以學科交叉推動軟件工程復合型碩士培養的探索及實踐

高 珍，林冰軒，袁時金，王雪松

（同濟大學 軟件學院，上海 201804）

0 引 言

2001 年12 月，教育部發布《關于批準有關高等學校試辦示范性軟件學院的通知》，指定了首批35所高等院校試辦示范性軟件學院(教高〔2001〕6號文件)，同濟大學軟件學院是其中之一，2011年國務院學位委員會新修訂學科目錄公布，軟件工程成為一級學科，包括同濟大學在內的一批高校設立了軟件工程專業碩士學位授權點，開始了研究生人才的培養。示范性軟件學院雖然師資力量強、教學條件好，但受國家招生人數的限制，以及考生填報志愿的影響，研究生招生規模偏小，軟件工程學科的工程碩士研究生非本專業的學生招生比例偏高[1]。以同濟大學軟件學院全日制工程碩士為例，近3年招生中跨學科的學生占比均超過50%，如何在短短的兩年半時間內把這些“非科班出身”的研究生培養成為“面向軟件相關行業及部門的、基礎扎實、素質全面、工程實踐能力強并具有一定創新能力的應用型、復合型高層次工程技術和工程管理人才”是學院面臨的巨大挑戰。如何充分利用這些研究生生源的“跨學科”背景，進行學科交叉人才培養，使得軟件工程碩士具備多學科融合的特點及優勢，能夠與行業應用的學科做結合，以適應市場對高端復合型、創新型人才的需求是值得討論并亟待探索的一個重要課題。

1 學科交叉的重要性

學科交叉的重要性在諾貝爾獎獲得者身上得到清晰的印證。有學者對20世紀100年內的466 位諾貝爾自然科學獎得主的知識背景進行考察，以25年為一個時間段，擁有知識交叉背景的人數在20世紀第二個25年有大幅度的提高，從29.73%上升到42.5%；經過60、70 年代的調整，近年來諾貝爾獎得主中擁有交叉知識背景的比率上升到世紀末的49.07%[2-3]。

學科交叉（interdisciplinary）總體上泛指不同學科之間的相互借鑒、交叉、融合而出現的新興學科。學科之間的交叉可以分為多個層次，我們在培養軟件工程碩士過程中，更多地集中在“多學科”交叉的層面上。軟件工程作為一門相對獨立的學科，在其他領域中的滲透作用越來越大，正在逐漸演變成為其他學科提供服務的學科，學科交叉特點尤為明顯。

1.1 學科交叉的國內外實施現狀

國外著名高校都比較重視推動學科交叉，如麻省理工學院專門成立了“科學、技術與社會規劃”（STS）學院，有組織有計劃地在自然科學、技術科學與人文科學、社會科學相互交叉的學科領域進行跨學科教育，建立了數十個跨學科研究機構。國內從教育部到高校、科研院系等學術機構也都重視和推動學科交叉的發展，如清華大學2011年揭牌的交叉信息研究院由世界著名計算機科學家、2000 年圖靈獎得主姚期智先生領導，是國內首個致力于交叉信息科學研究的教學科研單位。

1.2 學科交叉的多個合作層面

以“軟件工程復合型碩士培養模式”為研究對象，我們重點探討在高校范圍內，如何開展與推進學科交叉人才培養工作。學科交叉的相關工作包括學校層面的學科交叉合作中心、學院層面的人才聯合培養、科研團隊之間的協同創新研究以及教師個體之間的興趣驅動式的科研合作，這種多層面的合作是高校學科交叉協同創新的顯著特征。我們從最小的維度“教師個體之間的興趣驅動式的科研合作”來探討如何通過學科交叉助力軟件工程學科“應用型、復合型高層次”碩士研究生的培養。

2 復合型軟件工程碩士培養方法探討

很多碩士研究生跨專業報考軟件工程學科，這些生源在各自專業領域已經有本科知識積累，又要系統地學習軟件工程碩士專業課程，如果能通過學科交叉科研合作來發揮這些“跨學科”同學們的優勢，促進他們將軟件工程知識及技術應用到相關行業上，解決各行業的科學及技術問題，是一種具有可行性、因地制宜培養復合型研究生的人才培養方法。

