“全国大学生水利创新设计大赛”是我国水利专业大学生的盛会,自2009年起每两年举办一届,大赛紧扣国家发展战略,创新贯穿始终,在全国近百所涉水高校中产生重要影响,激发了水利相关专业大学生的创新和实践热情,对培养学生创新意识和创新能力、向社会宣传绿色水利、生态水利理念中发挥了不可代替的作用。
由中国水利教育协会、教育部高等学校水利类专业教学指导委员会联合主办,开设水利类专业的高校承办的“全国大学生水利创新设计大赛”从2009至2019年已成功举办6届,共有1043件作品、5000余名大学生、1600余名指导教师参赛,在全国近百所涉水高校中产生重要影响,激发了水利相关专业大学生的创新实践热情,增强了爱水、节水、护水意识,得到了水利部 领导和有关司局领导的肯定与支持。为了总结这项两年一届重要赛事的基本规律,推动其深入、广泛发展,我们收集前6届比赛的基本数据和代表性实例,结合自身指导学生参赛的经验,对参赛与获奖情况、大赛主题演变、获奖作品主题及特点等进行分析,以供后续参赛高校、参赛学生参考。
“全国大 学生水利创新设计大赛”(以下简称“大赛”)旨在贯彻落实国务院《关于深化高等学校创新创业教育改革的实施意见》要求,强化实践育人环节,激励广大水利类专业本科学生踊跃参加创新实践训练,通过创新实践培养学生的协作精神、创新意识和实践能力,为我国水利事业建设和发展培养一批创新型人才。
首届大赛(2009年,南京)的主题为“绿色水利”,内容为水的应用、水利结构和水力机械三类创新设计与制作。
第二届大赛(2011年,武汉)的主题为“绿色水利”,内容为用于水的治理、开发、利用与保护的实物作品的创新设计与制作。
第三届大赛(2013年,郑州)的主题为“生态水利”,内容为水的利用、治理、保护、节约,注重人水和谐的理念,强调科学治理、节约优先,强化保护与可持续利用。
第四届大赛(2015年,重庆)的主题为“高效用水”,内容为水的利用、水安全、水处理、节约用水实物作品的创新设计与制作,注重节水优先、强化保护、系统治理、人水和谐的可持续发展理念。
第五届大赛(2017年,大连)的主题为“水+”,利用多种技术围绕“水+生活”“水+生态”“水+能源”“水+节约”“水+环保”“水+物联网”“水+信息化”等进行实物作品的创新设计与制作,秉承可持续发展理念,注重节水优先、绿色生态、人水和谐及新技术的应用。
第六届大赛(2019年,昆明)的主题为“智慧水利”,利用多种技术围绕智慧水利建设等进行实物作品的创新设计与制作,秉承可持续发展理念,注重节水优先、绿色生态、人水和谐及新技术的应用。
纵观历届大赛主题与内容可以看出,从“绿色水利”到“生态水利”“高效用水”“水+”“智慧水利”的演变,与“水是生命之源、生产之要、生态之基”的本质、“兴水利、除水害”的基本任务一脉相承,并且体现了“生态优先、绿色发展”的国家发展战略和“智慧+互联网”的技术发展趋势。
从首届30所高校的85支队伍参加,到第六届的90所高校的237支队伍参加,参赛规模发展迅速,几乎覆盖了开设水利类专业的全部高校,并吸引了不少土木、机械类高校参赛。参赛队数快速增长的趋势反映了“大赛”的影响力不断增强,激励了越来越多大学生投入到水利创新实践中。
“大赛”设立优秀作品奖、优秀指导教师奖和优秀组织奖三类奖项。其中优秀作品奖设特等奖、一等奖和二等奖、优胜奖(第六届改称三等奖)若干项。各奖项可以空缺。前5届特等奖获奖比例大约10%,一等奖比例大约20%,二等奖大约50%,其余正常完成比赛的20%为优胜奖。可见获得特等奖的竞争很激烈。第六届的特等奖比例约16%,一等奖比例大约32%,二等奖大约33%,其余正常完成比赛的18%为三等奖。第六届增大了特等奖和一等奖的比例,使更多的作品能获得高等级奖项,进一步激发了学生创新实践的积极性。
