基于“教-赛-研”三融合的计算机类创新型人才培养机制探索与实践

汪 鹏，吕美香，倪庆剑，张 祥

（东南大学计算机科学与工程学院，江苏南京 211189）

0 引言

中共十九大报告指出，加快创新型国家建设，根本在于加强创新型人才培养［1-4］。东南大学作为211 工程、985工程和世界一流大学建设高校，肩负着为国家和社会持续培养创新性人才的责任，培养和提升学生创造力一直是东南大学本科教学重要目标［5-6］，为此，实施了《东南大学2020 一流本科教育行动计划》。计算机科学作为信息时代基础学科，该专业创新型人才是国家科技发展的重要源动力［7-8］。

经过数十年艰苦探索与实践，由东南大学计算机科学与工程学院、软件学院、人工智能学院组建的教师团队总结出一套可行的计算机类创新型人才培养机制。在传授专业基础知识的同时，基于“教-赛-研”三融合方法，通过教学、科研、竞赛、应用等丰富的教学设计，拓宽学生专业视野，建立其敏锐的洞察力，培养学生勇于创新、敢于实践的创新能力。

（1）融合教学与竞赛以提高专业知识应用能力。在专业基础课程学习过程中，多样化引导并培养学生深入钻研专业课程知识的兴趣。一方面，利用计算机专业基础课程（例如程序设计语言、数据结构和算法等课程）培养学生专业竞赛能力，在竞赛活动中加深对专业知识的理解和应用。另一方面，培养学生综合应用多门专业课程知识解决实际应用问题的能力，通过参加各项创新型应用竞赛进行实践锻炼。

（2）融合教学与科研以提高专业研究能力。在大学一、二年级引导学生参加大学生科研训练计划（Student Research Training Program，SRTP）项目［9］和进入实验室参与科研项目［10］，培养学生灵活利用专业知识，并解决指定基础科研问题。经过系统培养和团队协作，使学生在大学三、四年级能够主导并系统解决复杂科研问题，完成问题分析、方案设计、实验验证、论文写作等科研训练环节，并以学术论文和发明专利等形式形成研究成果。

（3）在毕业设计中提高解决复杂问题的综合创新能力。经过前期系统培养，学生在专业知识、专业技能、科研训练等方面打下一定基础，进而在四年级以前沿研究问题为学生设计毕业选题，并指导其完成毕业设计论文。在此过程中可以培养学生综合创新能力。

上述创新型人才培养机制已取得一定成效。在国际知识发现和数据挖掘竞赛（Knowledge Discovery and Data Mining-CUP，KDD-CUP）、ACM 国际大学生程序设计竞赛（Association for Computing Machinery-International Collegiate Programming Contest，ACM-ICPC）等计算机学科竞赛中获得省级、国家级和国际奖项20 余项；在国际人工智能联合会议（International Joint Conference on Artificial Intelligence，IJCAI）、国际计算语言学大会（International Conference on Computational Linguistics，COLING）、国际信息检索和数据挖掘会议（International Conference on Information and Knowledge Management，CIKM）、数据库系统高级应用国际会议（International Conference on Database Systems for Advanced Applications，DASFAA）等国际重要期刊和会议上指导本科生发表论文30 余篇；申请国家发明专利6 项；获3 次江苏省优秀本科毕业设计一等奖、1 次二等奖和多次东南大学优秀本科毕业设计。并且，已向一流IT 企业和国内外知名高校持续输送了多批创新型技术骨干和研究人员。

创新型人才培养机制是对传统教学在创新能力培养方面的有益补充。在高校传统教学模式中，课程体系相对固定，教学手段相对单一，尽管一定程度上能够满足学生对课程广度需求，但在挖掘提升学生创新意识及培养学生学习前沿技术等方面仍有不足。针对上述问题，本成果以计算机学科为试点专业，提出一套融合专业学习、学科竞赛、科研锻炼的计算机类创新型人才培养机制，使学生在扎实学好专业知识的同时，能够提升创新意识、塑造创新型人格、培养创新能力。

1 教学团队组建及分工

在计算机类创新型人才培养机制探索与实践中，东南大学计算机科学与工程学院组织多名骨干青年教师组建教学团队。为保证该培养机制的顺利探索与实践，对团队成员进行如下4个方面的分工：

