计算机创新人才培养模式探讨

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1计算机学科竞赛

计算机学科竞赛［4－5］是在正常的教学实践的基础上，以竞赛的方式综合运用学生的计算机知识技能，进一步加强学生的实践动手能力的课外科技活动［6］。学生通过对竞赛的规则、平台以及相关技术的理解，学会发现问题、分析问题，进而提出解决问题的方案，并实践验证其有效性或高效性。在这一过程中，学生的创新思维和团队合作意识得到了培养和加强。学科竞赛在营造良好学风、促进实践教学和激发学生潜能等方面具有重要作用。计算机学科的竞赛主要分为竞技类和设计类。竞技类赛事主要有：RoboCup机器人足球［7］、机器博弈［8］、信息对抗［9］等；设计类赛事主要有：ACM／ICPC程序设计竞赛、互联网软件大赛、数学建模等。竞技类比赛以对抗为主，设计类比赛则注重创意。两者的本质差异在于比赛的结果是客观的还是有主观因素的。相对而言，竞技类竞赛更激动人心，容易激起本科生的兴趣和参与热情。竞技比赛在培养学生“胜不骄，败不馁”的优良品质和铸造学生不断进取的拼搏意志方面有着不可或缺的重要性。计算机学科竞技比赛，主要是在一个公共的标准平台上进行基于软件和硬件的对抗，展示参赛选手的计算机应用技术，其中代表性学科竞赛是机器人足球。作为促进人工智能和机器人学研究的工具，机器人足球赛事得到国内外一流高校和研究所的积极响应和踊跃参与。赛事的规模逐年扩大，由早期的全球10余所高校发展到目前近3000所各类院校。剑桥大学、得克萨斯州大学奥斯汀分校、北京大学、清华大学、中国科学技术大学等国内外著名高校引领着赛事的发展。越来越多的高校不断参与，进一步促进了赛事的发展。

2竞技比赛的作用

竞技比赛对计算机创新人才培养有着不可替代的重要作用，在教学实践中加强竞技对抗的实践，其有效性具体表现为：（1）培养和提高学生的多种能力。在竞技对抗运动中，涉及到各种各样的事务或技术的问题，都直接或间接地影响到对抗的结果。学生要能够认真对待并妥善解决好问题，防患于未然。在这一过程中，学生的观察和分析能力、想象和创造能力、实践和协调能力，包括语言、社交、组织能力都得到了培养和锻炼。（2）培养和加强团队的合作精神。竞技比赛是对抗性活动，也是集体性活动，个人的力量相对渺小。在竞技运动中，由多人构成竞技小组，大家分工合作、协调进程、共同解决每一问题。在共同的讨论中，每人都要提出自己的见解，理解别人的看法，激发自己的灵感。这样才能互通有无、共同学习、共同进步。团队精神和合作意识是一个集体凝聚力的基础，也是综合实力的体现。现代技术的发展，越来越多地要求多学科的交叉、融合，综合创新，各类不同的专业人员将不可避免地要集结在一起各司其职地合作完成任务。（3）建立和形成良好的学习氛围。通过竞技比赛，优秀的学生在群体中突显出来。他们某些能力强、成绩明显，成功的竞技之后会产生巨大的示范效应，以赢家为表率，加大其影响力和带动力。在事实和经验推动下，建立学习的整体氛围，推动学风建设。以点带面，逐步形成你追我赶，共同进步的局面。

3竞技项目的开展

竞技项目的开展可以从一年级开始，利用学生的课余时间，有计划、有步骤地按学科竞赛的知识需求，与正常的教学工作并行开展。着重把握从简单到复杂、从基础到综合、从学习到创新的循序渐进的过程。下面以安徽大学计算机应用技术实验区的RoboCup机器人足球项目为例，探讨竞技模式在创新人才培养的管理和实践过程中的基本经验。安徽大学计算机应用技术创新实验区依托计算机科学与技术学院，致力培养计算机应用技术的创新人才。RoboCup机器人足球是实验区开展的一个竞技类计算机学科竞赛的创新项目。

3．1项目的开展思路

RoboCup机器人足球项目的开展思路是紧跟先进技术、择优人员组合和定位研究角色。（1）紧跟先进技术，夯实专业知识，培养实践技能。督促学生紧盯全球竞技队伍的发展状态，把握竞技水平提升速度，培养学生的国际视野。针对具体的项目内容，夯实基本知识、加强专业技术、熟练操作技能。操作系统、数据结构、算法设计作为基石，数学建模、程序设计作为工具，软件工程作为指导，软件测试作为验证，严格规范地进行项目研发测试。以一流队伍的水平作为检验标准，赶超一流队伍作为目标。（2）择优人员组合，灵活教学方式，培养多维创新思路。竞技对抗的多面性要求不同专业、不同层次的人员组合。了解每个学生的特点、个性，合理化人员搭配是竞技的起点。统一的教学方法显然不适合于竞技团队［10］。各种教学模式都要尝试性运用，讲授、探究、案例、实践、问题式教学都要有。特别是自学的模式，学生要会自主学习、研究。要鼓励学生进行多向性和灵活性的思考。顺向、逆向、发散、收敛思维要有，形象、辨证、逻辑的思维也要有。（3）定位研究角色和专一探寻方向，全面收集信息资料。本科生的兴趣广泛，转变迅速，这会导致学而不专，责任心较差。因此需要参加竞技的学生事先承诺，未完成任务前不可轻言转向或放弃。明确学生的研究定位和方向，让学生有了一份厚重的责任。帮助和鼓励学生在一个确定的方向上收集、阅览全面的资料，进行学习、整理、总结、创新研究。全程关注学生的动态，指导学生掌握开展研究的方法。RoboCup的目标是在2050年机器人足球队员打败人类冠军队。为了这一目标，需要几代人的努力。鼓励学生为这一伟大的目标贡献自己的力量。

