国家大学生创新实验项目的实践与思考*

◆李文博 尹爽 陈培焱 金英爱

1 引言

创新，即发明和创造，这一概念出自德国经济学家熊彼特的创新理论。“国家大学生创新实验计划”是我国高等院校全新的教学形式和综合性的教学活动，此项目可以使学生在本科阶段就投入到科研创新的活动中，充分激发大学生的积极性、主动性和创造性。而作为本项计划的目标客体的创新项目，则是连接“国家大学生创新性实验计划”有关部分的纽带。

以往大学生在进行工程热力学实验“非稳态导热的测量”时，通常采用气体对板材进行单面加热的方法，随着加热时间的增加，热量由加热面向非加热面传输，当加热时间达到一定数值时，板材整体的温度达到一定值，达到热透，此时用热电偶进行测温，并画出加热温度与时间的关系曲线，与理论曲线进行对比。这种方法主要利用热电偶进行测量，在稳态导热时，热电偶测温相对而言是比较准确的，但是由于测温时热电偶读数的准确性与热电偶的时间常数有关，所以在非稳态条件下热电偶测量会有较大的误差。除此之外，在实验进行过程中，单面加热板材无法使板材表面温度达到理想状态，壁温不均匀也会造成测量过程中的主要误差。因此，如果能对测量时的边界条件以及测量工具进行改进，就可以大幅度减少系统误差，从而使测量结果与理论值更加契合。

对于本科阶段的学生而言，由于实际动手操作的机会有限，因此很少能够参与到科技创新的研究中来。但是吉林大学作为参与“国家大学生创新实验计划”项目的高校之一，每年都大力鼓励本科生积极主动参加到这一计划项目中来。笔者和同学有幸申请参与到“电模拟法实验及材料导热性能分析”这一创新项目中，在有关教师的帮助下，得到了学院和实验室的认可。

学生作为“国家大学生创新性实验计划”的主体，应当充分发挥主观能动性，活跃思维，在实验教师的指导帮助下，有意识地训练自己的素质，提高动手能力和创新能力，这对今后的学习生活以及工作是极有帮助的。

2 实施计划项目的思考与体会

项目选题的思考 由于应试教育一直以来对学生的影响，学生在选题时往往缺乏自主思考，一味拷贝或遵循导师的科研项目，因而项目的选题通常缺乏突破点。因此，学生应积极讨论创新项目的选题方向，以小组讨论的方式，征询每位成员的意见，广泛搜集各种资料，确立最终选题。笔者小组在参观热能系实验室后，发现工程热力学的课程实验中测定非稳态导热实验存在实验缺陷，在详细咨询过导师意见及建议后，决定以此作为出发点；并受到大学物理实验中模拟法测静电场实验的实验模式启发，决定用模拟的方法模拟间接测量非稳态导热情况的温度场。可以说，在指导教师的指点下，学生的独立思考尤为重要。

实验台搭建过程中的思考 在前期做了充分理论准备和详细查阅各种参考资料后，真正实施项目过程的关键在于实验台的搭建，而搭建实验台，则是理论和实践的最好体现，可以大大提高大学生的动手能力和团队合作能力。搭建实验台就像利用钢筋、水泥等材料建筑大楼，在原有图纸的基础上，严格按照规划来完成，材料也必须是最优质、最理想的。

笔者小组在初期搭建实验台时，曾遇到过瓶颈期，类似于科研中的进展瓶颈，大脑的思考和双手的实践无法得到完美的契合。虽然遭遇瓶颈期，但笔者小组的指导教师并没有直接参与到改进实验方案的过程中，与此相反，反而大力鼓舞学生勇于尝试、敢于创新，列出心中设想的多种解决方案，并逐一验证，始终将主动权交予学生手中。可以说，笔者小组在此过程中真正学到了东西，掌握了本领，这完全得益于指导教师的及时指点和放手尝试。

在实验过程中，学生主动思考讨论遇到的问题并提出解决方案，可以高效提高思考能力和创新能力，把书本和实际相结合，让死板固定的书本知识化为灵活真实的科学应用。又因为大学生对科研的接触相对较少，所以很少受到传统思维方式的束缚，可以充分开放思路和思维，寻求新颖创新，很有可能打开课题的另一扇窗户，找到更优质的解决问题的方法。

在笔者小组遇到的实验问题中，证明了传统思维对搭建实验台的拘束。在被测板材的材料选择中，本打算采用金属作为实验材料，但结果表明，金属的电位变化十分不明显，而后换用的石墨导电板依旧无法实现预想结果，于是抛除课本上提供的材料，自行寻找适当的板材，最终用石墨导电喷漆喷在塑料板上自制了不同形状的板材，不仅板材的电阻大小适中，电位分布也相应吻合。

测试实验台的思考 完成搭建实验台的工作后紧接着就是测试实验台，所以很有必要认真规划每一个细节，确保万无一失。在此过程中也可以训练动手能力，手与脑结合，提高自主思维能力，提升创新创造能力。

由于实验方案是由理论推导得出，实际操作时难免有误差的产生，所以在测试过程中要充分思考产生实验误差的原因，对其进行调整，将实验方案细致化、精确化，从实践中得出成熟可行的完整方案。

处理实验数据的思考 完成测试电位点的数据后，需要对测试的数据进行处理分析，将理论值和实际值进行对比，列出表格，画出实验数据的曲线图。除此而外，笔者小组还需要进行热学实验，得出不同形状板材各点的温度值并画出温度场，将相应形状板材的电位场和温度场图形进行对比，得出模拟实验的最佳条件。

对于处理数据来说，对其进行误差分析是极为重要的，每一个实验都是如此。实验的误差可以反映此种实验方案的合理性与否，是客观结果，同时对于实验方案的改进起着重要的作用。学生通过对数据的处理分析和其存在的误差，可以找出减少误差的解决方法，找到模拟实验的最适合的边界条件，并对实验方案进行全方位的思考和评估。

3 结束语

创新对于一个国家的发展起着至关重要的作用，而创新人才的培养则是其关键。培养创新人才应当从实践出发，结合课本知识，而各高校的各个部门也应互相配合。首先是从思想上鼓励学生，激发学生的自主意识，主动思考前人研究中的不足点，开拓思维，打破传统，在指导教师的指导下完善研究工作。另外，指导教师也应该帮助学生充分掌握实验所需技能，让学生具备进行创新实验的能力，从行动上鼓励学生在实践中提高自己，学习书本上所学不到的知识。

通过选题、搭建实验台和测试实验台并测量数据的实践，学生能够学习认识到积极思考的重要性，并且体会到坚持的可贵之处。理论和实际的结合，可以充分提高学生的动手能力和团队意识，这对于学生今后的工作、生活至关重要，可以为将来立足社会打下良好基础。

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