以科技競賽促進(jìn)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)

蔡越江，杜金蓮，金雪云，蔣宗禮

（北京工業(yè)大學(xué) 信息學(xué)部，北京 100124）

0 引 言

培養(yǎng)什么人，是教育的首要問題。培養(yǎng)社會主義建設(shè)者和接班人，是我國教育的根本任務(wù)，也是教育現(xiàn)代化的方向目標(biāo)。為達(dá)到此目標(biāo)，培養(yǎng)創(chuàng)新型人才成為當(dāng)前高等教育的重中之重。作為計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的教師，如何為社會培養(yǎng)高質(zhì)量的計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新型人才是高校教育工作者必須考慮的重要問題，也是高校計算機(jī)專業(yè)未來發(fā)展的關(guān)鍵。本文介紹一種由北京工業(yè)大學(xué)信息學(xué)部計算機(jī)學(xué)院計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)探索出的，通過科技競賽來促進(jìn)計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式。

1 3環(huán)節(jié)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的ITIO模型

創(chuàng)新型人才培養(yǎng)已成為我國高等教育適應(yīng)國家發(fā)展戰(zhàn)略的重要使命，創(chuàng)新能力主要體現(xiàn)在：科學(xué)研究、技術(shù)開發(fā)及生產(chǎn)實踐中，利用自身已有的基礎(chǔ)不斷提供的，能夠促進(jìn)上述活動開展的新理論、新思想、新方法的能力[1]。計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)作為一門學(xué)科是在現(xiàn)代計算機(jī)出現(xiàn)20 年后形成的，是一門發(fā)展很快、影響深遠(yuǎn)的新興學(xué)科，主要特點是科學(xué)性與工程性并重，其形成和發(fā)展有力地推進(jìn)了信息產(chǎn)業(yè)和知識經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展。因此，探索如何培養(yǎng)計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的創(chuàng)新型人才對國家未來的發(fā)展具有深遠(yuǎn)意義。

創(chuàng)新能力培養(yǎng)是一個系統(tǒng)工程。如果基礎(chǔ)知識不牢靠，所謂“創(chuàng)新型人才培養(yǎng)”就成為無根之木。為此，本團(tuán)隊提出了以創(chuàng)新能力培養(yǎng)（Innovation Ability）為主軸，貫穿理論基礎(chǔ)（Theory）、課內(nèi)實踐（In-class Practice）和課外實踐（Out-class Practice）的3 環(huán)節(jié)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)ITIO 模型，如圖1 所示，保證培養(yǎng)出有創(chuàng)新能力的合格的計算機(jī)專業(yè)人才。

圖1 創(chuàng)新型人才培養(yǎng)ITIO 模型

（1）夯實理論基礎(chǔ)。理論教學(xué)是提升創(chuàng)新能力的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)。沒有堅實的理論基礎(chǔ)，所謂的創(chuàng)新只能是沙地上的高樓，不能長久。在教學(xué)過程中，要注重基礎(chǔ)科學(xué)知識，并不斷引入工程基礎(chǔ)知識。另外，在課程設(shè)置上，通過對課程體系的進(jìn)一步整合與改革，形成特色突出的課程群，并以項目為中心將此模塊中的各個知識點串聯(lián)起來，讓學(xué)生獲取到專業(yè)知識的全景視圖，為全面提升創(chuàng)新能力夯實基礎(chǔ)。

（2）擴(kuò)展課內(nèi)實踐教學(xué)。課內(nèi)實踐環(huán)節(jié)是創(chuàng)新能力培養(yǎng)的第二個環(huán)節(jié)，也是學(xué)生創(chuàng)新能力提升的第一個階段。學(xué)生在這里開始將理論與實踐結(jié)合起來，嘗試運(yùn)用計算機(jī)科學(xué)專業(yè)知識來解決復(fù)雜的工程問題。這是學(xué)生拓展創(chuàng)新能力的第一步，需要教師的指引。這不僅僅涉及每門課程包含的實驗，及對應(yīng)的課程設(shè)計，還包括認(rèn)識實習(xí)、生產(chǎn)實習(xí)，以及最終的畢業(yè)設(shè)計和論文環(huán)節(jié)。