3．2项目的开展过程

RoboCup机器人足球项目的开展过程如图1所示：实验区创新人才的培养遵循：硬件软件硬件和学习掌握创新的过程。首先进行项目宣讲、演示、经验介绍，在经过培训后，学生自行组团成立战队，再进行相互间的对抗。对于成绩优异的战队，可以考虑拉出去，参加省内、国内和国际比赛。（1）从大一开始，首先接触类似于METAL－FIGHTER金刚战士这类机器人，了解机器人的每个关节和各类传感器，学习和掌握机器人的运动特点和平衡控制，在感性认识的基础上，通过简单的指令控制机器人的行为。在充分熟悉机器人后，开展一些基于速度、平衡、对抗之类的竞技项目，如快速竞步、爬楼梯、搏击等。与此同时，机器人、电子、自动化、机械学、运动学等的相关理论也被引入，并成了学习内容。（2）了解和掌握硬件知识后，软件能力的培养凸显其重要性。进入大二，加强学生程序设计能力和算法设计能力以及工程化的软件开发过程成了当务之急。高级程序设计语言和面向对象的程序设计语言是人机交互的工具，结构化和面向对象的分析、设计、实现成了技能，更加高效的算法设计是创新的核心，软件工程的开发过程是项目得以持续的基础，高级软件测试技术是项目高质量的保证。学生在实践中不断地发现自身知识的不足，学习的动力就从外部压力在不知不觉中变成了自己的要求了［11］。水中机器人项目［12］的开展可以检验学生知识技能的状态变化。开源的竞技平台、灵活的调试手段和熟悉的操作系统可以帮助学生渐入创新的佳境。（3）软件能力的提升，大三是一个创新时期。有了基本的知识技能，软件能力进一步提高的任务当属RoboCup机器人世界杯项目。从仿真2D的策略、到仿真3D的运动，从机器人家庭服务的意识，到家庭服务的实现，世界杯的舞台是精彩的。全世界的计算机精英的思想在这里交互。这也是一个可以充分张扬个性、展示魅力、提高声誉的场所。所有的一切尽在战队的表现中，胜不骄，败不馁。（4）大四是收获的季节。4年的努力当结出累累硕果。总结所有知识技能，创新地运用到实践中。运用软件技术，结合硬件能力，综合解决实际问题，进行创新创业，这既是大学本科阶段的完美收官，又是下一阶段工作或求学的起点。RoboCup机器人足球项目的开展贯穿了本科4年，以本科学生为对象、以项目研发为中心、以综合创新为目标，培养学生具有扎实的计算机理论、熟练的计算机技能、良好的基本素质和完善的团队精神，特别是要拥有较强的创新思维和创新能力。

4需要注意的问题

在计算机创新人才培养过程中引入竞技对抗方式，在具体的实施中需要注意以下几个问题。（1）加强机构制度建设。完备的组织机构、制度机制是开展竞技项目活动的重要保障。学校应制定规章制度，明确经费管理和奖励办法，协调人员和设备。竞技项目的开展应有专项资金支持和平台保障，组建专业的指导团队管理项目的运行，确保项目的开展呈现正常化、制度化。另外，学校还开设一定的与实践相关的选修课、实验课，供学生加强专业学习、补缺补差［13］。（2）完善激励机制。学校应对竞技项目出台一定的激励机制，主要是基于竞技开展中的鼓励和完成获奖后的奖励，包括面向学生的学术科技奖和面向项目的竞技成果奖。不仅要精神上，也需要在物质上，以调动教师和学生的参与热情。（3）加强团队建设。以学生为主体、以教师为主导的科研团体的组织结构包括了高中级职称的教师、硕博士研究生和本科生。在专业教师的定期指导和帮助下进行以学生为主体的科研活动。教师的跟踪指导和定期检查，解决了学生实践过程中产生的问题［14］。项目可以按计划不断深入，既增强了学生进行项目研发的信心，也提高了参与的兴趣。（4）通畅交流平台。计算机竞技赛事是一个集多学科知识技术于一体的项目。涉及到计算机科学与技术学院、电子信息工程学院、电气工程与自动化学院、数学科学学院、物理与材料科学学院的多个专业的融合。学生可以在项目的平台上进行深入的交流，互补知识体系。各专业发挥各自的优势，能力互补。

5结束语

从竞技角度探索计算机创新人才培养的方式方法，通过对抗性比赛激发学生争强好胜的意识，进一步促进学生的赛事参与意识，提高学生的学习兴趣。通过学生参与竞技比赛，将理论教学与实践教学相结合，培养学生的创新思维和动手能力，进一步地向综合创新和原始创新努力。通过竞技赛事，促进学生良好行为品质的养成。胜不骄，败不馁，可以平静面对人生起浮波澜，形成学生完整的性格特征。安徽大学自2006年参加RoboCup中国公开赛以来，成绩不断提高，机器人足球队获得了16个一等奖、29个二等奖和18个三等奖，其中包括1项冠军、5项亚军、6项季军。机器人足球队也多次参加RoboCup世界杯和国际公开赛，排位前8名。更重要的是，球队培养了一批品学兼优、能力出众的学生，他们中的大多数在毕业后进入了“985工程”高校深造，余下的学生毕业后很快成为单位的技术骨干。

作者：杨为民 李龙澍 单位：安徽大学 计算机科学与技术学院