水利專業(yè)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)探索

姚池 邵玉龍 武立功

摘要：水利專業(yè)的發(fā)展需要大批具有創(chuàng)新素質(zhì)的人才 ，培養(yǎng)水利類專業(yè)創(chuàng)新人才是水利事業(yè)改革與發(fā)展的迫切需求，也是建設創(chuàng)新型國家戰(zhàn)略的重要組成部分。在分析水利類本科專業(yè)人才創(chuàng)新能力現(xiàn)狀的基礎上，針對現(xiàn)今水利創(chuàng)新人才培養(yǎng)的缺陷，結(jié)合南昌大學水利類本科人才培養(yǎng)實踐，通過交叉學科創(chuàng)新、概念創(chuàng)新等途徑，為實現(xiàn)水利類本科專業(yè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)提供思路，同時為其他專業(yè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)提供借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：水利類專業(yè);創(chuàng)新型人才培養(yǎng);交叉學科;概念創(chuàng)新

中圖分類號：TV;G640 文獻標志碼：A 文章編號：1005-2909（2019）01-0060-05

水利是國民經(jīng)濟的命脈，水利創(chuàng)新型人才是推動水利事業(yè)發(fā)展的基石。2017年中央一號文件《中共中央、國務院關(guān)于深入推進農(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)展新動能的若干意見》中明確指出：“推進重大水利工程建設，抓緊修復水毀災損農(nóng)業(yè)設施和水利工程，加強水利薄弱環(huán)節(jié)和“五小水利”工程建設。”[1]水利水電工程專業(yè)是國家重點發(fā)展和培育的本科專業(yè)，自設立以來培養(yǎng)了一大批水利水電工程建設和管理人才，為國家和社會作出了巨大貢獻。但面對新形勢和新要求，如何培養(yǎng)水利水電工程專業(yè)創(chuàng)新型人才，使該專業(yè)學生將來在社會上發(fā)揮更大的作用，是水利水電工程專業(yè)教學和改革面臨的重要課題[2-5]。

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

一個人的創(chuàng)新能力不僅表現(xiàn)為對已有知識的獲取、改造和運用，對新思想、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，一種發(fā)現(xiàn)問題并積極探求的心理取向，一種善于把握機會的敏銳性，一種積極改變自己并改變環(huán)境的應變能力[6]。

現(xiàn)如今社會對創(chuàng)新能力的要求越來越高，然而隨著大學生數(shù)量的逐漸增多，我國本科生教育質(zhì)量和創(chuàng)新能力受到嚴峻挑戰(zhàn)。高校在人才培養(yǎng)中缺乏創(chuàng)新思路，過分注重理論知識的傳授，學習單一，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、通識課，導致學生的創(chuàng)新能力嚴重不足。在課程設計中缺乏學科交叉，課程理論知識長期未更新，嚴重阻礙了學生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)和對專業(yè)前沿的了解。此外，課程設計中缺乏自主性和創(chuàng)新性實驗，現(xiàn)有的實驗課程也是簡單地重復課本上的實驗。創(chuàng)新思路不明，缺乏前瞻性，課程設計不合理，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)的幾點思路

（一）傳統(tǒng)上深發(fā)，孕育創(chuàng)新胚芽

自古以來，中國在治理河流方面成績顯著，最早的大禹治水更是家喻戶曉，傳統(tǒng)水利的成就一直影響著后輩。先輩們在水利方面的智慧結(jié)晶，是應該后輩不斷去學習和進一步優(yōu)化的。隨著社會的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)水利已經(jīng)不能夠滿足生產(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)合實際將傳統(tǒng)的水利向更加便捷人類生活的方向轉(zhuǎn)變?；趥鹘y(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)，特別對于水利專業(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業(yè)教育，對于培養(yǎng)水利創(chuàng)新人才會有很大的幫助。

以南昌大學一組創(chuàng)新作品“便捷式水能提水機”（榮獲吉林省環(huán)境創(chuàng)新大賽一等獎）為例，傳統(tǒng)的農(nóng)田抽水灌溉多是通過人力水車、水泵等設備將水體提升到高位，對人力與電力依賴程度較高，尤其對于偏遠山區(qū)而言農(nóng)田灌溉及其不便。 為此，學生設計了一個新的取水裝置——便捷式水能提水機。這組作品很巧妙，傳統(tǒng)的風車取水只運用了水流的動能，然而便捷式水能提水機是在水流動能和大氣壓共同作用下達到抽水目的。實驗原理如圖一，便捷式水能提水機運行方式分為三個步驟：（1）能量借用，河道水流推動水輪旋轉(zhuǎn)，將水流的動能轉(zhuǎn)換成水輪的機械能;（2）能量傳遞，利用杠桿原理，將水輪的機械能轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)柄的機械能，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。通過兩邊對稱式抽水，可實現(xiàn)水流的均勻傳送。同時，設置了揚程調(diào)節(jié)器，可通過改變力臂大小，實現(xiàn)揚程調(diào)節(jié)。最終學生通過自己的努力和老師的指導，制作出了實物模型，并且在實驗中取得了較理想的實驗效果。

