計(jì)算機(jī)仿真大賽活動(dòng)中的創(chuàng)新教育研究

摘 要：計(jì)算機(jī)仿真大賽對普及仿真科學(xué)技術(shù)知識，激發(fā)廣大教師和學(xué)生的研究熱情，提高大學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識有積極的影響。計(jì)算機(jī)仿真大賽為創(chuàng)新教育創(chuàng)造了環(huán)境，在計(jì)算機(jī)仿真大賽中可以培養(yǎng)學(xué)生的自主探究能力、理論聯(lián)系實(shí)際能力及創(chuàng)新能力，為創(chuàng)新教育提供了很好的思路。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)仿真大賽；能力培養(yǎng)；創(chuàng)新

中圖分類號：G641 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1002-2589（2012）28-0172-02

引言

目前，素質(zhì)教育作為高等教育人才培養(yǎng)的主流，推動(dòng)著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號文），全國計(jì)算機(jī)仿真大獎(jiǎng)賽組委會(huì)已成功舉辦了四屆仿真大賽。從國際及國內(nèi)的情況看，仿真科學(xué)與技術(shù)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域，在危險(xiǎn)的、耗費(fèi)巨大財(cái)力和人力的重大工程上，仿真常常走在最前面。各種重大政治、經(jīng)濟(jì)、軍事決策之前要進(jìn)行仿真，實(shí)施預(yù)測和評估；危機(jī)、威脅的預(yù)測、預(yù)報(bào)，系統(tǒng)工程、機(jī)電工程、控制工程、信息工程等多個(gè)領(lǐng)域中日益增多的重大課題等都需要仿真的支撐；工業(yè)生產(chǎn)中有“虛擬樣機(jī)”；軍事裝備的研制生產(chǎn)中提出了“基于仿真的采辦”新方法。現(xiàn)在，已經(jīng)形成了一支專業(yè)的仿真隊(duì)伍，他們采用共同的科學(xué)理論和技術(shù)，來解決各自專業(yè)和應(yīng)用領(lǐng)域的仿真課題，并形成了專門從事仿真科學(xué)與技術(shù)的學(xué)科隊(duì)伍。因此，仿真已經(jīng)成為繼理論研究、實(shí)驗(yàn)研究之后的又一種科學(xué)研究方法。而計(jì)算機(jī)仿真大賽對普及仿真科學(xué)技術(shù)知識，激發(fā)廣大教師和學(xué)生的研究熱情，提高大學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識有積極的影響。

海軍航空工程學(xué)院從2004年第一屆計(jì)算機(jī)仿真大賽開始，連續(xù)四屆組織學(xué)員參加了比賽，獲得了特等獎(jiǎng)1項(xiàng)、一等獎(jiǎng)2項(xiàng)、二等獎(jiǎng)2項(xiàng)、三等獎(jiǎng)2項(xiàng)的好成績，在參賽的高校中名列前茅，為學(xué)校爭得了榮譽(yù)，同時(shí)，也提高了學(xué)員的素質(zhì)及能力，實(shí)現(xiàn)了人才培養(yǎng)的多元化。

一、計(jì)算機(jī)仿真大賽的特點(diǎn)

計(jì)算機(jī)仿真大賽與課程優(yōu)化和課程內(nèi)容改革緊密結(jié)合，競賽內(nèi)容采取統(tǒng)一命題的形式，選自工程技術(shù)和科學(xué)管理的實(shí)際問題，從經(jīng)濟(jì)、管理、控制、軍事等專業(yè)領(lǐng)域出發(fā)，組委會(huì)給各競賽隊(duì)出幾個(gè)競賽題目，各競賽隊(duì)可任選一題，并在十五日內(nèi)完成選題、建模、確定解決方案、設(shè)計(jì)仿真系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)仿真調(diào)試、獲得正確地結(jié)果、改進(jìn)性能、寫出建模及計(jì)算機(jī)仿真報(bào)告，并需要盡可能地發(fā)揮和創(chuàng)新。其中既有理論建模、方案設(shè)計(jì)，又有實(shí)際仿真調(diào)試過程，要求學(xué)生將理論知識真正變成實(shí)際可用的方案，對系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和仿真調(diào)試進(jìn)行真正的實(shí)踐，并給出仿真研究報(bào)告。由于難度大、時(shí)間緊，參賽學(xué)生多，這就對參賽學(xué)生提出了較高的要求，需要學(xué)生要具有寬廣的知識面及較深入扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，并且理論結(jié)合實(shí)際的能力、仿真能力及文字表達(dá)能力都要很強(qiáng)，這樣最后才能將方案做得完美，以爭取好的成績。

