以賽促教

楊妹 王鵬 祝建成 鞠儒生 彭勇

【摘要】本文根據(jù)作者指導(dǎo)本科學(xué)生參加計(jì)算機(jī)仿真大獎(jiǎng)賽的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合仿真工程專業(yè)多學(xué)科綜合的特點(diǎn)，探索如何提升仿真專業(yè)人才知識(shí)外延、實(shí)踐和創(chuàng)新能力。

【關(guān)鍵詞】計(jì)算機(jī)仿真大獎(jiǎng)賽? 學(xué)科競(jìng)賽? 能力培養(yǎng)

【基金項(xiàng)目】國(guó)家自然科學(xué)基金（61473300）、湖南省自然科學(xué)基金（2017JJ3371）資助課題。

【中圖分類號(hào)】G642 ? 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2020）21-0031-02

仿真學(xué)科是上世紀(jì)40年代以來(lái)伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而逐步形成的一門(mén)綜合性學(xué)科。2002年，我校仿真工程本科專業(yè)首次招生。2013年教育部調(diào)整學(xué)科目錄，建模仿真理論與技術(shù)成為了控制科學(xué)與工程下的一個(gè)二級(jí)學(xué)科。該二級(jí)學(xué)科的主要研究方向包括建模仿真理論與方法、仿真系統(tǒng)與技術(shù)、仿真應(yīng)用工程。

仿真技術(shù)具有實(shí)踐性強(qiáng)、多學(xué)科綜合的特點(diǎn)。建模與仿真過(guò)程中特別注重從需求牽引仿真系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，并進(jìn)一步將仿真系統(tǒng)服務(wù)于領(lǐng)域應(yīng)用。同時(shí)，仿真的理論基礎(chǔ)還涉及仿真應(yīng)用領(lǐng)域的理論基礎(chǔ)。因此，仿真人才的培養(yǎng)在仿真專業(yè)深度和領(lǐng)域知識(shí)廣度上有較高的挑戰(zhàn)和要求。一方面，單純的課堂教學(xué)無(wú)法為學(xué)員提供實(shí)踐平臺(tái)，另一方面，簡(jiǎn)單的案例實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐教學(xué)也不足以展示仿真技術(shù)的廣泛應(yīng)用前景。如何基于前沿普適性、交叉性和專業(yè)性培養(yǎng)建模與仿真的實(shí)踐創(chuàng)新能力也成為了仿真人才培養(yǎng)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

自2005年成功舉辦首屆全國(guó)計(jì)算機(jī)仿真大獎(jiǎng)賽以來(lái)，仿真技術(shù)人才能力的培養(yǎng)歷來(lái)是大獎(jiǎng)賽關(guān)心的重點(diǎn)[1]。通過(guò)大獎(jiǎng)賽提供的競(jìng)技平臺(tái)，眾多在校學(xué)生和仿真技術(shù)的從業(yè)人員在競(jìng)賽的培訓(xùn)和參賽過(guò)程中積極學(xué)習(xí)和歸納仿真知識(shí)、搭建仿真應(yīng)用、探索仿真前沿。我校積極組織學(xué)員參加歷屆仿真大獎(jiǎng)賽，在各屆競(jìng)賽中積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，并在如何依托仿真大獎(jiǎng)賽培養(yǎng)仿真工程專業(yè)學(xué)員的能力素質(zhì)進(jìn)行了探索。

1.計(jì)算機(jī)仿真大獎(jiǎng)賽簡(jiǎn)介

全國(guó)計(jì)算機(jī)仿真大獎(jiǎng)賽是響應(yīng)習(xí)主席“為建設(shè)世界科技強(qiáng)國(guó)而奮斗”的號(hào)召，受教育部高等教育司委托（教高司函[2004]167號(hào)文件），由中國(guó)自動(dòng)化學(xué)會(huì)、中國(guó)計(jì)算機(jī)用戶協(xié)會(huì)、中國(guó)系統(tǒng)仿真學(xué)會(huì)、中國(guó)指揮與控制學(xué)會(huì)、教育部高教司主辦，《計(jì)算機(jī)仿真》雜志社承辦的一項(xiàng)全國(guó)性、科普性和群眾性的科技活動(dòng)。競(jìng)賽的目的是在青少年中普及仿真技術(shù)、培養(yǎng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力、營(yíng)造全民學(xué)科學(xué)、愛(ài)仿真、學(xué)仿真和用仿真的良好氛圍[2]。

全國(guó)計(jì)算機(jī)仿真大獎(jiǎng)賽每?jī)赡昱e辦一屆，是仿真學(xué)科領(lǐng)域的國(guó)家級(jí)重要競(jìng)賽。

大獎(jiǎng)賽分為初賽和復(fù)賽兩個(gè)階段。初賽為命題作答，一般有三或四道命題，需要選手選取一道，編寫(xiě)計(jì)算機(jī)程序、運(yùn)行程序得到仿真結(jié)果并進(jìn)行文字解答，通過(guò)初賽可以考查參賽人員運(yùn)用仿真技術(shù)分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。復(fù)賽為6分鐘的現(xiàn)場(chǎng)答題。在初賽階段獲得一等獎(jiǎng)的10個(gè)代表隊(duì)參加決賽。每個(gè)代表隊(duì)任選2道題回答，由評(píng)委現(xiàn)場(chǎng)打分并點(diǎn)評(píng)。這些題目考查參賽選手對(duì)仿真基本理論、技術(shù)和方法的認(rèn)識(shí)和理解，以及對(duì)仿真學(xué)科前沿技術(shù)的認(rèn)識(shí)。