汪鹏等教师牵头完成计算机类创新型人才培养机制和方法总体设计，经过数十年探索和实践，团队在“专业教学+学科竞赛”、“专业教学+科研训练”、“专业教学+毕业设计综合检验”等方面取得丰硕成果，并形成一套有效的本科创新型人才培养体系和方法。团队指导本科生在KDDCUP 等国际学科竞赛和云计算应用等国内学科竞赛中取得突出名次；指导学生完成多项省级和国家级SRTP 项目训练；指导学生在IJCAI、COLING、CIKM、DASFAA 等国内外重要期刊和会议上发表高水平学术论文20 余篇；指导学生申请国家发明专利8 项；指导学生完成的毕业设计获得3 次江苏省优秀本科毕业设计一等奖、1 次二等奖和多次东南大学优秀本科毕业设计；向微软、华为、百度等国内外企业，以及伊利诺伊州立大学香槟分校、清华大学、上海交通大学等国内外高校输送了多批创新型计算机专业人才。

倪庆剑等教师牵头负责计算机类创新型人才培养机制实践探索，并在“专业教学+学科竞赛”、“专业教学+科研训练”、“专业教学+毕业设计综合检验”等方面进行多样化探索和实践，形成了成熟的本科创新型人才培养体系和方法。经过数十年探索和实践，团队教师指导学生在ACMICPC 等程序竞赛中多次获得省级、国家级、国际比赛突出名次；在云计算应用等学科竞赛中取得突出成绩；指导学生完成多项省级、国家级SRTP 项目训练；指导学生在“系统、人与控制论”会议（International Conference on Systems，Man，and Cybernetics，SMC）等国内外重要期刊和会议上发表多篇高水平学术论文；指导学生完成的毕业设计多次获得东南大学优秀本科毕业设计。

张祥等教师牵头负责计算机类创新型人才培养机制和方法的探索实践，并在“专业教学+学科竞赛”、“专业教学+科研训练”等方面进行探索，形成了有效的本科创新型人才培养体系和方法。经过多年实践探索，团队教师指导学生在国内云计算应用等学科竞赛中取得突出名次；指导学生完成多项省级和国家级SRTP 项目训练；指导学生在现代数据挖掘及其应用国际学术会议（International Conference on Advanced Data Mining and Applications，ADMA）等国内外重要期刊和会议上发表高水平学术论文多篇；指导学生毕业设计论文获得多次东南大学优秀本科毕业设计。

吕美香等教师牵头负责计算机类创新型人才培养机制和方法的探索与实践，并在“专业教学+学科竞赛”、“专业教学+科研训练”、“专业教学+毕业设计综合检验”等方面组织教学活动，协调教学资源，对接学生需求和教师教学。特别是对多年教学数据进行收集、处理及分析，形成了一套可量化的教学效果度量指标，为教学实践中策略和方法的调整提供数据支撑。

2 “教-赛-研”融合培养方法实施

本文旨在探索一套在计算机专业传统教学中培养学生创新能力的有效方法，作为对传统教学方法的有益补充。该教学方法实施思路如图1 所示，主要包括“教学+竞赛”、“教学+科研”、“毕业设计+复杂问题”3 个阶段，分别培养学生专业应用能力、专业科研能力和综合创新能力。

Fig.1 Integrated training method of"teaching-competition-research"for innovative talents in computer major图1 计算机专业创新型人才“教-赛-研”融合培养方法

2.1 在教学基础上引入学科竞赛

本科教学不仅仅立足于教材和课本内容本身，更重要的是对所学专业知识灵活掌握和应用。因此，在专业教学基础上引入学科竞赛以提升应用专业知识创新能力。首先，团队在程序设计语言、数据结构、算法设计、软件工程、软件测试和软件智能化方法等专业课教学基础上，通过学院、学校竞赛培训和选拔，极大提高参与学生对编程、算法设计、规范软件开发和测试等专业基础知识和技能的掌握程度，使学生形成计算思维，从而能够快速解决特定编程问题。在此基础上，组建校内多学院参与竞赛团队，通过教师定期指导、学生相互分享等方式提高竞赛技能，并在学校支持下积极参加各级别竞赛活动，力争在省级、国家级和国际竞赛中取得优异名次。同时，指导学生综合利用多门专业知识，短期内在计算机创新应用竞赛中解决特定应用问题，实现应用系统，提升学生应用专业知识解决问题的创新能力。