（3）拓寬課外實踐。課外實踐對學(xué)生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)有非常重要的作用，也是當(dāng)前大學(xué)教育的薄弱環(huán)節(jié)。尤其對于計算機(jī)專業(yè)而言，動手能力不足、創(chuàng)新能力匱乏，是畢業(yè)生進(jìn)入社會后的一個非常大的困擾。本團(tuán)隊經(jīng)過長期摸索，發(fā)現(xiàn)在學(xué)生已經(jīng)完成了前兩個階段的培養(yǎng)之后，通過讓學(xué)生參與學(xué)科競賽，并輻射各項其他計算機(jī)競賽、項目實踐、創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新實踐以及科學(xué)研究實踐，可以全面提升計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)大學(xué)生的創(chuàng)新素質(zhì)和創(chuàng)新能力，最終達(dá)到培養(yǎng)出高質(zhì)量創(chuàng)新型人才的目標(biāo)。

（4） 以創(chuàng)新能力培養(yǎng)為主軸貫穿培養(yǎng)全過程。創(chuàng)新能力培養(yǎng)需要在各個環(huán)節(jié)中都能體現(xiàn)出來，這種能力將服務(wù)學(xué)生的終身。現(xiàn)在計算機(jī)科學(xué)知識日新月異發(fā)展，如果只靠大學(xué)學(xué)習(xí)的有限知識，在學(xué)生畢業(yè)后的實踐中一定是不足夠的。而大學(xué)期間為學(xué)生培養(yǎng)出的創(chuàng)新能力，可以讓學(xué)生終身受益，這才是我們的最終培養(yǎng)目的。

2 以科技競賽為抓手拓寬課外實踐

經(jīng)過多年研究實踐發(fā)現(xiàn)，科技競賽是一個可以拓寬課外實踐的有效抓手。通過讓學(xué)生參與學(xué)科競賽，并輻射各項其他計算機(jī)競賽、項目實踐、創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新實踐以及科學(xué)研究實踐，可以全面提升計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)大學(xué)生的創(chuàng)新素質(zhì)和創(chuàng)新能力，最終達(dá)到培養(yǎng)出高質(zhì)量創(chuàng)新型人才的目標(biāo)。在此過程中，團(tuán)隊的老師不但指導(dǎo)學(xué)生參與已有的競賽，還設(shè)計、改進(jìn)、組織學(xué)校范圍的競賽，并完善競賽平臺，付出了很大努力。通過參與競賽，學(xué)生們獲得實踐及創(chuàng)新的鍛煉機(jī)會，并培養(yǎng)了能力。學(xué)生之間也可以相互輔導(dǎo)，在協(xié)作交流中提高能力，同時提升了團(tuán)隊協(xié)作能力。與此同時，充分發(fā)揮導(dǎo)師的作用，讓學(xué)生以競賽為契機(jī)加入實驗室并參與到科研實踐當(dāng)中，實現(xiàn)專業(yè)教師與學(xué)生近距離、手把手的交流與指導(dǎo)。

通常情況下，科技競賽只是少數(shù)學(xué)生參與的活動。然而，本團(tuán)隊通過長期摸索，探索出一種讓學(xué)生有更多機(jī)會參與其中的路徑，貫穿學(xué)生整個大學(xué)學(xué)習(xí)的全過程。

1）起步階段，喚醒意識重在興趣培養(yǎng)。

此階段針對計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的大一新生。他們已經(jīng)開始學(xué)習(xí)一些程序設(shè)計知識，但是水平參差不齊。由于學(xué)生來自全國各地，有的學(xué)生從初中高中就接觸了計算機(jī)程序設(shè)計，甚至參加了程序設(shè)計的奧賽；而有些學(xué)生則是從大一才剛開始接觸，處于程序設(shè)計思想的萌芽階段。針對這種情況，本團(tuán)隊發(fā)起、組織了ACM 校選拔賽，一方面可以為后續(xù)的比賽選拔人才，一方面激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

