徐 寧， 王 玫， 吳 倩

（同濟(jì)大學(xué)化學(xué)系，上海 200092）

0 引言

“精品實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目”建設(shè)是針對(duì)某一實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的精品化建設(shè)，起到了對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的引領(lǐng)和示范作用［1-9］。在化工專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，“精品實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目”既要在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目上體現(xiàn)經(jīng)典性，又要在實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法上對(duì)傳統(tǒng)的模式有所突破和創(chuàng)新，以適應(yīng)新時(shí)期下的實(shí)驗(yàn)教學(xué)需求。要實(shí)現(xiàn)這一既定目標(biāo)，在傳承經(jīng)典實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的基礎(chǔ)上，于實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法層面，對(duì)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行新的詮釋便成為要探索的內(nèi)容。本文就以“精品實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目”建設(shè)中的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目“連續(xù)流動(dòng)反應(yīng)器中的返混測(cè)定”為例進(jìn)行闡述。

1 改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法更新實(shí)驗(yàn)手段

在“精品實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目”建設(shè)過程中，正確把握實(shí)驗(yàn)手段與實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法之間的關(guān)系至關(guān)重要。若純粹地以更新實(shí)驗(yàn)手段為主，則從“精品實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目”的內(nèi)涵角度觀察，不能很有效地對(duì)學(xué)生能力進(jìn)行訓(xùn)練和培養(yǎng)。而以實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法指導(dǎo)下的實(shí)驗(yàn)手段更新，則更能體現(xiàn)“精品實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目”建設(shè)的初衷，從建設(shè)效率考察，能達(dá)到事半功倍的效果。

對(duì)一個(gè)經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目——“連續(xù)流動(dòng)反應(yīng)器中的返混測(cè)定”，首先是確定實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法改進(jìn)的突破點(diǎn)，即結(jié)合自主學(xué)習(xí)的多方法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。然后，應(yīng)此實(shí)驗(yàn)方法之需，對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行改進(jìn)，將實(shí)驗(yàn)手段更新為具有多系統(tǒng)、數(shù)字化數(shù)據(jù)采集和輸出的裝置。有了硬件的支持，實(shí)驗(yàn)方法所需的大工作量的運(yùn)算才成為可能。同時(shí)運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，學(xué)生網(wǎng)上討論、教師網(wǎng)上答疑，將實(shí)驗(yàn)教學(xué)從課堂延伸到了課外，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)多了一種互動(dòng)形式。

此例說明，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中對(duì)實(shí)驗(yàn)手段的更新，是以實(shí)驗(yàn)過程中是否對(duì)學(xué)生的自主思考過程和解決問題的能力有幫助為條件的。應(yīng)實(shí)驗(yàn)方法改進(jìn)之需，實(shí)驗(yàn)手段得到了更新，反過來又能進(jìn)一步使實(shí)驗(yàn)方法得到更加完善，兩者能起到相輔相成的作用。

2 自主學(xué)習(xí)模式下的實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)

“連續(xù)流動(dòng)反應(yīng)器返混的測(cè)定”實(shí)驗(yàn)，其原理是用概率論這一數(shù)學(xué)工具建立數(shù)學(xué)模型，來描述返混這一普遍的自然規(guī)律。不僅適用于化工領(lǐng)域，對(duì)非本專業(yè)的學(xué)生也有方法和思維方面的借鑒作用。對(duì)化工專業(yè)和不具備相應(yīng)知識(shí)的非化工專業(yè)學(xué)生，在實(shí)驗(yàn)中一般都習(xí)慣于引用相關(guān)的知識(shí)和按公式處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。但是，對(duì)不具備背景知識(shí)的學(xué)生來說，就很難體會(huì)知識(shí)的運(yùn)用過程和運(yùn)用知識(shí)的能力。為此，將實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)成學(xué)生自主學(xué)習(xí)的模式，將相關(guān)知識(shí)和建立數(shù)學(xué)模型的思維方法較完整地掌握，作為實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的之一。為了有效地培養(yǎng)包括操作設(shè)計(jì)能力和數(shù)據(jù)處理能力等實(shí)驗(yàn)的技能，采取對(duì)問題進(jìn)行多方法、不同思維方式探索的實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理過程的多方法，給予學(xué)生以較大的思維空間。

這種模式的設(shè)計(jì)，使得單純地測(cè)定驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)，改變?yōu)樽灾鲗W(xué)習(xí)型的探索性實(shí)驗(yàn)。在驗(yàn)證中求探索，是對(duì)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行的一種新的詮釋和探索。

