以学科竞赛为载体的大学生创新能力提升模式构建

彭雷+王茂才+戴光明+武云

摘    要： 全国计算机仿真大赛在激发教师和学生的研究热情，提高大学生的工程实践能力和创新意识等方面都产生积极的影响。本文阐述了学科竞赛在人才培养中的重要作用，具体分析了全国计算机仿真大赛对学生综合创新能力培养方面的要求，重点介绍了我们在这方面所做的相关探索和经验总结，构建了以学科竞赛为载体的大学生创新能力提升模式。

关键词： 学科竞赛    创新能力    全国计算机仿真大赛    培养模式

在我国高等教育由外延扩张到内涵发展的过程中，大学生的创新能力培养成为高等教育改革的重点。《中华人民共和国高等教育法》第五条规定：高等教育的任务是培养创新精神和实践能力的高级专门人才。我们认为工科专业作为我国工程技术人才培养的摇篮，正是适应时代发展需要，可以将创新精神和实践能力教育有效结合，并在李克强总理“大众创业、万众创新”的时代背景感召下培养出专业精深、能力强且素质高的国民经济建设一线高级应用人才。

结合中国地质大学（武汉）计算机学院自身的特点，我们探索出一条以学科竞赛（主要是全国计算机仿真大赛，互联网+创新创业大赛等）为载体的大学生创新能力有效提升的路径。创新是一个民族进步与发展的不竭动力，《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》提出：“着力提高学生服务国家服务人民的社会责任感、勇于探索的创新精神和善于解决问题的实践能力。”[1]所以，我们学院的创新教育便是以培养大学生的创新精神和在实践中的创新思维能力为基本价值取向，以创新精神的培育为起点，将创新实践能力作为核心，落脚到学生的综合素质提升。在摸索学生创新能力提升的教学实践中发现，学科竞赛作为载体，牵引学生在参赛过程中锻炼思维，学会协作、懂得创新，把想法落实到技术应用中，是一个有效的培养路径。

一、学科竞赛在高校人才培养中的重要作用

学科竞赛是面向大学生开展的课外科技活动，是培养学生创新精神和实践能力的有效载体，是激发潜能和创造力的最好手段，对培养和提高学生的创新思维、创新能力、团队合作精神、解决实际问题和实践动手能力具有非常重要的作用[2]。目前，大学生学科竞赛种类繁多，除了有教育部、团中央等权威机构主办的数学建模、电子设计、软件设计开发等外，社会上一些企业单位也开始发觉举办竞赛是为其选拔人才并解决科技攻关难题的有效途径。

通过这些竞赛，从实践操作层面激发学生的学习热情，调动大学生的学习积极性，并在这一过程中帮助学生积累和运用知识，同时充分锻炼了学生的非智力因素。比如，加强团队合作精神、提高竞争意识并在克服困难的过程中磨炼意志。经过学科竞赛的洗礼，学生真正体会到科技攻关的艰辛，并享受到自己创造的成就感，这些都将沉淀为其人生的宝贵精神财富。各种学科竞赛也推动学校教学改革，让各专业、学科发现并选拔出一批在学术科研方面有潜质的优秀人才，同时，竞赛的舞台让广大参与其中的学生充分展示自己的智慧和能力，让一大批科技精英脱颖而出。鉴于此，我们坚持以全国计算机仿真大赛为平台，进而促进专业学科教学改革的发展;既完善学科人才培养的科学理论体系，又培养一批专业基础扎实的高端科研应用型人才，让人才培养与科学研究相互促进，实现学科专业综合教育与教学改革目標和人才培养的目标。

二、全国计算机仿真大赛的基本要求分析

全国计算机仿真大赛是受教育部高等教育司的委托，以促进素质教育和创新教育，推动高校的教育改革工作为目的的学科竞赛，目前已成功举办六届[3、4]。

1.竞赛的基本赛制、赛程介绍。竞赛选题来自于工程技术和科学管理中的实际问题，组委会给出几个竞赛题目，要求各参赛队任选一题，在十五日内完成建模、方案的解决、改进性能并写出计算机仿真报告。既有运用理论知识的建模，又有仿真的调试过程，让学生真正将理论学习的知识转变为实际可用的方案;同时由于时间紧、难度系数较大，对参赛的学生要求高，对学生在理论知识面的宽度、广度和深度上，以及将理论运用于实践的能力，还有文字表达功底的要求都比较高。唯有此，方能完成任务，取得好的成绩。