對于有能力的學(xué)生，還可以指導(dǎo)他們參加世界頂級ACM 國際大學(xué)生程序設(shè)計競賽（簡稱ACM-ICPC 或ICPC）。該競賽是由國際計算機(jī)協(xié)會（ACM）主辦的一項旨在展示大學(xué)生創(chuàng)新能力、團(tuán)隊精神和在壓力下編寫程序、分析和解決問題能力的年度競賽。經(jīng)過近40 年的發(fā)展，ACM 國際大學(xué)生程序設(shè)計競賽已經(jīng)發(fā)展成為全球最具影響力的大學(xué)生程序設(shè)計競賽。

為組織好ACM-ICPC 校選拔賽，本團(tuán)隊教師認(rèn)真研究了ACM-ICPC 的規(guī)則和流程，留心各個細(xì)節(jié)，對現(xiàn)有的開放競賽平臺進(jìn)行完善，讓這個校賽有“國際范兒”，從而保證這個比賽不僅有嚴(yán)謹(jǐn)性，還有趣味性。比賽分為兩個階段，初賽完全通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行，由于沒有場地的限制，對參賽人數(shù)沒有限制。團(tuán)隊教師協(xié)同班主任、輔導(dǎo)員共同宣傳這個比賽，并為比賽設(shè)立了“創(chuàng)新學(xué)分”，激發(fā)學(xué)生參賽意愿。由于北京工業(yè)大學(xué)有兩個校區(qū)，為方便學(xué)生參與，每年的復(fù)賽都是跨校區(qū)同時舉行，并組織大量學(xué)生志愿者模擬ACM-ICPC競賽現(xiàn)場為參賽者服務(wù)，一方面提升學(xué)生的參賽體驗，另一方面也激發(fā)了學(xué)生的興趣。

ACM-ICPC 校選拔賽不僅可以為ACM-ICPC選拔人才，為日后的天梯賽、藍(lán)橋杯和IEEE 極限編程等其他程序設(shè)計類競賽輸送人才；還可以發(fā)現(xiàn)一些基礎(chǔ)扎實、學(xué)有余力的學(xué)生，引導(dǎo)他們參加更高層次的科技競賽、科技項目和科學(xué)研究實踐，做到因材施教，提高學(xué)生創(chuàng)新素質(zhì)和創(chuàng)新能力。

2）攻堅階段，激發(fā)激情重在能力提升。

此階段主要針對計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的大二、大三學(xué)生，指導(dǎo)學(xué)生參與中國高校計算機(jī)大賽——團(tuán)體程序設(shè)計天梯賽（簡稱“天梯賽”）。天梯賽是由教育部高等學(xué)校計算機(jī)類專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會、教育部高等學(xué)校軟件工程專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會、教育部高等學(xué)校大學(xué)計算機(jī)課程教學(xué)指導(dǎo)委員會、全國高等學(xué)校計算機(jī)教育研究會聯(lián)合主辦的全國性競賽。

參賽隊伍由本團(tuán)隊和北京工業(yè)大學(xué)計算中心的教師共同組織，競賽目的在于培養(yǎng)大學(xué)生利用計算機(jī)對復(fù)雜工程問題的分析問題和解決問題的能力。在參賽過程中，學(xué)生提升了程序設(shè)計能力，培養(yǎng)了團(tuán)隊合作精神，提高了大學(xué)生的綜合素質(zhì)。由于比賽的學(xué)生參與度廣（3 隊/校、10人/隊），因此，競賽的成績一方面能夠檢驗出一所學(xué)校計算機(jī)教學(xué)的整體實力，另一方面也可以依據(jù)成績的好壞對程序設(shè)計教學(xué)過程進(jìn)行檢視，從而提升程序設(shè)計課程的教學(xué)水平。另外，由于整個參賽過程可以接觸到全國各個大學(xué)的參賽隊伍，一方面可以促進(jìn)校際交流，另一方面也開拓了學(xué)生的眼界，對自己的能力有正確的定位。

