以節(jié)能減排競(jìng)賽為抓手，培養(yǎng)本科生創(chuàng)新思維與實(shí)踐能力

方啟，索艷格，張治國(guó)

浙江科技學(xué)院能源與環(huán)境系統(tǒng)工程系，杭州 310023

創(chuàng)新思維與實(shí)踐能力的培養(yǎng)對(duì)提高大學(xué)生適應(yīng)未來(lái)工作的能力有重要意義。浙江科技學(xué)院是一所應(yīng)用型本科院校，學(xué)校一向重視學(xué)生創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力的培養(yǎng)。學(xué)校教師也鼓勵(lì)學(xué)生利用課余時(shí)間，積極參加業(yè)余科研和各類(lèi)科技競(jìng)賽。在此，分享一下我們參加第十三屆全國(guó)大學(xué)生節(jié)能減排社會(huì)實(shí)踐與科技競(jìng)賽的經(jīng)歷。介紹我們從選題到制作作品，再到參加決賽的過(guò)程中，是如何將課堂所學(xué)的知識(shí)真正地應(yīng)用到產(chǎn)品設(shè)計(jì)上，同時(shí)分享一下我們?cè)诒荣愡^(guò)程中的一些心得體會(huì)。

1 競(jìng)賽背景

全國(guó)大學(xué)生節(jié)能減排社會(huì)實(shí)踐與科技競(jìng)賽(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“節(jié)能減排競(jìng)賽”)是由教育部高等教育司主辦、唯一由高等教育司辦公室主抓的全國(guó)大學(xué)生學(xué)科競(jìng)賽，是教育部確定的全國(guó)十大大學(xué)生學(xué)科競(jìng)賽之一。該競(jìng)賽緊密?chē)@國(guó)家能源與環(huán)境政策、結(jié)合國(guó)家重大需求，充分體現(xiàn)了“節(jié)能減排、綠色能源”的主題，得到了教育部和廣大高校的高度關(guān)注[1]。節(jié)能減排競(jìng)賽鼓勵(lì)學(xué)生從課堂的理論學(xué)習(xí)出發(fā)，關(guān)注社會(huì)生活中的污染排放和能源不合理利用等問(wèn)題，切實(shí)將課堂上學(xué)習(xí)到的先進(jìn)知識(shí)有效地利用到社會(huì)生產(chǎn)生活中去。這樣的參賽經(jīng)歷不僅有利于提高學(xué)生的創(chuàng)新思維和應(yīng)用實(shí)踐能力，而且也能為部分理論概念得到更加廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景提供平臺(tái)。

浙江科技學(xué)院高度重視節(jié)能減排競(jìng)賽，在校內(nèi)進(jìn)行宣傳，鼓勵(lì)學(xué)生積極參與，并舉辦校內(nèi)小型海選，專(zhuān)業(yè)評(píng)委老師給予評(píng)價(jià)和指導(dǎo)。通過(guò)校內(nèi)海選，一方面，部分不完善的設(shè)計(jì)方案被剔除出去，確保參賽作品的質(zhì)量；另一方面，評(píng)委老師還為我們后期進(jìn)一步提高作品的質(zhì)量提供了許多關(guān)鍵性的指導(dǎo)意見(jiàn)。

2 團(tuán)隊(duì)建設(shè)

獨(dú)木不成林，一個(gè)人的力量有限，想要完成一個(gè)好的作品，必須依靠團(tuán)隊(duì)力量。因此，我們首先進(jìn)行了團(tuán)隊(duì)建設(shè)，建立了一支優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)。團(tuán)隊(duì)核心成員是我校能源與環(huán)境系統(tǒng)工程系的方啟和唐杰，這兩位成員自大二開(kāi)始就進(jìn)入指導(dǎo)教師的實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)助理，進(jìn)行了精細(xì)化學(xué)品、功能性新材料和熱電制冷方面的科研訓(xùn)練和實(shí)踐，具有一定的實(shí)踐操作能力，在項(xiàng)目選題過(guò)程中發(fā)揮了重要的作用。根據(jù)項(xiàng)目需求，我們另外優(yōu)選了幾位具有不同特長(zhǎng)的隊(duì)員。王杰董同學(xué)善于表達(dá)，他優(yōu)異的口才可為后期作品答辯提供更好的保障。謝浩鋒同學(xué)思維敏捷、精于計(jì)算，他總能提出許多有創(chuàng)新性的改進(jìn)意見(jiàn)。魏士凱同學(xué)精通各類(lèi)視頻剪輯軟件以及繪圖工具，可為高質(zhì)量的答辯PPT和展示視頻的制作提供幫助。在參賽作品的制作過(guò)程中，大家各司其職，有條不紊，為共同的目標(biāo)而奮斗。