（二）跨學科交叉，擦出創(chuàng)新火花

交叉學科之間相關(guān)理論與方法的相互借鑒是轉(zhuǎn)變學術(shù)研究方向、提高學術(shù)水平的一個很好的手段[7]。 學科的交叉是孕育水利創(chuàng)新人才的搖籃，中外有杰出貢獻的水利工作者不單單只精通水利單方面知識，還精通數(shù)學、天文、哲學等其他學科的知識。美國一些大學還設置了 STS（Science Technology and Society）課程，打破了以往各門學科之間嚴格的界限，從課程設置上保障交叉學科的發(fā)展[8]。學科的交叉與融合能夠極大地拓寬科學研究的視野，培養(yǎng)學生博學和專業(yè)的知識，各種思想、理論在交匯融合時必然迸發(fā)出新思想，這為科學研究提供了新的理念與方法，提供了解決問題的新思路。 學科的交叉與融合能夠推進新的研究領域的出現(xiàn)，成為創(chuàng)新人才培養(yǎng)的助推力?？梢?，學科交叉與融合意義重大[9]。

正是因為交叉學科教育的推行，對培育水利創(chuàng)新人才起到了重要的作用。以南昌大學水利系“基于無人機技術(shù)的山區(qū)河流流速測量系統(tǒng)”的比賽項目（第五屆全國大學生水利創(chuàng)新設計大賽一等獎）為例，該項目團隊成員全來自水利專業(yè)，但項目用到了無人機和軟件編程知識、PIV測試原理等其他學科的知識。該系統(tǒng)基于PIV測速原理，通過向天然河道散射與水結(jié)合性能好的可見粒子，由無人機搭載的CCD攝像機可實時拍攝天然河道的表面粒子流動情況，然后將采集到的視頻信息輸入計算機，利用所編制的解算軟件，采用閾值分割法，經(jīng)過降噪、濾波和粒子匹配的處理技術(shù)可將粒子圖像點凸顯出來，通過對圖像每一幀像素點的計算得出光流的基本約束方程，并將計算結(jié)果轉(zhuǎn)化成矢量場，即可算出天然河道的表面流速及其分布情況，從而得到垂線平均流速。該系統(tǒng)已被成功用于馬家溝尾礦庫潰壩實驗。

（三）概念革新，拓展創(chuàng)新想法

創(chuàng)新能力是技術(shù)和各種實踐活動領域中不斷提供具有經(jīng)濟價值、社會價值、生態(tài)價值的新思想、新理論、新方法和新發(fā)明的能力。概念是人對能代表某種事物或發(fā)展過程的特點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)，水利學科上有許許多多的理論，比如以減少電網(wǎng)棄風為目標的風電與抽水蓄能協(xié)調(diào)運行[10]，采用抽水蓄能電站配合光伏發(fā)電運行來提高系統(tǒng)的可靠性[11]，基于物聯(lián)網(wǎng)、自動測控和云計算技術(shù)智能大壩 [12]等根據(jù)水利學科的理論特點，結(jié)合實際工程發(fā)展要求，以及水利行業(yè)發(fā)展趨勢，提出的解決實際問題的新概念。培養(yǎng)水利專業(yè)本科生基于理論知識，聯(lián)系實際工程，從概念知識創(chuàng)新的能力。這對于培養(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。

以第五屆全國大學生水利創(chuàng)新大賽南昌大學參賽作品“南方小型家用光—水聯(lián)合發(fā)電蓄能系統(tǒng)”（一等獎）為例，該組學生基于抽水蓄能理論和光伏發(fā)電理論，將兩者優(yōu)勢結(jié)合，即抽水蓄能有調(diào)峰填谷、運行靈活等優(yōu)點，能量損耗、造價較高等缺點;光伏發(fā)電有環(huán)境友好可再生能源等優(yōu)點，階段性工作、占地面積大等缺點，并聯(lián)系實際工程中的抽水蓄能電站，將其運用到南方小型住宅聯(lián)合蓄能發(fā)電。運行原理簡單，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，太陽能板發(fā)電，在滿足居民白天正常用電的前提下，帶動水泵通過水泵進水管抽水至屋頂水箱，實現(xiàn)能量的蓄積;夜晚，開啟屋頂水箱閥門，通過發(fā)電機出水管引水至水利發(fā)電機發(fā)電，實現(xiàn)能量的釋放。該系統(tǒng)基于抽水電站理論，在此基礎上有所創(chuàng)新，將白天太陽能多余的電量以水的勢能存到屋頂水箱蓄能，傍晚用電時將水放出發(fā)電，從而實現(xiàn)光能、水能和電能三者之間的轉(zhuǎn)化。該項目制作過程中，學生們運用了3D MAX，CAD，PS以及視頻制作軟件，從中學生學到了專業(yè)之外的知識，并且在實物模型制作過程中，培養(yǎng)了本科生自行設計、規(guī)劃、創(chuàng)新的能力。

三、結(jié)語

結(jié)合南昌大學優(yōu)秀水利創(chuàng)新作品，針對當今高校人才培養(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，推動社會創(chuàng)新發(fā)展。

參考文獻：

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