新工科背景下多學(xué)科交叉融合的交通工程人才培養(yǎng)模式研究

姚佼 戴亞軒 韓印 嚴凌 王嘉文 萬文文 許凱

摘要：新工科面臨創(chuàng)新引領(lǐng)、交叉融合、跨界發(fā)展等問題，大量全新和未知的問題，需要不同學(xué)科間的融合以及產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，在實踐過程中積極探索，找到解決問題的思路、途徑和方式，保證新工科人才培養(yǎng)的質(zhì)量。文章以上海理工大學(xué)交通工程專業(yè)為研究對象，首先，結(jié)合學(xué)校現(xiàn)狀的機構(gòu)設(shè)置，以及辦學(xué)優(yōu)勢和特色專業(yè)集群，探索多學(xué)科交叉的組織結(jié)構(gòu)模式及合作機制;其次，從跨學(xué)科課程設(shè)置和教學(xué)模式兩個角度對面向復(fù)雜交通工程問題的課程體系進行了分析;最后，通過評價標(biāo)準(zhǔn)和評價指標(biāo)體系的建立。確立了交通工程專業(yè)人才培養(yǎng)的質(zhì)量監(jiān)控。

關(guān)鍵詞：新工科;多學(xué)科融合;組織結(jié)構(gòu)模式;課程體系;質(zhì)量監(jiān)控

中圖分類號：G642 文獻標(biāo)識碼：A

0引言

新工科的人才培養(yǎng)要求以互聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)智能為核心，通過將大數(shù)據(jù)、智能制造、云計算、人工智能、虛擬現(xiàn)實等新技術(shù)用于傳統(tǒng)工科專業(yè)的升級改造，培養(yǎng)適應(yīng)未來新興產(chǎn)業(yè)和新經(jīng)濟需要的、實踐能力強、創(chuàng)新能力強、具備國際競爭力的高素質(zhì)復(fù)合型新工科人才。新工科的建設(shè)要求，需要多學(xué)科的交叉融合與協(xié)同創(chuàng)新，對教師教學(xué)能力、教學(xué)質(zhì)量以及學(xué)生學(xué)習(xí)都提出了新的挑戰(zhàn)。

另一方面，現(xiàn)代交通工程專業(yè)已大大突破了傳統(tǒng)土木和道路工程的范疇，管理科學(xué)、系統(tǒng)科學(xué)與工程、交通科學(xué)、應(yīng)用數(shù)學(xué)、物理、現(xiàn)代控制等方面專業(yè)知識對于復(fù)雜城市交通問題的解決日益發(fā)揮重要作用。在新工科的大背景下，交通工程專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)應(yīng)轉(zhuǎn)向智能交通系統(tǒng)、交通大數(shù)據(jù)挖掘、網(wǎng)絡(luò)交通流和動態(tài)網(wǎng)絡(luò)交通流等方面，培養(yǎng)學(xué)生既掌握道路勘測、工程設(shè)計等“硬”本領(lǐng)，又掌握系統(tǒng)工程思想方法和工具，具有網(wǎng)絡(luò)交通分析、規(guī)劃設(shè)計能力的工程型、創(chuàng)新性技術(shù)人才。因此，交通工程專業(yè)符合新工科環(huán)境下多學(xué)科融合的實用性、交叉性與綜合性特點，具備作為多學(xué)科交叉融合的工程人才培養(yǎng)模式探索與實踐的典型性。

本文以交通工程專業(yè)為突破口，探索如何加快建設(shè)和發(fā)展“新工科”，提前進行人才布局，培養(yǎng)新經(jīng)濟急需緊缺人才，培養(yǎng)引領(lǐng)未來技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的人才，培養(yǎng)具有創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識、數(shù)字化思維和跨界整合能力的“新工科”人才，對于新工科人才培養(yǎng)可復(fù)制可推廣經(jīng)驗的積累已具有重要意義。

對于多學(xué)科融合的組織結(jié)構(gòu)模式，國外1950年前后，特別是從美國軍方的北極星計劃、阿波羅登月計劃等開始，逐步意識到一些負責(zé)的工程問題，需要多學(xué)科的知識融合，學(xué)科間的界限不斷打破，交叉口學(xué)科開始大量涌現(xiàn)，近年來諾貝爾自然科學(xué)類交叉學(xué)科成果更是占到了總獲獎成果的66.7%。知名學(xué)府在促進學(xué)科交叉方面的主要經(jīng)驗體現(xiàn)在：美國等常春藤大學(xué)頂層的學(xué)科組織設(shè)置有一條重要的原則就是體現(xiàn)了綜合性與包容性，不刻意去劃分專業(yè)院系，促進了基層學(xué)術(shù)組織的學(xué)科融合;英國古典大學(xué)的學(xué)院制對學(xué)科組織的分裂起到了平衡作用;我國本科教育機構(gòu)和研究生教育機構(gòu)的分設(shè)，有利于培養(yǎng)掌握多學(xué)科知識的學(xué)者，建立各種形式的交叉學(xué)科組織能直接有效地推進學(xué)科融合，胥秋等人的研究認為以學(xué)科群和學(xué)科門類為依據(jù)整合第一層級的院系組織，促進其內(nèi)部的學(xué)科融合，同時容納多個學(xué)科的學(xué)院中設(shè)立交叉學(xué)科研究中心，可以探索改進由大學(xué)一級直接統(tǒng)籌管理的交叉學(xué)科研究院。

