以學(xué)科競賽為載體的大學(xué)生創(chuàng)新能力提升模式構(gòu)建

彭雷+王茂才+戴光明+武云

摘 ? ?要： 全國計算機(jī)仿真大賽在激發(fā)教師和學(xué)生的研究熱情，提高大學(xué)生的工程實踐能力和創(chuàng)新意識等方面都產(chǎn)生積極的影響。本文闡述了學(xué)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(jī)仿真大賽對學(xué)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(guān)探索和經(jīng)驗總結(jié)，構(gòu)建了以學(xué)科競賽為載體的大學(xué)生創(chuàng)新能力提升模式。

關(guān)鍵詞： 學(xué)科競賽 ? ?創(chuàng)新能力 ? ?全國計算機(jī)仿真大賽 ? ?培養(yǎng)模式

在我國高等教育由外延擴(kuò)張到內(nèi)涵發(fā)展的過程中，大學(xué)生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)成為高等教育改革的重點。《中華人民共和國高等教育法》第五條規(guī)定：高等教育的任務(wù)是培養(yǎng)創(chuàng)新精神和實踐能力的高級專門人才。我們認(rèn)為工科專業(yè)作為我國工程技術(shù)人才培養(yǎng)的搖籃，正是適應(yīng)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(jié)合，并在李克強(qiáng)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(qiáng)且素質(zhì)高的國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)一線高級應(yīng)用人才。

結(jié)合中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）計算機(jī)學(xué)院自身的特點，我們探索出一條以學(xué)科競賽（主要是全國計算機(jī)仿真大賽，互聯(lián)網(wǎng)+創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽等）為載體的大學(xué)生創(chuàng)新能力有效提升的路徑。創(chuàng)新是一個民族進(jìn)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(xué)生服務(wù)國家服務(wù)人民的社會責(zé)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(xué)院的創(chuàng)新教育便是以培養(yǎng)大學(xué)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(xué)生的綜合素質(zhì)提升。在摸索學(xué)生創(chuàng)新能力提升的教學(xué)實踐中發(fā)現(xiàn)，學(xué)科競賽作為載體，牽引學(xué)生在參賽過程中鍛煉思維，學(xué)會協(xié)作、懂得創(chuàng)新，把想法落實到技術(shù)應(yīng)用中，是一個有效的培養(yǎng)路徑。

一、學(xué)科競賽在高校人才培養(yǎng)中的重要作用

學(xué)科競賽是面向大學(xué)生開展的課外科技活動，是培養(yǎng)學(xué)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(xué)生的創(chuàng)新思維、創(chuàng)新能力、團(tuán)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(xué)生學(xué)科競賽種類繁多，除了有教育部、團(tuán)中央等權(quán)威機(jī)構(gòu)主辦的數(shù)學(xué)建模、電子設(shè)計、軟件設(shè)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(guān)難題的有效途徑。

通過這些競賽，從實踐操作層面激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，調(diào)動大學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，并在這一過程中幫助學(xué)生積累和運(yùn)用知識，同時充分鍛煉了學(xué)生的非智力因素。比如，加強(qiáng)團(tuán)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(jīng)過學(xué)科競賽的洗禮，學(xué)生真正體會到科技攻關(guān)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(xué)科競賽也推動學(xué)校教學(xué)改革，讓各專業(yè)、學(xué)科發(fā)現(xiàn)并選拔出一批在學(xué)術(shù)科研方面有潛質(zhì)的優(yōu)秀人才，同時，競賽的舞臺讓廣大參與其中的學(xué)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(jī)仿真大賽為平臺，進(jìn)而促進(jìn)專業(yè)學(xué)科教學(xué)改革的發(fā)展;既完善學(xué)科人才培養(yǎng)的科學(xué)理論體系，又培養(yǎng)一批專業(yè)基礎(chǔ)扎實的高端科研應(yīng)用型人才，讓人才培養(yǎng)與科學(xué)研究相互促進(jìn)，實現(xiàn)學(xué)科專業(yè)綜合教育與教學(xué)改革目標(biāo)和人才培養(yǎng)的目標(biāo)。