國內的研究生培養一般采用導師制，以同濟大學軟件學院為例，其碩士研究生培養周期分為3個階段。第一階段：進行專業課程學習，奠定專業基礎。第二階段：在導師指定的課題研究中提煉科學問題，確定技術路線，開展具體科研工作，提升專業技能及創新素養，完成畢業論文的主要研究工作。第三階段：在企業中實習，鍛煉工程實踐能力。在此過程中，第二階段非常關鍵，即導師如何通過學科交叉之間的科研合作來提升研究生的多學科融合能力及創新能力。

為了實現這個復合型、創新型研究生培養的目標，需要考慮以下幾個問題。

首先，什么樣的學科交叉課題比較適合復合型人才的培養？不能把跟軟件工程學科的合作視為課題中軟件系統的開發外包，人才在創新能力方面的培養要求決定著只有那些在本學科領域有可研究性和挑戰性且依賴軟件工程學科的（新）知識和（新）技術能夠提供有效解決方案的課題才能達到培養軟件工程學科復合型、創新型研究生人才的目標。

其次，如何在多學科之間建立有效的溝通交流機制？在現有的網絡交流平臺之外，需要提供一個能夠雙方共享的實驗室場所，參與課題的導師和研究生在項目進展期間能夠在“同一屋檐下”一起學習和工作，以授課、講座、研討等形式建立起不同專業學生之間的學術聯系和交流，促進知識共享。根據我們的經驗，這種共享實驗室場所的建立能夠有效促進多學科人員的溝通和交流。

第三，如何推動交叉學科的團隊建設？學科交叉合作至少涉及兩個團隊，可能某一個學科在學術界、產業界更有優勢，建議優勢學科的導師作為課題總負責人，以便于高屋建瓴，充分利用優勢學科的科研優勢來提升整個團隊。然而學科合作是“取人之長，補己之短”，在合作中優勢學科的導師更應該有包容的胸懷，“他山之石可以攻玉”，借助雙方的合作來達到“1+1>2”。

最后，如何建立起長期合作模式？雙贏是長期合作的必要條件。雙贏的內涵包括很多，可以包括學生能力得到提升、將合作成果共同發表論文或申請專利、共同申請新課題等，只有雙贏的課題才可能有長期合作的可能。所以，在開展學科交叉課題之初，合作雙方就應該考慮和規劃合作成果，并衡量這樣的成果是否是雙方受益的，在大家對預期的研究成果達成共識后，后期的合作才能順利推進并取得成效。

多學科思想的交流容易激發研究生形成跨學科創新思維的多元知識體系結構，并且在多個團隊合作的過程中，成員相互交流，以交叉、融合、滲透的方式掌握各學科的專業知識。學生原來對問題的認識容易局限于本專業領域，而通過合作，則學到了許多非本專業領域的知識，提高了綜合素質，提升了研究水平，最終拓寬其就業渠道并增強其就業競爭力。

3 實踐案例

我們在軟件工程一級學科與交通運輸工程一級學科聯合進行學科交叉合作培養復合型、創新型研究生的合作框架下，來分析和解讀學科交叉推動研究生培養的關鍵要點。以“交通安全”學科方向為例，它融合了汽車、軟件、電信、機械等多學科方向，通過學科交叉能夠助力交通安全的科研工作和產業化，同時也能達到學科交叉培養復合型、創新型研究生的目標。

現代交通技術人才的培養體系應面向多學科，培養交通信息管控與經濟管理、軟件、網絡、通信等領域相融合的研究型、復合型、創新型人才[4]，以支持智能交通系統的落地，圖1呈現的是交通學科與其他學科交融的關系。

圖1 交通學科與其他學科的關系

ITS的知識體系和能力培養具有顯著的學科交叉特征且伴隨應用技術的發展而動態變化。我們將人工智能、專家系統、軟件工程等技術應用在ITS中，形成了學科交叉合作課題。在交叉學科合作過程中，針對幾個問題，我們逐一進行闡述。

