王瓊 畢子昊 袁林 吳惠仙

摘要近年來(lái)，大學(xué)生雙創(chuàng)教育得到大力推廣，雙創(chuàng)項(xiàng)目已在學(xué)生群體中得到廣泛認(rèn)同。同期，自十九大以來(lái)，我國(guó)生態(tài)文明建設(shè)不斷加強(qiáng)。作為引發(fā)生物入侵重要途徑之一的船舶壓載水得到了廣泛關(guān)注。本項(xiàng)目旨在將大學(xué)生雙創(chuàng)教育與環(huán)境教育進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，通過(guò)船舶壓載水智能采集器項(xiàng)目的研究過(guò)程，來(lái)提高學(xué)生創(chuàng)新思維能力，激發(fā)學(xué)生對(duì)環(huán)境問(wèn)題的重視和興趣。

關(guān)鍵詞 大學(xué)生創(chuàng)新教育 船舶壓載水 智能采集器

中圖分類(lèi)號(hào)：G640文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.28.002

Thoughts on College Students’ Innovation and Entrepreneurship Project Education

——Taking ship ballast water intelligent collector as an example

WANG Qiong， BI Zihao， YUAN Lin， WU Huixian

（College of Marine Ecology and Environment， Shanghai Ocean University， Shanghai 201306）

AbstractIn recent years， mass entrepreneurship and innovation education for college students has been vigorously promoted， and mass entrepreneurship and innovation projects have been widely recognized among students. In the same period， since the 19th national congress， China’s ecological civilization construction has been continuously strengthened. As one of the important ways to cause biological invasion， ship ballast water has attracted extensive attention. This project aims to organically combine college students’ entrepreneurship and innovation education with environmental education， improve students’ innovative thinking ability and stimulate students’ attention and interest in environmental issues through the research process of ship ballast water intelligent collector project.

Keywordscollege students’ entrepreneurship and innovation education； ship ballast water； intelligent collector

1背景

自2011年教育部、財(cái)政部等有關(guān)部門(mén)先后發(fā)文《關(guān)于“十二五”期間實(shí)施“高等學(xué)校本科教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程”的意見(jiàn)》（教高〔2011〕6號(hào)）和《關(guān)于批準(zhǔn)實(shí)施“十二五”期間“高等學(xué)校本科教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程”2012年建設(shè)項(xiàng)目的通知》（教高函〔2012〕2號(hào)）以來(lái)，大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目已實(shí)施8年有余。目前，大學(xué)生創(chuàng)新教育已經(jīng)形成了較為完善的體系，除大學(xué)生雙創(chuàng)項(xiàng)目外，高校還開(kāi)展了雙創(chuàng)課程，部分高校更將創(chuàng)新項(xiàng)目作為學(xué)生本科期間必修學(xué)分引入到教學(xué)計(jì)劃中。由此，大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)在校園中形成了熱潮，而學(xué)生獲得創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的機(jī)會(huì)、途徑也越來(lái)越豐富。

十九大以來(lái)，我國(guó)將生態(tài)文明建設(shè)提升到了前所未有的高度，對(duì)水資源的保護(hù)進(jìn)一步加強(qiáng)，各地相繼推出新版水資源管理?xiàng)l例等。自2001年我國(guó)加入WTO以來(lái)，國(guó)際航運(yùn)貿(mào)易得到快速發(fā)展，而船舶壓載水含有大量生物，易造成生物入侵現(xiàn)象。[1，2]因此，對(duì)船舶壓載水進(jìn)行有效管理十分重要。2019年1月，《國(guó)際船舶壓載水及其沉積物控制和管理公約》正式對(duì)我國(guó)生效；2019年12月，由洋山港海事局編寫(xiě)的《壓載水管理公約履約及檢查務(wù)實(shí)》正式發(fā)布，進(jìn)一步展現(xiàn)了我國(guó)對(duì)船舶壓載水管控的決心，以及打贏水體保衛(wèi)戰(zhàn)的信心。

在此研究背景下，依托海洋工程裝備檢測(cè)技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室船舶壓載水檢測(cè)試驗(yàn)平臺(tái)，組建跨專業(yè)在校本科生創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，開(kāi)展船舶壓載水智能采集器研制創(chuàng)新項(xiàng)目的研究工作。本文以該項(xiàng)目的創(chuàng)新研究和指導(dǎo)過(guò)程為例，總結(jié)了包括創(chuàng)新項(xiàng)目選題、過(guò)程的組織與實(shí)施、實(shí)物研制及創(chuàng)新競(jìng)賽相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)。

