姚池 邵玉龍 武立功

摘要：水利專(zhuān)業(yè)的發(fā)展需要大批具有創(chuàng)新素質(zhì)的人才 ，培養(yǎng)水利類(lèi)專(zhuān)業(yè)創(chuàng)新人才是水利事業(yè)改革與發(fā)展的迫切需求，也是建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家戰(zhàn)略的重要組成部分。在分析水利類(lèi)本科專(zhuān)業(yè)人才創(chuàng)新能力現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，針對(duì)現(xiàn)今水利創(chuàng)新人才培養(yǎng)的缺陷，結(jié)合南昌大學(xué)水利類(lèi)本科人才培養(yǎng)實(shí)踐，通過(guò)交叉學(xué)科創(chuàng)新、概念創(chuàng)新等途徑，為實(shí)現(xiàn)水利類(lèi)本科專(zhuān)業(yè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)提供思路，同時(shí)為其他專(zhuān)業(yè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)提供借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：水利類(lèi)專(zhuān)業(yè);創(chuàng)新型人才培養(yǎng);交叉學(xué)科;概念創(chuàng)新

中圖分類(lèi)號(hào)：TV;G640 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1005-2909（2019）01-0060-05

水利是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的命脈，水利創(chuàng)新型人才是推動(dòng)水利事業(yè)發(fā)展的基石。2017年中央一號(hào)文件《中共中央、國(guó)務(wù)院關(guān)于深入推進(jìn)農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革加快培育農(nóng)業(yè)農(nóng)村發(fā)展新動(dòng)能的若干意見(jiàn)》中明確指出：“推進(jìn)重大水利工程建設(shè)，抓緊修復(fù)水毀災(zāi)損農(nóng)業(yè)設(shè)施和水利工程，加強(qiáng)水利薄弱環(huán)節(jié)和“五小水利”工程建設(shè)?！盵1]水利水電工程專(zhuān)業(yè)是國(guó)家重點(diǎn)發(fā)展和培育的本科專(zhuān)業(yè)，自設(shè)立以來(lái)培養(yǎng)了一大批水利水電工程建設(shè)和管理人才，為國(guó)家和社會(huì)作出了巨大貢獻(xiàn)。但面對(duì)新形勢(shì)和新要求，如何培養(yǎng)水利水電工程專(zhuān)業(yè)創(chuàng)新型人才，使該專(zhuān)業(yè)學(xué)生將來(lái)在社會(huì)上發(fā)揮更大的作用，是水利水電工程專(zhuān)業(yè)教學(xué)和改革面臨的重要課題[2-5]。

一、水利類(lèi)本科專(zhuān)業(yè)人才創(chuàng)新能力培養(yǎng)現(xiàn)狀

一個(gè)人的創(chuàng)新能力不僅表現(xiàn)為對(duì)已有知識(shí)的獲取、改造和運(yùn)用，對(duì)新思想、新技術(shù)、新產(chǎn)品的研究與發(fā)明，而且也表現(xiàn)為一種追求創(chuàng)新的意識(shí)，一種發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并積極探求的心理取向，一種善于把握機(jī)會(huì)的敏銳性，一種積極改變自己并改變環(huán)境的應(yīng)變能力[6]。

現(xiàn)如今社會(huì)對(duì)創(chuàng)新能力的要求越來(lái)越高，然而隨著大學(xué)生數(shù)量的逐漸增多，我國(guó)本科生教育質(zhì)量和創(chuàng)新能力受到嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。高校在人才培養(yǎng)中缺乏創(chuàng)新思路，過(guò)分注重理論知識(shí)的傳授，學(xué)習(xí)單一，本科人才培養(yǎng)方案中缺乏創(chuàng)新能力和創(chuàng)新思維的培養(yǎng)，僅有的創(chuàng)新性課程也被列為選修課、通識(shí)課，導(dǎo)致學(xué)生的創(chuàng)新能力嚴(yán)重不足。在課程設(shè)計(jì)中缺乏學(xué)科交叉，課程理論知識(shí)長(zhǎng)期未更新，嚴(yán)重阻礙了學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)和對(duì)專(zhuān)業(yè)前沿的了解。此外，課程設(shè)計(jì)中缺乏自主性和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)課程也是簡(jiǎn)單地重復(fù)課本上的實(shí)驗(yàn)。創(chuàng)新思路不明，缺乏前瞻性，課程設(shè)計(jì)不合理，創(chuàng)新人才培養(yǎng)成一紙空談。

