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大学生创新创业训练自主学习

2019/08/23 阅读:

[摘要]我们以“新型高效的除氟技术和超滤系统在饮用水处理中的综合应用”为题,申报了“大学生创新创业训练计划”项目。在项目进行过程中,学生通过个人参与、团队协作的方式,不断深入研究,逐步提高自己的理论知识水平、实践能力、团结协作能力和沟通表达能力,增强了创新意识,培养了大胆创新、小心求证的科研精神。

[关键词]大学生创新训练计划;学习过程;心得体会

“大学生创新创业训练计划”(以下简称“大创计划”)项目是指本科生个人或团队在导师的指导下,自主完成创新性研究项目设计、研究条件准备和项目实施、研究报告撰写、成果(学术)交流等工作[1]。通过实施大学生创新创业教育,培养具有创新能力的高素质人才,对于高等教育改革与发展、创新型国家建设和我国综合国力的提升,都具有十分重要的战略意义[2]。“大创计划”以创新创业教育为着力点,受到了国家和相关教育部门的重点关注。本科生以“大创计划”为平台,在具备一定理论知识和科研能力后,通过个人参与、团队协作的方式,对项目开展深入研究,逐渐提高自身的理论知识水平、实践能力、团结协作能力和沟通表达能力,不断塑造科学探索精神。

一、“大创计划”项目简介

“饮用水除氟”项目组共5名学生和1名指导教师,以2015年江苏省重点研究计划“基于饮水安全保障的共性及高氟问题的关键技术应用研究及推广”(BE2015628)的子课题为研究内容。我们针对饮用水中氟含量超标的问题,创新性地使用了原位除氟法,先将钙盐、磷盐和饮用水中的氟离子反应生成新的化合物,再利用超滤膜优良的过滤性能除去生成物沉淀及其他大颗粒物质。根据分析原位的表征结果,我们进一步调整了除氟系统中影响除氟效率的因素(温度、流速、pH等),最终得到了符合国家质检标准的饮用水。本项目属于水处理领域。根据世界卫生组织(WTO)的建议,氟离子浓度超过1.5mg/L的水不适合作为人类饮用水饮用,此类水被称为高氟水[3-5]。而我国规定的饮用水中氟离子浓度必须小于1.0mg/L,低于WTO建议的人体可接受的最高氟离子浓度。我国属于世界上饮用水型氟中毒最为严重的国家之一,除上海市以外,高氟水区域遍布我国其他各省、直辖市和自治区,受危害人口近1.3亿,每年约有2 000多万人因饮用高氟水而患病。因此,我国的饮用水氟含量超标已成为社会上一个极具挑战且亟待解决的问题。对人体而言,适量摄入氟离子可以有效防止龋齿,是一种非常有益的行为,但长期饮用氟含量超标的饮用水则会引起软骨细胞坏死、氟斑牙,甚至导致氟骨症[6-7]。不论是对人体健康安全还是对社会经济的长期发展来说,这都将产生一定程度的负面影响。现阶段,对于饮用水除氟,国内外常用的方法大致分为化学除氟与物理除氟两种类型,主要包括吸附法、离子交换法、混凝沉淀法、电化学吸附法、膜分离法等[8]。我们通过查阅相关专业文献,对以上几种主流方法的除氟效果、运行成本、再生过程的难易程度等方面进行了对比分析,归纳出了每种方法的优势及局限性。如吸附法除氟以其所需设备使用简单、运行成本低等优势,在饮用水除氟领域具有广阔的应用前景;但设备投资高、吸附材料研发成本高、周期长、吸附材料难再生或再生效果不佳等因素又限制了此法的推广和发展。因此,开发一种既能克服传统除氟方法的缺点、又能全面改善饮用水质的新型除氟技术成为一个亟待解决的问题。

