计算机仿真大赛活动中的创新教育研究

摘 要：计算机仿真大赛对普及仿真科学技术知识，激发广大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有积极的影响。计算机仿真大赛为创新教育创造了环境，在计算机仿真大赛中可以培养学生的自主探究能力、理论联系实际能力及创新能力，为创新教育提供了很好的思路。

关键词：计算机仿真大赛；能力培养；创新

中图分类号：G641文献标志码：A文章编号：1002-2589（2012）28-0172-02

引言

目前，素质教育作为高等教育人才培养的主流，推动着高校的教育改革工作，受教育部高等教育司的委托（教高司函[2004]167号文），全国计算机仿真大奖赛组委会已成功举办了四届仿真大赛。从国际及国内的情况看，仿真科学与技术已经广泛地应用到各个领域，在危险的、耗费巨大财力和人力的重大工程上，仿真常常走在最前面。各种重大政治、经济、军事决策之前要进行仿真，实施预测和评估；危机、威胁的预测、预报，系统工程、机电工程、控制工程、信息工程等多个领域中日益增多的重大课题等都需要仿真的支撑；工业生产中有“虚拟样机”；军事装备的研制生产中提出了“基于仿真的采办”新方法。现在，已经形成了一支专业的仿真队伍，他们采用共同的科学理论和技术，来解决各自专业和应用领域的仿真课题，并形成了专门从事仿真科学与技术的学科队伍。因此，仿真已经成为继理论研究、实验研究之后的又一种科学研究方法。而计算机仿真大赛对普及仿真科学技术知识，激发广大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有积极的影响。

海军航空工程学院从2004年第一届计算机仿真大赛开始，连续四届组织学员参加了比赛，获得了特等奖1项、一等奖2项、二等奖2项、三等奖2项的好成绩，在参赛的高校中名列前茅，为学校争得了荣誉，同时，也提高了学员的素质及能力，实现了人才培养的多元化。

一、计算机仿真大赛的特点

计算机仿真大赛与课程优化和课程内容改革紧密结合，竞赛内容采取统一命题的形式，选自工程技术和科学管理的实际问题，从经济、管理、控制、军事等专业领域出发，组委会给各竞赛队出几个竞赛题目，各竞赛队可任选一题，并在十五日内完成选题、建模、确定解决方案、设计仿真系统、计算机仿真调试、获得正确地结果、改进性能、写出建模及计算机仿真报告，并需要尽可能地发挥和创新。其中既有理论建模、方案设计，又有实际仿真调试过程，要求学生将理论知识真正变成实际可用的方案，对系统的设计和仿真调试进行真正的实践，并给出仿真研究报告。由于难度大、时间紧，参赛学生多，这就对参赛学生提出了较高的要求，需要学生要具有宽广的知识面及较深入扎实的理论基础，并且理论结合实际的能力、仿真能力及文字表达能力都要很强，这样最后才能将方案做得完美，以争取好的成绩。

二、以计算机仿真大赛为牵引，进行教学改革

通过几年实践，计算机仿真竞赛及相关教学在培养应用型实践型人才方面已得到了广泛的认可，其在培养学生的理论与实际问题相结合的能力、总结和撰写科技论文的能力、检索及消化文献的能力、采用计算机进行仿真及解决问题的能力等方面，都具有非常积极的作用，改变了计算机控制、运筹学等传统的专业基础课教学中采用的只强调概念、理论等而忽视知识运用的做法[1]，这种状态已不能适应目前素质教育的主流。

为了改变这种状况，我們采取的措施就是把计算机仿真的思想融入教学过程中。以此为基础，对教学内容、教学方法等进行改革，激发学生的自主学习能力，培养其分析问题、解决问题的能力[2]。在授课过程中我们发现，计算机仿真大赛活动可作为一很好的任务驱动，能够推动创新教育。

（一）课程教学改革

1.在理论教学中加大仿真实践性教学力度

要改变传统的主要靠教师“教”给学生知识，要引导学生进行自主能动的“学”知识，并要学会应用[3]。通过计算机仿真，可以让学生对理论知识进行应用，让书本知识变得鲜活，同时增强学生的自主探究能力，由被动地学变成自主地学。

例如为了培养学生的自主学习能力，我们在《自动控制原理》的课程教学中对理论及方法的教学采用让学生课后自主进行Matlab仿真试验的方法，对控制方法及其中的参数进行调节，发现问题，及时与学员及教员进行讨论，而在课堂上与学员适当地互动有助于教员实时地掌握学员的学习情况，激发学生的学习兴趣，开发学生的创造性思维。

2.融竞赛作品于案例教学中

每一个竞赛作品就是一个很好的应用所学理论知识对现实问题进行解答的案例，通过对大量案例加以收集整理，重新编写成适合教学的案例，来创建案例库，将其用于教学，可让更多的学生参与到其中。重点以组织案例讨论为主，强化学员的“主体”地位，营造良好的课堂情景，完成教师与学生的角色转换。同时在对大赛的作品分析的过程中，不断挖掘师生的潜力，不断创新，从而使整个课堂气氛更活跃。

（二）营造自主学习环境，培养创新能力

传统的人才培养模式，所培养的人才共性多、个性少，缺乏创造性。要实现从单一的共性培养模式向多样化的个性培养模式转变就必须不断改进教学方法，使学员能够主动学习、能动学习、创造性学习，计算机仿真大赛就是一个很好的机会。在注重打牢基础、培养合格人才的同时，广泛听取学员的反映，使培养的人才既合格，又有特色。

