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【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》杂志社承办的一項全国性、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，也是仿真领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。 5.实践效果与面临的挑战
自第一屆计算机仿真大奖赛开赛以来，我校仿真工程专业团队的老师们精心筹划组织本科生、研究生学员参加竞赛，获得过4组特等奖、7组一等奖、15组二等奖、2组三等奖，展现了本专业人才培养的质量。近年来，在教学实践中积极探索以竞赛为平台进行课程教学改革实践的活动中也取得了不错的效果。笔者在《面向对象仿真》、《模拟器导论》等专业课的实践课环节，基于仿真大奖赛历届初赛试题建立了案例题库工具箱，以实践为牵引引导学生加深对学科的理解。同时，基于复赛试题库拓展了课程的讨论环节，启发学生的发散性思维，培养学习兴趣。
通过计算机仿真大奖赛有效地锻炼了仿真专业人才骨干队伍。在历次竞赛过程中获奖的本专业优秀毕业生，有的在赛后将解题思路进一步提升并发表了高水平SCI期刊论文，有的成长为优秀的青年教师，有的成长为国内外有名的仿真专家或企业家。
尽管在组织和参加竞赛的过程中取得了不错的效果，依托大赛为平台培养仿真专业学员仍然面临众多挑战需要解决。
（1）打好本科学习基础，针对动手能力弱的问题提供实践训练环境
依照仿真工程专业的人才培养方案，学员通过本科阶段的学习可以培养设计和开发仿真系统的能力。但是，本科生相比研究生在完整、独立开发仿真系统方面仍然存在一定差距。根据笔者经验，学员需要在不断地实践过程中才能学以致用，真正体会和认识到仿真系统的功能和应用。因此，除了课程学习时提供的实践和项目环节外，还可以成立专门的创新工坊或竞赛俱乐部，为感兴趣的学员利用课余时间进一步提升动手能力提供开放性实践训练场所。在工坊或俱乐部内，可以搭建一个基础仿真平台提供实验环境，配备多名教员提供指导，还可以结合以老带新的方式组织混合队伍参赛。
（2）针对多学科交叉融合知识薄弱的问题加强融合式竞赛辅导
仿真学科的交叉融合特点向学员知识面的提升提出了较高的要求。虽然课程大纲在设计时已经综合考虑了本科学习阶段应该具备的深度和广度，但是，随着信息时代新技术的爆炸式发展，书本知识的更新速度已经远远落后于技术发展的速度了。因此，在竞赛辅导时，一方面需要打牢仿真知识体系的核心基础，另一方面还需要在仿真技术的新应用领域或仿真技术与其他新技术的结合点上拓宽参赛学生的知识面。融合式竞赛辅导方法可以灵活地开展多学科综合竞赛培训，以多学科专家交流的方式实现与各学科竞赛组织的融合。
结束语
仿真学科是一门综合性学科，不仅要求学员掌握建模与仿真的理论和技术基础，还要求学生具备较强的创新实践能力。在仿真专业的教学过程中以多种手段与计算仿真大奖赛相结合，可以提高学员学科知识体系的外延能力，提升学员应用仿真技术设计和开发仿真系统的实践动手能力，有助于培养学生的创新能力。
参考文献：
[1]吴启迪.在首届全国计算机仿真大奖赛决赛及颁奖典礼上教育部吴启迪副部长讲话. 计算机仿真.2005（12）.
[2]竞赛组委会.全国计算机仿真大奖赛简章.http：//www.jsjfz.com/18award-brief.htm.
[3]毕长剑.第八届全国计算机仿真大奖赛决赛及颁奖典礼评委代表讲话.计算机仿真.2018（12）.
[4]薛惠锋.第八届全国计算机仿真大奖赛决赛及颁奖典礼嘉宾代表讲话.计算机仿真.2018（12）.