特等奖从首届的10项逐渐增多到第六届的37项,一等奖由20项增加到76项,表明越来越多的参赛队和大学生在积极参加“大赛”,并取得优异成绩,在“大赛”中得到的锻炼对他们今后的发展产生积极的影响。
从获得过特等奖的高校来看,在历届“大赛”中表现突出的高校有武汉大学、河海大学、四川大学、华中科技大学、华北水利水电大学、西安理工大学和大连理工大学等。优秀组织奖由首届的14个到第六届的34个,优秀指导教师从12名到65名,优秀组织奖、优秀指导教师奖数目的变化也反映了各高校广泛动员和精心组织,以及教师广泛参与的程度。
优秀组织奖共颁给139个单位(次),其中武汉大学、河海大学、华中科技大学、郑州大学、西安理工大学获奖6次。
优秀指导教师奖共颁给180人(次),其中河海大学娄保东获奖6次;武汉大学程永光、河海大学周澄获奖5次;武汉大学苏凯和韦直林、山东农业大学王春堂、四川大学李克锋获奖3次。
对历届特等奖和一等奖共364件作品进行统计,分析标题中关键词的出现频次可以看出,作品主题涉及发电、节水、监测、灌溉、太阳能、处理、水质、控制、雨水、船闸、防波堤、消能、波浪、渠道、波量能、闸门、生态、预警、分离、收集、船、管道、污水、水下、废水、排水的较多(按多少排序,最多36次,最少6次)。 技术上采用智能(47次)、自动(28次)突出创新的作品较多。 新型波量能发电、自动灌溉渠道、智能水质监测预警、雨水污水和废水处理、新型船闸和闸门、太阳能掺气曝气等内容是前几届的热点。
创新性是作品获奖必备条件的第一条。与科研创新不同,水利创新设计大赛重点是设计上的创新,作为初步尝试创新实践的学生,可按照“新方法,新应用;老方法,新应用;新方法,老应用;老方法,老应用”来寻找创新突破点。如获特等奖作品“螺旋叶双转轮对旋式鱼类友好型水轮机”的螺旋叶对旋转轮是新方法,用于水轮机过鱼的新应用;“基于全自动机械表原理的波浪能发电装置”的全自动机械表原理是老方法,而波浪能发电是新应用;“太阳能高效吸附式空气取水装置”的太阳能和吸附法是新方法,空气取水属老应用;“基于火箭钻地锚的溃口堵复新技术”是火箭钻地老方法和溃口堵复老应用的奇妙“新结合”。作品要获奖,创新选题最为关键。选题既要靠学生自主地广泛查阅资料和开展头脑风暴,也需要指导教师的合理点拨和引导。
重要性是作品获奖必备条件之二。创新内容应对国计民生、水利行业、人民生活有广泛、持久、高价值的影响,通常符合国家发展战略、面向重要需求,是国家大力提倡的方向。如作品“分体空调冷凝水绿色处理装置”和“海岛远洋平台万向波浪发电装置”均有明显的重要性。
可实现性是作品获奖必备条件之三。一方面是指原型装置可以实现,即在不考虑时间、经费、人员条件限制的情况下,用现有技术可以完成原型的建立并保证其发挥作用。这方面应通过论证来说明。另一方面,指能做成模型,并能展示原理、组成、工作步骤和效果。有很多创新思想、方法、计划,在现有技术条件下无法实现,或者是原理上可实现但做不出模型,这类作品均不符合“大赛”的要求。历届获奖作品均具有可实现性。
科学性是作品获奖必备条件之四,是可实现性的基础。科学性是指作品不违反物质世界基本的质量、能量、动量守恒定律,要有明确的科学原理支撑。创新设计必须有明确、具体的科学原理或公式、方程支撑。如“螺旋板动静式旋流水沙分离装置”利用了弯道水流离心力、二次流、异重流原理,“一种虹吸驱动的绿色提水装置”利用了虹吸原理,“坝后式浮力过鱼装置”则利用了水浮力。