2.2 在教学基础上引入科研训练

本科生科研主要在于激发学生的学习动力和学术创造力，进而培养学生在科研探索中的创新能力。在低年级教学中引导学生参加SRTP 项目，采取研讨班形式，并为每个课题组配备指导教师和研究生，通过1-2 个难度逐渐加大的课题，引导学生分析问题、阅读前沿科研文献、设计解决方案、进行实验检验、形成论文或专利，从而系统地进行科研基础训练。在此过程中，引导学生加入其感兴趣的实验室，积极参加实验室的科研项目，在教师和研究生的指导下，解决具体科研问题，从而在研究问题上拓展所学知识，提升科研探索创新能力。同时，鼓励和资助具有研究潜质的优秀本科生参加学术会议，如有能力可发表学术论文并在学术大会上作报告，以此拓宽本科生的学术视野。经过上述两个方面的科研训练，将优秀科研成果融入到教学活动中，拓展专业课程学习和应用的深度与广度。

2.3 在竞赛和科研基础上开展毕业设计

本成果在竞赛和科研基础上引入毕业设计环节以锻炼学生主导解决复杂问题的创新能力。以课堂学习的专业知识、低年级学科竞赛专业技能、SRTP 项目等科研训练为基础，为四年级学生设计具有一定难度的研究性毕业设计题目。毕业设计要求学生综合四年所学知识及技能，在6 个月时间内解决一个相对复杂的研究问题。学生应当独立思考，提出一系列有意义的问题，并充分利用所学知识及技能开展创造性探索和研究，高质量完成本科毕业设计。毕业设计应能综合检验学生是否掌握专业理论分析能力及专业实践动手能力。

同时，为吸引更多学生参与科研或参加竞赛，最大程度激发学生参与SRTP 项目、实验室科研项目和在毕业设计中挑战复杂研究问题的热情，团队教师围绕国际学术前沿研究热点对教学过程进行精心设计。近年来，人工智能成为计算机科学领域研究热点，教学团队据此设计的研究谱系如图2 所示，其中包括专业技术、人工智能基础工具、认知智能核心技术和人工智能应用4 层，便于引导不同年级学生根据自己的兴趣合理选题，有利于专业科研能力和综合创新能力培养。对于低年级本科生，可以参与支撑技术和人工智能工具探索，根据兴趣进行深度学习、知识工程、信息检索等方向的学习，进一步探索自然语言处理中各种核心任务，分析和挖掘社交网络中的数据。这些基础训练有益于学生为日后解决相对复杂及完整科研问题打好基础，切身体验科研过程。经过上述训练的本科生进入高年级后，可根据兴趣在认知智能和人工智能应用中选择基础研究问题或应用问题进行深度研究，在教师的指导下经过半年到一年钻研，解决一系列科研问题，并发表科研成果。最后，在毕业设计环节为部分优秀学生设计具有挑战性的研究问题，让学生去主导问题分析、实验设计及优化等环节，以取得具有较强理论意义和较高应用价值的科研成果。

Fig.2 Research pedigree of computer science around the field of artificial intelligence图2 围绕人工智能领域的计算机专业研究谱系

3 研究创新点

在建设一流大学背景下，提出基于“教-赛-研”三融合的计算机类创新型人才培养方法，主要包括3 个方面的创新。

3.1 “专业教学+竞赛”

在专业教学基础上引入学科竞赛以提升学生专业知识应用创新能力。首先，在基础课程教学中指导学生参加学科竞赛，熟悉和加深对专业知识的理解；其次，引导学生综合利用所学专业知识解决实际应用问题，将专业知识应用由课堂延伸到工程实践，提升专业知识灵活应用能力。

3.2 “专业教学+科研训练”

在教学基础上引入科研训练以提升学生进行科研探索的创新能力。首先，引导学生通过SRTP 等课外科研活动，培养学生基础科研探索能力，解决基础科研问题；其次，引导学生参与实验室科研活动，培养学生系统解决具体科研问题的创新能力。在上述培养过程中，将优秀科研成果融合到教学活动中，拓展专业课程学习和应用的深度与广度，训练学生批判性研究思维。

3.3 “专业教学+毕业设计”

