以科技競賽促進創新型人才培養

蔡越江，杜金蓮，金雪云，蔣宗禮

（北京工業大學 信息學部，北京 100124）

0 引 言

培養什么人，是教育的首要問題。培養社會主義建設者和接班人，是我國教育的根本任務，也是教育現代化的方向目標。為達到此目標，培養創新型人才成為當前高等教育的重中之重。作為計算機科學與技術專業的教師，如何為社會培養高質量的計算機科學與技術創新型人才是高校教育工作者必須考慮的重要問題，也是高校計算機專業未來發展的關鍵。本文介紹一種由北京工業大學信息學部計算機學院計算機科學與技術專業探索出的，通過科技競賽來促進計算機科學與技術專業的創新型人才培養模式。

1 3環節創新型人才培養的ITIO模型

創新型人才培養已成為我國高等教育適應國家發展戰略的重要使命，創新能力主要體現在：科學研究、技術開發及生產實踐中，利用自身已有的基礎不斷提供的，能夠促進上述活動開展的新理論、新思想、新方法的能力[1]。計算機科學與技術作為一門學科是在現代計算機出現20 年后形成的，是一門發展很快、影響深遠的新興學科，主要特點是科學性與工程性并重，其形成和發展有力地推進了信息產業和知識經濟的迅猛發展。因此，探索如何培養計算機科學與技術專業的創新型人才對國家未來的發展具有深遠意義。

創新能力培養是一個系統工程。如果基礎知識不牢靠，所謂“創新型人才培養”就成為無根之木。為此，本團隊提出了以創新能力培養（Innovation Ability）為主軸，貫穿理論基礎（Theory）、課內實踐（In-class Practice）和課外實踐（Out-class Practice）的3 環節創新型人才培養ITIO 模型，如圖1 所示，保證培養出有創新能力的合格的計算機專業人才。

圖1 創新型人才培養ITIO 模型

（1）夯實理論基礎。理論教學是提升創新能力的基礎環節。沒有堅實的理論基礎，所謂的創新只能是沙地上的高樓，不能長久。在教學過程中，要注重基礎科學知識，并不斷引入工程基礎知識。另外，在課程設置上，通過對課程體系的進一步整合與改革，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起來，讓學生獲取到專業知識的全景視圖，為全面提升創新能力夯實基礎。

（2）擴展課內實踐教學。課內實踐環節是創新能力培養的第二個環節，也是學生創新能力提升的第一個階段。學生在這里開始將理論與實踐結合起來，嘗試運用計算機科學專業知識來解決復雜的工程問題。這是學生拓展創新能力的第一步，需要教師的指引。這不僅僅涉及每門課程包含的實驗，及對應的課程設計，還包括認識實習、生產實習，以及最終的畢業設計和論文環節。

（3）拓寬課外實踐。課外實踐對學生的創新能力培養有非常重要的作用，也是當前大學教育的薄弱環節。尤其對于計算機專業而言，動手能力不足、創新能力匱乏，是畢業生進入社會后的一個非常大的困擾。本團隊經過長期摸索，發現在學生已經完成了前兩個階段的培養之后，通過讓學生參與學科競賽，并輻射各項其他計算機競賽、項目實踐、創業創新實踐以及科學研究實踐，可以全面提升計算機科學與技術專業大學生的創新素質和創新能力，最終達到培養出高質量創新型人才的目標。

（4） 以創新能力培養為主軸貫穿培養全過程。創新能力培養需要在各個環節中都能體現出來，這種能力將服務學生的終身?，F在計算機科學知識日新月異發展，如果只靠大學學習的有限知識，在學生畢業后的實踐中一定是不足夠的。而大學期間為學生培養出的創新能力，可以讓學生終身受益，這才是我們的最終培養目的。