3 在實(shí)驗(yàn)研究方法論指導(dǎo)下的實(shí)驗(yàn)過程

本著強(qiáng)調(diào)知識(shí)學(xué)習(xí)和應(yīng)用能力的培養(yǎng)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)指導(dǎo)書除了介紹相關(guān)的概率論知識(shí)外，還著重?cái)⑹隽藬?shù)學(xué)模型建立的方法。將冷模、歸一化法、無因次化等體現(xiàn)化學(xué)工程的研究方法論，貫穿于整個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程。為了使學(xué)生有效掌握數(shù)據(jù)處理方法，設(shè)計(jì)了以分布密度為抓手的數(shù)據(jù)處理過程。學(xué)生可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)嘗試不同的方法獲取分布密度，再用分布密度求取數(shù)學(xué)期望和方差，最后獲得模型參數(shù)。過程體現(xiàn)了以實(shí)驗(yàn)研究方法論指導(dǎo)下的多方法思維進(jìn)程。

在此實(shí)驗(yàn)中，以分布密度為抓手，起到了背景知識(shí)與數(shù)學(xué)模型相聯(lián)系的橋梁作用，而數(shù)學(xué)模型的建立過程則體現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)研究方法論的運(yùn)用。

4 學(xué)習(xí)興趣的培養(yǎng)與求知欲的喚醒

一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目能否吸引學(xué)生，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的興趣起很重要的作用［10-13］。除了實(shí)驗(yàn)裝置、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容外，運(yùn)用相應(yīng)的知識(shí)背景探索實(shí)驗(yàn)研究過程，也是增進(jìn)和培養(yǎng)興趣的要素之一。

實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目“連續(xù)流動(dòng)反應(yīng)器返混的測(cè)定”，集營(yíng)造裝置數(shù)字化氛圍和引導(dǎo)、培養(yǎng)興趣相結(jié)合的方式，不斷增進(jìn)學(xué)生的興趣和求知欲。由于該實(shí)驗(yàn)裝置為數(shù)字化實(shí)驗(yàn)裝置，能吸引本專業(yè)和一些外專業(yè)的學(xué)生。有近一半本系外專業(yè)學(xué)生報(bào)名參加，實(shí)驗(yàn)并不難做。但到了面對(duì)一大堆數(shù)據(jù)要處理時(shí)，發(fā)覺建模所需知識(shí)背景之深，原理之復(fù)雜是先前很少遇到過的，先要學(xué)習(xí)概率論的相關(guān)知識(shí)，再了解建立數(shù)學(xué)模型的方法，最后再處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。學(xué)生在“糾結(jié)”的情結(jié)下，硬著頭皮在實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的引導(dǎo)下，開始了自學(xué)過程……，在不知不覺間似乎找到了一絲久違的獵奇感，直到了解了原理和建模思想，一氣呵成地處理完實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出結(jié)果時(shí)，才感到“有付出就有收獲”，于是一股“成就感”油然而生，似乎一下子喚醒了曾經(jīng)有過的求知欲。學(xué)生在完成實(shí)驗(yàn)過程后，最后感到：“這樣的拓展實(shí)驗(yàn)意義很不尋常，收獲很大”;“本次實(shí)驗(yàn)不同于其他幾個(gè)實(shí)驗(yàn)，它的裝置比較小，并借以通過電腦進(jìn)行數(shù)據(jù)分析操作，是將現(xiàn)代化科技與傳統(tǒng)化工實(shí)驗(yàn)的完美結(jié)合”;“這個(gè)實(shí)驗(yàn)所涉及的理論范圍廣，并且通過計(jì)算機(jī)軟件輸出并處理數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)的綜合性很強(qiáng)，較傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方式有很大的優(yōu)越性”;“不僅學(xué)習(xí)了關(guān)于釜式反應(yīng)器和管式反應(yīng)器的一些基本知識(shí)，更重要的是學(xué)習(xí)一種數(shù)學(xué)上數(shù)據(jù)處理的方法”;“為以后的數(shù)學(xué)處理過程開辟了新的途徑和思路”;“本實(shí)驗(yàn)耗時(shí)少，操作也簡(jiǎn)單，但巧妙地利用概率統(tǒng)計(jì)理論來解釋流體流動(dòng)現(xiàn)象，不僅展示了新的知識(shí)，更讓我們學(xué)習(xí)到一種研究的方法”，這是參加實(shí)驗(yàn)學(xué)生的普遍感受。外專業(yè)學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)的整個(gè)過程不但可以增進(jìn)興趣而且還可以培養(yǎng)求知欲。

興趣的“迎合”與培養(yǎng)相結(jié)合，而求知欲和獵奇感的喚醒才是此次實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程的最大收獲之一。

