國家大學生創新實驗項目的實踐與思考*

◆李文博 尹爽 陳培焱 金英愛

1 引言

創新，即發明和創造，這一概念出自德國經濟學家熊彼特的創新理論。“國家大學生創新實驗計劃”是我國高等院校全新的教學形式和綜合性的教學活動，此項目可以使學生在本科階段就投入到科研創新的活動中，充分激發大學生的積極性、主動性和創造性。而作為本項計劃的目標客體的創新項目，則是連接“國家大學生創新性實驗計劃”有關部分的紐帶。

以往大學生在進行工程熱力學實驗“非穩態導熱的測量”時，通常采用氣體對板材進行單面加熱的方法，隨著加熱時間的增加，熱量由加熱面向非加熱面傳輸，當加熱時間達到一定數值時，板材整體的溫度達到一定值，達到熱透，此時用熱電偶進行測溫，并畫出加熱溫度與時間的關系曲線，與理論曲線進行對比。這種方法主要利用熱電偶進行測量，在穩態導熱時，熱電偶測溫相對而言是比較準確的，但是由于測溫時熱電偶讀數的準確性與熱電偶的時間常數有關，所以在非穩態條件下熱電偶測量會有較大的誤差。除此之外，在實驗進行過程中，單面加熱板材無法使板材表面溫度達到理想狀態，壁溫不均勻也會造成測量過程中的主要誤差。因此，如果能對測量時的邊界條件以及測量工具進行改進，就可以大幅度減少系統誤差，從而使測量結果與理論值更加契合。

對于本科階段的學生而言，由于實際動手操作的機會有限，因此很少能夠參與到科技創新的研究中來。但是吉林大學作為參與“國家大學生創新實驗計劃”項目的高校之一，每年都大力鼓勵本科生積極主動參加到這一計劃項目中來。筆者和同學有幸申請參與到“電模擬法實驗及材料導熱性能分析”這一創新項目中，在有關教師的幫助下，得到了學院和實驗室的認可。

學生作為“國家大學生創新性實驗計劃”的主體，應當充分發揮主觀能動性，活躍思維，在實驗教師的指導幫助下，有意識地訓練自己的素質，提高動手能力和創新能力，這對今后的學習生活以及工作是極有幫助的。

2 實施計劃項目的思考與體會

項目選題的思考 由于應試教育一直以來對學生的影響，學生在選題時往往缺乏自主思考，一味拷貝或遵循導師的科研項目，因而項目的選題通常缺乏突破點。因此，學生應積極討論創新項目的選題方向，以小組討論的方式，征詢每位成員的意見，廣泛搜集各種資料，確立最終選題。筆者小組在參觀熱能系實驗室后，發現工程熱力學的課程實驗中測定非穩態導熱實驗存在實驗缺陷，在詳細咨詢過導師意見及建議后，決定以此作為出發點；并受到大學物理實驗中模擬法測靜電場實驗的實驗模式啟發，決定用模擬的方法模擬間接測量非穩態導熱情況的溫度場。可以說，在指導教師的指點下，學生的獨立思考尤為重要。

實驗臺搭建過程中的思考 在前期做了充分理論準備和詳細查閱各種參考資料后，真正實施項目過程的關鍵在于實驗臺的搭建，而搭建實驗臺，則是理論和實踐的最好體現，可以大大提高大學生的動手能力和團隊合作能力。搭建實驗臺就像利用鋼筋、水泥等材料建筑大樓，在原有圖紙的基礎上，嚴格按照規劃來完成，材料也必須是最優質、最理想的。

筆者小組在初期搭建實驗臺時，曾遇到過瓶頸期，類似于科研中的進展瓶頸，大腦的思考和雙手的實踐無法得到完美的契合。雖然遭遇瓶頸期，但筆者小組的指導教師并沒有直接參與到改進實驗方案的過程中，與此相反，反而大力鼓舞學生勇于嘗試、敢于創新，列出心中設想的多種解決方案，并逐一驗證，始終將主動權交予學生手中。可以說，筆者小組在此過程中真正學到了東西，掌握了本領，這完全得益于指導教師的及時指點和放手嘗試。

在實驗過程中，學生主動思考討論遇到的問題并提出解決方案，可以高效提高思考能力和創新能力，把書本和實際相結合，讓死板固定的書本知識化為靈活真實的科學應用。又因為大學生對科研的接觸相對較少，所以很少受到傳統思維方式的束縛，可以充分開放思路和思維，尋求新穎創新，很有可能打開課題的另一扇窗戶，找到更優質的解決問題的方法。

在筆者小組遇到的實驗問題中，證明了傳統思維對搭建實驗臺的拘束。在被測板材的材料選擇中，本打算采用金屬作為實驗材料，但結果表明，金屬的電位變化十分不明顯，而后換用的石墨導電板依舊無法實現預想結果，于是拋除課本上提供的材料，自行尋找適當的板材，最終用石墨導電噴漆噴在塑料板上自制了不同形狀的板材，不僅板材的電阻大小適中，電位分布也相應吻合。

測試實驗臺的思考 完成搭建實驗臺的工作后緊接著就是測試實驗臺，所以很有必要認真規劃每一個細節，確保萬無一失。在此過程中也可以訓練動手能力，手與腦結合，提高自主思維能力，提升創新創造能力。

由于實驗方案是由理論推導得出，實際操作時難免有誤差的產生，所以在測試過程中要充分思考產生實驗誤差的原因，對其進行調整，將實驗方案細致化、精確化，從實踐中得出成熟可行的完整方案。

處理實驗數據的思考 完成測試電位點的數據后，需要對測試的數據進行處理分析，將理論值和實際值進行對比，列出表格，畫出實驗數據的曲線圖。除此而外，筆者小組還需要進行熱學實驗，得出不同形狀板材各點的溫度值并畫出溫度場，將相應形狀板材的電位場和溫度場圖形進行對比，得出模擬實驗的最佳條件。

對于處理數據來說，對其進行誤差分析是極為重要的，每一個實驗都是如此。實驗的誤差可以反映此種實驗方案的合理性與否，是客觀結果，同時對于實驗方案的改進起著重要的作用。學生通過對數據的處理分析和其存在的誤差，可以找出減少誤差的解決方法，找到模擬實驗的最適合的邊界條件，并對實驗方案進行全方位的思考和評估。

3 結束語

創新對于一個國家的發展起著至關重要的作用，而創新人才的培養則是其關鍵。培養創新人才應當從實踐出發，結合課本知識，而各高校的各個部門也應互相配合。首先是從思想上鼓勵學生，激發學生的自主意識，主動思考前人研究中的不足點，開拓思維，打破傳統，在指導教師的指導下完善研究工作。另外，指導教師也應該幫助學生充分掌握實驗所需技能，讓學生具備進行創新實驗的能力，從行動上鼓勵學生在實踐中提高自己，學習書本上所學不到的知識。

通過選題、搭建實驗臺和測試實驗臺并測量數據的實踐，學生能夠學習認識到積極思考的重要性，并且體會到堅持的可貴之處。理論和實際的結合，可以充分提高學生的動手能力和團隊意識，這對于學生今后的工作、生活至關重要，可以為將來立足社會打下良好基礎。

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