通過參加科技競賽，學(xué)生提出問題、分析問題、解決問題的能力有很大提升，用潤物細(xì)無聲的方式，不僅讓參與的學(xué)生關(guān)注到加強(qiáng)創(chuàng)新能力對自身能力培養(yǎng)的重要性，還可以通過宣傳，讓沒有參與的學(xué)生關(guān)注到這個問題。由于在教與學(xué)的過程中，學(xué)生的主動性對最終成果有更關(guān)鍵的指導(dǎo)作用，因此，此階段對可以為創(chuàng)新型人才培養(yǎng)指明方向。

3）飛躍階段，多種途徑重在尋求創(chuàng)新體驗。

此階段針對大三、大四的學(xué)生。在此階段，可以多層次多視角鼓勵學(xué)生參加各類科技競賽（例如挑戰(zhàn)杯）和科技活動（例如申報參加星火計劃項目、國創(chuàng)）。在此過程中，加強(qiáng)教師的指導(dǎo)，讓有能力的優(yōu)秀學(xué)生拿到省部級以上各種學(xué)科競賽的獎項，并通過發(fā)表論文、申報發(fā)明專利及軟件著作權(quán)申報等方式積累成果。一方面可以讓學(xué)生享受到艱苦付出的成果，為今后的學(xué)習(xí)提供保障，另一方面也可以提升學(xué)生畢業(yè)設(shè)計的質(zhì)量和水平。

4）反饋階段，總結(jié)反思重在凝練全面提高。

教育是一個不斷迭代的過程，前一代的經(jīng)驗不論成功與否，對下一代的培養(yǎng)都是有促進(jìn)作用的。因此，在對一屆學(xué)生完成了前面3 個階段的培養(yǎng)之后，教師應(yīng)當(dāng)充分地總結(jié)經(jīng)驗和教訓(xùn)，還可以鼓勵高年級學(xué)生對低年級學(xué)生進(jìn)行經(jīng)驗分享，充分利用現(xiàn)代化的通訊手段，為創(chuàng)新型人才培養(yǎng)規(guī)劃的實施提供有機(jī)反饋。成功的經(jīng)驗和失敗的反思都可以有效地加強(qiáng)或者矯正創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的路徑，保證最終培養(yǎng)目標(biāo)的達(dá)成。

由于上述4 個階段形成了一個良性反饋的閉環(huán)，完整涵蓋了大學(xué)四年的學(xué)習(xí)生活，使每位參與其中的同學(xué)都從中獲得不同的收益。

3 實踐效果

本團(tuán)隊多年遵循此模式，收獲到了豐碩的成果。

2018 年ACM-ICPC 校內(nèi)選拔賽共有141 隊304 人報名。網(wǎng)絡(luò)資格賽有91 隊237 人獲得了晉級參加現(xiàn)場賽的資格，現(xiàn)場賽共占用4 個機(jī)房。比賽一等獎3 隊7 人；二等獎3 隊9 人；三等獎42 隊112 人；認(rèn)定完整參賽并獲得創(chuàng)新學(xué)分216人。2019 年ACM-ICPC校內(nèi)選拔賽分為2 個階段，網(wǎng)絡(luò)資格賽為個人賽，共有307 名同學(xué)報名，其中205 名同學(xué)獲得晉級資格。以隊為單位的現(xiàn)場賽，共有67 支隊伍、186 名同學(xué)參加，設(shè)置了本部和通州校區(qū)2 個比賽點。比賽結(jié)果為一等獎2 隊6 人；二等獎6 隊17 人；三等獎18 隊52 人；認(rèn)定完整參賽并獲得創(chuàng)新學(xué)分175 人。這次比賽首次使用了部署在校內(nèi)服務(wù)器的比賽在線評測系統(tǒng)，由ACM-ICPC 校集訓(xùn)隊隊長孫嘉翊同學(xué)負(fù)責(zé)安裝調(diào)試，計算中心提供硬件資源。