作者简介：
杨妹（1985年1月-），女，博士，副研究员，国防科技大学系统工程学院教师，研究方向为复杂系统建模与仿真、分布与并行仿真，承担本科《面向对象仿真》、《模拟器基础》、《仿真系统综合设计实践项目》等多门课程的教学工作。2007年获第二届全国计算机仿真大奖赛特等奖、一等奖;2018年指导一组参赛队员获第八届全国计算机仿真大奖赛特等奖。
【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》杂志社承办的一項全国性、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，也是仿真领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。 5.实践效果与面临的挑战
自第一屆计算机仿真大奖赛开赛以来，我校仿真工程专业团队的老师们精心筹划组织本科生、研究生学员参加竞赛，获得过4组特等奖、7组一等奖、15组二等奖、2组三等奖，展现了本专业人才培养的质量。近年来，在教学实践中积极探索以竞赛为平台进行课程教学改革实践的活动中也取得了不错的效果。笔者在《面向对象仿真》、《模拟器导论》等专业课的实践课环节，基于仿真大奖赛历届初赛试题建立了案例题库工具箱，以实践为牵引引导学生加深对学科的理解。同时，基于复赛试题库拓展了课程的讨论环节，启发学生的发散性思维，培养学习兴趣。
通过计算机仿真大奖赛有效地锻炼了仿真专业人才骨干队伍。在历次竞赛过程中获奖的本专业优秀毕业生，有的在赛后将解题思路进一步提升并发表了高水平SCI期刊论文，有的成长为优秀的青年教师，有的成长为国内外有名的仿真专家或企业家。
尽管在组织和参加竞赛的过程中取得了不错的效果，依托大赛为平台培养仿真专业学员仍然面临众多挑战需要解决。
（1）打好本科学习基础，针对动手能力弱的问题提供实践训练环境
依照仿真工程专业的人才培养方案，学员通过本科阶段的学习可以培养设计和开发仿真系统的能力。但是，本科生相比研究生在完整、独立开发仿真系统方面仍然存在一定差距。根据笔者经验，学员需要在不断地实践过程中才能学以致用，真正体会和认识到仿真系统的功能和应用。因此，除了课程学习时提供的实践和项目环节外，还可以成立专门的创新工坊或竞赛俱乐部，为感兴趣的学员利用课余时间进一步提升动手能力提供开放性实践训练场所。在工坊或俱乐部内，可以搭建一个基础仿真平台提供实验环境，配备多名教员提供指导，还可以结合以老带新的方式组织混合队伍参赛。
（2）针对多学科交叉融合知识薄弱的问题加强融合式竞赛辅导
仿真学科的交叉融合特点向学员知识面的提升提出了较高的要求。虽然课程大纲在设计时已经综合考虑了本科学习阶段应该具备的深度和广度，但是，随着信息时代新技术的爆炸式发展，书本知识的更新速度已经远远落后于技术发展的速度了。因此，在竞赛辅导时，一方面需要打牢仿真知识体系的核心基础，另一方面还需要在仿真技术的新应用领域或仿真技术与其他新技术的结合点上拓宽参赛学生的知识面。融合式竞赛辅导方法可以灵活地开展多学科综合竞赛培训，以多学科专家交流的方式实现与各学科竞赛组织的融合。
结束语
仿真学科是一门综合性学科，不仅要求学员掌握建模与仿真的理论和技术基础，还要求学生具备较强的创新实践能力。在仿真专业的教学过程中以多种手段与计算仿真大奖赛相结合，可以提高学员学科知识体系的外延能力，提升学员应用仿真技术设计和开发仿真系统的实践动手能力，有助于培养学生的创新能力。
参考文献：
[1]吴启迪.在首届全国计算机仿真大奖赛决赛及颁奖典礼上教育部吴启迪副部长讲话. 计算机仿真.2005（12）.
[2]竞赛组委会.全国计算机仿真大奖赛简章.http：//www.jsjfz.com/18award-brief.htm.
[3]毕长剑.第八届全国计算机仿真大奖赛决赛及颁奖典礼评委代表讲话.计算机仿真.2018（12）.
[4]薛惠锋.第八届全国计算机仿真大奖赛决赛及颁奖典礼嘉宾代表讲话.计算机仿真.2018（12）.
作者简介：
杨妹（1985年1月-），女，博士，副研究员，国防科技大学系统工程学院教师，研究方向为复杂系统建模与仿真、分布与并行仿真，承担本科《面向对象仿真》、《模拟器基础》、《仿真系统综合设计实践项目》等多门课程的教学工作。2007年获第二届全国计算机仿真大奖赛特等奖、一等奖;2018年指导一组参赛队员获第八届全国计算机仿真大奖赛特等奖。