二、創(chuàng)新思維及創(chuàng)新人才培養(yǎng)的幾點(diǎn)思路

（一）傳統(tǒng)上深發(fā)，孕育創(chuàng)新胚芽

自古以來(lái)，中國(guó)在治理河流方面成績(jī)顯著，最早的大禹治水更是家喻戶(hù)曉，傳統(tǒng)水利的成就一直影響著后輩。先輩們?cè)谒矫娴闹腔劢Y(jié)晶，是應(yīng)該后輩不斷去學(xué)習(xí)和進(jìn)一步優(yōu)化的。隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)水利已經(jīng)不能夠滿(mǎn)足生產(chǎn)集約化、農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化、科技現(xiàn)代化的要求，這就需要水利工作者轉(zhuǎn)變觀念，調(diào)整思路，不斷拓寬視野，結(jié)合實(shí)際將傳統(tǒng)的水利向更加便捷人類(lèi)生活的方向轉(zhuǎn)變。基于傳統(tǒng)水利，水利工作者能夠更好更快地發(fā)展和優(yōu)化水利事業(yè)，特別對(duì)于水利專(zhuān)業(yè)本科生而言這是很好的啟蒙教育。遺憾的是，在各大高校的水利課程中并沒(méi)有著重傳統(tǒng)水利的介紹，

若將傳統(tǒng)水利的教育列入高校水利本科專(zhuān)業(yè)教育，對(duì)于培養(yǎng)水利創(chuàng)新人才會(huì)有很大的幫助。

以南昌大學(xué)一組創(chuàng)新作品“便捷式水能提水機(jī)”（榮獲吉林省環(huán)境創(chuàng)新大賽一等獎(jiǎng)）為例，傳統(tǒng)的農(nóng)田抽水灌溉多是通過(guò)人力水車(chē)、水泵等設(shè)備將水體提升到高位，對(duì)人力與電力依賴(lài)程度較高，尤其對(duì)于偏遠(yuǎn)山區(qū)而言農(nóng)田灌溉及其不便。 為此，學(xué)生設(shè)計(jì)了一個(gè)新的取水裝置——便捷式水能提水機(jī)。這組作品很巧妙，傳統(tǒng)的風(fēng)車(chē)取水只運(yùn)用了水流的動(dòng)能，然而便捷式水能提水機(jī)是在水流動(dòng)能和大氣壓共同作用下達(dá)到抽水目的。實(shí)驗(yàn)原理如圖一，便捷式水能提水機(jī)運(yùn)行方式分為三個(gè)步驟：（1）能量借用，河道水流推動(dòng)水輪旋轉(zhuǎn)，將水流的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成水輪的機(jī)械能;（2）能量傳遞，利用杠桿原理，將水輪的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)柄的機(jī)械能，然后傳遞給后續(xù)的活塞柄;（3）泵送取水，可分抽水和出水兩個(gè)階段，抽水階段活塞后拉，壓力缸內(nèi)形成真空，在大氣壓作用下實(shí)現(xiàn)抽水;出水階段，活塞前推，根據(jù)帕斯卡原理，將水從低處送往高處。通過(guò)兩邊對(duì)稱(chēng)式抽水，可實(shí)現(xiàn)水流的均勻傳送。同時(shí)，設(shè)置了揚(yáng)程調(diào)節(jié)器，可通過(guò)改變力臂大小，實(shí)現(xiàn)揚(yáng)程調(diào)節(jié)。最終學(xué)生通過(guò)自己的努力和老師的指導(dǎo)，制作出了實(shí)物模型，并且在實(shí)驗(yàn)中取得了較理想的實(shí)驗(yàn)效果。

