自制實驗設備對提升原始創新能力的作用

湯宏群，蘇廣才，陸際春，趙斌斌，閣世景

（廣西大學，廣西 南寧 530004）

自國家啟動了中西部高校提升綜合實力計劃，我校抓住機遇，順利入選該計劃。為實現增強學校綜合實力和可持續發展能力的目標，結合“卓越工程師教育培養計劃”提出的面向工業界、面向世界、面向未來，培養造就一大批創新能力強、適應經濟社會發展需要的高質量各類型工程技術人才目標[1]。學校指出，目前，高等教育已有長足發展，但實踐教學尚有欠缺，為培養知識結構優良、創新能力強、綜合素質高的應用型工程技術人才，我校未來教學設計將緊密結合企業需求，考慮從面向工程、面向應用、面向社會、全程互動等方面進行改進，打破傳統體系和講課模式，增加實踐環節，重點提高學生的原始創新能力。什么是原始創新能力？如何提升學生的原始創新能力，加大學生實踐能力和動手能力的培養，增強學校綜合實力，將是現階段高校必須解決的主要問題。高等學校是我國基礎研究和高技術領域原始性創新的主力軍之一，高等學校實驗室是教學、科研的重要基地，是創新的基地。高校實驗室儀器設備是教學、科研工作的必備條件。本文以提升原始創新能力為目標，談談自制實驗設備對提升學生原始創新能力所起的作用。

一、原始創新能力

創新是科學研究的靈魂，是人類社會發展的不竭動力?！秶抑虚L期科學和技術發展規劃綱要》提出了新時期我國科學技術發展的指導方針是“自主創新、重點跨越、支撐發展、引領未來”，自主創新是核心，是我國科學技術發展的戰略基點，是建設創新型國家的必由之路，包括原始性創新、集成創新和引進消化吸收再創新。原始性創新是指有原創性思維的參與其中的活動，特別指前所未有的重大科學發現、技術發明、原理性主導技術等創新成果。原始性創新意味著在研究開發方面，特別是在基礎研究和高技術研究領域取得獨有的發現或發明[2]。

提高原始創新能力是實現我國科技發展從以跟蹤模仿為主向以自主創新為主轉變的先決條件。高等學校是培養高層次創新人才的主要基地，是我國基礎研究和高技術領域原始創新的主力軍之一，是解決國民經濟重大科技問題、推動科技成果轉化與產業化的強大生力軍[3-4]。高校實驗室承擔著大學生的各類實驗、實踐環節的教學課程，它是培養大學生能力和提高學生素質的最重要的場所之一。實驗教學是培養學生實踐能力的重要方面，而實驗又是實驗教學的重要工具[5]。如何加強實踐環節，培養學生獨立工作能力，提升原始創新能力已經成為當前教學改革中一個十分重要的研究課題。自制實驗教學設備，對于更新實驗手段，增加實驗教學內容，激發學生的學習興趣，培養學生的創新意識和實踐能力等方面有著積極作用[6]。

二、自制實驗設備的作用

1.自制實驗設備激發學生的思維提升原始創新能力。自制實驗設備可以根據專業教學大綱規定的實驗項目，制作更適用、更合理的裝置，這種裝置的特點是面廣、適用性強，具有較大的靈活性。如鑄造合金及熔煉的實驗教學包括《鑄鐵合金及熔煉》、《鑄鋼及熔煉》、《鑄造有色金屬》三門課的實驗教學，是專業教學過程中的一個比較重要的教學環節，對培養學生的基本實驗技能、實際動手能力以及創造性思維能力都十分重要。因此，在實踐教學活動中，進行長期的探索和多年的實踐，將上述三門課中的重點實驗內容和檢測實驗中的部分內容融合一起，組成一組大型綜合性實驗。要求學生對現有的實驗設備進行調整和改進，以滿足新的實驗教學大綱要求，激發學生的思維提升原始創新能力。

另外，為了使學生很好地理解課堂上所學的知識，教師在自制實驗設備的設計構思上貫穿了直觀的思想，能使學生直觀地獲得實驗結果，具有較大的直觀性。在“鑄造工藝”課堂中，學生被動地接受教師的“滿堂灌”，部分學生還不認真聽講；上實驗課時學生基本是應付、完成差事。以“模擬鑄造充型工藝實驗”著例，改革前這個實驗課是用一個存儲一定量的水蓄水槽，然后通過開關控制，用水模擬高溫鐵水澆注到各種各樣的模型中的充型過程。水最后從模型流出并通過一個水泵抽回到水槽。學生一看這么簡單，像走馬燈式地把幾個模擬試驗看一遍，一節實驗課20分鐘不到就上完了。改革后教師在課前將每個模型所包含的鑄造工藝過程作為問題提出，例如高溫鐵水中為什么含有夾雜物？這些夾雜物流入鑄型后，對鑄件有哪些不良影響？然后由學生自行設計一種澆注系統，既能滿足鑄造工藝，又能避免夾雜物進入鑄型。這些問題將學生所學的合金熔煉、鑄件形成理論、鑄造工藝、鑄造材料基礎知識有機地聯系起來，并進行自制設備設計。調動學生動腦積極性，啟發學生創新思維，對提升學生原始創新能力起到一定的作用。