團(tuán)隊(duì)建立好后，我們根據(jù)節(jié)能減排競(jìng)賽的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，制定了完整的工作計(jì)劃，比如，什么時(shí)間需要確定好選題，什么時(shí)間需要完成產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，什么時(shí)間需要完成產(chǎn)品雛形的制作等。在整個(gè)作品的完成過(guò)程中，團(tuán)隊(duì)成員分工有序，從定題到設(shè)計(jì)，從實(shí)物制作到?jīng)Q賽答辯，我們積極溝通與交流，相互幫助，共同完成了整個(gè)參賽作品的制作。在這個(gè)過(guò)程中，我們每個(gè)人的創(chuàng)新思維能力、實(shí)踐操作能力、細(xì)節(jié)把握能力以及團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力都有了顯著的提高。

3 競(jìng)賽選題

一個(gè)作品能否引起大家的關(guān)注，選題是首要環(huán)節(jié)。對(duì)于科技競(jìng)賽作品，需要具備以下幾個(gè)特點(diǎn)：創(chuàng)新性、價(jià)值性、科學(xué)性和可行性。結(jié)合節(jié)能減排競(jìng)賽“節(jié)能減排、綠色能源”的主題，我們首先在選題上進(jìn)行了大量的工作。團(tuán)隊(duì)成員自2019年10月開(kāi)始，查閱各種資料，閱讀大量文獻(xiàn)，并于每周召開(kāi)小組討論會(huì)議，交流各自搜集到的有益信息，進(jìn)行頭腦風(fēng)暴。我們發(fā)現(xiàn)，蒸餾是化工領(lǐng)域中最成熟、應(yīng)用最廣泛、且必不可少的一種分離工藝。然而，傳統(tǒng)蒸餾裝置的能耗非常高。當(dāng)前，節(jié)能減排是全球可持續(xù)發(fā)展的主題，蒸餾作為一種典型的高能耗分離過(guò)程，如何降低蒸餾過(guò)程的高能耗已成為迫切需要解決的關(guān)鍵難題。所以我們決定以低能耗蒸餾裝置的設(shè)計(jì)作為研究目標(biāo)。

4 實(shí)施過(guò)程

4.1 項(xiàng)目背景和意義

蒸餾是一種熱力學(xué)的分離工藝，它利用混合液體或液-固體系中各組分沸點(diǎn)不同，使低沸點(diǎn)組分蒸發(fā)，再冷凝以分離整個(gè)組分的單元操作過(guò)程，是蒸發(fā)和冷凝兩種單元操作的聯(lián)合(如圖1所示)。蒸餾是最重要且應(yīng)用最廣泛的化工分離操作，是化學(xué)工業(yè)的首選分離技術(shù)[2]，廣泛應(yīng)用于酒類(lèi)生產(chǎn)、海水淡化、石油化工、食品醫(yī)藥等各個(gè)領(lǐng)域液體物料的分離。

圖1 傳統(tǒng)蒸餾裝置的工作原理

但是，蒸餾是一種典型的高能耗分離工藝，特別是在石油煉制和某些化工企業(yè)中，主要能量消耗均在蒸餾操作上。據(jù)統(tǒng)計(jì)，化工過(guò)程中40%–70%的能耗用于分離，而蒸餾能耗又占其中的95%[3]。蒸餾過(guò)程的高能耗主要體現(xiàn)在加熱蒸發(fā)階段的高溫過(guò)程和冷凝階段的低溫過(guò)程，都需要消耗海量能源。在蒸發(fā)過(guò)程中，需要提供能量用以加熱混合物，使液態(tài)物質(zhì)完成氣化過(guò)程。在冷凝過(guò)程中，更需要消耗能源進(jìn)行制冷[4–6]，完成高溫氣態(tài)物質(zhì)的冷凝。因此，蒸餾工藝的蒸發(fā)和冷凝兩個(gè)過(guò)程都是高耗能的過(guò)程。同時(shí)，傳統(tǒng)蒸餾方式的能源利用效率又非常低，據(jù)計(jì)算，傳統(tǒng)蒸餾裝置的能源利用效率僅為30%，其余大部分熱量散失到環(huán)境空氣中，能源浪費(fèi)嚴(yán)重。

