尚琳琳 馬利敏

摘? 要 創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)教學(xué)是提高學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的有效途徑。大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)需要高水平的創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，以實(shí)現(xiàn)基本實(shí)驗(yàn)、綜合實(shí)驗(yàn)、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)、研究性實(shí)驗(yàn)的多層次實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，最終實(shí)現(xiàn)動(dòng)手能力、創(chuàng)新思維、科學(xué)研究能力、工程應(yīng)用能力的多方面培養(yǎng)。通過(guò)與大學(xué)生科技創(chuàng)新項(xiàng)目相結(jié)合展開(kāi)創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的研發(fā)工作，設(shè)計(jì)制作熱管性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)裝置，研發(fā)出一種可以實(shí)現(xiàn)多層次實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的熱管傳熱性能實(shí)驗(yàn)臺(tái)，為大學(xué)生提供不同層次、不同難度的創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)教學(xué)和科技創(chuàng)新平臺(tái)，并提出創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的新思路。

關(guān)鍵詞 創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)平臺(tái);熱管性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)裝置;大學(xué)生科技創(chuàng)新項(xiàng)目;實(shí)驗(yàn)教學(xué)

中圖分類號(hào)：G642.423? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2018）20-0121-03

Create an Innovative Experimental Platform and Development of Innovative Practice Teaching//SHANG Linlin， MA Limin

Abstract Innovative experiment is an effective way to improve stu-dents practical ability and innovative ability. The cultivation of prac-

tical innovation ability need innovative experimental teaching plat-

form， in order to achieve multi-level experiment teaching mode of

basic experiment， comprehensive experiment， innovative experi-ment， research experiment， develop the multi-level ability and finally

realize the practical ability， innovative thinking， the ability of scien-tific research and engineering application ability. Through the combi-

nation of innovative experimental platform development and college

students scientific and technological innovation projects， the heat

pipe performance test device is designed， the development of a multi-

level experiment content can realize the heat transfer performance of

heat pipe experimental platform， provides different levels， different degree of difficulty of the innovative experimental teaching platform

for university students and the innovation of science and technology， and the new ideas of innovative experimental teaching are put forward.

Key words innovative experimental platform; heat pipe performance test device; college students scientific and technological innovation project; experimental teaching

1 引言

教育的任務(wù)是培養(yǎng)具有創(chuàng)造性思維和創(chuàng)新能力的人才。在《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》中把創(chuàng)新能力的培養(yǎng)提高到前所未有的高度，明確提出要著力提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力，積極探索貫穿各級(jí)各類教育的創(chuàng)新人才培養(yǎng)途徑[1]。2014年6月9日，習(xí)近平總書(shū)記在中國(guó)科學(xué)院第十七次院士大會(huì)、中國(guó)工程院第十二次院士大會(huì)開(kāi)幕會(huì)上發(fā)表重要講話，強(qiáng)調(diào)指出：我國(guó)要在科技創(chuàng)新方面走在世界前列，必須在創(chuàng)新實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)人才、在創(chuàng)新活動(dòng)中培育人才、在創(chuàng)新事業(yè)中凝聚人才，必須大力培養(yǎng)造就規(guī)模宏大、結(jié)構(gòu)合理、素質(zhì)優(yōu)良的創(chuàng)新型科技人才[2]。因此，全面提高高等教育質(zhì)量，培養(yǎng)創(chuàng)新型人才，是高校教育工作的重點(diǎn)[3]。

創(chuàng)新之根在實(shí)踐[4-7]。然而我國(guó)高等工程教育的實(shí)踐教學(xué)還有很多局限性，在校園內(nèi)部，學(xué)生實(shí)踐活動(dòng)多是驗(yàn)證型的課程實(shí)驗(yàn)，而走出校門的實(shí)踐活動(dòng)則主要是學(xué)生實(shí)習(xí)[8]。

對(duì)于工科大學(xué)生創(chuàng)新素質(zhì)的提升而言，僅靠這些實(shí)踐活動(dòng)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，面向大學(xué)生的實(shí)踐教學(xué)機(jī)制還需要從理念到行動(dòng)上進(jìn)行革新。

工科大學(xué)生創(chuàng)新素質(zhì)的提升，不僅需要理論上的學(xué)習(xí)，還必須切身實(shí)踐，這是工程的實(shí)踐性質(zhì)所決定的[9]。因此，針對(duì)工科大學(xué)生創(chuàng)新能力的提升，大學(xué)在增強(qiáng)其文化知識(shí)的同時(shí)，還需要著力推進(jìn)設(shè)備設(shè)施條件和學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的建設(shè)[10]。學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺(tái)是進(jìn)行培養(yǎng)人才的重要基地，是學(xué)生開(kāi)展實(shí)驗(yàn)教學(xué)、科學(xué)研究、技術(shù)開(kāi)發(fā)和學(xué)術(shù)交流的重要場(chǎng)所[11]。