另外，计算机仿真大赛有其不同于其他学科竞赛的特殊要求。比如，数学建模竞赛，一般不要求进行程序验证。但计算机仿真大赛格外注重仿真的可重复性和可实现性，要求仿真结果的正确，这就对编程的规范提出高要求，需要实现程序界面的友好、程序的适用性等目标。

2.科学地进行仿真建模训练。创新不是天马行空般地随意发挥，而是在一定规范程序下的科学实践。总结我们多年来参赛的经验，可以概括为以下几个重要步骤：首先，是问题的提出和建立模型。通过系统地分析得出研究问题的求解目标，给出总体方案，之后将系统抽象为数学上的逻辑关系，选择适合的方法设计整个仿真流程图，在此基础上逐步细化模型。其次，是数据的收集和模型的转换。对于近年来出现的涉及雾霾、金融等交叉领域问题，需要学生自主搜集相关数据，考虑到气象，经济问题的复杂性，要在数据充足的前提下建模，同时还要寻找针对此类问题的解决方法，如在2014年的雾霾分析和预测的题目中，我们专门请来我校环境学院研究雾霾成因的老师和我们讨论，梳理出解决该问题的关键因素，提高解决问题的创新性。总之，要根据参赛小组同学的专长灵活选择，目的是合理正确地仿真结论。再次，是论证和实验。建立仿真模型后的最大困难在于如何科学地设计仿真实验。不仅需要了解所选题目涉及的背景知识，还要从实际问题的不同阶段、方面等现实问题入手，设计合理的实验方案，有些条件也许并不会发生，但可以作为实验条件提炼分析。在确定好具体运行方案后，再输入数据、执行模型，得出实验结果。最后，是对结果的分析并修改完善模型，通过分析要得到解决问题的途径，再设计出仿真结果的输出，接下来是修改和完善模型，直到它符合实际要求为止。通过近几年的比赛，我们发现，这方面的训练显得越来越重要，将它完整地贯穿于整个教学、参赛过程是锻炼学生助其树立严谨求实科学态度的经历，对于仿真过程出现的问题要用文档记录，再加以详细分析，把不同条件下得到的不同结论都给出充分的文档分析论证。以上步骤可以让参赛学生对解决问题的方案和步骤有更深的理解，并不断创新思维和方法，让仿真结果更合理可行，使仿真程序和文档等更规范，让参赛活动变得对人才培养更有帮助，且取得实效，让学生的成长进步发生质的飞跃。通过系统的训练，我们在历届全国计算机仿真大赛中，获得特等奖2次，一等奖4次，二等奖3次，三等奖3次的好成绩，并以全国计算机仿真大赛中的题目为基础，学生在互联网+创新创业大赛等其他赛事中取得好成绩。

三、学科竞赛能全面提升大学生综合素质

学科竞赛既培养大学生的创新能力，又提高其综合素质，这使得学科竞赛越来越受到高等学校的重视，已经基本发展成为培养大学生创新能力的一种重要载体[5、6]。不少高校都在积极探索学科竞赛的管理模式，有效搭建竞赛平台以此创新人才培养模式。我们总结参加仿真大赛的体会，有以下几点经验能推动大学生创新实践能力的培养。

1.有效地促进大学生创新思维。每年有不少学生参加数学建模、ACM、程序设计大赛等。归纳起来，不管是哪项赛事，哪种命题方法，都很强调创新思维在比赛中的运用，要求参赛选手有自己的新技术、新方法。客观上迫使想要参加各类学科竞赛的学生提前做好创新意识的培养，同时训练创新思维能力，这些问题只是学生本身意识到还不足以实现参赛完成任务的能力匹配，必须有学科和专业的支撑，有老师在教学和组队训练过程中的刻意安排和培训，就和课程建设，从实践能力入手的教学培养方案配套改革相联系，如果运用得好，便能有效推动学科建设和人才培养的双赢局面产生。

2.真正地增强大学生的动手能力。学科竞赛的评估体系不同于我们平时的课程考核，平时学生学习得如何主要通过成绩，即分数体现。而学科竞赛的考评标准是与命题相关的程序设计，全国计算机仿真大赛就要求大学生团队在相应老师的指导帮助下独立思考，对其选题进行分析、编程、建立模型，再对程序的运行进行测试，这一系列过程让参赛学生必须具备相当强的实践动手能力，且在实际操作过程中很好地运用所学理论知识。