二、以計(jì)算機(jī)仿真大賽為牽引，進(jìn)行教學(xué)改革

通過幾年實(shí)踐，計(jì)算機(jī)仿真競賽及相關(guān)教學(xué)在培養(yǎng)應(yīng)用型實(shí)踐型人才方面已得到了廣泛的認(rèn)可，其在培養(yǎng)學(xué)生的理論與實(shí)際問題相結(jié)合的能力、總結(jié)和撰寫科技論文的能力、檢索及消化文獻(xiàn)的能力、采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行仿真及解決問題的能力等方面，都具有非常積極的作用，改變了計(jì)算機(jī)控制、運(yùn)籌學(xué)等傳統(tǒng)的專業(yè)基礎(chǔ)課教學(xué)中采用的只強(qiáng)調(diào)概念、理論等而忽視知識運(yùn)用的做法[1]，這種狀態(tài)已不能適應(yīng)目前素質(zhì)教育的主流。

為了改變這種狀況，我們采取的措施就是把計(jì)算機(jī)仿真的思想融入教學(xué)過程中。以此為基礎(chǔ)，對教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法等進(jìn)行改革，激發(fā)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，培養(yǎng)其分析問題、解決問題的能力[2]。在授課過程中我們發(fā)現(xiàn)，計(jì)算機(jī)仿真大賽活動(dòng)可作為一很好的任務(wù)驅(qū)動(dòng)，能夠推動(dòng)創(chuàng)新教育。

（一）課程教學(xué)改革

1.在理論教學(xué)中加大仿真實(shí)踐性教學(xué)力度

要改變傳統(tǒng)的主要靠教師“教”給學(xué)生知識，要引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自主能動(dòng)的“學(xué)”知識，并要學(xué)會(huì)應(yīng)用[3]。通過計(jì)算機(jī)仿真，可以讓學(xué)生對理論知識進(jìn)行應(yīng)用，讓書本知識變得鮮活，同時(shí)增強(qiáng)學(xué)生的自主探究能力，由被動(dòng)地學(xué)變成自主地學(xué)。

例如為了培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，我們在《自動(dòng)控制原理》的課程教學(xué)中對理論及方法的教學(xué)采用讓學(xué)生課后自主進(jìn)行Matlab仿真試驗(yàn)的方法，對控制方法及其中的參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，發(fā)現(xiàn)問題，及時(shí)與學(xué)員及教員進(jìn)行討論，而在課堂上與學(xué)員適當(dāng)?shù)鼗?dòng)有助于教員實(shí)時(shí)地掌握學(xué)員的學(xué)習(xí)情況，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，開發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維。

2.融競賽作品于案例教學(xué)中

每一個(gè)競賽作品就是一個(gè)很好的應(yīng)用所學(xué)理論知識對現(xiàn)實(shí)問題進(jìn)行解答的案例，通過對大量案例加以收集整理，重新編寫成適合教學(xué)的案例，來創(chuàng)建案例庫，將其用于教學(xué)，可讓更多的學(xué)生參與到其中。重點(diǎn)以組織案例討論為主，強(qiáng)化學(xué)員的“主體”地位，營造良好的課堂情景，完成教師與學(xué)生的角色轉(zhuǎn)換。同時(shí)在對大賽的作品分析的過程中，不斷挖掘師生的潛力，不斷創(chuàng)新，從而使整個(gè)課堂氣氛更活躍。

（二）營造自主學(xué)習(xí)環(huán)境，培養(yǎng)創(chuàng)新能力

傳統(tǒng)的人才培養(yǎng)模式，所培養(yǎng)的人才共性多、個(gè)性少，缺乏創(chuàng)造性。要實(shí)現(xiàn)從單一的共性培養(yǎng)模式向多樣化的個(gè)性培養(yǎng)模式轉(zhuǎn)變就必須不斷改進(jìn)教學(xué)方法，使學(xué)員能夠主動(dòng)學(xué)習(xí)、能動(dòng)學(xué)習(xí)、創(chuàng)造性學(xué)習(xí)，計(jì)算機(jī)仿真大賽就是一個(gè)很好的機(jī)會(huì)。在注重打牢基礎(chǔ)、培養(yǎng)合格人才的同時(shí)，廣泛聽取學(xué)員的反映，使培養(yǎng)的人才既合格，又有特色。