二、收获与提高

自2018年成功申报“大创计划”项目以来,我们开始了为期一年的科研工作。在此期间,我们获得了各方面能力的提升。

(一)理论知识与实践能力“大创计划”项目的实施要求项目成员有一定的理论知识基础和实践能力,以保证项目正常推进。但作为项目成员的学生在项目开展之前只学习过部分理论知识,并且知识相对离散、不系统,项目实施过程中不能与工程实践、实际需求相结合[9]。由于没有系统地学习结晶化学、仪器分析、化工原理等与项目内容相关的课程,我们从基础知识着手,通过查阅相关书籍、检索相关文献,总结所需知识,并进行深入学习。在几个月的不懈努力下,我们克服了理论知识不足导致项目难以高效、快速开展的困难,掌握了几种水处理(除氟)的常用方法,同时对项目的关键点和当前国内饮用水除氟现状有了新的认识和理解。我们还通过了解和使用实验室中先进的分析设备,将理论知识和实践技能有机结合起来。在项目开展过程中,我们首先使用氟度仪(与pH仪测溶液pH的原理相似)测定溶液体系中的氟离子浓度,根据氟离子浓度的变化判断溶液体系中氟离子含量的变化。氟度仪以电化学理论知识为基础制备,当溶液体系中氟离子浓度不同时,处于闭合回路的特定电极电位将产生不同的值,从而引起电路中电流的变化。因此检测电路中的电流,借助仪器内部的电流-信息转换,就能得到氟离子浓度值。氟度仪由氟离子选择性电极、甘汞参比电极和氟度计组成,氟离子选择电极是一种均相晶体膜电极,当它与甘汞参比电极组成闭合回路时,电池的电动势(E)随着溶液中氟离子浓度(CF-)变化而变化(遵守Nernst方程)。当溶液中总离子强度为定值且足够大时,服从关系式[10]:其中K为参比电极电位,R为理想气体常数,F为法拉第常数,T为绝对温度。对电动势进行进一步转换,显示器上便可直接显示氟离子浓度。为了准确测定氟离子浓度,检测过程中常需要在待测溶液中加入等量的缓冲溶液,使其总离子强度相同。基于氟度仪的工作原理,我们可以选择用外标法或标准曲线法对氟离子浓度进行测定。在实施“大创计划”项目过程中,无论是前期的实验准备工作、中期的实验操作过程,还是后期的数据处理和总结报告工作,都极大地锻炼了我们的实践能力,培养了我们的科研思维。以理论分析为基础、实践操作为验证手段完成“大创计划”项目的过程,既丰富了我们的理论知识,也增强了我们的实践能力。

(二)科学探索精神“大创计划”项目作为一个创新性科研项目,需要参与人有大胆创新、小心求证的科学探索精神,并积极投身科研。在课程学习中,大学生接触到的多是实际研究中的理论原理,并没有较多机会参与实践,因此对理论原理的理解不足,容易忽略其中的限定条件,不能做到灵活处理、优化创新。在遇到实验设备不合理的情况时,大家更多地去考虑如何使其继续使用,而较少考虑如何改变这种不合理的设计。“大创计划”提供了一个很好的科研机会,让本科低年级学生提前接触学科前沿领域,从而对自己所在的专业有了更加理性的认识。同时,克服困难的过程磨砺了我们的意志,培养了我们大胆创新、小心求证的科学探索精神,提升了我们的科研水平和专业素质。

(三)团结协作能力“大创计划”作为一个团队项目,需要参与成员的相互协助才能取得成功。在团队中,每位成员在自己擅长的领域发挥作用,同时与他人合作,实现项目工作的正常推进。这就要求参与人有兼顾全局的能力和团队协作能力。在项目进行过程中,我们会定期召开组会,了解他人的工作进度及遇到的问题,并通过集体讨论或者向导师请教,制定解决方案。

(四)沟通表达能力“大创计划”作为申请性项目,申报人需具有较好的沟通表达能力,以便更好地展示自己的项目和科研成果。在项目实施过程中,我们经常需要主动与他人沟通交流,并通过书写相关申报书和总结报告展示自己的成果,这些都需要一定的沟通表达能力。在经历近一年的多次答辩和项目总结后,大家的沟通表达能力都有了较大的提升,在与他人沟通交流和撰写报告、论文方面有了较大的进步。在这个竞争日益激烈的社会,具有良好的沟通表达能力有助于更好地展示自己,让自己脱颖而出。借助“大创计划”项目平台,大学生可以在实践中锻炼自己,通过不断地思考、练习,逐步提高自己的沟通表达能力。

三、结语

创新是一个民族进步的灵魂,是一个国家兴旺发达的不竭动力。大学生在校期间参加创新型科研项目,无论是对认识专业体系还是对以后选择毕业去向都有很大的帮助和益处,不仅有助于巩固所学知识,而且可以了解新的专业知识,接触专业前沿领域,提高自己的专业素养、科研能力、团结协作能力等。大学生参与创新创业型科研项目是其参与科研的重要途径,在高水平创新人才培养方面发挥着越来越重要的作用,符合建设创新型国家对高水平创新人才的要求。当今社会是一个需要创新性人才的社会,通过参与“大创项目”,我们锻炼了能力,提高了专业素养,积累了经验,反思了自己的不足。今后,我们将以更高的标准、全新的面貌迎接挑战,努力使自己成长为适应创新型国家建设需要的高水平创新人才。最后,特别感谢学校和指导老师冯莉为我们提供了宝贵的机会。

作者:寇满昌 冯莉 韩天阳 许宝康 王兆峰 谢亚东 单位:中国矿业大学

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