蔡越江，杜金莲，金雪云，蒋宗礼
（北京工业大学 信息学部，北京 100124）
培养什么人，是教育的首要问题。培养社会主义建设者和接班人，是我国教育的根本任务，也是教育现代化的方向目标。为达到此目标，培养创新型人才成为当前高等教育的重中之重。作为计算机科学与技术专业的教师，如何为社会培养高质量的计算机科学与技术创新型人才是高校教育工作者必须考虑的重要问题，也是高校计算机专业未来发展的关键。本文介绍一种由北京工业大学信息学部计算机学院计算机科学与技术专业探索出的，通过科技竞赛来促进计算机科学与技术专业的创新型人才培养模式。
创新型人才培养已成为我国高等教育适应国家发展战略的重要使命，创新能力主要体现在：科学研究、技术开发及生产实践中，利用自身已有的基础不断提供的，能够促进上述活动开展的新理论、新思想、新方法的能力[1]。计算机科学与技术作为一门学科是在现代计算机出现20 年后形成的，是一门发展很快、影响深远的新兴学科，主要特点是科学性与工程性并重，其形成和发展有力地推进了信息产业和知识经济的迅猛发展。因此，探索如何培养计算机科学与技术专业的创新型人才对国家未来的发展具有深远意义。
创新能力培养是一个系统工程。如果基础知识不牢靠，所谓“创新型人才培养”就成为无根之木。为此，本团队提出了以创新能力培养（Innovation Ability）为主轴，贯穿理论基础（Theory）、课内实践（In-class Practice）和课外实践（Out-class Practice）的3 环节创新型人才培养ITIO 模型，如图1 所示，保证培养出有创新能力的合格的计算机专业人才。
图1 创新型人才培养ITIO 模型
（1）夯实理论基础。理论教学是提升创新能力的基础环节。没有坚实的理论基础，所谓的创新只能是沙地上的高楼，不能长久。在教学过程中，要注重基础科学知识，并不断引入工程基础知识。另外，在课程设置上，通过对课程体系的进一步整合与改革，形成特色突出的课程群，并以项目为中心将此模块中的各个知识点串联起来，让学生获取到专业知识的全景视图，为全面提升创新能力夯实基础。
（2）扩展课内实践教学。课内实践环节是创新能力培养的第二个环节，也是学生创新能力提升的第一个阶段。学生在这里开始将理论与实践结合起来，尝试运用计算机科学专业知识来解决复杂的工程问题。这是学生拓展创新能力的第一步，需要教师的指引。这不仅仅涉及每门课程包含的实验，及对应的课程设计，还包括认识实习、生产实习，以及最终的毕业设计和论文环节。
（3）拓宽课外实践。课外实践对学生的创新能力培养有非常重要的作用，也是当前大学教育的薄弱环节。尤其对于计算机专业而言，动手能力不足、创新能力匮乏，是毕业生进入社会后的一个非常大的困扰。本团队经过长期摸索，发现在学生已经完成了前两个阶段的培养之后，通过让学生参与学科竞赛，并辐射各项其他计算机竞赛、项目实践、创业创新实践以及科学研究实践，可以全面提升计算机科学与技术专业大学生的创新素质和创新能力，最终达到培养出高质量创新型人才的目标。
（4） 以创新能力培养为主轴贯穿培养全过程。创新能力培养需要在各个环节中都能体现出来，这种能力将服务学生的终身。现在计算机科学知识日新月异发展，如果只靠大学学习的有限知识，在学生毕业后的实践中一定是不足够的。而大学期间为学生培养出的创新能力，可以让学生终身受益，这才是我们的最终培养目的。
经过多年研究实践发现，科技竞赛是一个可以拓宽课外实践的有效抓手。通过让学生参与学科竞赛，并辐射各项其他计算机竞赛、项目实践、创业创新实践以及科学研究实践，可以全面提升计算机科学与技术专业大学生的创新素质和创新能力，最终达到培养出高质量创新型人才的目标。在此过程中，团队的老师不但指导学生参与已有的竞赛，还设计、改进、组织学校范围的竞赛，并完善竞赛平台，付出了很大努力。通过参与竞赛，学生们获得实践及创新的锻炼机会，并培养了能力。学生之间也可以相互辅导，在协作交流中提高能力，同时提升了团队协作能力。与此同时，充分发挥导师的作用，让学生以竞赛为契机加入实验室并参与到科研实践当中，实现专业教师与学生近距离、手把手的交流与指导。