（二）跨學(xué)科交叉，擦出創(chuàng)新火花

交叉學(xué)科之間相關(guān)理論與方法的相互借鑒是轉(zhuǎn)變學(xué)術(shù)研究方向、提高學(xué)術(shù)水平的一個(gè)很好的手段[7]。 學(xué)科的交叉是孕育水利創(chuàng)新人才的搖籃，中外有杰出貢獻(xiàn)的水利工作者不單單只精通水利單方面知識(shí)，還精通數(shù)學(xué)、天文、哲學(xué)等其他學(xué)科的知識(shí)。美國(guó)一些大學(xué)還設(shè)置了 STS（Science Technology and Society）課程，打破了以往各門(mén)學(xué)科之間嚴(yán)格的界限，從課程設(shè)置上保障交叉學(xué)科的發(fā)展[8]。學(xué)科的交叉與融合能夠極大地拓寬科學(xué)研究的視野，培養(yǎng)學(xué)生博學(xué)和專(zhuān)業(yè)的知識(shí)，各種思想、理論在交匯融合時(shí)必然迸發(fā)出新思想，這為科學(xué)研究提供了新的理念與方法，提供了解決問(wèn)題的新思路。 學(xué)科的交叉與融合能夠推進(jìn)新的研究領(lǐng)域的出現(xiàn)，成為創(chuàng)新人才培養(yǎng)的助推力?？梢?jiàn)，學(xué)科交叉與融合意義重大[9]。

正是因?yàn)榻徊鎸W(xué)科教育的推行，對(duì)培育水利創(chuàng)新人才起到了重要的作用。以南昌大學(xué)水利系“基于無(wú)人機(jī)技術(shù)的山區(qū)河流流速測(cè)量系統(tǒng)”的比賽項(xiàng)目（第五屆全國(guó)大學(xué)生水利創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽一等獎(jiǎng)）為例，該項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)成員全來(lái)自水利專(zhuān)業(yè)，但項(xiàng)目用到了無(wú)人機(jī)和軟件編程知識(shí)、PIV測(cè)試原理等其他學(xué)科的知識(shí)。該系統(tǒng)基于PIV測(cè)速原理，通過(guò)向天然河道散射與水結(jié)合性能好的可見(jiàn)粒子，由無(wú)人機(jī)搭載的CCD攝像機(jī)可實(shí)時(shí)拍攝天然河道的表面粒子流動(dòng)情況，然后將采集到的視頻信息輸入計(jì)算機(jī)，利用所編制的解算軟件，采用閾值分割法，經(jīng)過(guò)降噪、濾波和粒子匹配的處理技術(shù)可將粒子圖像點(diǎn)凸顯出來(lái)，通過(guò)對(duì)圖像每一幀像素點(diǎn)的計(jì)算得出光流的基本約束方程，并將計(jì)算結(jié)果轉(zhuǎn)化成矢量場(chǎng)，即可算出天然河道的表面流速及其分布情況，從而得到垂線(xiàn)平均流速。該系統(tǒng)已被成功用于馬家溝尾礦庫(kù)潰壩實(shí)驗(yàn)。

