大学生创新创业项目教育思考

王琼 毕子昊 袁林 吴惠仙

摘要近年来，大学生双创教育得到大力推广，双创项目已在学生群体中得到广泛认同。同期，自十九大以来，我国生态文明建设不断加强。作为引发生物入侵重要途径之一的船舶压载水得到了广泛关注。本项目旨在将大学生双创教育与环境教育进行有机结合，通过船舶压载水智能采集器项目的研究过程，来提高学生创新思维能力，激发学生对环境问题的重视和兴趣。

关键词 大学生创新教育 船舶压载水 智能采集器

中图分类号：G640文献标识码：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、财政部等有关部门先后发文《关于“十二五”期间实施“高等学校本科教学质量与教学改革工程”的意见》（教高〔2011〕6号）和《关于批准实施“十二五”期间“高等学校本科教学质量与教学改革工程”2012年建设项目的通知》（教高函〔2012〕2号）以来，大学生创新创业项目已实施8年有余。目前，大学生创新教育已经形成了较为完善的体系，除大学生双创项目外，高校还开展了双创课程，部分高校更将创新项目作为学生本科期间必修学分引入到教学计划中。由此，大学生创新创业在校园中形成了热潮，而学生获得创新创业教育的机会、途径也越来越丰富。

十九大以来，我国将生态文明建设提升到了前所未有的高度，对水资源的保护进一步加强，各地相继推出新版水资源管理条例等。自2001年我国加入WTO以来，国际航运贸易得到快速发展，而船舶压载水含有大量生物，易造成生物入侵现象。[1，2]因此，对船舶压载水进行有效管理十分重要。2019年1月，《国际船舶压载水及其沉积物控制和管理公约》正式对我国生效；2019年12月，由洋山港海事局编写的《压载水管理公约履约及检查务实》正式发布，进一步展现了我国对船舶压载水管控的决心，以及打赢水体保卫战的信心。

在此研究背景下，依托海洋工程装备检测技术国家工程实验室船舶压载水检测试验平台，组建跨专业在校本科生创新团队，开展船舶压载水智能采集器研制创新项目的研究工作。本文以该项目的创新研究和指导过程为例，总结了包括创新项目选题、过程的组织与实施、实物研制及创新竞赛相关的经验。

2船舶压载水智能采集器设计概要

2.1教学设计

现阶段大创的主要完成方式是专业导师指导本专业在校本科生开展大创項目。由于学生专业背景限制，实物设计类项目往往到最后效果不佳，造成学生学习到的知识不具有连续性，创新性和应用性也往往不能达到预期效果。因此，本项目引入联合团队教学模式，专业导师从创新作品的关键技术指标和设计思路等方面进行专业指导，以引导学生正确科学的研究思路，外援导师在产品构建、系统编程方面进行指导，双管齐下，助力学生顺利研制创新成果。

2.2产品设计

经过文献调研，目前的压载水采集方法主要包括测深管采集，在消防系统排出口采集，入孔以及通气孔采集这四种采集方法。[3]在这四种方法中最常用的是测深管采集，而用测深管采集常用的技术设备又有气动井泵，水斗采样器，底部沉积物取样器，[3，4]现有采集器存在费时耗力、不能采集代表性样本的弊端。本项目研制的船舶压载水智能采集器使用STM32单片机，通过USART方式读取电磁阀开度信息以及写入控制信息来控制采样进程，进一步提升采样设备的自动化、智能化程度，提升采样效率，减少人为因素对采样结果造成的影响，提高压载水风险评估的准确性。

采樣器基本结构包括拖线、采集管、辅助设备等。采用的原理多是通过物理原理、人工操作来进行。因此，针对以上两点，本设备进行特别改进，设备结构主要分为智能控制装置，进水装置，过滤装置，内部水量控制装置，出水装置，底座等六个部分（图1）。采样方法遵循国际海事组织MEPC. 300（72）文件要求。本项目研制的船舶压载水智能采集器在硬件和电气控制方面均具有创新性。

2.2.1硬件创新

为对研制装置的功能进行结合优化，提高通用性、安全性并减少人为因素干扰；本装置进水管采用了直径为DN20的PVC水管，装置内部装有50微米孔径滤网，可同时进行压载水中50微米以上生物的采集工作。在装置顶部及底部安装可控制的电动阀门，并在箱体上安装具有防水功能的单片机系统。用户可根据需要发出指令，由单片机控制电磁阀门的打开与关闭，同时调节电磁阀门的开度以控制水的流速，单片机通过电磁阀门开度信息及桶内安装的水位传感器可以计算出进水体积，在达到用户指定的压载水采集量或桶内水位过高时，单片机控制电磁阀门关闭，从而达到智能的自动控制进水的时长及流量，并能减少采样事故的发生。