人才培養(yǎng)是一個(gè)多因素作用的系統(tǒng)工程，應(yīng)力求使學(xué)員在校學(xué)習(xí)的每一個(gè)環(huán)節(jié)都成為教育的陣地。學(xué)院各級領(lǐng)導(dǎo)經(jīng)常到學(xué)員中介紹相關(guān)專業(yè)情況，主動(dòng)與學(xué)員的管理單位進(jìn)行溝通，以便及時(shí)對教學(xué)工作中的不當(dāng)之處加以改進(jìn)；學(xué)院機(jī)關(guān)不定期召開師生座談會(huì)，了解學(xué)員的學(xué)習(xí)情況和精神狀況，幫助同學(xué)們增強(qiáng)信心和專業(yè)歸屬感；教員積極組織并指導(dǎo)學(xué)員參加計(jì)算機(jī)仿真競賽，這樣不僅增進(jìn)了師生之間的溝通和了解，而且使雙方在潛移默化中教學(xué)相長。

1.進(jìn)一步加大實(shí)驗(yàn)室的開發(fā)力度，提供讓學(xué)生進(jìn)行自主鍛煉的場所，以提高學(xué)生的理論與實(shí)際相聯(lián)系的能力

每學(xué)期除了制定課程大綱要求的實(shí)驗(yàn)計(jì)劃外，對開放實(shí)驗(yàn)的項(xiàng)目內(nèi)容、開放計(jì)劃等也進(jìn)行規(guī)劃，并通過校園網(wǎng)發(fā)布；同時(shí)為學(xué)生提供必要的實(shí)驗(yàn)儀器及設(shè)備等，另外還配備專門的教師進(jìn)行指導(dǎo)。如我們在《自動(dòng)控制原理》課程的教學(xué)過程中，建立了控制系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室，配備了水溫控制系統(tǒng)、三自由度直升機(jī)模型、磁懸浮控制系統(tǒng)和智能機(jī)器人等，能夠開展控制系統(tǒng)的綜合型及研究型實(shí)驗(yàn)，從而深化學(xué)員對控制理論書本知識的理解，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用理論來分析、解決問題的能力。

2.構(gòu)建開放的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺

依托網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)常更新完善網(wǎng)絡(luò)課程，建設(shè)虛擬實(shí)驗(yàn)室，開發(fā)虛擬實(shí)驗(yàn)室的綜合開放平臺，開展網(wǎng)絡(luò)控制實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)，探索網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)教學(xué)的模式，結(jié)合多媒體教材，形成了一個(gè)滿足學(xué)員個(gè)性化、多元化、自主性、研究性學(xué)習(xí)所需的知識面廣、信息量大、設(shè)計(jì)先進(jìn)的立體化、數(shù)字化的網(wǎng)絡(luò)開放教學(xué)平臺。

3.開設(shè)計(jì)算機(jī)仿真選修課，培養(yǎng)系統(tǒng)仿真能力

以計(jì)算機(jī)仿真大賽為載體，在學(xué)院開設(shè)了《系統(tǒng)建模與仿真》和《控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)》等選修課，極大地提高了學(xué)生的興趣，擴(kuò)大了學(xué)生的知識面，有效提升了學(xué)生的智力潛能。學(xué)生將課堂中學(xué)到的理論知識通過仿真進(jìn)行消化理解的興趣與日俱增，每年主動(dòng)參加競賽活動(dòng)學(xué)生達(dá)100多人次，學(xué)生的整體素質(zhì)得到明顯提高。實(shí)踐進(jìn)一步證明，在課程建設(shè)及教學(xué)改革方面，計(jì)算機(jī)仿真大賽起到了先行者的作用。

（三）制定切實(shí)可行的計(jì)算機(jī)仿真教學(xué)方案

計(jì)算機(jī)仿真大賽涉及很多專業(yè)基礎(chǔ)課程及仿真課程，一兩位教師進(jìn)行指導(dǎo)是不可能的。為此，學(xué)院根據(jù)實(shí)際情況，結(jié)合前幾屆的大賽題目及學(xué)生的課程設(shè)置，結(jié)合國內(nèi)外計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的發(fā)展，編寫了合適的講義，符合“高、新、寬、深”的要求，制定了相應(yīng)的切實(shí)可行的教學(xué)計(jì)劃及實(shí)施方案，給出詳細(xì)的賽前培訓(xùn)計(jì)劃，并且在每次大賽后進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，作為下一屆培訓(xùn)的內(nèi)容之一。