通常情况下，科技竞赛只是少数学生参与的活动。然而，本团队通过长期摸索，探索出一种让学生有更多机会参与其中的路径，贯穿学生整个大学学习的全过程。
1）起步阶段，唤醒意识重在兴趣培养。
此阶段针对计算机科学与技术专业的大一新生。他们已经开始学习一些程序设计知识，但是水平参差不齐。由于学生来自全国各地，有的学生从初中高中就接触了计算机程序设计，甚至参加了程序设计的奥赛；
而有些学生则是从大一才刚开始接触，处于程序设计思想的萌芽阶段。针对这种情况，本团队发起、组织了ACM 校选拔赛，一方面可以为后续的比赛选拔人才，一方面激发学生的学习热情。
对于有能力的学生，还可以指导他们参加世界顶级ACM 国际大学生程序设计竞赛（简称ACM-ICPC 或ICPC）。该竞赛是由国际计算机协会（ACM）主办的一项旨在展示大学生创新能力、团队精神和在压力下编写程序、分析和解决问题能力的年度竞赛。经过近40 年的发展，ACM 国际大学生程序设计竞赛已经发展成为全球最具影响力的大学生程序设计竞赛。
为组织好ACM-ICPC 校选拔赛，本团队教师认真研究了ACM-ICPC 的规则和流程，留心各个细节，对现有的开放竞赛平台进行完善，让这个校赛有“国际范儿”，从而保证这个比赛不仅有严谨性，还有趣味性。比赛分为两个阶段，初赛完全通过网络进行，由于没有场地的限制，对参赛人数没有限制。团队教师协同班主任、辅导员共同宣传这个比赛，并为比赛设立了“创新学分”，激发学生参赛意愿。由于北京工业大学有两个校区，为方便学生参与，每年的复赛都是跨校区同时举行，并组织大量学生志愿者模拟ACM-ICPC竞赛现场为参赛者服务，一方面提升学生的参赛体验，另一方面也激发了学生的兴趣。
ACM-ICPC 校选拔赛不仅可以为ACM-ICPC选拔人才，为日后的天梯赛、蓝桥杯和IEEE 极限编程等其他程序设计类竞赛输送人才；
还可以发现一些基础扎实、学有余力的学生，引导他们参加更高层次的科技竞赛、科技项目和科学研究实践，做到因材施教，提高学生创新素质和创新能力。
2）攻坚阶段，激发激情重在能力提升。
此阶段主要针对计算机科学与技术专业的大二、大三学生，指导学生参与中国高校计算机大赛——团体程序设计天梯赛（简称“天梯赛”）。天梯赛是由教育部高等学校计算机类专业教学指导委员会、教育部高等学校软件工程专业教学指导委员会、教育部高等学校大学计算机课程教学指导委员会、全国高等学校计算机教育研究会联合主办的全国性竞赛。
参赛队伍由本团队和北京工业大学计算中心的教师共同组织，竞赛目的在于培养大学生利用计算机对复杂工程问题的分析问题和解决问题的能力。在参赛过程中，学生提升了程序设计能力，培养了团队合作精神，提高了大学生的综合素质。由于比赛的学生参与度广（3 队/校、10人/队），因此，竞赛的成绩一方面能够检验出一所学校计算机教学的整体实力，另一方面也可以依据成绩的好坏对程序设计教学过程进行检视，从而提升程序设计课程的教学水平。另外，由于整个参赛过程可以接触到全国各个大学的参赛队伍，一方面可以促进校际交流，另一方面也开拓了学生的眼界，对自己的能力有正确的定位。
通过参加科技竞赛，学生提出问题、分析问题、解决问题的能力有很大提升，用润物细无声的方式，不仅让参与的学生关注到加强创新能力对自身能力培养的重要性，还可以通过宣传，让没有参与的学生关注到这个问题。由于在教与学的过程中，学生的主动性对最终成果有更关键的指导作用，因此，此阶段对可以为创新型人才培养指明方向。
3）飞跃阶段，多种途径重在寻求创新体验。
此阶段针对大三、大四的学生。在此阶段，可以多层次多视角鼓励学生参加各类科技竞赛（例如挑战杯）和科技活动（例如申报参加星火计划项目、国创）。在此过程中，加强教师的指导，让有能力的优秀学生拿到省部级以上各种学科竞赛的奖项，并通过发表论文、申报发明专利及软件著作权申报等方式积累成果。一方面可以让学生享受到艰苦付出的成果，为今后的学习提供保障，另一方面也可以提升学生毕业设计的质量和水平。
4）反馈阶段，总结反思重在凝练全面提高。