當(dāng)前，節(jié)能減排成為全球可持續(xù)發(fā)展的主題，降低蒸餾過(guò)程的高能耗已成為迫切需要解決的關(guān)鍵難題。多年來(lái)，針對(duì)蒸餾過(guò)程高效節(jié)能技術(shù)的研究已經(jīng)得到了充分的探索[6,7]，但是由于蒸餾過(guò)程蒸發(fā)階段和冷凝階段都需要消耗海量能源，因此總體能耗僅有有限程度的改善。隨著全球經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，人類(lèi)的能源需求與日俱增，高能耗的蒸餾工藝給化工分離過(guò)程帶來(lái)了越來(lái)越大的挑戰(zhàn)[7,8]。

在課堂學(xué)習(xí)中，我們?cè)鴮W(xué)習(xí)過(guò)熱電制冷片的工作原理，也即半導(dǎo)體材料的帕爾貼效應(yīng)。帕爾帖效應(yīng)是指電流經(jīng)過(guò)不同的半導(dǎo)體組成的回路時(shí)在不同半導(dǎo)體的接頭處會(huì)分別出現(xiàn)放熱和吸熱現(xiàn)象，形成半導(dǎo)體制冷片的高溫端和低溫端[9,10]。在查閱大量文獻(xiàn)后，我們發(fā)現(xiàn)，目前的應(yīng)用中，大多利用熱電制冷片的低溫端獲得制冷效果，而高溫端的熱量多被釋放到環(huán)境中，這不僅造成了能源和資源的浪費(fèi)，也造成了環(huán)境的污染。于是，我們靈機(jī)一動(dòng)，是否可以將半導(dǎo)體的帕爾貼效應(yīng)耦合到蒸餾裝置中，將半導(dǎo)體制冷片的高溫端應(yīng)用于蒸餾的蒸發(fā)過(guò)程，將半導(dǎo)體制冷片的低溫端應(yīng)用于蒸餾的冷凝過(guò)程，實(shí)現(xiàn)蒸餾過(guò)程中加熱與冷卻的倍增協(xié)同，大幅降低蒸餾工藝的能耗？于是，我們的課題“一種可實(shí)現(xiàn)加熱與冷卻倍增協(xié)同的高能效蒸餾裝置”就產(chǎn)生了。

4.2 實(shí)驗(yàn)方案制定與執(zhí)行

4.2.1 設(shè)計(jì)原理

帕爾帖效應(yīng)是指電流經(jīng)過(guò)不同的半導(dǎo)體組成的回路時(shí)在不同半導(dǎo)體的接頭處會(huì)分別出現(xiàn)放熱和吸熱現(xiàn)象，形成半導(dǎo)體制冷片的高溫端和低溫端[9,10]。如圖2所示，當(dāng)一塊N型半導(dǎo)體材料和一塊P型半導(dǎo)體材料聯(lián)結(jié)成的熱電偶對(duì)中有電流通過(guò)時(shí)，兩端之間就會(huì)產(chǎn)生熱量轉(zhuǎn)移，熱量就會(huì)從一端轉(zhuǎn)移到另一端，從而產(chǎn)生溫差形成冷熱端[11–14]。

圖2 (a) 帕爾貼效應(yīng)原理圖[9]；(b) 半導(dǎo)體制冷片示意圖[10]

我們作品的核心節(jié)能原理是將半導(dǎo)體制冷片的帕爾貼效應(yīng)耦合進(jìn)入蒸餾裝置，將半導(dǎo)體制冷片的高溫端用于蒸餾的蒸發(fā)過(guò)程，將半導(dǎo)體制冷片的低溫端用于蒸餾的冷凝過(guò)程，實(shí)現(xiàn)蒸餾過(guò)程中加熱與冷卻的倍增協(xié)同。