技术先进性或实现巧妙性是作品获奖必备条件之五。 作品可以采用高技术含量或新技术体现出先进性,也可以通过超出一般思维的巧妙实现,达到四两拨千斤的效果。 如“智能水下检测监控机器鱼”利用的智能体现出先进性,而“多级叠弧式变水力坡度鱼道”则体现出巧妙性。
经济合理性是作品获奖必备条件之六。任何一项设计,只有所付出的代价与获得的社会、经济效益成合理的比例,才可能被采用和实施,才能被市场和大众接受。虽然不要求像企业计划书一样提供盈利数据,但各参赛作品均需要进行市场预测和经济性分析。
新领域、新对象待解决问题多,相对来说容易找到突破口,形成创新点。但新领域和对象是变化的,须敏锐观察,慎重考虑。对不同的领域和对象应进行深入调研,了解前沿与存在的问题,在获得大量信息的前提下寻找突破方向。
完成同一功能,采用先进技术的在评选中更具优势。目前,人工智能、自动控制、互联网、5G、激光、纳米等先进技术如何在水利中应用值得探究。
将复杂问题简单化是能体现水平的,这要求看到问题的本质,能抓住主要矛盾,千万不要将简单的问题复杂化。
每一个功能的实现均能找到科学、技术原理作支撑。 原理明确的作品,可实现性能保证,也容易表述清楚。
本项赛事的目的是“通过创新实践培养学生的协作精神、创新意识和实践能力,为我国水利事业建设和发展培养一批创新型人才”,重在“实践训练”,而非单纯追求“创新”,更不是为了“获奖”。每届“大赛”调动数千名大学生参加,为涉水高校学生的创新实践活动搭建了展示平台,实现了帮助学生锻炼和提高的初衷。
在“大赛”中取得突出成绩,除了创新选题、精益求精等基本要素外,各学校在组织和选拔过程中发挥了重要作用。武汉大学将“广泛动员、反复竞争、优中选优”的组织过程制度化,既广泛动员大学生参与,又重点让教师作为指导者参与。除了校内的多轮选拨,武汉大学和华中科技大学还联合举办“同城水电创新创意大赛”,作为下一年度“大赛”的预演。河海大学长期举办“水工创新杯设计竞赛”,作为“大赛”的选拔赛。六届“大赛”成功举办,强有力的组织是保障,公海赌赌船官方网站真正起到了激励广大水利类专业本科学生踊跃参加创新实践训练,通过创新实践培养协作精神、创新意识和实践能力的作用,为我国水利事业建设和发展培养了一批创新型人才。
“全国大学生水利创新设计大赛”是中国水 利类专业大学生的盛会,在培养学生创新意识和创新能力、向社会宣传绿色水利、生态水利理念中发挥了不可代替的作用。 其继续深入发展,埋下的种子必将生根发芽、开花结果,酝酿出水利行业的革新。
与本项赛事一脉相承,由教育部高等学校农业工程类专业教学指导委员会和企业联合发起的“华维杯全国大学生农业水利工程及相关专业创新设计大赛”于2019年举办了第一届。两个大赛相辅相成,将推动绿色水利、生态水利的创新进步。
各学校的组织对于调动学生和教师积极性,形成创新气氛和获得好的创新成果至关重要,也是“大赛”长盛不衰、越办越好的保证。参加创新实践活动,要沿着追求创新性、体现重要性、保证实现性、挖掘科学性、突出巧妙性、考虑经济性的路线不断向前。在注重创新的同时,还要进一步考虑成果向实用化产品的转化,使之与国家的创新战略更好地结合。
创新是艰巨的,创新是快乐的,大学生要把创新贯穿到学习、工作和生活中,融入到每个细胞里,成为不断升华的自觉行动。
作者/程永光(武汉大学水利水电工程国家级实验教学示范中心教授),苏凯(武汉大学水利水电工程国家级实验教学示范中心教授),严鹏(武汉大学水利水电工程国家级实验教学示范中心教授),蔡付林(河海大学水利水电学院教授),胡明(教育部高等学校水利类专业教学指导委员会秘书处教授)