教育是一个不断迭代的过程，前一代的经验不论成功与否，对下一代的培养都是有促进作用的。因此，在对一届学生完成了前面3 个阶段的培养之后，教师应当充分地总结经验和教训，还可以鼓励高年级学生对低年级学生进行经验分享，充分利用现代化的通讯手段，为创新型人才培养规划的实施提供有机反馈。成功的经验和失败的反思都可以有效地加强或者矫正创新型人才培养的路径，保证最终培养目标的达成。
由于上述4 个阶段形成了一个良性反馈的闭环，完整涵盖了大学四年的学习生活，使每位参与其中的同学都从中获得不同的收益。
本团队多年遵循此模式，收获到了丰硕的成果。
2018 年ACM-ICPC 校内选拔赛共有141 队304 人报名。网络资格赛有91 队237 人获得了晋级参加现场赛的资格，现场赛共占用4 个机房。比赛一等奖3 队7 人；
二等奖3 队9 人；
三等奖42 队112 人；
认定完整参赛并获得创新学分216人。2019 年ACM-ICPC校内选拔赛分为2 个阶段，网络资格赛为个人赛，共有307 名同学报名，其中205 名同学获得晋级资格。以队为单位的现场赛，共有67 支队伍、186 名同学参加，设置了本部和通州校区2 个比赛点。比赛结果为一等奖2 队6 人；
二等奖6 队17 人；
三等奖18 队52 人；
认定完整参赛并获得创新学分175 人。这次比赛首次使用了部署在校内服务器的比赛在线评测系统，由ACM-ICPC 校集训队队长孙嘉翊同学负责安装调试，计算中心提供硬件资源。
2018 年我校选拔30 名优秀学生、组织3 支队参加该年度天梯赛面向本科生的最高难度组别“珠峰争鼎”组别的比赛。其中1 支队伍获得珠峰争鼎组别北京市三等奖。2019 年我校继续选拔30 名优秀学生、组织3 支队参加该年度天梯赛“珠峰争鼎”组别的比赛，其中2 支队伍获得珠峰争鼎组别北京市三等奖。
2017 年度ACM-ICPC 在中国大陆地区举办的亚洲区域赛共有6 站比赛。我团队组织84 支队伍（217 人次）参加了全部6 站网络赛，有3支队伍获得现场赛资格，北京和南宁2 站获得铜奖。2018 年度ACM-ICPC 在中国大陆地区举办的亚洲区域赛共有6 站比赛，我团队共组织93支队伍（共计255 人次）参加了全部6 站网络赛，有4 支队伍获得现场赛资格，其中南京、青岛和北京3 站各获铜奖1 项，共获得铜奖3 项，是近3 年来最好成绩。
学生对科技竞赛的参与，分为竞赛准备、竞赛参与和竞赛总结3 个阶段，需要长期的时间投入。在竞赛的准备阶段，学生在教师的指导下对所学知识进行系统梳理，并尝试应用这些知识来解决各种新颖的问题，从而对学生的创新能力、创造性思维和实践能力都有很大的提高。在竞赛参与阶段，需要学生在指定时间内相互配合完成任务，因此是对心理素质和团队协作精神的培养过程。而最后的竞赛总结阶段，不论是成功的经验还是失败的反思，都会积极推动后续的学习过程。
参加过科技竞赛的学生在总结经验的时候普遍反映，通过参加科技竞赛，他们提高了发现问题、分析问题、解决问题的能力，也增强了学习兴趣，提升了研究的主动性，并培养团队协作意识。另外，由于科技竞赛提出问题是与实践相关的实际问题，完整地参与竞赛，其实就是学生完整地应用自己掌握的知识创新性地解决问题的过程。
通过与课堂教学紧密结合，科技竞赛能够以独特的方式成为培养学生工程能力和提升综合素质的有效手段和途径。国外的很多竞赛培训直接为知名企业提供人才储备与前期培训[2]，这对科技竞赛对工程应用创新与思想创新的作用也是一个佐证。
创新型人才培养ITIO 模型的核心是基于本科教育聚焦学生解决复杂工程问题的基本定位，依据复杂工程问题的基本特征，在保障知识的基础理论的基础上，强化计划内实践，并通过科技竞赛实现提升，有效促进创新型人才培养。这个贯穿学生大学学习全过程的模型实践，在学生中得到普及，能够收到极好的效果，特别是对大一学生来说，对其未来有着“引领”的作用。必须要指出的是，组织和鼓励学生积极参与学科竞赛的同时，要牢记面向未来的本科教育基本要求，避免成绩导向，更不能为了竞赛而竞赛。
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