3.如愿地促使大学生提高自主学习能力。学科竞赛近年来越来越体现出学科交叉的特点，不仅要求参赛学生有深厚的本专业基础知识且掌握牢固，还要求兼具其他学科的许多核心知识点，使得学生为了完成任务不得不广泛涉猎多门课程的相关知识，这就要求有很强的自主学习能力。尤其是在参赛过程中，会遇到各种之前自己所不具备的知识储备问题，这时就要及时丰富所缺积累，使学生通过自学完善自身的知识结构体系，全面合理地解决实际运行中出现的各种难题。

除此之外，学科竞赛往往是三人一组，以团队的形式参赛，不仅要求每个参赛同学都各有所长，对所学知识运用能力突出，更需要他们之间相互协调配合。只有具备优良的沟通技巧，能很好地对团队进行管理，懂得合理分工、科学利用每个团队成员的优势，才能在比赛中取得好的成绩。同时，因为比赛虽然赛程安排比较紧，但实际的前期准备是需要充足时间的，加上测试过程中遇到的种种问题，对学生的心理素质和意志力是很大的考验。

四、学科竞赛有力推动了创新人才培养模式的构建

中国地质大学（武汉）计算机学院根据自身的学科特点，从全国计算机专业竞赛中精心挑选了一批符合我校学生水平的竞赛项目，构建了一套重点不同，却涵盖了计算机学科所有核心课程知识点的学科竞赛体系。我们从选拔、培训等环节入手，已经形成了学科竞赛的组织选拔和各种相关机制，并积累了一些行之有效的办法。

首先，每年定期公开选拔参赛选手。在每项赛事公布前，面向全院进行公开选拔，要求包括专业知识的综合运用能力、团队精神与交流能力，以及組织协调、领导力等。之后会对这些学生进行模拟测试，通过测试挑选后的学生组队。在组队时注意优化组合，既要有新老搭配，又要让团队每个成员都能各司其职，发挥各自的优势和专长。需要一名善于协调沟通的同学来管理和分配任务;同时确保团队技术关键问题的解决有能力强的技术骨干;另外，一名文字表达能力强的学生完成文档的编写。

其次，建立规范化和制度化的辅导培训机制。注重对学生创新能力的培养是我们一直坚持的工作重点。在选题和方案的制订方面，指导老师会给学生充分自由的空间，在他们选定后，老师只对解题涉及的常识、原理、算法和目标要求进行讲解，但整个方案的设计和分析、解决问题都由学生自主完成。实践证明，这种规范化、制度化的赛前培训指导能充分提高学生的创新思维能力和实践动手能力。在这一过程中，指导老师要定期对参赛方案的进度实施检查，解决学生解决不了的问题，引导帮助他们思考，并随时提出修改意见。

随后，搭建创新实践平台，进行关联性教学和人才培养。我们把学科竞赛实践经验整合到实验教学中，在实践教学评价体系中改变过去以分数作为唯一依据的评价方式，全面评估学生在实践中的态度，方法和效果。为此，我们提升了各种综合性、研究性实验的比重，将原来的演示性、验证性实验逐步转向综合性实验，以此提高学生的实际动手能力。在课程设计的报告中，要求学生独立完成一个选题、方案的制订，系统设计和调试等全套任务，从而全面提升学生的创新、动手和项目管理的能力。同时，在课堂教学中注重多学科、多知识点的融合，引导学生关注计算机学科的所有核心课程知识点，再在实验课程中综合运用各类知识。另外，在高年级的课程中挑选一些往年的学科竞赛真题让学生完成，可以从中挖掘一些有潜质的学生继续深造，从而达到教学相长的目的，同时提高学生的创新综合实力。

参考文献：

[1]国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020年）[EB/OL].http：//www.gov.cn/jrzg/2010-07/29/con-tent_166

7143.htm.

[2]苗艳丽.关于充分发挥实验室效益，实现实验资源共享的几点思考[J].技术经济，2004（10）：31-33.

[3]张毅，杨秀霞，陈洁，梁勇.计算机仿真大赛活动中的创新教育研究[J].学理论，2012，28：172-173.

[4]李聪颖，韩蕾，徐庆九，王士星.在计算机仿真竞赛中培养学员能力和素质[J].计算机仿真，2011，06：384-388.

[5]袁国武，赵杨，赵征鹏，等.依托程序设计竞赛，提高计算机专业学生培养质量[J].计算机教育，2009（15）：104-106.

[6]赵英娜，张艳博，李娟.学科竞赛促进教学改革与创新实践能力培养的探讨[J].中国电力教育.2014（12）：131-132.

基金项目：校级一般教学改革项目（2015B25），2016本科教学工程项目（教字（2015）26号）。