人才培养是一个多因素作用的系统工程，应力求使学员在校学习的每一个环节都成为教育的阵地。学院各级领导经常到学员中介绍相关专业情况，主动与学员的管理单位进行沟通，以便及时对教学工作中的不当之处加以改进；学院机关不定期召开师生座谈会，了解学员的学习情况和精神状况，帮助同学们增强信心和专业归属感；教员积极组织并指导学员参加计算机仿真竞赛，这样不仅增进了师生之间的沟通和了解，而且使双方在潜移默化中教学相长。

1.进一步加大实验室的开发力度，提供让学生进行自主锻炼的场所，以提高学生的理论与实际相联系的能力

每学期除了制定课程大纲要求的实验计划外，对开放实验的项目内容、开放计划等也进行规划，并通过校园网发布；同时为学生提供必要的实验仪器及设备等，另外还配备专门的教师进行指导。如我们在《自动控制原理》课程的教学过程中，建立了控制系统综合设计实验室，配备了水温控制系统、三自由度直升机模型、磁悬浮控制系统和智能机器人等，能够开展控制系统的综合型及研究型实验，从而深化学员对控制理论书本知识的理解，培养学生运用理论来分析、解决问题的能力。

2.构建开放的网络教学平台

依托网络，经常更新完善网络课程，建设虚拟实验室，开发虚拟实验室的综合开放平台，开展网络控制实验室的建设，探索网络实时教学的模式，结合多媒体教材，形成了一个满足学员个性化、多元化、自主性、研究性学习所需的知识面广、信息量大、设计先进的立体化、数字化的网络开放教学平台。

3.开设计算机仿真选修课，培养系统仿真能力

以计算机仿真大赛为载体，在学院开设了《系统建模与仿真》和《控制系统计算机辅助设计》等选修课，极大地提高了学生的兴趣，扩大了学生的知识面，有效提升了学生的智力潜能。学生将课堂中学到的理论知识通过仿真进行消化理解的兴趣与日俱增，每年主动参加竞赛活动学生达100多人次，学生的整体素质得到明显提高。实践进一步证明，在课程建设及教学改革方面，计算机仿真大赛起到了先行者的作用。

（三）制定切实可行的计算机仿真教学方案

计算机仿真大赛涉及很多专业基础课程及仿真课程，一两位教师进行指导是不可能的。为此，学院根据实际情况，结合前几届的大赛题目及学生的课程设置，结合国内外计算机仿真技术的发展，编写了合适的讲义，符合“高、新、宽、深”的要求，制定了相应的切实可行的教学计划及实施方案，给出详细的赛前培训计划，并且在每次大赛后进行经验总结，作为下一届培训的内容之一。

赛前授课，采用任务引领型课程体系，将基础理论知识有选择性地融入到典型系统中，以实践为主体，体现实践导向思想。在教学实施方案上，以专题练习为牵引，开设60课时的计算机仿真大赛选修课，并计入学生的选修课成绩。

教研室开展科研的目的是促进教学改革，强化骨干教员的带头作用，促进教员队伍整体水平的提高，而计算机仿真大赛的指导教员都是经过严格选拔的，是教学、科研方面的骨干。教学改革的探索，是通过课堂教学这个主渠道反映出来的。为了加强骨干教员的管理，促其在原有基础上有所提高，更快更好地适应教改的形势，通过科研工作进行带动，同时也为课堂教学提供丰富的素材和实践基础。

（四）发挥参加过计算机仿真大赛学员在本科畢业设计中的助动作用

首先，有计算机仿真大赛经历的学员，都曾经有过类似本科毕业设计的经验，例如理解题目、建立模型、仿真及论文撰写等，这些都可以传授给其他本科学员，促进他们又快又好地进行毕业设计工作。参加过计算机仿真大赛的学员本身也在进行他们各自更加深入的学位论文研究，对于毕业设计工作，有着更为深入的经验体会，这些经验体会，是其他学员由于学识所限，难以体会到的。有计算机仿真大赛经验的学员与其他学员一起进行毕业设计，必将大大开阔其他学员的视野。其次，有计算机仿真大赛经历的学员在参与科研项目以及学位论文写作过程中，会发现一些有益的课题和内容，更适合作为本科毕业设计题目，这些可以与教员交流，增强选题的针对性。最后，有大赛经历的学员对于技术细节，往往了解得更为清晰，解决实际问题的能力更强，能够迅速有效地帮助其他本科学员解决毕业设计中所遇到的技术问题。从结果来看，这样同学的论文都比较好，最后评选出的优秀往往是这些学员的。

三、结束语

全国计算机仿真大赛为学生提供了施展才能的舞台，为教学实践搭建了平台，激发了学生的学习兴趣，多名竞赛优胜者在考研、工作、科技创新、团队意识方面表现突出。实践表明，全国计算机仿真大赛是整合相关课程内外实践教育教学环节，开展创新人才培养的重要途径。为此，我们将以计算机仿真大赛为契机，不断地探索新的教学实践方法，以快速提高教学水平。

参考文献：

[1]中国电子学会教育工作委员会.创新人才：培养实践教学改革[M].西安：电子科技大学出版社，2008.

[2]罗李平，杨柳，魏继东，阳志锋，宫兆刚.关于数学建模教学与竞赛的思考[J].湖南工业大学学报，2010，24（1）：94-96.

[3]李苏北.以学科竞赛为载体，推动课程建设与学生创新能力培养[J].大学数学，2009，25（5）：8-10.

（责任编辑：李 慧）