4.2.2 方案制定

在開(kāi)展實(shí)物產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，首先根據(jù)工作原理(如圖3所示)將設(shè)計(jì)的蒸餾模塊安裝在半導(dǎo)體制冷片的高溫端，通過(guò)半導(dǎo)體制冷片熱端產(chǎn)生的熱量對(duì)待蒸餾的混合組分不斷加熱，使之升溫并產(chǎn)生乙醇蒸氣，半導(dǎo)體制冷片熱端即可作為蒸餾裝置的加熱部分。再將加熱產(chǎn)生的乙醇蒸氣通過(guò)半導(dǎo)體制冷片的低溫端進(jìn)行換熱，獲得冷凝后的乙醇。然而，實(shí)際測(cè)試中發(fā)現(xiàn)，由于氣體的導(dǎo)熱系數(shù)較低，換熱效果不良，這種設(shè)計(jì)方案有很大的改進(jìn)空間。

圖3 工作原理示意圖

團(tuán)隊(duì)成員在與指導(dǎo)教師討論分析后，對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)進(jìn)行了優(yōu)化。采用循環(huán)水冷的方式，以水作為工質(zhì)對(duì)半導(dǎo)體制冷片的低溫端進(jìn)行換熱，該循環(huán)水冷再對(duì)乙醇蒸氣進(jìn)行冷卻，在冷凝管中實(shí)現(xiàn)乙醇蒸氣的液化與回收。最終優(yōu)化后的設(shè)計(jì)方案及實(shí)物圖如圖4所示。

圖4 作品設(shè)計(jì)方案示意圖

4.2.3 實(shí)物設(shè)計(jì)

我們作品設(shè)計(jì)的高能效蒸餾裝置的部件主要包括半導(dǎo)體制冷模塊、蒸發(fā)箱體、水冷箱體、測(cè)溫模塊、電源模塊、儲(chǔ)液槽、冷凝管、循環(huán)水泵、蒸餾液收集槽等。以蒸餾乙醇為例，采用半導(dǎo)體制冷片的高溫端對(duì)蒸發(fā)箱體中的乙醇進(jìn)行直接加熱，實(shí)現(xiàn)乙醇的氣化；而半導(dǎo)體制冷片的低溫端對(duì)循環(huán)水冷介質(zhì)進(jìn)行冷卻，該循環(huán)水冷再對(duì)乙醇蒸氣進(jìn)行冷卻，在冷凝管中實(shí)現(xiàn)乙醇蒸氣的液化與回收。

(1) 半導(dǎo)體制冷片。

選用如圖5a所示的半導(dǎo)體制冷片，其主要參數(shù)如下：外形尺寸為40 × 40 × 3.75 mm；內(nèi)部電阻為2.1–2.49 Ω；最大溫差(ΔTMAX)為67 °C；工作電流(IMAX)為4–4.6 A ；額定電壓為12 V；制冷功率(QcMAX)為50–60 W。工作過(guò)程中使用四片制冷片，采用并聯(lián)方式。

圖5 核心部件示意圖

(2) 蒸發(fā)箱體。

蒸發(fā)箱體與半導(dǎo)體制冷片的高溫端接觸，吸收高溫端的熱量，并加熱箱體中的乙醇，完成乙醇的蒸發(fā)過(guò)程。根據(jù)半導(dǎo)體制冷片的尺寸，設(shè)計(jì)了如圖5b所示的蒸發(fā)箱體，其外形尺寸為40 × 40 ×80 mm，箱體內(nèi)設(shè)翅片，增加受熱面積，強(qiáng)化換熱，提高加熱效率。箱體底部開(kāi)孔，將待蒸餾乙醇引入蒸發(fā)箱體中；箱體上部開(kāi)口，將乙醇蒸氣導(dǎo)出。

(3) 水冷箱體。

水冷箱體與半導(dǎo)體制冷片的低溫端接觸，箱體內(nèi)的循環(huán)水與低溫端換熱，降低循環(huán)水的溫度。根據(jù)半導(dǎo)體制冷片的尺寸，設(shè)計(jì)了如圖5c所示的水冷箱體，其外形尺寸為40 × 40 × 12 mm，箱體內(nèi)設(shè)蛇形流場(chǎng)，強(qiáng)化換熱。箱體上端開(kāi)口，分別將循環(huán)水導(dǎo)入和導(dǎo)出箱體。

(4) 核心部件裝配設(shè)計(jì)。

利用螺栓、螺母和固定塊將蒸發(fā)箱體、半導(dǎo)體制冷片、水冷箱體緊固為一體(命名為核心部件)，各個(gè)部件之間均采用導(dǎo)熱硅脂進(jìn)行填補(bǔ)，減小接觸熱阻。整體核心部件裝配設(shè)計(jì)圖如圖5d所示，實(shí)物圖如圖5e所示。