在学科竞赛和科研训练的基础上进一步在毕业设计阶段解决复杂研究问题，综合检验学生专业创新能力。通过设计偏研究性的复杂问题作为毕业设计，综合锻炼学生理论运用和实际操作能力，检验学生独立主导解决复杂问题的综合创新能力。

4 “教-赛-研”融合培养机制应用成果

4.1 专业学科竞赛获奖情况

团队指导学生在KDD-CUP 中获得全球第7 名，这是东南大学在该竞赛中首次进入全球前十；在国内高水平专业竞赛中获得全国高校云计算创新大赛一等奖1 次和二等奖2 次。在计算机程序设计类竞赛中取得了包括省级、国家级、洲际比赛突出成绩，包括国际大学生程序设计竞赛（ICPC），中国大学生程序设计竞赛（China Collegiate Programming Contest，CCPC），江苏省大学生程序设计大赛（JiangSu Province Collegiate Programming Contest，JSCPC）。经过前期探索，近年来指导学生持续获得程序设计好成绩。例如，在2018年，ICPC 共计获得4金7银6铜，CCPC 共计获得1 金3 银1 铜，JSCPC 获得1 次特等奖、2 次一等奖和2 次三等奖。在2019 年，ICPC 共计获得4 金6 银7 铜，CCPC 共计获得2金2银1铜，JSCPC 获得2次特等奖，3次一等奖。

4.2 论文及专利发表情况

指导学生在IJCAI、COLING、CIKM、ICTAI、DEXA、ADMA、SMC 等国际重要期刊和会议上发表论文30 余篇。例如，某篇论文在中国语义网和万维网科学大会CSWS2014上获得最佳演示论文（Best Demo Paper）；2020 级本科生参与的某篇论文被自然语言处理权威国际会议COLING 录用；2022 级本科生参与的某篇论文被人工智能权威会议IJCAI录用；已申请国家发明专利6项。

指导本科生在科研训练中完成大量具有理论意义和现实意义的问题，涉及社交网络分析和挖掘、信息检索和搜索引擎、演化计算、知识图谱、智能问答等计算机科学前沿研究问题。例如，指导本科生完成可控情感和风格的自动作诗系统“长青吟”，是东南大学第一个较为成熟的计算机自动写诗智能系统，研究论文被CIKM2021录用。

4.3 本科毕业设计论文获奖情况

2012 年，尤玥的毕业设计《Web 学术征文信息抽取的研究与实现》获得江苏省优秀本科毕业设计论文二等奖；2014 年，赵健宇的毕业设计《学术社交网络中的作者指代消解研究》获得江苏省优秀本科毕业设计论文一等奖；2017 年，王文宇的毕业设计《本体匹配调谐实证研究》获得江苏省优秀本科毕业设计论文一等奖；2020 年，孟越的毕业设计《时序社交网络链接预测方法研究》获得江苏省优秀本科毕业设计论文一等奖。

综上，在数十年创新型人才培养机制的探索和实践中，有来自计算机学院、软件学院、人工智能学院、信息学院、吴健雄学院等院系本科生先后接受过该系统竞赛和科研训练。据不完全统计，该机制已培养超200 名优秀本科生。如图3 所示，在工业界，已为谷歌、微软、亚马逊等国际IT 企业和华为、百度、阿里、腾讯等国内IT 企业输送了大量优秀技术人才。在学术界，已为伊利诺伊大学香槟分校、达特茅斯学院、南加州大学、纽约大学等国际知名高校和清华大学、北京大学、上海交通大学等国内兄弟院校输送了大量优秀科研人才。

Fig.3 Graduation destination of undergraduates（partial statistics）图3 本科生毕业去向（部分统计）

5 结语

为加强创新型人才培养，对传统计算机专业教学在创新能力培养机制方面作出有益补充，东南大学计算机科学与工程学院、软件学院、人工智能学院的教师团队提出了基于“教-赛-研”三融合的计算机类创新型人才培养机制。该机制通过在传统教学中融入科研、竞赛、应用等多种形式，拓宽了学生专业视野，培养了学生敏锐的洞察力及勇于创新、敢于实践的创新能力。该机制已在计算机学科竞赛、论文发表、专利申请、本科毕业设计等方面取得突出成绩，并且为社会持续输送了一批又一批创新型技术骨干和研究人员。