（1）什么樣的學科交叉課題比較適合復合型人才的培養？我們選擇智能交通系統的多個課題，比如課題“基于非平衡分類算法預測交通事故風險”在獲取連續線圈交通流數據的環境下利用數據挖掘技術—非平衡分類算法來建立交通事故風險模型，并采用Java語言，基于大數據流數據處理平臺Spark Streaming設計、開發和實現交通事故風險實時預測原型系統，該課題綜合利用數據挖掘技術、軟件工程技術來解決交通安全學科的難點問題。比如課題“基于非監督學習評估駕駛行為風險”通過行車GPS數據的分析處理擬合出行車軌跡、識別微觀駕駛行為并采用非監督學習算法來評估駕駛人個體的駕駛風險；比如課題“基于視頻深度學習預警駕駛危險事件”利用視頻分析技術與深度學習人工智能新技術——深度學習（deep learning），對行車視頻進行實時分析與危險事件預警。這些課題對課題來源學科“交通學科”具有重要意義并極有挑戰，而依賴的交叉學科“軟件工程學科”的新知識和新技術能夠提供一些新的解決方案，兩個學科的合作能碰撞出火花，培養復合型的高端人才。

（2）如何在多學科之間建立有效的溝通交流平臺？我們建立了聯合實驗室，每周定時開課題例會，不定時安排軟件工程學科及交通學科的各類技術講座和分享。參與課題的研究生可以隨時面對面交流，保證了溝通的有效性。

（3）如何推動交叉學科的團隊建設？課題組以交通運輸工程學科“優青”王雪松教授為團隊帶領人和課題負責人，依托國家自然科學基金項目及上海市科學技術委員會項目，選擇能夠充分發揮軟件工程學科優勢的多個研究點開展合作，探索多個交通安全模型的建立，并開發出原型系統，推動“智能交通系統”的研發工作。在團隊管理中課題負責人充分尊重不同學科導師的意見，確定研究點時充分兼顧交叉學科的研究需求，根據研究進展隨時微調研究方向和研究計劃。研究生也常常為完成一些競賽或者課題自主組隊，以“2016年IBM大型主機全國校園大賽”為例，交通運輸工程學科的1名博士生和軟件工程學科的3名碩士生及1名本科生自主組隊參加，以 “基于zLinux的交通事故風險實時預測仿真系統”取得了全國二等獎的優異成績。通過交叉學科合作，同學們不僅學習到不同學科的知識與技術，也提高了團隊合作意識，鍛煉了組織、表達、實踐、應變、抗壓和創新等綜合能力。

（4）如何建立起長期合作模式？課題組應該本著 “雙方共贏”的目標確立學科交叉聯合研究點，以軟件工程學科為例，目前參與學科交叉課題的碩士生一共7人，經過近兩年的學科交叉合作，他們完成了多個交通安全模型的構建及原型系統、示范應用系統的開發；并在IEEE國際會議上發表了6篇EI檢索的學術論文，另有5篇學術論文被錄用并將于2018年發表（表1），其中2篇中文學術論文分別在中文核心期刊同濟大學學報及中國公路學報發表，這些成果對于這些“跨學科”來攻讀“軟件工程”學科的碩士研究生來說是值得肯定的。隨著合作的持續深入，學術成果呈良好的遞增趨勢。目前已經有4名以交叉學科研究課題為畢業設計內容的碩士研究生通過了學位論文答辯，獲得“軟件工程”專業的碩士學位證書，多名在讀碩士也正依托于該學科交叉合作平臺進行培養。

4 結 語

示范性軟件學院對軟件工程碩士的培養以服務產業發展為總體目標。然而，目前軟件工程人才的培養大多局限于軟件工程學科的理論、方法與技術的教學與實踐，缺少與行業應用及相關學科的結合，導致學生踏入工作崗位后理解領域知識及應用需求存在一定困難。我們結合軟件工程學科全日制工程碩士入學考試報考生源中“跨學科”的顯著特征，以學科交叉來帶動多學科的科研融合、促進，并培養復合型、創新型研究生的方法具有可行性。

表1 聯合論文發表情況

目前在我國，固化的現行學科專業設置以及傳統的學術評價制度，導致學科壁壘依然存在，學科交叉與滲透尚處于起步階段，觀念需要引導。本文以案例分析的方式，對學科交叉進行復合型、創新型研究生培養的方法進行了探索，后續還將對該模式下培養的研究生進行就業追蹤，以便更客觀地對該培養方法進行評價。