2 以科技競賽為抓手拓寬課外實踐

經過多年研究實踐發現，科技競賽是一個可以拓寬課外實踐的有效抓手。通過讓學生參與學科競賽，并輻射各項其他計算機競賽、項目實踐、創業創新實踐以及科學研究實踐，可以全面提升計算機科學與技術專業大學生的創新素質和創新能力，最終達到培養出高質量創新型人才的目標。在此過程中，團隊的老師不但指導學生參與已有的競賽，還設計、改進、組織學校范圍的競賽，并完善競賽平臺，付出了很大努力。通過參與競賽，學生們獲得實踐及創新的鍛煉機會，并培養了能力。學生之間也可以相互輔導，在協作交流中提高能力，同時提升了團隊協作能力。與此同時，充分發揮導師的作用，讓學生以競賽為契機加入實驗室并參與到科研實踐當中，實現專業教師與學生近距離、手把手的交流與指導。

通常情況下，科技競賽只是少數學生參與的活動。然而，本團隊通過長期摸索，探索出一種讓學生有更多機會參與其中的路徑，貫穿學生整個大學學習的全過程。

1）起步階段，喚醒意識重在興趣培養。

此階段針對計算機科學與技術專業的大一新生。他們已經開始學習一些程序設計知識，但是水平參差不齊。由于學生來自全國各地，有的學生從初中高中就接觸了計算機程序設計，甚至參加了程序設計的奧賽；而有些學生則是從大一才剛開始接觸，處于程序設計思想的萌芽階段。針對這種情況，本團隊發起、組織了ACM 校選拔賽，一方面可以為后續的比賽選拔人才，一方面激發學生的學習熱情。

對于有能力的學生，還可以指導他們參加世界頂級ACM 國際大學生程序設計競賽（簡稱ACM-ICPC 或ICPC）。該競賽是由國際計算機協會（ACM）主辦的一項旨在展示大學生創新能力、團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。經過近40 年的發展，ACM 國際大學生程序設計競賽已經發展成為全球最具影響力的大學生程序設計競賽。

為組織好ACM-ICPC 校選拔賽，本團隊教師認真研究了ACM-ICPC 的規則和流程，留心各個細節，對現有的開放競賽平臺進行完善，讓這個校賽有“國際范兒”，從而保證這個比賽不僅有嚴謹性，還有趣味性。比賽分為兩個階段，初賽完全通過網絡進行，由于沒有場地的限制，對參賽人數沒有限制。團隊教師協同班主任、輔導員共同宣傳這個比賽，并為比賽設立了“創新學分”，激發學生參賽意愿。由于北京工業大學有兩個校區，為方便學生參與，每年的復賽都是跨校區同時舉行，并組織大量學生志愿者模擬ACM-ICPC競賽現場為參賽者服務，一方面提升學生的參賽體驗，另一方面也激發了學生的興趣。

ACM-ICPC 校選拔賽不僅可以為ACM-ICPC選拔人才，為日后的天梯賽、藍橋杯和IEEE 極限編程等其他程序設計類競賽輸送人才；還可以發現一些基礎扎實、學有余力的學生，引導他們參加更高層次的科技競賽、科技項目和科學研究實踐，做到因材施教，提高學生創新素質和創新能力。

2）攻堅階段，激發激情重在能力提升。

此階段主要針對計算機科學與技術專業的大二、大三學生，指導學生參與中國高校計算機大賽——團體程序設計天梯賽（簡稱“天梯賽”）。天梯賽是由教育部高等學校計算機類專業教學指導委員會、教育部高等學校軟件工程專業教學指導委員會、教育部高等學校大學計算機課程教學指導委員會、全國高等學校計算機教育研究會聯合主辦的全國性競賽。

參賽隊伍由本團隊和北京工業大學計算中心的教師共同組織，競賽目的在于培養大學生利用計算機對復雜工程問題的分析問題和解決問題的能力。在參賽過程中，學生提升了程序設計能力，培養了團隊合作精神，提高了大學生的綜合素質。由于比賽的學生參與度廣（3 隊/校、10人/隊），因此，競賽的成績一方面能夠檢驗出一所學校計算機教學的整體實力，另一方面也可以依據成績的好壞對程序設計教學過程進行檢視，從而提升程序設計課程的教學水平。另外，由于整個參賽過程可以接觸到全國各個大學的參賽隊伍，一方面可以促進校際交流，另一方面也開拓了學生的眼界，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，用潤物細無聲的方式，不僅讓參與的學生關注到加強創新能力對自身能力培養的重要性，還可以通過宣傳，讓沒有參與的學生關注到這個問題。由于在教與學的過程中，學生的主動性對最終成果有更關鍵的指導作用，因此，此階段對可以為創新型人才培養指明方向。