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式通常采用市場(chǎng)上廠家開(kāi)發(fā)的實(shí)驗(yàn)儀器，通常這些實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器模式相對(duì)比較固定，各部分之間的連接閉合，主要偏重于驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和少量的綜合性實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容固化，缺少設(shè)計(jì)性環(huán)節(jié)，實(shí)驗(yàn)難度無(wú)法改變，無(wú)形中束縛了學(xué)生的創(chuàng)新型思維，限制了學(xué)生創(chuàng)新能力和綜合能力的提高[12-14]。因此，對(duì)高等學(xué)校來(lái)說(shuō)，首先要建設(shè)高質(zhì)量的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，通過(guò)開(kāi)放創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可開(kāi)啟學(xué)生的創(chuàng)新思維，開(kāi)發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新潛能。

另外，長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)高等教育普遍存在“重理論、輕實(shí)踐”的觀念，實(shí)驗(yàn)教學(xué)被定位為輔助教學(xué)手段，僅僅是為了驗(yàn)證理論以及實(shí)現(xiàn)基本技能的訓(xùn)練。這種不正確的定位導(dǎo)致學(xué)生對(duì)實(shí)踐環(huán)節(jié)重視不足，積極性不高[13]。傳統(tǒng)的教育模式、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法制約了大學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。因此，探索創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，設(shè)立創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，建立評(píng)估制度和激勵(lì)政策，是培養(yǎng)大學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的有效途徑[12，15]。

針對(duì)以上問(wèn)題，本文結(jié)合熱管性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的研發(fā)成果，提出創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)教學(xué)的新思路。通過(guò)與大學(xué)生科技創(chuàng)新項(xiàng)目相結(jié)合，設(shè)計(jì)制作熱管性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)裝置，研發(fā)一種可以實(shí)現(xiàn)不同工質(zhì)、不同充液率、不同蒸發(fā)段長(zhǎng)度、不同冷卻水水溫、不同冷卻水水流量、不同傾斜角度的熱管傳熱性能實(shí)驗(yàn)臺(tái)，為大學(xué)生提供不同層次、不同難度的創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)教學(xué)和科技創(chuàng)新平臺(tái)，為培養(yǎng)創(chuàng)新型人才提供良好的硬件基礎(chǔ)，并探索創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的新模式。

2 創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺(tái)研發(fā)與大學(xué)生科技創(chuàng)新項(xiàng)目的有機(jī)融合

現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)領(lǐng)域的熱管傳熱性能實(shí)驗(yàn)臺(tái)可實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容過(guò)于簡(jiǎn)單，只能通過(guò)改變冷卻水流量和溫度的變化，得到熱管在不同的外部條件下的換熱性能。然而熱管的換熱性能還受其他因素的影響，比如熱管內(nèi)工質(zhì)的選擇、工質(zhì)的充灌量、傾斜角度、蒸發(fā)段長(zhǎng)度以及換熱方式等，而這些條件的改變?cè)趥鹘y(tǒng)的熱管性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)臺(tái)上是完全不能實(shí)現(xiàn)的。因此，在傳統(tǒng)的熱管傳熱性能實(shí)驗(yàn)臺(tái)展開(kāi)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式是固定而枯燥的，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容對(duì)學(xué)生缺乏吸引力，很難引起學(xué)生的思考和共鳴，學(xué)生的創(chuàng)新性思維受到限制，動(dòng)手能力得不到充分鍛煉，已經(jīng)不能滿足創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)需要。

面向大學(xué)生開(kāi)展科技創(chuàng)新活動(dòng)是培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的有效途徑。將大學(xué)生科技創(chuàng)新活動(dòng)與實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新平臺(tái)的研發(fā)有機(jī)融合起來(lái)，既有利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，又為實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)新平臺(tái)建設(shè)提供了源源不斷的創(chuàng)新性靈感。本實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的研發(fā)成果充分體現(xiàn)了這一點(diǎn)。

在充分調(diào)研、查找不足的基礎(chǔ)上，明確創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)平臺(tái)研發(fā)的方向性，即開(kāi)發(fā)一種可以實(shí)現(xiàn)不同工質(zhì)、不同充液率、不同蒸發(fā)段長(zhǎng)度、不同冷卻水水溫、不同冷卻水水流量、不同傾斜角度的熱管傳熱性能實(shí)驗(yàn)臺(tái)，將此作為大學(xué)生科技創(chuàng)新項(xiàng)目的選題并立項(xiàng)申報(bào)，大學(xué)生采用競(jìng)標(biāo)的方式申請(qǐng)科技創(chuàng)新項(xiàng)目。通過(guò)與指導(dǎo)教師溝通，查閱各種資料，學(xué)生提出實(shí)驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)實(shí)施方案。在這個(gè)過(guò)程中，通過(guò)反復(fù)交流和討論，實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)思路得到不斷修正，創(chuàng)新性的思路和設(shè)計(jì)層出不窮。從實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)到實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)現(xiàn)的可操作性，從實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)備連接到實(shí)驗(yàn)外觀，都經(jīng)過(guò)學(xué)生和教師的反復(fù)切磋。