2.2.2电子信息创新

为实现智能的自动定量控制，装置使用STM32单片机为主体的控制器，单片机通过GPIO读取当前水位传感器的信息，通过USART方式读取电磁阀当前开度信息以及写入控制信息。控制单元还包括人机交互接口，人机交互接口包括矩阵按键和数码管显示模块，所述矩阵按键可控制所述进水电磁阀的启动、停止和工作时间；控制器数码管显示模块用于显示所述进水电磁阀的状态信息。标准模式下，系统自动遵循国际海事组织MEPC.300（72）文件要求进行采样；个性化模式下，用户可根据需要自行调整采样参数，如流量、采样时间、采样总体积等参数。单片机使用的电源由24V直流电源经稳压模块稳压后提供，为直流5V供电。通过单片机内程序的设计，采用积分算法可以由电磁阀开度信息计算出采集器采集样品的体积，即通过控制电磁阀的开度，可以控制采集器采集样品的体积。

为进一步提高操作便利性，控制单元预设无线串口通信模块（5G通信模组、蓝牙模组等），上位机（电脑端、移动手机端等）可通过所述无线串口通信模块与所述控制单元相连接。目前，5G通信技术在我国得到大力发展，5G遥控控制已在工程领域投入实际运用，华为与三一重工联合研制的5G遥控挖掘机代表了5G遥控控制系统的先进性。[5]采用5G通信模组后，受益于5G通信的带宽大、支持范围广、操作时延低等特性，可以将信号接收与阀门作动的时差控制在最小1ms，大大提升了采样精度，确保采样结果的准确性较高。[6]远期，可将设备纳入实验基地智能一体化体系中，联动基地网络摄像头或在产品加装摄像头实时监控采样状态，进一步提高安全性，服务于港口国压载水检查，提升检查效率与准确性。

3问题与解决措施

在本项目实施过程中，虽然能够避免很多传统教学方式上遇到的障碍，如：学生租借实验场地困难、学生寻找专业指导困难等，但是依旧存在一些老问题及新问题亟须解决。

3.1以学生为中心，合理选题

创新项目选题的难度及与专业的相关程度将直接影响后期的实施。参加大创项目的学生尚处在专业课的学习阶段，对研究背景、研究方法和技术路线、研究手段及拟解决的关键问题等一知半解，还不完全具备开展项目研究的能力，因此选题阶段对指导老师的依赖性较强，不利于激发学生的创新思维。建议加强创新项目学生的文献调研环节，专业课授课的老师可以指导学生选题，结合当下的研究热点和趋势，避免思考过浅，主题宽泛的问题。创新项目最好是选择学生感兴趣又与所学专业有联系的研究主题，这样不仅可以让学生充分运用专业知识解决实际问题，做到理论联系实际，而且还可以适当降低项目的难度，激发学生的兴趣。

3.2加强过程管理，提升研究质量

本科学生参与大学生创新创业项目一般为大二第二学期开始，此时学生的课业任务依然较为繁重，除通识课程外，专业课程逐渐进入到学生的学习生活中，可分配给创新项目的时间较少，多专业组合团队的学生想要找到整个团队成员皆空闲的时间更是难上加难。因此受到投入创新项目研发的时间限制，部分项目出现进度迟滞，甚至影响项目的正常结题。

在本项目前期，指导老师带领学生先梳理了研究思路，将需要解决的技术困难列明，后期将任务分块拆解，并指定责任人和时间节点，极大程度的提升了研究效率与研究质量。同时，充分利用网络平台，开展了多种形式的头脑风暴，实现“师-生”与“生-生”均能及时沟通，缩短问题解决的响应时间，尽可能的保证了项目进度。

学生是创新项目的实施主体，并且绝大多数学生在进入创新团队之前都未接受专业的实验技能培训，因此在实验过程中不可避免会出现失败实验并产生较多的实验材料消耗。此外，尤其是实物设计的装置研制项目，需要更多的研发资金支持。目前学校的经费支持远不能达到项目顺利开展和实施的要求。因此，多数团队都是由指导教师和学生来承担额外的费用。经费有限也使得很多项目在执行过程中，很难将项目的深度和难度做大，影响项目成果输出。因此，可以考虑对创新项目进行过程管控与考核，对阶段性成果较好的项目实施补充资助，以解决学生的后顾之忧，力保学生获得最大的成果产出。

4总结

大学生创新创业项目是激发学生创新、创业兴趣的重要途径之一，在学生创新思维的建立与发展中起到重要作用，应得到足够的重视。组建多专业成员的创新团队可有效解决传统大创实施过程中遇到的问题，是比较好的开展创新研究的方法。

基金项目：本文系国家重点研发计划（2019YFC0810904）和工信部高技术船舶科研项目（工信部装函[2019]360号）的阶段性研究成果

参考文献

[1]宋丹.船舶压载水的危害与处理方法[J].科技风，2012，（03）：117.

[2]唐议，苏舒.防控船舶压载水造成的生物入侵的管理问题[J].上海海洋大学学报，2015，24（01）：130-137.

[3]李晓涛，李华.船舶压载水取样方法探讨[J].船海工程，2007，（03）： 80-82.

[4]冯道伦，许乐平.船舶压载水中生物取样和检测的几个问题[J].环境科学与技术，2009，32（03）：87-89.

[5]业界编辑部.三一、华为巨头联手全球首台5G遥控挖掘机投入实用[J].建设机械技术与管理，2019，32（07）：33-34.

[6]马丹，陈文，张勇，etal.基于5G网络的远程遥控业务实践及探索[J].邮电设计技术，2020，（01）：15-19.