（三）概念革新，拓展創(chuàng)新想法

創(chuàng)新能力是技術(shù)和各種實(shí)踐活動(dòng)領(lǐng)域中不斷提供具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值、社會(huì)價(jià)值、生態(tài)價(jià)值的新思想、新理論、新方法和新發(fā)明的能力。概念是人對(duì)能代表某種事物或發(fā)展過(guò)程的特點(diǎn)及意義所形成的思維結(jié)論。概念創(chuàng)新也是創(chuàng)新能力的具體表現(xiàn)，水利學(xué)科上有許許多多的理論，比如以減少電網(wǎng)棄風(fēng)為目標(biāo)的風(fēng)電與抽水蓄能協(xié)調(diào)運(yùn)行[10]，采用抽水蓄能電站配合光伏發(fā)電運(yùn)行來(lái)提高系統(tǒng)的可靠性[11]，基于物聯(lián)網(wǎng)、自動(dòng)測(cè)控和云計(jì)算技術(shù)智能大壩 [12]等根據(jù)水利學(xué)科的理論特點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際工程發(fā)展要求，以及水利行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，提出的解決實(shí)際問(wèn)題的新概念。培養(yǎng)水利專(zhuān)業(yè)本科生基于理論知識(shí)，聯(lián)系實(shí)際工程，從概念知識(shí)創(chuàng)新的能力。這對(duì)于培養(yǎng)新一代具有創(chuàng)新能力的水利創(chuàng)新人才是不可或缺的。

以第五屆全國(guó)大學(xué)生水利創(chuàng)新大賽南昌大學(xué)參賽作品“南方小型家用光—水聯(lián)合發(fā)電蓄能系統(tǒng)”（一等獎(jiǎng)）為例，該組學(xué)生基于抽水蓄能理論和光伏發(fā)電理論，將兩者優(yōu)勢(shì)結(jié)合，即抽水蓄能有調(diào)峰填谷、運(yùn)行靈活等優(yōu)點(diǎn)，能量損耗、造價(jià)較高等缺點(diǎn);光伏發(fā)電有環(huán)境友好可再生能源等優(yōu)點(diǎn)，階段性工作、占地面積大等缺點(diǎn)，并聯(lián)系實(shí)際工程中的抽水蓄能電站，將其運(yùn)用到南方小型住宅聯(lián)合蓄能發(fā)電。運(yùn)行原理簡(jiǎn)單，其原理如圖7。

圖7 南方小型光—水聯(lián)合發(fā)電蓄能系統(tǒng)原理圖白天，太陽(yáng)能板發(fā)電，在滿(mǎn)足居民白天正常用電的前提下，帶動(dòng)水泵通過(guò)水泵進(jìn)水管抽水至屋頂水箱，實(shí)現(xiàn)能量的蓄積;夜晚，開(kāi)啟屋頂水箱閥門(mén)，通過(guò)發(fā)電機(jī)出水管引水至水利發(fā)電機(jī)發(fā)電，實(shí)現(xiàn)能量的釋放。該系統(tǒng)基于抽水電站理論，在此基礎(chǔ)上有所創(chuàng)新，將白天太陽(yáng)能多余的電量以水的勢(shì)能存到屋頂水箱蓄能，傍晚用電時(shí)將水放出發(fā)電，從而實(shí)現(xiàn)光能、水能和電能三者之間的轉(zhuǎn)化。該項(xiàng)目制作過(guò)程中，學(xué)生們運(yùn)用了3D MAX，CAD，PS以及視頻制作軟件，從中學(xué)生學(xué)到了專(zhuān)業(yè)之外的知識(shí)，并且在實(shí)物模型制作過(guò)程中，培養(yǎng)了本科生自行設(shè)計(jì)、規(guī)劃、創(chuàng)新的能力。

三、結(jié)語(yǔ)

結(jié)合南昌大學(xué)優(yōu)秀水利創(chuàng)新作品，針對(duì)當(dāng)今高校人才培養(yǎng)模式中存在的不足，從高校水利人才創(chuàng)新能力培養(yǎng)出發(fā)，提出了交叉學(xué)科創(chuàng)新、概念創(chuàng)新，基于傳統(tǒng)創(chuàng)新的人才培養(yǎng)思路，以期培養(yǎng)有想法、有思路、勤鉆研、能吃苦、有成果的綜合型創(chuàng)新人才，激發(fā)高校創(chuàng)新活力，推動(dòng)社會(huì)創(chuàng)新發(fā)展。

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