在此過(guò)程中，教師只提出一些建設(shè)性的意見(jiàn)，鼓勵(lì)學(xué)生自主發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題;學(xué)生興趣濃厚，積極性得到充分調(diào)動(dòng)，創(chuàng)新能力和動(dòng)手能力得到有效提高。

3 熱管性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新平臺(tái)的特點(diǎn)

各系統(tǒng)分體設(shè)計(jì)，為學(xué)生自主地設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容提供了條件? 熱管傳熱性能測(cè)定實(shí)驗(yàn)平臺(tái)由熱管本體、加熱系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、真空與工質(zhì)充灌系統(tǒng)、數(shù)據(jù)測(cè)量與采集系統(tǒng)五個(gè)部分組成，各系統(tǒng)并沒(méi)有固化為一個(gè)整體，而是分別相對(duì)獨(dú)立，各系統(tǒng)之間的連接拆卸簡(jiǎn)單方便，為學(xué)生自主地設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容以及進(jìn)行實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的進(jìn)一步創(chuàng)新改進(jìn)提供了條件。

創(chuàng)新性地增加了真空與工質(zhì)充灌系統(tǒng)，增加了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)難度? 針對(duì)傳統(tǒng)熱管性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)裝置的不足，特別增加了真空與工質(zhì)充灌系統(tǒng)，真空與工質(zhì)充灌系統(tǒng)由抽真空系統(tǒng)由真空機(jī)組和閥門、抽真空管道、工質(zhì)罐、可輸出信號(hào)的臺(tái)秤、工質(zhì)罐組成。該系統(tǒng)可操作性強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)和自動(dòng)兩種模式的操作方式：

1）手動(dòng)方式增加學(xué)生實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的手動(dòng)操作環(huán)節(jié)，充分鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力;

2）自動(dòng)操作方式能讓學(xué)生在了解抽真空和充裝工質(zhì)的實(shí)驗(yàn)原理的基礎(chǔ)上，對(duì)自動(dòng)控制原理有了深入了解。

熱工測(cè)量技術(shù)的多層次應(yīng)用? 創(chuàng)新型熱管性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)裝置中的壓力、溫度、流量測(cè)量裝置兩端都設(shè)有螺旋接口或者管路快接裝置，方便學(xué)生采用不同精度的測(cè)量手段，學(xué)生可方便地拆卸、更換不同類型的壓力、溫度、流量測(cè)量元件，為學(xué)生了解不同的熱工測(cè)量技術(shù)的工作原理和操作過(guò)程提供了方便。

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的多層次性和多樣性? 由于該熱管性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)有真空與工質(zhì)充灌系統(tǒng)，因此，對(duì)于同一根熱管可以反復(fù)充裝不同的工質(zhì)，并可以精確控制工質(zhì)的充液量，可實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容更加豐富。熱管性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新平臺(tái)將實(shí)驗(yàn)分為三個(gè)層次：

1）完成基本教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn);

2）完成重在培養(yǎng)學(xué)生綜合能力的綜合性實(shí)驗(yàn);

3）完成重在培養(yǎng)學(xué)生研究能力的研究性實(shí)驗(yàn)。

為大學(xué)生提供了不同層次、不同難度的創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)教學(xué)和科技創(chuàng)新平臺(tái)。

密切結(jié)合多種工程背景，為學(xué)生的工程應(yīng)用能力培養(yǎng)提供了平臺(tái)? 全面提升工科大學(xué)生的創(chuàng)新能力，不但需要高質(zhì)量的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，還需要密切結(jié)合工程背景[16-17]。熱管是換熱器中的一種，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于余熱的回收、永久凍土層穩(wěn)定、地?zé)岬睦?、空調(diào)系統(tǒng)等多個(gè)領(lǐng)域。在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，充分考慮與不同工程背景相結(jié)合、提高學(xué)生工程意識(shí)的要求。熱管應(yīng)用的工程背景不同，熱管本身的工質(zhì)要求不同，熱管運(yùn)行時(shí)的工作條件不同。應(yīng)用于淺層地?zé)崴臒峁艽蠖嗍侵械蜏責(zé)峁?，熱管?nèi)工質(zhì)要求沸點(diǎn)比較低，與地?zé)崴匀粚?duì)流換熱，應(yīng)用于該系統(tǒng)的加熱系統(tǒng)為恒溫水浴槽，工質(zhì)選用氟利昂內(nèi)的物質(zhì);應(yīng)用于余熱利用的熱管大多數(shù)為中高溫?zé)峁?，熱管蒸發(fā)段所處的溫度比較高，為了模擬高溫環(huán)境，采用電加熱絲控溫加熱，熱管內(nèi)工質(zhì)要求潛熱大，工質(zhì)選用去離子水。該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)與多種工程背景的密切結(jié)合，為學(xué)生提供了高質(zhì)量的工程訓(xùn)練、科研訓(xùn)練場(chǎng)合。