5 培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題的能力

實(shí)驗(yàn)過程中的思考題，對(duì)幫助學(xué)生進(jìn)一步掌握實(shí)驗(yàn)技能起到了重要的作用。然而，思考題在引導(dǎo)學(xué)生的同時(shí)，也束縛了學(xué)生的思維過程。學(xué)生習(xí)慣于答題，久而久之發(fā)現(xiàn)問題的能力得不到培養(yǎng)而趨弱化。針對(duì)這一狀況，適當(dāng)減少實(shí)驗(yàn)后命題式的思考題，而增加對(duì)實(shí)驗(yàn)過程中自己遇到的問題的討論，在討論中不斷地發(fā)現(xiàn)新問題，不斷地解決問題，能充分解放學(xué)生的思維方式。于是，如何發(fā)現(xiàn)問題變成了關(guān)鍵。

為了培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)問題的能力，首先，營(yíng)造一個(gè)合適的氛圍是很有必要的。在硬件方面，實(shí)驗(yàn)裝置采用多通道系統(tǒng)，包括三釜串聯(lián)通道、管式反應(yīng)器通道以及管式循環(huán)反應(yīng)器通道。學(xué)生可以根據(jù)不同形式反應(yīng)器的返混程度進(jìn)行比較。另外，通過網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)也能發(fā)揮學(xué)生的主體作用，給學(xué)生提供施展討論和分析問題才能的舞臺(tái)。其次，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中如何引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題方面，教師的主導(dǎo)作用是不可或缺的。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生從實(shí)驗(yàn)研究方法層面上把握進(jìn)程，從而為學(xué)生提供發(fā)現(xiàn)問題的多種途徑。

這些構(gòu)成了實(shí)驗(yàn)教學(xué)中有利于學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題的環(huán)境，并能夠引發(fā)對(duì)所發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行討論。通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)的訓(xùn)練，能有效培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題的能力。

6 專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目適應(yīng)通識(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)［14-16］

“連續(xù)流動(dòng)反應(yīng)器返混的測(cè)定”是一個(gè)經(jīng)典的化工基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，受專業(yè)知識(shí)的限制，其實(shí)驗(yàn)開放對(duì)象主要是化工專業(yè)和與化學(xué)相關(guān)專業(yè)（開設(shè)過化工基礎(chǔ)課的）的學(xué)生。但是，“返混”現(xiàn)象是自然界的普遍規(guī)律之一。除了化學(xué)反應(yīng)器，污水處理過程中的“泥齡”問題、醫(yī)學(xué)方面消化系統(tǒng)模型等都涉及“返混”的問題，測(cè)定物料的停留時(shí)間分布，用建立數(shù)學(xué)模型方法解決問題，在實(shí)驗(yàn)方法層面上具有指導(dǎo)意義。因此，將此經(jīng)典實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目建成通識(shí)性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，作為“精品實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目”建設(shè)的一環(huán)具有積極意義，將最大限度地拓展實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的受眾性，能夠促使各學(xué)科間在實(shí)驗(yàn)方法上進(jìn)行交流和借鑒。

基于通識(shí)性的需要，其實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書中除了強(qiáng)調(diào)通識(shí)性和基礎(chǔ)性的知識(shí)外，還要深入淺出地介紹相關(guān)化學(xué)工程的研究方法和建立數(shù)學(xué)模型的思維方式，使之有盡量多的學(xué)生能適應(yīng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和過程。

通識(shí)性的另一功能是開放性，由于該實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目初步具備了集知識(shí)性、興趣性、手段先進(jìn)性等要素，為成為課外開放性實(shí)驗(yàn)奠定了基礎(chǔ)。通過開放，可進(jìn)一步完善實(shí)驗(yàn)的通識(shí)性，使實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的通識(shí)性更名副其實(shí)。

7 實(shí)驗(yàn)考核體系的探索

對(duì)實(shí)驗(yàn)考核體系的探索是“精品實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目”建設(shè)的目標(biāo)之一。其考核的內(nèi)容和原則經(jīng)多年的實(shí)踐作了一些探索，在保留了運(yùn)行多年、行之有效的評(píng)分方法情況下，增加了對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論內(nèi)容的評(píng)分，并增加了此項(xiàng)的權(quán)重。具體操作時(shí)，本著靈活的原則，在實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論中尋找閃光點(diǎn)，若有獨(dú)到見解，再給予具體評(píng)分。與以前區(qū)別是不以成敗論英雄，即使實(shí)驗(yàn)失敗，只要找出了原因、發(fā)現(xiàn)了問題后能進(jìn)行分析，應(yīng)給予肯定與鼓勵(lì)，不影響成績(jī)。若有獨(dú)到的見解，還可以適當(dāng)?shù)募臃帧Ａ硗?，網(wǎng)上的互動(dòng)討論也應(yīng)適當(dāng)加分。