2船舶壓載水智能采集器設(shè)計(jì)概要

2.1教學(xué)設(shè)計(jì)

現(xiàn)階段大創(chuàng)的主要完成方式是專業(yè)導(dǎo)師指導(dǎo)本專業(yè)在校本科生開(kāi)展大創(chuàng)項(xiàng)目。由于學(xué)生專業(yè)背景限制，實(shí)物設(shè)計(jì)類(lèi)項(xiàng)目往往到最后效果不佳，造成學(xué)生學(xué)習(xí)到的知識(shí)不具有連續(xù)性，創(chuàng)新性和應(yīng)用性也往往不能達(dá)到預(yù)期效果。因此，本項(xiàng)目引入聯(lián)合團(tuán)隊(duì)教學(xué)模式，專業(yè)導(dǎo)師從創(chuàng)新作品的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)和設(shè)計(jì)思路等方面進(jìn)行專業(yè)指導(dǎo)，以引導(dǎo)學(xué)生正確科學(xué)的研究思路，外援導(dǎo)師在產(chǎn)品構(gòu)建、系統(tǒng)編程方面進(jìn)行指導(dǎo)，雙管齊下，助力學(xué)生順利研制創(chuàng)新成果。

2.2產(chǎn)品設(shè)計(jì)

經(jīng)過(guò)文獻(xiàn)調(diào)研，目前的壓載水采集方法主要包括測(cè)深管采集，在消防系統(tǒng)排出口采集，入孔以及通氣孔采集這四種采集方法。[3]在這四種方法中最常用的是測(cè)深管采集，而用測(cè)深管采集常用的技術(shù)設(shè)備又有氣動(dòng)井泵，水斗采樣器，底部沉積物取樣器，[3，4]現(xiàn)有采集器存在費(fèi)時(shí)耗力、不能采集代表性樣本的弊端。本項(xiàng)目研制的船舶壓載水智能采集器使用STM32單片機(jī)，通過(guò)USART方式讀取電磁閥開(kāi)度信息以及寫(xiě)入控制信息來(lái)控制采樣進(jìn)程，進(jìn)一步提升采樣設(shè)備的自動(dòng)化、智能化程度，提升采樣效率，減少人為因素對(duì)采樣結(jié)果造成的影響，提高壓載水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的準(zhǔn)確性。

采樣器基本結(jié)構(gòu)包括拖線、采集管、輔助設(shè)備等。采用的原理多是通過(guò)物理原理、人工操作來(lái)進(jìn)行。因此，針對(duì)以上兩點(diǎn)，本設(shè)備進(jìn)行特別改進(jìn)，設(shè)備結(jié)構(gòu)主要分為智能控制裝置，進(jìn)水裝置，過(guò)濾裝置，內(nèi)部水量控制裝置，出水裝置，底座等六個(gè)部分（圖1）。采樣方法遵循國(guó)際海事組織MEPC. 300（72）文件要求。本項(xiàng)目研制的船舶壓載水智能采集器在硬件和電氣控制方面均具有創(chuàng)新性。

2.2.1硬件創(chuàng)新

為對(duì)研制裝置的功能進(jìn)行結(jié)合優(yōu)化，提高通用性、安全性并減少人為因素干擾；本裝置進(jìn)水管采用了直徑為DN20的PVC水管，裝置內(nèi)部裝有50微米孔徑濾網(wǎng)，可同時(shí)進(jìn)行壓載水中50微米以上生物的采集工作。在裝置頂部及底部安裝可控制的電動(dòng)閥門(mén)，并在箱體上安裝具有防水功能的單片機(jī)系統(tǒng)。用戶可根據(jù)需要發(fā)出指令，由單片機(jī)控制電磁閥門(mén)的打開(kāi)與關(guān)閉，同時(shí)調(diào)節(jié)電磁閥門(mén)的開(kāi)度以控制水的流速，單片機(jī)通過(guò)電磁閥門(mén)開(kāi)度信息及桶內(nèi)安裝的水位傳感器可以計(jì)算出進(jìn)水體積，在達(dá)到用戶指定的壓載水采集量或桶內(nèi)水位過(guò)高時(shí)，單片機(jī)控制電磁閥門(mén)關(guān)閉，從而達(dá)到智能的自動(dòng)控制進(jìn)水的時(shí)長(zhǎng)及流量，并能減少采樣事故的發(fā)生。