2.自制實驗設備引導優秀學生作設計性、研究性實驗提升原始創新能力。實驗教學是高等學校教學體系的重要組成部分，它在對學生的綜合能力培養方面有3個方面的功能：（1）通過實驗理解、驗證和鞏固理論教學的內容，以鞏固獲得的知識；（2）通過實驗得到實驗技能的基本訓練，培養學生的實驗技術和動手能力；（3）通過獨立選題、設計、觀察、記錄、數據處理、歸納分析，探索新的發現以獲得研究成果，同時得到參與科研能力的訓練[7]。

自制實驗設備可以引導優秀學生作設計性、研究性實驗。例如，研究不同種類的合金，在冷卻時線收縮產生、發展的規律時，常需要測試線收縮的大小及隨合金溫度、時間變化的情況。因此，我們自行設計了線收縮測定儀器，為了提高測試精度，適應不同的合金和鑄型的測試，我們在裝置的結構上進行了改進設計，主要是把裝置設計為雙向可調式結構，對不同的測試要求，采用不同型號的傳感器。為了避免傳感器的轉換元件受熱變形，影響測試精度，學生還設計了用冷卻水套將傳感器與測頭隔開，傳感器固定在測壁上。側壁在絲桿帶動下，可沿燕尾槽作上下和左右移動，以隨意調整傳感器的軸線位置，適應不同的試件測試。教師提出了一些設計性實驗題目，讓一些優秀學生選做，并提供一些必要的幫助，鼓勵優秀學生積極參與自制實驗設備活動，注重激勵學生的上進心和特殊興趣，使他們在獨立工作能力和創新思維方面得到冒尖，提升學生原始創新能力。

3.自制實驗設備激發學生的創新能力，提升原始創新能力。由于高校學科和專業調整，教材內容變化較大，需不斷翻新，特別是對于新設置的專業，問題更是突出，自制實驗設備可以及時開出實驗，提高實驗開出率。另外，實驗教學裝置屬于較先進的技術產品，專用性強，社會需求量小，價格較貴。特別是一些專業面比較窄，所需實驗儀器大多無法從市場購到，即使能購到的儀器設備，在使用和功能上也遠遠滿足不了教學實驗的需求[8-10]，例如，鑄造合金線收縮性能檢測是《鑄造工程基礎》課程的必開實驗之一，長期以來，由于缺乏鑄造合金性能檢測儀器以及課時的限制，這些實驗都無法開出。學校鼓勵和支持自制實驗設備，學生在教師的指導下，自行設計了線收縮檢測儀，開始采用彈簧板法進行測量，但用螺栓定位試樣，在高溫下有相對滑移，且拉桿因無冷卻措施會產生膨脹，影響測量結果。教師把問題提出來，學生翻閱大量資料和市場調研后采用固定金屬型定位及白由端水冷，克服了前面的不足，但它用百分表指示，不能記錄，仍承襲了人工記錄的方法。最后選擇差動變壓器，即當初級繞組加以一穩定的交變電壓后，由于鐵心感應，在兩個差接的次級繞組上便產生二個相反的電壓。當鐵心直線移動時，次級繞組電壓即隨之線性改變，于是可將鐵心連接于試樣（型腔）上。澆注后，試棒收縮牽引鐵心移動，輸出信號送二次儀表記錄。整個過程激發了學生的創新能力，同時提升原始創新能力。

三、結束語

自制實驗設備可以激發學生的思維，引導優秀學生作設計性、研究性實驗，激發學生的創新能力，對提升學生原始創新能力起到重要作用，提高學生的實踐能力和創新精神；培養學生的職業素質，如團隊協作意識和共同攻關的精神等，為以后的就業打下了堅實的基礎。

[1]教育部啟動實施“卓越工程師教育培養計劃”——面向工業界、面向世界、面向未來，培養卓越工程師后備人才[J].中國大學教學，2010，（7）：3-5.

[2]汪寅，黃翠瑤.原始創新問題研究概述與高校的原創建設[J].科技管理研究，2008，（3）：145-147．

[3]王章豹，汪立超.我國高校原始創新能力不足的成因分析及其建設路徑[J].現代教育科學，2007，（3）：1-5.

[4]朱清時.必須重視原始創新能力 [J].實驗室研究與探索，2009，28（6）：1-4.

[5]楊應平，曾延安.光電信息類實驗教學改革及實驗教學體系[J].理工高教研究，2006，（4）：127.

[6]應安明，王桂玲，劉桂濤.自制實驗儀器設備在教學中的使用[J].實驗室研究與探索，2003，22（1）：20-21，24.

[7]王秋芬.設計性_研究性實驗對學生創新能力的培養[J].大學物理實驗，2006，19（3）：88-91.

[8]陳發堂，熊慧萍，陳東生.加強自制儀器的研發實現創新能力的培養[J].實驗室研究與探索，2009，28（2）：41-42，46.

[9]趙方方，孫會來，高勝利.構建立體化實驗教學模式，培養創新型工程實踐人才[J].實驗室科學，2007，（1）：13-15.

[10]楊鳳珍.專題實驗研究——強化學生創新能力，提供個性發展空間的手段[J].實驗技術與管理，2001，（5）：83-87.