创新导向的工科实验教学改革

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当今社会，创新能力和意识日益成为一个国家国际竞争力的最重要的决定因素之一。过去几十年来，我国的创新能力有了很大的提高，但和国际先进水平仍有一定的差距。为此，应大力加强学生的创新能力培养，为国家的进一步发展提供大批的高素质创新人才，促进自主创新型国家建设。就高等学校工科学生而言，改进实验教学是实现创新人才培养目标的重要环节，在培养学生创新能力教育中起着重要的作用。

目前，本科实验教学中的实验项目多为验证性实验，侧重于对所学理论知识的验证，在实验目的、方案、测试等过程设计方面重视不够，尤其是实验方案，主要由任课教师设计完成，学生未能主动参与，只能被动地接受实施整个实验过程，导致大部分学生在实验完成后对实验内容仍一片茫然，教学效果不佳。这种实验方法也无法调动学生的学习兴趣，不利于学生独立思考与创新能力的培养，无法独立开展新实验项目的研究。

2011年，烟台大学颁布了教学实验室开放实施指南，鼓励学生结合实验室的方向和条件，联系相应实验室和指导教师，自行设计、选择实验研究课题，并针对所选课题进行实验设计，提出实验目的、实验方案和实验步骤，在开放实验室中独立完成课题的方案设计、试验装置的安装与调试等工作，课题完成后需撰写实验报告。开放实验研究充分调动了学生的积极性，鼓励学生在实验项目设计过程中利用所学知识，创造性的解决实验中碰到的问题，能很好地培养学生的创新意识并提高其创新能力。

在实验室开放课题资助下，我校热能与动力工程专业5位同学申请进行了“热泵系统动态性能实验”项目。该项目拟在本专业小型制冷装置实验台上进行，并按如下流程进行：

一、实验前准备

项目组成员针对实验目标，进行了实验方案的设计，确定了实验原理和实验步骤。从热泵系统的制冷和制热两个功能出发，明确需要测量的主要参数并进行了测量设备的布置和调试。考虑到实验过程中，系统部分部件处于高压高温下运行，在指导教师的建议下制定了项目应急预案。

通过初步测试发现，由于现有实验台购置时间较早，部分数据采集用的传感器精度较差、数据测量不准确，原来配备的显示仪表时间滞后大、实时读数不方便，如不进行改进无法顺利完成该项目。项目组成员在指导教师帮助下对系统的数据采集与显示进行了改进。添置了高精度的热电阻和热电偶测温传感器，并将其输出值送入PLC进行数据的保存与显示。通过再次测试发现，改进后数据采集精度和数据显示都得到了大幅的提高，能够适应本项目的要求。

二、实验的开展

项目组成员按照各自特长，对实验测试进行了分工，明确了实验操作和数据记录事项。实验的操作主要包括系统的启停、节流阀开度的调节、风机风阀开度的调节、运行方式转换调节等。记录的数据包括电压、电流、压力、风速、温度等参数。由于事先准备充分，实验进行的很顺利。

三、数据的整理

实验数据采集完成后，项目组成员利用Excel和Refprop软件进行了数据处理。通过数据的整理，学生熟练掌握了Excel数据运算与绘图功能，也对本专业常用的制冷剂物性计算软件有了初步的了解。图1为整理得到的热泵系统制热运行时制热量的动态变化曲线。

四、实验讨论

实验完成后，学生针对实验数据就热泵系统的性能变化规律进行了详细的分析讨论，提出了自己的见解，也进一步加深了对相关专业课知识的理解。

本人通过指导本次开放实验室项目，得出如下几点体会。

1、在开放实验室项目中，实验项目是学生在所学专业知识基础上提出的，这要求学生不仅要对所学专业知识牢固的掌握，还要具有运用所学知识解决问题的创新意识。学生通过亲自设计实验，对包括实验准备、测试开展、数据整理、结果讨论在内的整个实验流程有了深刻清晰的认识，对所学专业的实验研究方法有了初步的了解。解决实验中碰到的问题，经常需要融会贯通综合运用所学专业知识，这不仅提高了学生灵活运用知识的能力，也锻炼了其创新能力。

2、实验开放项目是集中在一个学期内完成的，由于时间有限，就要求实验项目要小而精，大的题目不适合作实验室开放课题。鼓励学生结合专业知识提出与日常经历密切相关的实验项目，培养其专业素养，形成把专业知识贯穿于生活之中的良好习惯，能主动的运用所学专业知识解决实际问题。长此以往，学生的创新意识就会得到启发。

3、通过开放实验室项目的实施，学生的动手能力得到了很大的提升，能够较熟练的进行专业实验的操作，同时对所学专业知识也有了更深刻的理解，如在本次实验中，学生对温度测量、系统循环、性能参数计算原理等方面有了更深刻的认识。

4、实验室开放项目还能培养学生的协作精神。专业实验中需要较多的测量与操作，单人匹马难以进行，学生之间组队进行实验能很好地的锻炼其团队合作精神。

5、存在的问题。由于学习经历单一，学生实验层次普遍偏低，今后应鼓励学生多阅读相关专业文献，增加对所学专业研究前沿的了解，从而进一步提升学生的创新能力。