2.2.2電子信息創(chuàng)新

為實(shí)現(xiàn)智能的自動(dòng)定量控制，裝置使用STM32單片機(jī)為主體的控制器，單片機(jī)通過(guò)GPIO讀取當(dāng)前水位傳感器的信息，通過(guò)USART方式讀取電磁閥當(dāng)前開(kāi)度信息以及寫(xiě)入控制信息?？刂茊卧€包括人機(jī)交互接口，人機(jī)交互接口包括矩陣按鍵和數(shù)碼管顯示模塊，所述矩陣按鍵可控制所述進(jìn)水電磁閥的啟動(dòng)、停止和工作時(shí)間；控制器數(shù)碼管顯示模塊用于顯示所述進(jìn)水電磁閥的狀態(tài)信息。標(biāo)準(zhǔn)模式下，系統(tǒng)自動(dòng)遵循國(guó)際海事組織MEPC.300（72）文件要求進(jìn)行采樣；個(gè)性化模式下，用戶可根據(jù)需要自行調(diào)整采樣參數(shù)，如流量、采樣時(shí)間、采樣總體積等參數(shù)。單片機(jī)使用的電源由24V直流電源經(jīng)穩(wěn)壓模塊穩(wěn)壓后提供，為直流5V供電。通過(guò)單片機(jī)內(nèi)程序的設(shè)計(jì)，采用積分算法可以由電磁閥開(kāi)度信息計(jì)算出采集器采集樣品的體積，即通過(guò)控制電磁閥的開(kāi)度，可以控制采集器采集樣品的體積。

為進(jìn)一步提高操作便利性，控制單元預(yù)設(shè)無(wú)線串口通信模塊（5G通信模組、藍(lán)牙模組等），上位機(jī)（電腦端、移動(dòng)手機(jī)端等）可通過(guò)所述無(wú)線串口通信模塊與所述控制單元相連接。目前，5G通信技術(shù)在我國(guó)得到大力發(fā)展，5G遙控控制已在工程領(lǐng)域投入實(shí)際運(yùn)用，華為與三一重工聯(lián)合研制的5G遙控挖掘機(jī)代表了5G遙控控制系統(tǒng)的先進(jìn)性。[5]采用5G通信模組后，受益于5G通信的帶寬大、支持范圍廣、操作時(shí)延低等特性，可以將信號(hào)接收與閥門(mén)作動(dòng)的時(shí)差控制在最小1ms，大大提升了采樣精度，確保采樣結(jié)果的準(zhǔn)確性較高。[6]遠(yuǎn)期，可將設(shè)備納入實(shí)驗(yàn)基地智能一體化體系中，聯(lián)動(dòng)基地網(wǎng)絡(luò)攝像頭或在產(chǎn)品加裝攝像頭實(shí)時(shí)監(jiān)控采樣狀態(tài)，進(jìn)一步提高安全性，服務(wù)于港口國(guó)壓載水檢查，提升檢查效率與準(zhǔn)確性。

3問(wèn)題與解決措施

在本項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，雖然能夠避免很多傳統(tǒng)教學(xué)方式上遇到的障礙，如：學(xué)生租借實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地困難、學(xué)生尋找專業(yè)指導(dǎo)困難等，但是依舊存在一些老問(wèn)題及新問(wèn)題亟須解決。