(5) 整體實(shí)驗(yàn)裝置。

除了核心的半導(dǎo)體制冷模塊、蒸發(fā)箱體、水冷箱體之外，實(shí)際蒸餾實(shí)驗(yàn)裝置還包括測(cè)溫模塊、電源模塊、儲(chǔ)液槽、冷凝管、循環(huán)水泵、蒸餾液收集槽。其中測(cè)溫模塊用于測(cè)試工作過(guò)程中半導(dǎo)體制冷片高、低溫端，循環(huán)水，蒸氣出氣口，儲(chǔ)液槽中待蒸餾液體以及收集槽中蒸餾回收液等各點(diǎn)的溫度。電源模塊給半導(dǎo)體制冷片和循環(huán)水泵提供動(dòng)力。儲(chǔ)液槽用于放置待蒸餾液體，其通過(guò)U型管與蒸發(fā)箱體連接，將待蒸餾液體持續(xù)導(dǎo)入蒸發(fā)箱體中。乙醇蒸氣與循環(huán)水冷在冷凝管換熱，實(shí)現(xiàn)蒸氣的液化。循環(huán)水泵用于給水冷提供循環(huán)動(dòng)力。蒸餾液收集槽用于收集乙醇餾分。

4.2.4 實(shí)驗(yàn)方案

對(duì)設(shè)計(jì)的新型蒸餾裝置和傳統(tǒng)蒸餾裝置的啟動(dòng)時(shí)間、收集液溫度、蒸餾速率、啟動(dòng)能耗、單位質(zhì)量能耗、能效比等性能參數(shù)進(jìn)行了對(duì)比。在這些參數(shù)中，啟動(dòng)時(shí)間和蒸餾速率主要反映了裝置的響應(yīng)速度，收集液溫度則反映了收集槽中乙醇的二次揮發(fā)量，啟動(dòng)能耗、單位質(zhì)量能耗、能效比用于衡量蒸餾裝置的能源有效利用程度。最后保證新型蒸餾裝置的長(zhǎng)期可靠性，我們記錄了制冷片兩側(cè)的溫度。最終考查出水泵和制冷片的電壓的最優(yōu)值。

按照?qǐng)D6所示的作品實(shí)物圖，將各個(gè)部件組裝完成。在制冷片冷熱兩端、冷凝管乙醇相進(jìn)口、收集槽、冷凝管水相進(jìn)出口、水冷箱體進(jìn)出口放置熱電偶，利用希瑪AS887型溫度測(cè)量?jī)x測(cè)試各點(diǎn)溫度。蒸發(fā)箱體出口放置溫度計(jì)測(cè)試乙醇蒸氣的溫度。記錄電源開(kāi)啟后到乙醇開(kāi)始產(chǎn)出時(shí)的時(shí)間以及工作0.5 h后乙醇的產(chǎn)量。

圖6 作品實(shí)物圖

4.2.5 結(jié)果分析

本項(xiàng)目圍繞“節(jié)能減排、綠色能源”的競(jìng)賽主題，設(shè)計(jì)了新型的蒸餾裝置，并對(duì)該裝置的蒸餾效率進(jìn)行了測(cè)試。

由表1數(shù)據(jù)可以看出，我們?cè)O(shè)計(jì)的新型蒸餾裝置在熱性能和綜合性能方面都比傳統(tǒng)蒸餾裝置有了較大的提升。

表1 傳統(tǒng)蒸餾裝置與本作品的性能對(duì)比

(1) 熱性能：根據(jù)實(shí)驗(yàn)，本作品的高效蒸餾裝置在蒸餾乙醇過(guò)程中，單片制冷片最高功率為22.88 W，平均產(chǎn)率為130.38 g·h-1。而傳統(tǒng)蒸餾設(shè)備的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，其平均產(chǎn)率為31.04 g·h-1。本作品較傳統(tǒng)蒸餾設(shè)備蒸餾產(chǎn)能提升420%。