二、全國計算機(jī)仿真大賽的基本要求分析

全國計算機(jī)仿真大賽是受教育部高等教育司的委托，以促進(jìn)素質(zhì)教育和創(chuàng)新教育，推動高校的教育改革工作為目的的學(xué)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(shù)和科學(xué)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(nèi)完成建模、方案的解決、改進(jìn)性能并寫出計算機(jī)仿真報告。既有運(yùn)用理論知識的建模，又有仿真的調(diào)試過程，讓學(xué)生真正將理論學(xué)習(xí)的知識轉(zhuǎn)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(xué)生要求高，對學(xué)生在理論知識面的寬度、廣度和深度上，以及將理論運(yùn)用于實踐的能力，還有文字表達(dá)功底的要求都比較高。唯有此，方能完成任務(wù)，取得好的成績。

另外，計算機(jī)仿真大賽有其不同于其他學(xué)科競賽的特殊要求。比如，數(shù)學(xué)建模競賽，一般不要求進(jìn)行程序驗證。但計算機(jī)仿真大賽格外注重仿真的可重復(fù)性和可實現(xiàn)性，要求仿真結(jié)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(biāo)。

2.科學(xué)地進(jìn)行仿真建模訓(xùn)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(xué)實踐?？偨Y(jié)我們多年來參賽的經(jīng)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(biāo)，給出總體方案，之后將系統(tǒng)抽象為數(shù)學(xué)上的邏輯關(guān)系，選擇適合的方法設(shè)計整個仿真流程圖，在此基礎(chǔ)上逐步細(xì)化模型。其次，是數(shù)據(jù)的收集和模型的轉(zhuǎn)換。對于近年來出現(xiàn)的涉及霧霾、金融等交叉領(lǐng)域問題，需要學(xué)生自主搜集相關(guān)數(shù)據(jù)，考慮到氣象，經(jīng)濟(jì)問題的復(fù)雜性，要在數(shù)據(jù)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(yù)測的題目中，我們專門請來我校環(huán)境學(xué)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(guān)鍵因素，提高解決問題的創(chuàng)新性?？傊?，要根據(jù)參賽小組同學(xué)的專長靈活選擇，目的是合理正確地仿真結(jié)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(xué)地設(shè)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(shè)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(yùn)行方案后，再輸入數(shù)據(jù)、執(zhí)行模型，得出實驗結(jié)果。最后，是對結(jié)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(shè)計出仿真結(jié)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(xùn)練顯得越來越重要，將它完整地貫穿于整個教學(xué)、參賽過程是鍛煉學(xué)生助其樹立嚴(yán)謹(jǐn)求實科學(xué)態(tài)度的經(jīng)歷，對于仿真過程出現(xiàn)的問題要用文檔記錄，再加以詳細(xì)分析，把不同條件下得到的不同結(jié)論都給出充分的文檔分析論證。以上步驟可以讓參賽學(xué)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(jié)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(xué)生的成長進(jìn)步發(fā)生質(zhì)的飛躍。通過系統(tǒng)的訓(xùn)練，我們在歷屆全國計算機(jī)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(jī)仿真大賽中的題目為基礎(chǔ)，學(xué)生在互聯(lián)網(wǎng)+創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽等其他賽事中取得好成績。

三、學(xué)科競賽能全面提升大學(xué)生綜合素質(zhì)

學(xué)科競賽既培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新能力，又提高其綜合素質(zhì)，這使得學(xué)科競賽越來越受到高等學(xué)校的重視，已經(jīng)基本發(fā)展成為培養(yǎng)大學(xué)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(xué)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(jié)參加仿真大賽的體會，有以下幾點經(jīng)驗?zāi)芡苿哟髮W(xué)生創(chuàng)新實踐能力的培養(yǎng)。

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

2.真正地增強(qiáng)大學(xué)生的動手能力。學(xué)科競賽的評估體系不同于我們平時的課程考核，平時學(xué)生學(xué)習(xí)得如何主要通過成績，即分?jǐn)?shù)體現(xiàn)。而學(xué)科競賽的考評標(biāo)準(zhǔn)是與命題相關(guān)的程序設(shè)計，全國計算機(jī)仿真大賽就要求大學(xué)生團(tuán)隊在相應(yīng)老師的指導(dǎo)幫助下獨立思考，對其選題進(jìn)行分析、編程、建立模型，再對程序的運(yùn)行進(jìn)行測試，這一系列過程讓參賽學(xué)生必須具備相當(dāng)強(qiáng)的實踐動手能力，且在實際操作過程中很好地運(yùn)用所學(xué)理論知識。