3）飛躍階段，多種途徑重在尋求創新體驗。

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

4）反饋階段，總結反思重在凝練全面提高。

教育是一個不斷迭代的過程，前一代的經驗不論成功與否，對下一代的培養都是有促進作用的。因此，在對一屆學生完成了前面3 個階段的培養之后，教師應當充分地總結經驗和教訓，還可以鼓勵高年級學生對低年級學生進行經驗分享，充分利用現代化的通訊手段，為創新型人才培養規劃的實施提供有機反饋。成功的經驗和失敗的反思都可以有效地加強或者矯正創新型人才培養的路徑，保證最終培養目標的達成。

由于上述4 個階段形成了一個良性反饋的閉環，完整涵蓋了大學四年的學習生活，使每位參與其中的同學都從中獲得不同的收益。

3 實踐效果

本團隊多年遵循此模式，收獲到了豐碩的成果。

2018 年ACM-ICPC 校內選拔賽共有141 隊304 人報名。網絡資格賽有91 隊237 人獲得了晉級參加現場賽的資格，現場賽共占用4 個機房。比賽一等獎3 隊7 人；二等獎3 隊9 人；三等獎42 隊112 人；認定完整參賽并獲得創新學分216人。2019 年ACM-ICPC校內選拔賽分為2 個階段，網絡資格賽為個人賽，共有307 名同學報名，其中205 名同學獲得晉級資格。以隊為單位的現場賽，共有67 支隊伍、186 名同學參加，設置了本部和通州校區2 個比賽點。比賽結果為一等獎2 隊6 人；二等獎6 隊17 人；三等獎18 隊52 人；認定完整參賽并獲得創新學分175 人。這次比賽首次使用了部署在校內服務器的比賽在線評測系統，由ACM-ICPC 校集訓隊隊長孫嘉翊同學負責安裝調試，計算中心提供硬件資源。

2018 年我校選拔30 名優秀學生、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 年我校繼續選拔30 名優秀學生、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 在中國大陸地區舉辦的亞洲區域賽共有6 站比賽。我團隊組織84 支隊伍（217 人次）參加了全部6 站網絡賽，有3支隊伍獲得現場賽資格，北京和南寧2 站獲得銅獎。2018 年度ACM-ICPC 在中國大陸地區舉辦的亞洲區域賽共有6 站比賽，我團隊共組織93支隊伍（共計255 人次）參加了全部6 站網絡賽，有4 支隊伍獲得現場賽資格，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。

學生對科技競賽的參與，分為競賽準備、競賽參與和競賽總結3 個階段，需要長期的時間投入。在競賽的準備階段，學生在教師的指導下對所學知識進行系統梳理，并嘗試應用這些知識來解決各種新穎的問題，從而對學生的創新能力、創造性思維和實踐能力都有很大的提高。在競賽參與階段，需要學生在指定時間內相互配合完成任務，因此是對心理素質和團隊協作精神的培養過程。而最后的競賽總結階段，不論是成功的經驗還是失敗的反思，都會積極推動后續的學習過程。

參加過科技競賽的學生在總結經驗的時候普遍反映，通過參加科技競賽，他們提高了發現問題、分析問題、解決問題的能力，也增強了學習興趣，提升了研究的主動性，并培養團隊協作意識。另外，由于科技競賽提出問題是與實踐相關的實際問題，完整地參與競賽，其實就是學生完整地應用自己掌握的知識創新性地解決問題的過程。

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

4 結 語

創新型人才培養ITIO 模型的核心是基于本科教育聚焦學生解決復雜工程問題的基本定位，依據復雜工程問題的基本特征，在保障知識的基礎理論的基礎上，強化計劃內實踐，并通過科技競賽實現提升，有效促進創新型人才培養。這個貫穿學生大學學習全過程的模型實踐，在學生中得到普及，能夠收到極好的效果，特別是對大一學生來說，對其未來有著“引領”的作用。必須要指出的是，組織和鼓勵學生積極參與學科競賽的同時，要牢記面向未來的本科教育基本要求，避免成績導向，更不能為了競賽而競賽。