3.1以學(xué)生為中心，合理選題

創(chuàng)新項(xiàng)目選題的難度及與專業(yè)的相關(guān)程度將直接影響后期的實(shí)施。參加大創(chuàng)項(xiàng)目的學(xué)生尚處在專業(yè)課的學(xué)習(xí)階段，對(duì)研究背景、研究方法和技術(shù)路線、研究手段及擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題等一知半解，還不完全具備開(kāi)展項(xiàng)目研究的能力，因此選題階段對(duì)指導(dǎo)老師的依賴性較強(qiáng)，不利于激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維。建議加強(qiáng)創(chuàng)新項(xiàng)目學(xué)生的文獻(xiàn)調(diào)研環(huán)節(jié)，專業(yè)課授課的老師可以指導(dǎo)學(xué)生選題，結(jié)合當(dāng)下的研究熱點(diǎn)和趨勢(shì)，避免思考過(guò)淺，主題寬泛的問(wèn)題。創(chuàng)新項(xiàng)目最好是選擇學(xué)生感興趣又與所學(xué)專業(yè)有聯(lián)系的研究主題，這樣不僅可以讓學(xué)生充分運(yùn)用專業(yè)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題，做到理論聯(lián)系實(shí)際，而且還可以適當(dāng)降低項(xiàng)目的難度，激發(fā)學(xué)生的興趣。

3.2加強(qiáng)過(guò)程管理，提升研究質(zhì)量

本科學(xué)生參與大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目一般為大二第二學(xué)期開(kāi)始，此時(shí)學(xué)生的課業(yè)任務(wù)依然較為繁重，除通識(shí)課程外，專業(yè)課程逐漸進(jìn)入到學(xué)生的學(xué)習(xí)生活中，可分配給創(chuàng)新項(xiàng)目的時(shí)間較少，多專業(yè)組合團(tuán)隊(duì)的學(xué)生想要找到整個(gè)團(tuán)隊(duì)成員皆空閑的時(shí)間更是難上加難。因此受到投入創(chuàng)新項(xiàng)目研發(fā)的時(shí)間限制，部分項(xiàng)目出現(xiàn)進(jìn)度遲滯，甚至影響項(xiàng)目的正常結(jié)題。

在本項(xiàng)目前期，指導(dǎo)老師帶領(lǐng)學(xué)生先梳理了研究思路，將需要解決的技術(shù)困難列明，后期將任務(wù)分塊拆解，并指定責(zé)任人和時(shí)間節(jié)點(diǎn)，極大程度的提升了研究效率與研究質(zhì)量。同時(shí)，充分利用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，開(kāi)展了多種形式的頭腦風(fēng)暴，實(shí)現(xiàn)“師-生”與“生-生”均能及時(shí)溝通，縮短問(wèn)題解決的響應(yīng)時(shí)間，盡可能的保證了項(xiàng)目進(jìn)度。

學(xué)生是創(chuàng)新項(xiàng)目的實(shí)施主體，并且絕大多數(shù)學(xué)生在進(jìn)入創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)之前都未接受專業(yè)的實(shí)驗(yàn)技能培訓(xùn)，因此在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不可避免會(huì)出現(xiàn)失敗實(shí)驗(yàn)并產(chǎn)生較多的實(shí)驗(yàn)材料消耗。此外，尤其是實(shí)物設(shè)計(jì)的裝置研制項(xiàng)目，需要更多的研發(fā)資金支持。目前學(xué)校的經(jīng)費(fèi)支持遠(yuǎn)不能達(dá)到項(xiàng)目順利開(kāi)展和實(shí)施的要求。因此，多數(shù)團(tuán)隊(duì)都是由指導(dǎo)教師和學(xué)生來(lái)承擔(dān)額外的費(fèi)用。經(jīng)費(fèi)有限也使得很多項(xiàng)目在執(zhí)行過(guò)程中，很難將項(xiàng)目的深度和難度做大，影響項(xiàng)目成果輸出。因此，可以考慮對(duì)創(chuàng)新項(xiàng)目進(jìn)行過(guò)程管控與考核，對(duì)階段性成果較好的項(xiàng)目實(shí)施補(bǔ)充資助，以解決學(xué)生的后顧之憂，力保學(xué)生獲得最大的成果產(chǎn)出。

4總結(jié)

大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目是激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)興趣的重要途徑之一，在學(xué)生創(chuàng)新思維的建立與發(fā)展中起到重要作用，應(yīng)得到足夠的重視。組建多專業(yè)成員的創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)可有效解決傳統(tǒng)大創(chuàng)實(shí)施過(guò)程中遇到的問(wèn)題，是比較好的開(kāi)展創(chuàng)新研究的方法。

基金項(xiàng)目：本文系國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2019YFC0810904）和工信部高技術(shù)船舶科研項(xiàng)目（工信部裝函[2019]360號(hào)）的階段性研究成果

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