彭雷+王茂才+戴光明+武云

摘 ? ?要： 全國計算機仿真大賽在激發(fā)教師和學生的研究熱情，提高大學生的工程實踐能力和創(chuàng)新意識等方面都產生積極的影響。本文闡述了學科競賽在人才培養(yǎng)中的重要作用，具體分析了全國計算機仿真大賽對學生綜合創(chuàng)新能力培養(yǎng)方面的要求，重點介紹了我們在這方面所做的相關探索和經驗總結，構建了以學科競賽為載體的大學生創(chuàng)新能力提升模式。

關鍵詞： 學科競賽 ? ?創(chuàng)新能力 ? ?全國計算機仿真大賽 ? ?培養(yǎng)模式

在我國高等教育由外延擴張到內涵發(fā)展的過程中，大學生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)成為高等教育改革的重點?！吨腥A人民共和國高等教育法》第五條規(guī)定：高等教育的任務是培養(yǎng)創(chuàng)新精神和實踐能力的高級專門人才。我們認為工科專業(yè)作為我國工程技術人才培養(yǎng)的搖籃，正是適應時代發(fā)展需要，可以將創(chuàng)新精神和實踐能力教育有效結合，并在李克強總理“大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新”的時代背景感召下培養(yǎng)出專業(yè)精深、能力強且素質高的國民經濟建設一線高級應用人才。

結合中國地質大學（武漢）計算機學院自身的特點，我們探索出一條以學科競賽（主要是全國計算機仿真大賽，互聯(lián)網+創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽等）為載體的大學生創(chuàng)新能力有效提升的路徑。創(chuàng)新是一個民族進步與發(fā)展的不竭動力，《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》提出：“著力提高學生服務國家服務人民的社會責任感、勇于探索的創(chuàng)新精神和善于解決問題的實踐能力?！盵1]所以，我們學院的創(chuàng)新教育便是以培養(yǎng)大學生的創(chuàng)新精神和在實踐中的創(chuàng)新思維能力為基本價值取向，以創(chuàng)新精神的培育為起點，將創(chuàng)新實踐能力作為核心，落腳到學生的綜合素質提升。在摸索學生創(chuàng)新能力提升的教學實踐中發(fā)現(xiàn)，學科競賽作為載體，牽引學生在參賽過程中鍛煉思維，學會協(xié)作、懂得創(chuàng)新，把想法落實到技術應用中，是一個有效的培養(yǎng)路徑。

一、學科競賽在高校人才培養(yǎng)中的重要作用

學科競賽是面向大學生開展的課外科技活動，是培養(yǎng)學生創(chuàng)新精神和實踐能力的有效載體，是激發(fā)潛能和創(chuàng)造力的最好手段，對培養(yǎng)和提高學生的創(chuàng)新思維、創(chuàng)新能力、團隊合作精神、解決實際問題和實踐動手能力具有非常重要的作用[2]。目前，大學生學科競賽種類繁多，除了有教育部、團中央等權威機構主辦的數(shù)學建模、電子設計、軟件設計開發(fā)等外，社會上一些企業(yè)單位也開始發(fā)覺舉辦競賽是為其選拔人才并解決科技攻關難題的有效途徑。

通過這些競賽，從實踐操作層面激發(fā)學生的學習熱情，調動大學生的學習積極性，并在這一過程中幫助學生積累和運用知識，同時充分鍛煉了學生的非智力因素。比如，加強團隊合作精神、提高競爭意識并在克服困難的過程中磨煉意志。經過學科競賽的洗禮，學生真正體會到科技攻關的艱辛，并享受到自己創(chuàng)造的成就感，這些都將沉淀為其人生的寶貴精神財富。各種學科競賽也推動學校教學改革，讓各專業(yè)、學科發(fā)現(xiàn)并選拔出一批在學術科研方面有潛質的優(yōu)秀人才，同時，競賽的舞臺讓廣大參與其中的學生充分展示自己的智慧和能力，讓一大批科技精英脫穎而出。鑒于此，我們堅持以全國計算機仿真大賽為平臺，進而促進專業(yè)學科教學改革的發(fā)展;既完善學科人才培養(yǎng)的科學理論體系，又培養(yǎng)一批專業(yè)基礎扎實的高端科研應用型人才，讓人才培養(yǎng)與科學研究相互促進，實現(xiàn)學科專業(yè)綜合教育與教學改革目標和人才培養(yǎng)的目標。