(2) 綜合性能分析：將本作品的高效蒸餾裝置應(yīng)用于乙醇的蒸餾過(guò)程中。該設(shè)備采用電壓為9.8 V、電流為9.34 A的電源并聯(lián)驅(qū)動(dòng)四片制冷片，使用電壓為14 V、電流為0.5 A的電源驅(qū)動(dòng)循環(huán)水泵。設(shè)備啟動(dòng)時(shí)間約為6 min，啟動(dòng)能耗為35.47 kJ，設(shè)備能耗為2.72 kJ·g-1，而傳統(tǒng)蒸餾裝置用500 W水浴加熱，啟動(dòng)時(shí)間約為25 min，啟動(dòng)能耗為750 kJ，設(shè)備能耗為6.96 kJ·g-1。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本作品設(shè)計(jì)的基于帕爾帖效應(yīng)的可實(shí)現(xiàn)加熱與冷卻倍增協(xié)同的高能效蒸餾裝置，其蒸餾能耗僅為傳統(tǒng)蒸餾裝置的39%，節(jié)能效果突出。

4.3 競(jìng)賽答辯

2020年由于新冠疫情的影響，響應(yīng)國(guó)家號(hào)召，“賽迪環(huán)保杯”第十三屆全國(guó)大學(xué)生節(jié)能減排社會(huì)實(shí)踐與科技競(jìng)賽于2020年8月28日舉行決賽的線上答辯。我們小組為了能夠更好地展示作品的優(yōu)勢(shì)和特色，在答辯之前我們進(jìn)行了充分的準(zhǔn)備。

參加決賽，需要在限定的時(shí)間內(nèi)，將作品通過(guò)PPT簡(jiǎn)明扼要地展示給專(zhuān)家評(píng)委，優(yōu)秀的PPT就成為答辯成功的第一步。因此，我們和指導(dǎo)教師一起對(duì)PPT的每個(gè)細(xì)節(jié)都進(jìn)行了多次討論與修改，包括PPT大綱構(gòu)思、文字、圖表和視頻等都進(jìn)行了仔細(xì)推敲。最終確定的PPT具備了主題鮮明、風(fēng)格簡(jiǎn)明、重點(diǎn)突出的特點(diǎn)，可以很好地抓住評(píng)委老師的眼球。有了好的PPT做基礎(chǔ)，也需要優(yōu)秀的PPT演講才能達(dá)到良好的效果。為此，在答辯前，我們對(duì)答辯人員進(jìn)行了優(yōu)選，并進(jìn)行了多次模擬練習(xí)。首先，我們選擇了具有良好演講口才的王杰董同學(xué)來(lái)進(jìn)行PPT演講。為了在限定時(shí)間內(nèi)，重點(diǎn)突出、簡(jiǎn)明扼要地完成PPT演講，我們將演講過(guò)程中要說(shuō)的每一句話都書(shū)寫(xiě)下來(lái)，并仔細(xì)推敲，哪句話不合適，立即修改。我們還邀請(qǐng)指導(dǎo)教師以及教師課題組的研究生做我們的觀眾，對(duì)他們進(jìn)行了多次演講，演講結(jié)束之后，他們也給我們提了很多有益的修改意見(jiàn)。通過(guò)多次練習(xí)，我們PPT演講流暢、重點(diǎn)突出，并且時(shí)間嚴(yán)格控制在9分30秒左右，達(dá)到競(jìng)賽要求的10分鐘之內(nèi)。另外，我們還對(duì)專(zhuān)家評(píng)委可能提出的問(wèn)題進(jìn)行了預(yù)先設(shè)計(jì)，模擬回答問(wèn)題過(guò)程。

2020年的節(jié)能減排競(jìng)賽因?yàn)橐咔榈脑?，?jìng)賽委員會(huì)最終確定使用騰訊會(huì)議軟件進(jìn)行線上答辯。在答辯前，我們也對(duì)答辯設(shè)備(包括電腦、兩個(gè)攝像頭機(jī)位)進(jìn)行了仔細(xì)調(diào)試，確保答辯當(dāng)天設(shè)備的正常使用。另外，因?yàn)榫€上答辯，無(wú)法將實(shí)際作品送到現(xiàn)場(chǎng)給評(píng)委老師觀看，我們把作品擺放在演講者的身后，作演講的背景。這樣，在答辯過(guò)程中，評(píng)委老師如果想要觀看實(shí)際作品，我們就可以很好地展示給他們。

在最終的答辯過(guò)程中，我們從背景意義、工作原理、設(shè)計(jì)方案以及結(jié)果與討論等幾個(gè)方面詳細(xì)地向評(píng)委老師闡述了整個(gè)作品的創(chuàng)新性、科學(xué)性和節(jié)能性。得益于賽前的充分準(zhǔn)備，我們準(zhǔn)確地回答了評(píng)委老師提出的各個(gè)問(wèn)題。