具體評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)占20%;實(shí)驗(yàn)操作占20%;數(shù)據(jù)處理占20%;實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論占30%;網(wǎng)上的互動(dòng)討論占10%。

8 對(duì)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)過程的再設(shè)計(jì)

為體現(xiàn)上述過程，對(duì)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目“連續(xù)流動(dòng)反應(yīng)器返混的測(cè)定”的實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行了再設(shè)計(jì)，力求將實(shí)驗(yàn)過程體現(xiàn)出：從掌握數(shù)學(xué)工具到運(yùn)用工具建立數(shù)學(xué)模型，并用模型驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的完整過程。

（1）對(duì)實(shí)驗(yàn)中涉及的基礎(chǔ)知識(shí)，如概率論中“隨機(jī)變量及其分布”和“隨機(jī)變量的數(shù)字特征”進(jìn)行自主學(xué)習(xí)的設(shè)計(jì)。著重要求掌握建立數(shù)學(xué)模型的背景知識(shí)和建立數(shù)學(xué)模型的方法。

（2）將驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)成設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)。根據(jù)數(shù)學(xué)模型，在實(shí)驗(yàn)前預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)過程中的影響因素，并且對(duì)實(shí)驗(yàn)操作變量進(jìn)行設(shè)計(jì)，如流體流量、攪拌速率、循環(huán)量等。這樣，在實(shí)驗(yàn)過程中能夠進(jìn)行人機(jī)對(duì)話的應(yīng)答過程，始終主動(dòng)把握實(shí)驗(yàn)的進(jìn)程，有的放矢地修正實(shí)驗(yàn)過程中的操作參數(shù)，達(dá)到邊實(shí)驗(yàn)邊探索的目的。

（3）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理過程設(shè)計(jì)成多方法的數(shù)據(jù)處理過程。讓學(xué)生從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中以多方法求取分布密度，自行推導(dǎo)離散法公式來處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，獲得檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的模型參數(shù)，一方面使學(xué)生的思維方式得到鍛煉，另一方面也能鞏固和檢驗(yàn)學(xué)習(xí)的成果。

（4）實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論過程要求學(xué)生歸納和分析實(shí)驗(yàn)中規(guī)律性東西。學(xué)會(huì)對(duì)問題和現(xiàn)象的分析，特別是對(duì)反常的現(xiàn)象的分析和解釋則更能體現(xiàn)對(duì)知識(shí)靈活應(yīng)用的能力。

上述過程對(duì)本專業(yè)學(xué)生能起到知識(shí)的學(xué)習(xí)、運(yùn)用和鞏固的作用。而對(duì)于外專業(yè)的學(xué)生主要以掌握實(shí)驗(yàn)的研究方法，用以拓展思維方式以及思維借鑒為目的，則可以通過預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和操作、自主學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)處理和討論來達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?/p>

9 結(jié)語

對(duì)一經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，其積極的態(tài)度在于：在傳承的基礎(chǔ)上，不斷地進(jìn)行新的詮釋和探索，使之更加適應(yīng)新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)展趨勢(shì)，更加豐富其內(nèi)涵。從而，形成了在實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法層面上的突破與創(chuàng)新。由此可見，在某種程度上講，對(duì)經(jīng)典進(jìn)行新的詮釋也是一種創(chuàng)新之舉，也是“精品實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目”建設(shè)的要義之一。

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［11］ 任偉德.配備趣味性實(shí)驗(yàn)儀器的探討［J］.教學(xué)儀器與實(shí)驗(yàn)，2011，27（12）：46-48.

［12］ 唐曉紅，韓春亮.開設(shè)聚乙烯醇縮甲醛合成實(shí)驗(yàn)的實(shí)踐與分析［J］.中國(guó)教育技術(shù)裝備，2011（33）：135-136.

［13］ 王 娜，徐魯雄.計(jì)算機(jī)運(yùn)用基礎(chǔ)課程教學(xué)改革的探索與實(shí)踐［J］.福建師范大學(xué)福清分校學(xué)報(bào)，2011（5）：86-90.

［14］ 馬曉春.通識(shí)教育理念融入實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的模式［J］.實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2009，28（12）：119-121.

［15］ 馬曉春.高等教育通識(shí)教育背景下實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的探索［J］.實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2007（6）：26-27.

［16］ 華洪波，張利兵.案例與實(shí)驗(yàn)教學(xué)法在大學(xué)數(shù)學(xué)通識(shí)課教學(xué)中的應(yīng)用［J］.考試周刊，2011，38：73-74.