3.如愿地促使大學(xué)生提高自主學(xué)習(xí)能力。學(xué)科競賽近年來越來越體現(xiàn)出學(xué)科交叉的特點，不僅要求參賽學(xué)生有深厚的本專業(yè)基礎(chǔ)知識且掌握牢固，還要求兼具其他學(xué)科的許多核心知識點，使得學(xué)生為了完成任務(wù)不得不廣泛涉獵多門課程的相關(guān)知識，這就要求有很強(qiáng)的自主學(xué)習(xí)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(xué)生通過自學(xué)完善自身的知識結(jié)構(gòu)體系，全面合理地解決實際運(yùn)行中出現(xiàn)的各種難題。

除此之外，學(xué)科競賽往往是三人一組，以團(tuán)隊的形式參賽，不僅要求每個參賽同學(xué)都各有所長，對所學(xué)知識運(yùn)用能力突出，更需要他們之間相互協(xié)調(diào)配合。只有具備優(yōu)良的溝通技巧，能很好地對團(tuán)隊進(jìn)行管理，懂得合理分工、科學(xué)利用每個團(tuán)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(zhǔn)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(xué)生的心理素質(zhì)和意志力是很大的考驗。

四、學(xué)科競賽有力推動了創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式的構(gòu)建

中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）計算機(jī)學(xué)院根據(jù)自身的學(xué)科特點，從全國計算機(jī)專業(yè)競賽中精心挑選了一批符合我校學(xué)生水平的競賽項目，構(gòu)建了一套重點不同，卻涵蓋了計算機(jī)學(xué)科所有核心課程知識點的學(xué)科競賽體系。我們從選拔、培訓(xùn)等環(huán)節(jié)入手，已經(jīng)形成了學(xué)科競賽的組織選拔和各種相關(guān)機(jī)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(jìn)行公開選拔，要求包括專業(yè)知識的綜合運(yùn)用能力、團(tuán)隊精神與交流能力，以及組織協(xié)調(diào)、領(lǐng)導(dǎo)力等。之后會對這些學(xué)生進(jìn)行模擬測試，通過測試挑選后的學(xué)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(tuán)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(diào)溝通的同學(xué)來管理和分配任務(wù);同時確保團(tuán)隊技術(shù)關(guān)鍵問題的解決有能力強(qiáng)的技術(shù)骨干;另外，一名文字表達(dá)能力強(qiáng)的學(xué)生完成文檔的編寫。

其次，建立規(guī)范化和制度化的輔導(dǎo)培訓(xùn)機(jī)制。注重對學(xué)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(dǎo)老師會給學(xué)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(biāo)要求進(jìn)行講解，但整個方案的設(shè)計和分析、解決問題都由學(xué)生自主完成。實踐證明，這種規(guī)范化、制度化的賽前培訓(xùn)指導(dǎo)能充分提高學(xué)生的創(chuàng)新思維能力和實踐動手能力。在這一過程中，指導(dǎo)老師要定期對參賽方案的進(jìn)度實施檢查，解決學(xué)生解決不了的問題，引導(dǎo)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(jìn)行關(guān)聯(lián)性教學(xué)和人才培養(yǎng)。我們把學(xué)科競賽實踐經(jīng)驗整合到實驗教學(xué)中，在實踐教學(xué)評價體系中改變過去以分?jǐn)?shù)作為唯一依據(jù)的評價方式，全面評估學(xué)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(zhuǎn)向綜合性實驗，以此提高學(xué)生的實際動手能力。在課程設(shè)計的報告中，要求學(xué)生獨立完成一個選題、方案的制訂，系統(tǒng)設(shè)計和調(diào)試等全套任務(wù)，從而全面提升學(xué)生的創(chuàng)新、動手和項目管理的能力。同時，在課堂教學(xué)中注重多學(xué)科、多知識點的融合，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注計算機(jī)學(xué)科的所有核心課程知識點，再在實驗課程中綜合運(yùn)用各類知識。另外，在高年級的課程中挑選一些往年的學(xué)科競賽真題讓學(xué)生完成，可以從中挖掘一些有潛質(zhì)的學(xué)生繼續(xù)深造，從而達(dá)到教學(xué)相長的目的，同時提高學(xué)生的創(chuàng)新綜合實力。

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