4.4 比賽結(jié)果

2020年8月30日上午8點(diǎn)，懷著激動(dòng)的心情，我們幾個(gè)留校參加線上答辯的組員早早地坐在了電腦前，等待線上的頒獎(jiǎng)儀式?？粗鱾€(gè)獲獎(jiǎng)小組代表走上領(lǐng)獎(jiǎng)臺(tái)，看著一頁(yè)頁(yè)的獲獎(jiǎng)名單變換，我們幾個(gè)也緊張得冒汗。直到最后，我們團(tuán)隊(duì)的項(xiàng)目“一種可實(shí)現(xiàn)加熱與冷卻倍增協(xié)調(diào)的高能效蒸餾裝置”出現(xiàn)在了一等獎(jiǎng)的獲獎(jiǎng)名單上，我們都激動(dòng)地流下了幸福的淚水。

5 感悟

這次節(jié)能減排競(jìng)賽的作品是我們小組成員大學(xué)期間學(xué)習(xí)的各項(xiàng)技能的結(jié)晶，從能量的轉(zhuǎn)化到物質(zhì)的流動(dòng)，再?gòu)碾娐返脑O(shè)計(jì)到各項(xiàng)尺寸的配比計(jì)算，期間的每一步都是以堅(jiān)實(shí)的課堂理論知識(shí)和在實(shí)驗(yàn)室不斷積累的實(shí)踐能力為基礎(chǔ)逐步完成的。

在項(xiàng)目定題的初期，我們?cè)羞^(guò)不切實(shí)際的天馬行空，也有過(guò)超出團(tuán)隊(duì)能力的奇思異想。那些超出認(rèn)知能力的想法雖好，但并不是現(xiàn)在的我們能夠?qū)崿F(xiàn)的。我們及時(shí)發(fā)現(xiàn)了問(wèn)題，決定沉下心來(lái)，成員們開(kāi)始利用現(xiàn)有資源查閱大量的文獻(xiàn)資料，同時(shí)團(tuán)隊(duì)成員與指導(dǎo)教師定期開(kāi)會(huì)，匯報(bào)各自閱讀文獻(xiàn)后得到的靈感，然后大家一起討論想法的可行性。最終，在大家的不懈努力下，將重點(diǎn)放在了已經(jīng)熟悉的半導(dǎo)體制冷片和蒸餾裝置的耦合上，并且確定將“一種可實(shí)現(xiàn)加熱與冷卻倍增協(xié)調(diào)的高能效蒸餾裝置”作為作品的主題。在確定選題的過(guò)程中，我們查閱了大量的科技文獻(xiàn)。這些文獻(xiàn)的知識(shí)大多超出了我們課本的學(xué)習(xí)內(nèi)容，通過(guò)閱讀這些文獻(xiàn)，我們的自主學(xué)習(xí)能力得到了很大程度的提升；另外，這些知識(shí)也擴(kuò)寬了我們的科學(xué)視野。通過(guò)查新，也使我們能夠緊跟科學(xué)前沿、避免閉門(mén)造車(chē)。這個(gè)過(guò)程培養(yǎng)了我們的創(chuàng)新思維意識(shí)和能力。