2018 年我校選拔30 名優(yōu)秀學(xué)生、組織3 支隊參加該年度天梯賽面向本科生的最高難度組別“珠峰爭鼎”組別的比賽。其中1 支隊伍獲得珠峰爭鼎組別北京市三等獎。2019 年我校繼續(xù)選拔30 名優(yōu)秀學(xué)生、組織3 支隊參加該年度天梯賽“珠峰爭鼎”組別的比賽，其中2 支隊伍獲得珠峰爭鼎組別北京市三等獎。

2017 年度ACM-ICPC 在中國大陸地區(qū)舉辦的亞洲區(qū)域賽共有6 站比賽。我團(tuán)隊組織84 支隊伍（217 人次）參加了全部6 站網(wǎng)絡(luò)賽，有3支隊伍獲得現(xiàn)場賽資格，北京和南寧2 站獲得銅獎。2018 年度ACM-ICPC 在中國大陸地區(qū)舉辦的亞洲區(qū)域賽共有6 站比賽，我團(tuán)隊共組織93支隊伍（共計255 人次）參加了全部6 站網(wǎng)絡(luò)賽，有4 支隊伍獲得現(xiàn)場賽資格，其中南京、青島和北京3 站各獲銅獎1 項，共獲得銅獎3 項，是近3 年來最好成績。

學(xué)生對科技競賽的參與，分為競賽準(zhǔn)備、競賽參與和競賽總結(jié)3 個階段，需要長期的時間投入。在競賽的準(zhǔn)備階段，學(xué)生在教師的指導(dǎo)下對所學(xué)知識進(jìn)行系統(tǒng)梳理，并嘗試應(yīng)用這些知識來解決各種新穎的問題，從而對學(xué)生的創(chuàng)新能力、創(chuàng)造性思維和實踐能力都有很大的提高。在競賽參與階段，需要學(xué)生在指定時間內(nèi)相互配合完成任務(wù)，因此是對心理素質(zhì)和團(tuán)隊協(xié)作精神的培養(yǎng)過程。而最后的競賽總結(jié)階段，不論是成功的經(jīng)驗還是失敗的反思，都會積極推動后續(xù)的學(xué)習(xí)過程。

參加過科技競賽的學(xué)生在總結(jié)經(jīng)驗的時候普遍反映，通過參加科技競賽，他們提高了發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力，也增強(qiáng)了學(xué)習(xí)興趣，提升了研究的主動性，并培養(yǎng)團(tuán)隊協(xié)作意識。另外，由于科技競賽提出問題是與實踐相關(guān)的實際問題，完整地參與競賽，其實就是學(xué)生完整地應(yīng)用自己掌握的知識創(chuàng)新性地解決問題的過程。

通過與課堂教學(xué)緊密結(jié)合，科技競賽能夠以獨特的方式成為培養(yǎng)學(xué)生工程能力和提升綜合素質(zhì)的有效手段和途徑。國外的很多競賽培訓(xùn)直接為知名企業(yè)提供人才儲備與前期培訓(xùn)[2]，這對科技競賽對工程應(yīng)用創(chuàng)新與思想創(chuàng)新的作用也是一個佐證。

4 結(jié) 語

創(chuàng)新型人才培養(yǎng)ITIO 模型的核心是基于本科教育聚焦學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的基本定位，依據(jù)復(fù)雜工程問題的基本特征，在保障知識的基礎(chǔ)理論的基礎(chǔ)上，強(qiáng)化計劃內(nèi)實踐，并通過科技競賽實現(xiàn)提升，有效促進(jìn)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)。這個貫穿學(xué)生大學(xué)學(xué)習(xí)全過程的模型實踐，在學(xué)生中得到普及，能夠收到極好的效果，特別是對大一學(xué)生來說，對其未來有著“引領(lǐng)”的作用。必須要指出的是，組織和鼓勵學(xué)生積極參與學(xué)科競賽的同時，要牢記面向未來的本科教育基本要求，避免成績導(dǎo)向，更不能為了競賽而競賽。