二、全國計算機仿真大賽的基本要求分析

全國計算機仿真大賽是受教育部高等教育司的委托，以促進素質教育和創(chuàng)新教育，推動高校的教育改革工作為目的的學科競賽，目前已成功舉辦六屆[3、4]。

1.競賽的基本賽制、賽程介紹。競賽選題來自于工程技術和科學管理中的實際問題，組委會給出幾個競賽題目，要求各參賽隊任選一題，在十五日內完成建模、方案的解決、改進性能并寫出計算機仿真報告。既有運用理論知識的建模，又有仿真的調試過程，讓學生真正將理論學習的知識轉變?yōu)閷嶋H可用的方案;同時由于時間緊、難度系數(shù)較大，對參賽的學生要求高，對學生在理論知識面的寬度、廣度和深度上，以及將理論運用于實踐的能力，還有文字表達功底的要求都比較高。唯有此，方能完成任務，取得好的成績。

另外，計算機仿真大賽有其不同于其他學科競賽的特殊要求。比如，數(shù)學建模競賽，一般不要求進行程序驗證。但計算機仿真大賽格外注重仿真的可重復性和可實現(xiàn)性，要求仿真結果的正確，這就對編程的規(guī)范提出高要求，需要實現(xiàn)程序界面的友好、程序的適用性等目標。

2.科學地進行仿真建模訓練。創(chuàng)新不是天馬行空般地隨意發(fā)揮，而是在一定規(guī)范程序下的科學實踐?？偨Y我們多年來參賽的經驗，可以概括為以下幾個重要步驟：首先，是問題的提出和建立模型。通過系統(tǒng)地分析得出研究問題的求解目標，給出總體方案，之后將系統(tǒng)抽象為數(shù)學上的邏輯關系，選擇適合的方法設計整個仿真流程圖，在此基礎上逐步細化模型。其次，是數(shù)據的收集和模型的轉換。對于近年來出現(xiàn)的涉及霧霾、金融等交叉領域問題，需要學生自主搜集相關數(shù)據，考慮到氣象，經濟問題的復雜性，要在數(shù)據充足的前提下建模，同時還要尋找針對此類問題的解決方法，如在2014年的霧霾分析和預測的題目中，我們專門請來我校環(huán)境學院研究霧霾成因的老師和我們討論，梳理出解決該問題的關鍵因素，提高解決問題的創(chuàng)新性?？傊鶕①愋〗M同學的專長靈活選擇，目的是合理正確地仿真結論。再次，是論證和實驗。建立仿真模型后的最大困難在于如何科學地設計仿真實驗。不僅需要了解所選題目涉及的背景知識，還要從實際問題的不同階段、方面等現(xiàn)實問題入手，設計合理的實驗方案，有些條件也許并不會發(fā)生，但可以作為實驗條件提煉分析。在確定好具體運行方案后，再輸入數(shù)據、執(zhí)行模型，得出實驗結果。最后，是對結果的分析并修改完善模型，通過分析要得到解決問題的途徑，再設計出仿真結果的輸出，接下來是修改和完善模型，直到它符合實際要求為止。通過近幾年的比賽，我們發(fā)現(xiàn)，這方面的訓練顯得越來越重要，將它完整地貫穿于整個教學、參賽過程是鍛煉學生助其樹立嚴謹求實科學態(tài)度的經歷，對于仿真過程出現(xiàn)的問題要用文檔記錄，再加以詳細分析，把不同條件下得到的不同結論都給出充分的文檔分析論證。以上步驟可以讓參賽學生對解決問題的方案和步驟有更深的理解，并不斷創(chuàng)新思維和方法，讓仿真結果更合理可行，使仿真程序和文檔等更規(guī)范，讓參賽活動變得對人才培養(yǎng)更有幫助，且取得實效，讓學生的成長進步發(fā)生質的飛躍。通過系統(tǒng)的訓練，我們在歷屆全國計算機仿真大賽中，獲得特等獎2次，一等獎4次，二等獎3次，三等獎3次的好成績，并以全國計算機仿真大賽中的題目為基礎，學生在互聯(lián)網+創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽等其他賽事中取得好成績。