賽前授課，采用任務(wù)引領(lǐng)型課程體系，將基礎(chǔ)理論知識有選擇性地融入到典型系統(tǒng)中，以實(shí)踐為主體，體現(xiàn)實(shí)踐導(dǎo)向思想。在教學(xué)實(shí)施方案上，以專題練習(xí)為牽引，開設(shè)60課時(shí)的計(jì)算機(jī)仿真大賽選修課，并計(jì)入學(xué)生的選修課成績。

教研室開展科研的目的是促進(jìn)教學(xué)改革，強(qiáng)化骨干教員的帶頭作用，促進(jìn)教員隊(duì)伍整體水平的提高，而計(jì)算機(jī)仿真大賽的指導(dǎo)教員都是經(jīng)過嚴(yán)格選拔的，是教學(xué)、科研方面的骨干。教學(xué)改革的探索，是通過課堂教學(xué)這個(gè)主渠道反映出來的。為了加強(qiáng)骨干教員的管理，促其在原有基礎(chǔ)上有所提高，更快更好地適應(yīng)教改的形勢，通過科研工作進(jìn)行帶動(dòng)，同時(shí)也為課堂教學(xué)提供豐富的素材和實(shí)踐基礎(chǔ)。

（四）發(fā)揮參加過計(jì)算機(jī)仿真大賽學(xué)員在本科畢業(yè)設(shè)計(jì)中的助動(dòng)作用

首先，有計(jì)算機(jī)仿真大賽經(jīng)歷的學(xué)員，都曾經(jīng)有過類似本科畢業(yè)設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，例如理解題目、建立模型、仿真及論文撰寫等，這些都可以傳授給其他本科學(xué)員，促進(jìn)他們又快又好地進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)工作。參加過計(jì)算機(jī)仿真大賽的學(xué)員本身也在進(jìn)行他們各自更加深入的學(xué)位論文研究，對于畢業(yè)設(shè)計(jì)工作，有著更為深入的經(jīng)驗(yàn)體會(huì)，這些經(jīng)驗(yàn)體會(huì)，是其他學(xué)員由于學(xué)識所限，難以體會(huì)到的。有計(jì)算機(jī)仿真大賽經(jīng)驗(yàn)的學(xué)員與其他學(xué)員一起進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)，必將大大開闊其他學(xué)員的視野。其次，有計(jì)算機(jī)仿真大賽經(jīng)歷的學(xué)員在參與科研項(xiàng)目以及學(xué)位論文寫作過程中，會(huì)發(fā)現(xiàn)一些有益的課題和內(nèi)容，更適合作為本科畢業(yè)設(shè)計(jì)題目，這些可以與教員交流，增強(qiáng)選題的針對性。最后，有大賽經(jīng)歷的學(xué)員對于技術(shù)細(xì)節(jié)，往往了解得更為清晰，解決實(shí)際問題的能力更強(qiáng)，能夠迅速有效地幫助其他本科學(xué)員解決畢業(yè)設(shè)計(jì)中所遇到的技術(shù)問題。從結(jié)果來看，這樣同學(xué)的論文都比較好，最后評選出的優(yōu)秀往往是這些學(xué)員的。

三、結(jié)束語

全國計(jì)算機(jī)仿真大賽為學(xué)生提供了施展才能的舞臺，為教學(xué)實(shí)踐搭建了平臺，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，多名競賽優(yōu)勝者在考研、工作、科技創(chuàng)新、團(tuán)隊(duì)意識方面表現(xiàn)突出。實(shí)踐表明，全國計(jì)算機(jī)仿真大賽是整合相關(guān)課程內(nèi)外實(shí)踐教育教學(xué)環(huán)節(jié)，開展創(chuàng)新人才培養(yǎng)的重要途徑。為此，我們將以計(jì)算機(jī)仿真大賽為契機(jī)，不斷地探索新的教學(xué)實(shí)踐方法，以快速提高教學(xué)水平。

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（責(zé)任編輯：李 慧）