4 創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)平臺(tái)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用體會(huì)

不拘泥于固定實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)? 利用該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，中國(guó)石油大學(xué)（北京）機(jī)械與儲(chǔ)運(yùn)工程學(xué)院在2011級(jí)熱能與動(dòng)力工程專業(yè)本科生重要專業(yè)課換熱器原理與設(shè)計(jì)課程中開(kāi)設(shè)熱管傳熱性能實(shí)驗(yàn)，作為大學(xué)生本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目。由于實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目不局限于工質(zhì)種類、工質(zhì)充液量、蒸發(fā)段長(zhǎng)度、傾斜角等影響熱管換熱的內(nèi)外因素，因此可實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容豐富，可作為綜合性實(shí)驗(yàn)或者研究性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)平臺(tái)。該實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目不局限于固定的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和指導(dǎo)書(shū)，同組學(xué)生可以自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案和目的，按照必要的實(shí)驗(yàn)操作指導(dǎo)自行進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。這種模式更有利于學(xué)生主動(dòng)性和積極性的發(fā)揮，有利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

另外，學(xué)生自行完成從熱管的抽真空操作、工質(zhì)的定量充灌到熱管傳熱性能實(shí)驗(yàn)整個(gè)過(guò)程，動(dòng)手環(huán)節(jié)大大增加，激發(fā)興趣，鍛煉動(dòng)手能力。教師從學(xué)生實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)的合理性、實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新性、實(shí)驗(yàn)操作的規(guī)范性、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的正確性、實(shí)驗(yàn)報(bào)告質(zhì)量五方面進(jìn)行評(píng)分，評(píng)價(jià)機(jī)制更加合理，學(xué)生的積極性和主動(dòng)性明顯提高。

工程實(shí)際應(yīng)用與大學(xué)生科技創(chuàng)新項(xiàng)目的有機(jī)結(jié)合? 該實(shí)驗(yàn)裝置研發(fā)成功后，相繼多次作為大學(xué)生科技創(chuàng)新項(xiàng)目提供實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。由于該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容具有多層次性，熱管工程應(yīng)用領(lǐng)域的多樣性，大學(xué)生科技創(chuàng)新項(xiàng)目已經(jīng)從科技創(chuàng)新訓(xùn)練向工程實(shí)際應(yīng)用擴(kuò)展，科技創(chuàng)新題目已經(jīng)與地?zé)崂?、基站制冷等工程?shí)際緊密地聯(lián)系在一起。

對(duì)于不同的工程實(shí)際，學(xué)生利用此平臺(tái)對(duì)熱管加以優(yōu)化，得到適用于不同工程實(shí)際的工質(zhì)選擇方案、最佳充液率、最佳傾斜角度。不同的工程實(shí)際背景不僅提高了學(xué)生科技創(chuàng)新的積極性，而且擴(kuò)展了學(xué)生的視野，培養(yǎng)了學(xué)生的工程意識(shí)，真正為學(xué)生理論知識(shí)與實(shí)踐技能的結(jié)合提供了條件。在科技創(chuàng)新項(xiàng)目進(jìn)行過(guò)程中，學(xué)生興趣濃厚，積極性得到充分調(diào)動(dòng)，創(chuàng)新能力和動(dòng)手能力得到有效提高，科學(xué)研究能力和工程應(yīng)用能力得到鍛煉。

5 結(jié)語(yǔ)

大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)需要高水平的創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，以實(shí)現(xiàn)基本實(shí)驗(yàn)、綜合實(shí)驗(yàn)、研究性實(shí)驗(yàn)的多層次實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，最終實(shí)現(xiàn)動(dòng)手能力、創(chuàng)新思維、科學(xué)研究能力、工程應(yīng)用能力等多層次能力的培養(yǎng)。另外，創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的研發(fā)過(guò)程與大學(xué)生科技創(chuàng)新項(xiàng)目有機(jī)結(jié)合，既有利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，又為實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)新平臺(tái)建設(shè)提供了源源不斷的創(chuàng)新性靈感。創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的建立為創(chuàng)新性本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)和大學(xué)生科技創(chuàng)新項(xiàng)目提供了有利條件。■

參考文獻(xiàn)

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