三、學科競賽能全面提升大學生綜合素質

學科競賽既培養(yǎng)大學生的創(chuàng)新能力，又提高其綜合素質，這使得學科競賽越來越受到高等學校的重視，已經基本發(fā)展成為培養(yǎng)大學生創(chuàng)新能力的一種重要載體[5、6]。不少高校都在積極探索學科競賽的管理模式，有效搭建競賽平臺以此創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式。我們總結參加仿真大賽的體會，有以下幾點經驗能推動大學生創(chuàng)新實踐能力的培養(yǎng)。

1.有效地促進大學生創(chuàng)新思維。每年有不少學生參加數(shù)學建模、ACM、程序設計大賽等。歸納起來，不管是哪項賽事，哪種命題方法，都很強調創(chuàng)新思維在比賽中的運用，要求參賽選手有自己的新技術、新方法?？陀^上迫使想要參加各類學科競賽的學生提前做好創(chuàng)新意識的培養(yǎng)，同時訓練創(chuàng)新思維能力，這些問題只是學生本身意識到還不足以實現(xiàn)參賽完成任務的能力匹配，必須有學科和專業(yè)的支撐，有老師在教學和組隊訓練過程中的刻意安排和培訓，就和課程建設，從實踐能力入手的教學培養(yǎng)方案配套改革相聯(lián)系，如果運用得好，便能有效推動學科建設和人才培養(yǎng)的雙贏局面產生。

2.真正地增強大學生的動手能力。學科競賽的評估體系不同于我們平時的課程考核，平時學生學習得如何主要通過成績，即分數(shù)體現(xiàn)。而學科競賽的考評標準是與命題相關的程序設計，全國計算機仿真大賽就要求大學生團隊在相應老師的指導幫助下獨立思考，對其選題進行分析、編程、建立模型，再對程序的運行進行測試，這一系列過程讓參賽學生必須具備相當強的實踐動手能力，且在實際操作過程中很好地運用所學理論知識。

3.如愿地促使大學生提高自主學習能力。學科競賽近年來越來越體現(xiàn)出學科交叉的特點，不僅要求參賽學生有深厚的本專業(yè)基礎知識且掌握牢固，還要求兼具其他學科的許多核心知識點，使得學生為了完成任務不得不廣泛涉獵多門課程的相關知識，這就要求有很強的自主學習能力。尤其是在參賽過程中，會遇到各種之前自己所不具備的知識儲備問題，這時就要及時豐富所缺積累，使學生通過自學完善自身的知識結構體系，全面合理地解決實際運行中出現(xiàn)的各種難題。

除此之外，學科競賽往往是三人一組，以團隊的形式參賽，不僅要求每個參賽同學都各有所長，對所學知識運用能力突出，更需要他們之間相互協(xié)調配合。只有具備優(yōu)良的溝通技巧，能很好地對團隊進行管理，懂得合理分工、科學利用每個團隊成員的優(yōu)勢，才能在比賽中取得好的成績。同時，因為比賽雖然賽程安排比較緊，但實際的前期準備是需要充足時間的，加上測試過程中遇到的種種問題，對學生的心理素質和意志力是很大的考驗。