2.依托競(jìng)賽提升學(xué)生仿真知識(shí)體系的外延能力

競(jìng)賽的組織過(guò)程有助于促進(jìn)學(xué)生完善對(duì)仿真知識(shí)體系的頂層認(rèn)識(shí)。仿真大獎(jiǎng)賽提供的參考書(shū)籍覆蓋計(jì)算機(jī)仿真的基礎(chǔ)理論、方法、技術(shù)和應(yīng)用，都是仿真領(lǐng)域的重要專著。學(xué)生在準(zhǔn)備競(jìng)賽時(shí)需要通讀這些專著，是對(duì)課堂教學(xué)所學(xué)知識(shí)的重要補(bǔ)充和系統(tǒng)總結(jié)。特別是在決賽培訓(xùn)時(shí)，通過(guò)分組學(xué)習(xí)、研討交流和模擬現(xiàn)場(chǎng)等一系列手段，能幫助學(xué)生建立對(duì)建模與仿真理論基礎(chǔ)的更為完善的認(rèn)識(shí)。

競(jìng)賽的經(jīng)驗(yàn)促進(jìn)了仿真學(xué)科的教學(xué)內(nèi)容改革。仿真學(xué)科的交叉性使仿真技術(shù)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)和應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展。相關(guān)技術(shù)的每一次突破往往引起建模與仿真方法的進(jìn)步。因而，學(xué)科的教學(xué)內(nèi)容更新和改革是一個(gè)永恒的話題。仿真大賽決賽過(guò)程中常將當(dāng)前熱點(diǎn)技術(shù)問(wèn)題與仿真技術(shù)相結(jié)合。例如，大數(shù)據(jù)與仿真的結(jié)合、人工智能與仿真的結(jié)合等問(wèn)題。這些技術(shù)問(wèn)題通常比較前沿，也是仿真領(lǐng)域研究人員關(guān)注的焦點(diǎn)。在計(jì)算機(jī)仿真大獎(jiǎng)賽組織過(guò)程中積累的這些新知識(shí)新方法也可以促進(jìn)仿真知識(shí)體系的擴(kuò)展，成為課程知識(shí)體系建設(shè)的重要參考對(duì)象。同時(shí)，新知識(shí)的融合和新領(lǐng)域的應(yīng)用方向是指導(dǎo)研究生深入研究方向發(fā)掘研究問(wèn)題的重要抓手。

3.依托競(jìng)賽促進(jìn)學(xué)生應(yīng)用仿真知識(shí)的實(shí)踐能力

計(jì)算機(jī)仿真大賽的初賽題目常常來(lái)源于工程實(shí)踐，有較強(qiáng)的應(yīng)用背景。例如第八屆仿真大獎(jiǎng)賽特等獎(jiǎng)作品所研究的命題A有關(guān)公共安全。該題以建筑工地中基坑施工的安全問(wèn)題為背景，研究如何合理布置、優(yōu)化施工中的安全逃生通道布置，并針對(duì)實(shí)際災(zāi)害發(fā)生情況設(shè)計(jì)人員逃生方案的快速生成。這一問(wèn)題的研究有助于應(yīng)對(duì)基坑施工過(guò)程中的安全應(yīng)急情況，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。另外命題B和命題C分別對(duì)計(jì)劃生育政策對(duì)我國(guó)人口的影響和共享單車(chē)的流通情況進(jìn)行仿真，都是貼近生活的、群眾較為關(guān)心的社會(huì)問(wèn)題。這些題目一方面可以激發(fā)學(xué)生專業(yè)學(xué)習(xí)的興趣，另一方面也可以引發(fā)學(xué)生思考如何使用仿真技術(shù)解決實(shí)際問(wèn)題，促使高水平科學(xué)研究有更強(qiáng)的需求牽引。

4.依托競(jìng)賽培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新能力

競(jìng)賽組委會(huì)在大賽選題中特別重視青少年創(chuàng)新能力的提升。復(fù)賽的題目中不僅有仿真基礎(chǔ)知識(shí)題型，還有前沿技術(shù)和開(kāi)放性題型。例如，在第八屆仿真大獎(jiǎng)賽的復(fù)賽中，反復(fù)出現(xiàn)了有關(guān)智能仿真和信息時(shí)代仿真現(xiàn)代化的問(wèn)題。同時(shí)，蒞臨現(xiàn)場(chǎng)的專家[3][4]有關(guān)創(chuàng)新精神的精彩點(diǎn)評(píng)往往對(duì)在場(chǎng)的老師和學(xué)生都能有所激勵(lì)和啟發(fā)。

團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新能力的培養(yǎng)在學(xué)員能力培養(yǎng)過(guò)程中起到“1+1>2”的作用。在參賽準(zhǔn)備階段，學(xué)員需要進(jìn)行組隊(duì)和分工，這也是科學(xué)研究和工程實(shí)踐中重要的環(huán)節(jié)。團(tuán)隊(duì)成績(jī)的提升不僅依靠學(xué)員自身能力的發(fā)揮，還依賴高效的團(tuán)結(jié)協(xié)作精神。在參賽過(guò)程中，團(tuán)隊(duì)工作有總有分。一方面，以團(tuán)隊(duì)組長(zhǎng)為核心，小組共同選題、查閱文獻(xiàn)資料，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行需求分析，確定解題思路。后續(xù)工作并行展開(kāi)，有的負(fù)責(zé)建模，有的負(fù)責(zé)代碼實(shí)現(xiàn)，有的負(fù)責(zé)文字解答。團(tuán)隊(duì)成員在分工協(xié)作中發(fā)揮所長(zhǎng)，提高效率。另一方面，從學(xué)員個(gè)體的角度，在團(tuán)隊(duì)討論過(guò)程中相互啟發(fā)，有助于發(fā)散思維的形成，取他人所長(zhǎng)。