以赛促教

杨妹 王鹏 祝建成 鞠儒生 彭勇

【摘要】本文根据作者指导本科学生参加计算机仿真大奖赛的经验，结合仿真工程专业多学科综合的特点，探索如何提升仿真专业人才知识外延、实践和创新能力。

【关键词】计算机仿真大奖赛  学科竞赛  能力培养

【基金项目】国家自然科学基金（61473300）、湖南省自然科学基金（2017JJ3371）资助课题。

【中图分类号】G642   【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2020）21-0031-02

仿真学科是上世纪40年代以来伴随着计算机技术的发展而逐步形成的一门综合性学科。2002年，我校仿真工程本科专业首次招生。2013年教育部调整学科目录，建模仿真理论与技术成为了控制科学与工程下的一个二级学科。该二级学科的主要研究方向包括建模仿真理论与方法、仿真系统与技术、仿真应用工程。

仿真技术具有实践性强、多学科综合的特点。建模与仿真过程中特别注重从需求牵引仿真系统的开发，并进一步将仿真系统服务于领域应用。同时，仿真的理论基础还涉及仿真应用领域的理论基础。因此，仿真人才的培养在仿真专业深度和领域知识广度上有较高的挑战和要求。一方面，单纯的课堂教学无法为学员提供实践平台，另一方面，简单的案例实验、实践教学也不足以展示仿真技术的广泛应用前景。如何基于前沿普适性、交叉性和专业性培养建模与仿真的实践创新能力也成为了仿真人才培养的重点和难点。

自2005年成功举办首届全国计算机仿真大奖赛以来，仿真技术人才能力的培养历来是大奖赛关心的重点[1]。通过大奖赛提供的竞技平台，众多在校学生和仿真技术的从业人员在竞赛的培训和参赛过程中积极学习和归纳仿真知识、搭建仿真应用、探索仿真前沿。我校积极组织学员参加历届仿真大奖赛，在各届竞赛中积累了丰富的经验，并在如何依托仿真大奖赛培养仿真工程专业学员的能力素质进行了探索。

1.计算机仿真大奖赛简介

全国计算机仿真大奖赛是响应习主席“为建设世界科技强国而奋斗”的号召，受教育部高等教育司委托（教高司函[2004]167号文件），由中国自动化学会、中国计算机用户协会、中国系统仿真学会、中国指挥与控制学会、教育部高教司主办，《计算机仿真》杂志社承办的一项全国性、科普性和群众性的科技活动。竞赛的目的是在青少年中普及仿真技术、培养创新创业能力、营造全民学科学、爱仿真、学仿真和用仿真的良好氛围[2]。

全国计算机仿真大奖赛每两年举办一届，是仿真学科领域的国家级重要竞赛。

大奖赛分为初赛和复赛两个阶段。初赛为命题作答，一般有三或四道命题，需要选手选取一道，编写计算机程序、运行程序得到仿真结果并进行文字解答，通过初赛可以考查参赛人员运用仿真技术分析问题、解决问题的能力。复赛为6分钟的现场答题。在初赛阶段获得一等奖的10个代表队参加决赛。每个代表队任选2道题回答，由评委现场打分并点评。这些题目考查参赛选手对仿真基本理论、技术和方法的认识和理解，以及对仿真学科前沿技术的认识。

2.依托竞赛提升学生仿真知识体系的外延能力

竞赛的组织过程有助于促进学生完善对仿真知识体系的顶层认识。仿真大奖赛提供的参考书籍覆盖计算机仿真的基础理论、方法、技术和应用，都是仿真领域的重要专著。学生在准备竞赛时需要通读这些专著，是对课堂教学所学知识的重要补充和系统总结。特别是在决赛培训时，通过分组学习、研讨交流和模拟现场等一系列手段，能帮助学生建立对建模与仿真理论基础的更为完善的认识。

竞赛的经验促进了仿真学科的教学内容改革。仿真学科的交叉性使仿真技术随着计算机技术、信息技术和应用技术的发展而发展。相关技术的每一次突破往往引起建模与仿真方法的进步。因而，学科的教学内容更新和改革是一个永恒的话题。仿真大赛决赛过程中常将当前热点技术问题与仿真技术相结合。例如，大数据与仿真的结合、人工智能与仿真的结合等问题。这些技术问题通常比较前沿，也是仿真領域研究人员关注的焦点。在计算机仿真大奖赛组织过程中积累的这些新知识新方法也可以促进仿真知识体系的扩展，成为课程知识体系建设的重要参考对象。同时，新知识的融合和新领域的应用方向是指导研究生深入研究方向发掘研究问题的重要抓手。

3.依托竞赛促进学生应用仿真知识的实践能力

计算机仿真大赛的初赛题目常常来源于工程实践，有较强的应用背景。例如第八届仿真大奖赛特等奖作品所研究的命题A有关公共安全。该题以建筑工地中基坑施工的安全问题为背景，研究如何合理布置、优化施工中的安全逃生通道布置，并针对实际灾害发生情况设计人员逃生方案的快速生成。这一问题的研究有助于应对基坑施工过程中的安全应急情况，具有重要的现实意义。另外命题B和命题C分别对计划生育政策对我国人口的影响和共享单车的流通情况进行仿真，都是贴近生活的、群众较为关心的社会问题。这些题目一方面可以激发学生专业学习的兴趣，另一方面也可以引发学生思考如何使用仿真技术解决实际问题，促使高水平科学研究有更强的需求牵引。

4.依托竞赛培养团队创新能力

竞赛组委会在大赛选题中特别重视青少年创新能力的提升。复赛的题目中不仅有仿真基础知识题型，还有前沿技术和开放性题型。例如，在第八届仿真大奖赛的复赛中，反复出现了有关智能仿真和信息时代仿真现代化的问题。同时，莅临现场的专家[3][4]有关创新精神的精彩点评往往对在场的老师和学生都能有所激励和启发。

团队创新能力的培养在学员能力培养过程中起到“1+1>2”的作用。在参赛准备阶段，学员需要进行组队和分工，这也是科学研究和工程实践中重要的环节。团队成绩的提升不仅依靠学员自身能力的发挥，还依赖高效的团结协作精神。在参赛过程中，团队工作有总有分。一方面，以团队组长为核心，小组共同选题、查阅文献资料，并在此基础上进行需求分析，确定解题思路。后续工作并行展开，有的负责建模，有的负责代码实现，有的负责文字解答。团队成员在分工协作中发挥所长，提高效率。另一方面，从学员个体的角度，在团队讨论过程中相互启发，有助于发散思维的形成，取他人所长。