四、學科競賽有力推動了創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式的構建

中國地質大學（武漢）計算機學院根據自身的學科特點，從全國計算機專業(yè)競賽中精心挑選了一批符合我校學生水平的競賽項目，構建了一套重點不同，卻涵蓋了計算機學科所有核心課程知識點的學科競賽體系。我們從選拔、培訓等環(huán)節(jié)入手，已經形成了學科競賽的組織選拔和各種相關機制，并積累了一些行之有效的辦法。

首先，每年定期公開選拔參賽選手。在每項賽事公布前，面向全院進行公開選拔，要求包括專業(yè)知識的綜合運用能力、團隊精神與交流能力，以及組織協(xié)調、領導力等。之后會對這些學生進行模擬測試，通過測試挑選后的學生組隊。在組隊時注意優(yōu)化組合，既要有新老搭配，又要讓團隊每個成員都能各司其職，發(fā)揮各自的優(yōu)勢和專長。需要一名善于協(xié)調溝通的同學來管理和分配任務;同時確保團隊技術關鍵問題的解決有能力強的技術骨干;另外，一名文字表達能力強的學生完成文檔的編寫。

其次，建立規(guī)范化和制度化的輔導培訓機制。注重對學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是我們一直堅持的工作重點。在選題和方案的制訂方面，指導老師會給學生充分自由的空間，在他們選定后，老師只對解題涉及的常識、原理、算法和目標要求進行講解，但整個方案的設計和分析、解決問題都由學生自主完成。實踐證明，這種規(guī)范化、制度化的賽前培訓指導能充分提高學生的創(chuàng)新思維能力和實踐動手能力。在這一過程中，指導老師要定期對參賽方案的進度實施檢查，解決學生解決不了的問題，引導幫助他們思考，并隨時提出修改意見。

隨后，搭建創(chuàng)新實踐平臺，進行關聯(lián)性教學和人才培養(yǎng)。我們把學科競賽實踐經驗整合到實驗教學中，在實踐教學評價體系中改變過去以分數(shù)作為唯一依據的評價方式，全面評估學生在實踐中的態(tài)度，方法和效果。為此，我們提升了各種綜合性、研究性實驗的比重，將原來的演示性、驗證性實驗逐步轉向綜合性實驗，以此提高學生的實際動手能力。在課程設計的報告中，要求學生獨立完成一個選題、方案的制訂，系統(tǒng)設計和調試等全套任務，從而全面提升學生的創(chuàng)新、動手和項目管理的能力。同時，在課堂教學中注重多學科、多知識點的融合，引導學生關注計算機學科的所有核心課程知識點，再在實驗課程中綜合運用各類知識。另外，在高年級的課程中挑選一些往年的學科競賽真題讓學生完成，可以從中挖掘一些有潛質的學生繼續(xù)深造，從而達到教學相長的目的，同時提高學生的創(chuàng)新綜合實力。

參考文獻：

[1]國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）[EB/OL].http：//www.gov.cn/jrzg/2010-07/29/con-tent_166

7143.htm.

[2]苗艷麗.關于充分發(fā)揮實驗室效益，實現(xiàn)實驗資源共享的幾點思考[J].技術經濟，2004（10）：31-33.

[3]張毅，楊秀霞，陳潔，梁勇.計算機仿真大賽活動中的創(chuàng)新教育研究[J].學理論，2012，28：172-173.

[4]李聰穎，韓蕾，徐慶九，王士星.在計算機仿真競賽中培養(yǎng)學員能力和素質[J].計算機仿真，2011，06：384-388.

[5]袁國武，趙楊，趙征鵬，等.依托程序設計競賽，提高計算機專業(yè)學生培養(yǎng)質量[J].計算機教育，2009（15）：104-106.

[6]趙英娜，張艷博，李娟.學科競賽促進教學改革與創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)的探討[J].中國電力教育.2014（12）：131-132.

基金項目：校級一般教學改革項目（2015B25），2016本科教學工程項目（教字（2015）26號）。