实验进行验证和探索的，可以说没有实验就没有创新，因此要培养学生的创新精神，就必须使学生具有较强的实验能力. 化学化工是凭借实验发展的科学，化工实验与生产生活实际比较紧密，与多学科交叉综合，通过化工实验不仅可以加深同学对基本理论知识的理解，而且可以引导学生利用工程观点去合理地设计实验方案，解决生产生活中遇到的实际问题. 化工基础实验为培养学生的团队合作能力、分析问题的能力，以及学生的创造能力和创新精神提供良好的平台. 因此，在高校化工实验教学过程中，要不断激发学生的求知欲，培养学生的观察能力、动手能力、创新思维和创造能力，提高学生的整体素质，确保这个平台发挥作用.
流体流动型态及其判断是流体力学里一个非常重要的知识点，也是大学本科生学习《化工原理》和《化工基础》都需要掌握的知识点，雷诺实验因此成为化学专业学生必做的一个化工实验. 该实验在加强学生对流体流动型态的直观认识，以及雷诺准数的相关知识点的巩固中，起到非常重要的作用. 本文首先简述一下雷诺实验，根据该实验仪器的特点、学生实验的结果及当前化工实验的教学特点，引发对实验教学改革的思考，并付诸于实践.
1 雷诺实验及由实验结果引发的思考
1.1 雷诺准数的发现
1883年英国科学家雷诺（Reynolds）通过实验发现液体在流动中存在两种内部结构*不同的流动型态：层流和湍流. 经实验归纳得知流体流动型态可由雷诺准数Re来判别：
 
1.2 雷诺实验的基本原理
雷诺准数是判断流体流动类型的准数，对于一定温度的液体，在特定的圆管内流动，雷诺准数仅与流速有关. 一般认为，Re≤2 000为层流；Re≥4 000为湍流；2 000＜Re＜4 000为不稳定的过渡区.
1.3 实验仪器
以我校所用由上海育仰科教设备有限公司生产的实验装置为例，装置图如图1所示.

注1-试剂盒，2-试剂调节阀，3-高位水槽，4-实验导管，5-水量调节阀，6-计量水箱，7-蓄水箱，8-潜水泵，9-流量调节阀.
图1 雷诺实验装置
1.4 由实验发现的问题及思考
从学生实验的快慢可以发现学生的团队合作能力；从学生对实验数据处理的结果可以看出一个学生的理论知识掌握水平和数据的处理能力；由学生的误差原因分析可以看出一个学生的细心程度及创造思维能力，因此从学生实验引发的思考在实验课教学改革过程中起到举足轻重的作用.
1.4.1 实验过程发现的问题
（1）在实验中发现学生操作过程中有不规范的地方，而且操作步骤过于死板；（2）实验过程要求学生是边做边处理，根据实验结果判断实验操作的正确性，以此达到指导后续实验的目的，但是发现有的学生数据处理能力欠佳，导致不能根据数据处理结果来判断实验操作是否有误；（3）在实验结果分析方面，按照本实验的操作步骤，实验结果中临界值与理论值都有一定的差别，这个结果不是个别实验小组的结果，老师的预做实验以及已做过实验的所有的实验组都是这个结果，这是由于实验仪器引起的系统误差造成的（由于实验仪器循环水槽下面有潜水泵，潜水泵运行时震动带来的影响，示踪剂针头的位置等影响造成）. 这种误差的出现对于考查学生实验结果的真实性，尊重实验结果与否的判断方面起到特别重要的作用. 发现个别同学写实验报告时，不尊重实验事实，为得高分向理论值凑数据；此外在学生分析实验结果时，大多数同学分析得不够透彻，尤其不敢怀疑仪器本身原因，忽略系统误差，即使有学生分析到系统误差，也没有写具体的产生原因及改进措施. 这样仅仅通过实验得到实验数据来完成实验任务的现象，既不能达到真正的实验效果，更不能提高学生的创新思维能力.
1.4.2 实验引发的思考
根据同学表现可看出，学生实验操作几乎按部就班，没有主动改进和思考的理念；从实验结果及学生对实验结果的分析能力来看，大多数还是为了得到实验结果，对于实验结果的分析和创造思维方面的能力相对薄弱. 通过什么样的方式让学生去自觉地重视实验，对实验真正地产生兴趣；如何引导学生去认真分析实验结果，激发学生创造性思维，去自觉地思考改进措施，甚至自己去设计实验装置，是当前实验教学亟待解决的问题.
2 实验教学改革及实践
根据雷诺实验教学所遇到的问题及当前高校化工实验教学现状进行分析，针对实验教学中存在的不足之处提出一系列改进方案，重点强调学生的动手能力和创新能力的培养，分别在实验教学方法、手段上进行改进.（a）将实验教学与理论以及生活实际结合在一起，激发学生的学习兴趣，让学生在实用性中增加学习的积极性和主动性.（b）注重实验过程，端正学生的实验态度，增加操作过程的灵活性；注重实验结果分析，不仅让学生找到误差原因，更注重误差的缩小和改进措施，尤其是系统误差方面，鼓励学生从多角度分析问题，勇于怀疑，敢于创新，启发学生对实验仪器进行改进.（c）引进实验模具，增设模型实验室. 让学生通过对重要单元操作的模型图进行观摩，加深学生对仪器内部结构和实验原理的理解，增强实验教学效果.（d）根据目前的三层结构实验教学体系，即验证型、设计综合型、创新型实验的框架，着重提高设计型和创新型实验所占的比例，对于一些知识点比较重要的验证型实验，可以让学生根据已学知识，搜集资料，自己进行实验方案的设计，或者改进优化已有的实验方法，组装实验平台. 经过“搜集资料-设计流程-验证结果”这一过程，不仅大大提高学生学习的积极性和成就感，而且促使学生熟悉基本的科学研究过程，掌握利用各种软件进行数据处理的方法，培养学生独立思考、解决实际问题的能力，从而提高学生的创新性思维和动手能力.
经过对上述改革理念进行实践，基本改变目前化工实验教学中所存在的问题，培养学生的动手能力和创新能力，为日后走向工作岗位增加砝码；同时使化工实验室真正发挥高校培养新型人才的创新实践基地作用.
3 结语
在培养学生创新意识、知识综合运用能力和动手能力上，实验教学有着十分重要的作用. 本文根据雷诺实验教学过程中发现的问题及当前化工实验现状，引发对实验教学改革思考，以培养大学生创新能力为核心，以兴趣爱好为动力，以动手实践为主要手段，真正让学生体会到“想法—思路—成果”的过程，以此达到实验目的.