在項(xiàng)目的實(shí)施過(guò)程中，同樣遇到了許多問(wèn)題。因?yàn)橐咔榈脑颍?020年春季學(xué)期的前幾個(gè)月我們都在家中，無(wú)法到實(shí)驗(yàn)室實(shí)地開(kāi)展實(shí)驗(yàn)。后來(lái)，我們決定在每晚的六點(diǎn)半到十一點(diǎn)半采用騰訊會(huì)議的方式進(jìn)行討論，大家還利用手中現(xiàn)有的資料和軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬計(jì)算，發(fā)現(xiàn)其中的不足，并及時(shí)與指導(dǎo)教師進(jìn)行溝通與交流。雖然進(jìn)度不是特別如意，但大家的思想激烈碰撞，每隔一段時(shí)間都會(huì)有新的優(yōu)化方案提出，這為5月份到校繼續(xù)開(kāi)展作品的制作和方案的優(yōu)化提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。5月份開(kāi)學(xué)之后，我們充分利用課余時(shí)間，到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)物作品的制作與優(yōu)化。在實(shí)驗(yàn)實(shí)施過(guò)程中，從各個(gè)部件的設(shè)計(jì)制作，到裝置的組合，到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集，我們都親力親為，這個(gè)過(guò)程鍛煉了我們的動(dòng)手實(shí)踐能力。在項(xiàng)目方案的實(shí)施和優(yōu)化過(guò)程中，我們所遇到的問(wèn)題都沒(méi)有相應(yīng)的教科書(shū)教我們?nèi)绾稳ソ鉀Q，我們只能堅(jiān)持不斷摸索，探索新的解決問(wèn)題的思路，這進(jìn)一步培養(yǎng)了我們的創(chuàng)新思維能力。另外，我們的實(shí)驗(yàn)也會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)一些問(wèn)題，每當(dāng)遇到實(shí)驗(yàn)不順的時(shí)候，我們都會(huì)堅(jiān)持不懈，努力從失敗的經(jīng)驗(yàn)中總結(jié)教訓(xùn)，迎難而上。這個(gè)過(guò)程也培養(yǎng)了我們戰(zhàn)勝困難的勇氣，堅(jiān)持不懈的毅力，嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的科研態(tài)度和不怕吃苦的奉獻(xiàn)精神。小組成員守望相助，最終我們一起突破艱難險(xiǎn)阻，走到了決賽的領(lǐng)獎(jiǎng)臺(tái)。大家的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力也得到了極大的提升。

在申報(bào)書(shū)的撰寫(xiě)過(guò)程中，也遇到了一些問(wèn)題，還記得我們第一版的申報(bào)書(shū)是那樣的粗糙。在申報(bào)書(shū)撰寫(xiě)過(guò)程中，指導(dǎo)教師給了我們極大的幫助，兩位指導(dǎo)教師教會(huì)我們每一部分應(yīng)該突出什么重點(diǎn)。比如研制背景和意義，應(yīng)該重點(diǎn)闡述我們作品的創(chuàng)新性、實(shí)用性和價(jià)值性；工作原理部分要清晰明了地講清楚我們的設(shè)計(jì)思路和原理；結(jié)論部分要做到突出作品成果的節(jié)能性、創(chuàng)新性、應(yīng)用性和經(jīng)濟(jì)性；另外，申報(bào)書(shū)的字體、段落以及參考文獻(xiàn)的格式都要嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)格式進(jìn)行。通過(guò)作品申報(bào)書(shū)的撰寫(xiě)，我們的論文撰寫(xiě)能力也得到了極大的提升。我們真正明白了什么是科技論文的科學(xué)性、邏輯性和規(guī)范性。

通過(guò)參加節(jié)能減排競(jìng)賽，我們將課堂上學(xué)習(xí)到的理論知識(shí)真正地應(yīng)用到實(shí)踐中。我們的科研能力、創(chuàng)新思維能力、實(shí)踐操作能力、科研報(bào)告的撰寫(xiě)能力以及團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力都得到了有效的提升。另外，我們還體會(huì)到任何一件事情的成功都不是偶然的，都是要經(jīng)過(guò)艱苦卓絕的奮斗過(guò)程的。這些寶貴的經(jīng)驗(yàn)和能力必將使我們受益終身。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)參加全國(guó)大學(xué)生節(jié)能減排社會(huì)實(shí)踐與科技競(jìng)賽，我們的創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力都得到了有效提升。堅(jiān)實(shí)的課堂理論知識(shí)為我們解決實(shí)際問(wèn)題提供理論基礎(chǔ)；積極查閱文獻(xiàn)有效拓寬了我們的科學(xué)視野；實(shí)驗(yàn)室工作經(jīng)歷培養(yǎng)了我們嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度并提高了我們的實(shí)踐動(dòng)手能力；撰寫(xiě)各類(lèi)申報(bào)材料提高了我們的文字撰寫(xiě)能力，教會(huì)我們?nèi)绾螌⒆约合胍磉_(dá)的想法簡(jiǎn)明扼要地書(shū)寫(xiě)成文；參加答辯過(guò)程提高了我們的演講能力，教會(huì)我們?nèi)绾魏?jiǎn)明準(zhǔn)確地向其他人展示自己的想法。通過(guò)參加節(jié)能減排競(jìng)賽，我們獲益良多。在此，也感謝全國(guó)大學(xué)生節(jié)能減排社會(huì)實(shí)踐與科技競(jìng)賽組委會(huì)為我們提供了這么大的舞臺(tái)。