對于多學(xué)科融合的教學(xué)體系探索方面，楊青等的研究認為將課程教學(xué)和承擔(dān)的科研項目緊密結(jié)合，進行以研促教、以教促學(xué)的一系列教學(xué)改革，在夯實學(xué)生專業(yè)理論基礎(chǔ)、融合專業(yè)相關(guān)知識、激發(fā)專業(yè)學(xué)習(xí)興趣方面取得了良好效果，可以顯著提高學(xué)生的創(chuàng)新和應(yīng)用能力，對培養(yǎng)具有高素質(zhì)的專業(yè)人才起到了積極作用㈣;張嬡等人的研究，為多學(xué)科交叉融合質(zhì)量，對教學(xué)體系的改革采取了自上而下的教改目標(biāo)分解與自下而上的課程改革相結(jié)合的方法，取得了滿意的效果;唐睿等人對學(xué)科融合視閾下的高師美術(shù)課程設(shè)置進行了研究;高聰?shù)纫陨窠?jīng)病學(xué)課程為例，研究了多學(xué)科融合背景下的以問題為基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)（Problem-based learning，PBL）的教學(xué)法，取得了較好的效果㈣。

對于多學(xué)科融合的考核評價研究方面，張穎等人以交叉學(xué)科點研究課程設(shè)置為例，在評價和考核的過程中，強調(diào)綜合技能訓(xùn)練，對課程的考核注重創(chuàng)新能力考核，實行成績評價與培養(yǎng)效果相結(jié)合，建立了動態(tài)的質(zhì)量監(jiān)控與退出機制，取得了顯著的效果;黃甫全認為課程理想是課程評價的終極尺度，因此課程評價指標(biāo)體系框架，應(yīng)由滲透著課程理想的教育目的目標(biāo)、課程研制主體、課程學(xué)習(xí)主體、課程組成成分和課程運行效果等五大部分構(gòu)成㈣;王秀華等人的研究認為，研究性教學(xué)課程的評價要堅持主體多元化、過程性、發(fā)展性原則，并進一步在分析美國高校及國內(nèi)部分高校課程及國家精品課程的評價指標(biāo)體系的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了以課程團隊、教學(xué)設(shè)計、教學(xué)條件、教學(xué)成效為一級指標(biāo)的研究性教學(xué)課程評價指標(biāo)體系舊;陸長平等探討了構(gòu)建探究式教學(xué)課程評價指標(biāo)體系應(yīng)遵循的原則、探究式教學(xué)課程評價指標(biāo)體系的構(gòu)建過程以及評價主體與方法。

綜合國內(nèi)外的學(xué)科交叉融合人才培養(yǎng)模式的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)存在如下問題：

（1）組織結(jié)構(gòu)模式方面，大多仍處于探索階段，真正付諸實施以及相應(yīng)的效果分析樣本尚顯不足。

（2）教學(xué)體系方面，大部分的研究還處于學(xué)科交叉融合的萌芽狀態(tài)，缺乏復(fù)雜問題導(dǎo)向的指引，新工科的思維稍顯不足。

（3）考核評價方面，大多研究仍側(cè)重于課堂教學(xué)的評價，對于與課程實踐環(huán)節(jié)結(jié)合的綜合評價研究較少涉及，此外大多研究仍側(cè)重于對單門課程質(zhì)量的評價，對于整體人才培養(yǎng)的質(zhì)量評價較少涉足。

針對上述問題，本研究以上海理工大學(xué)交通工程專業(yè)為研究對象，結(jié)合學(xué)校現(xiàn)狀的機構(gòu)設(shè)置和特色專業(yè)集群，探索多學(xué)科交叉的組織結(jié)構(gòu)模式及合作機制，并從跨學(xué)科課程設(shè)置和教學(xué)模式兩個角度，探索多學(xué)科融合的新工科人才培養(yǎng)的課程體系改革路徑，最后，建立人才培養(yǎng)質(zhì)量監(jiān)控的評價標(biāo)準(zhǔn)和考核指標(biāo)體系。

1多學(xué)科融合的新工科交通工程人才培養(yǎng)組織結(jié)構(gòu)

根據(jù)交通工程專業(yè)的特點，其涉及到城市規(guī)劃、經(jīng)濟管理、計算機、土木工程、汽車、法律、地理信息、系統(tǒng)工程等專業(yè)知識，強調(diào)“跨界融合”，在新工科背景下，需要整合資源、強化學(xué)科聯(lián)系，培養(yǎng)復(fù)合型創(chuàng)新人才。

另一方面，交通工程學(xué)科所處管理學(xué)院現(xiàn)狀是多類型、多層次模式的辦學(xué)，學(xué)科涉及管理學(xué)門類下的管理科學(xué)與工程、工商管理、公共管理3個學(xué)科;經(jīng)濟學(xué)門類下的應(yīng)用經(jīng)濟學(xué)、統(tǒng)計學(xué)2個學(xué)科;理學(xué)門類下的系統(tǒng)科學(xué)1個學(xué)科;工學(xué)門類下的交通運輸工程學(xué)、系統(tǒng)工程學(xué)2個學(xué)科，一直活躍在全國該學(xué)科領(lǐng)域的前沿，在國內(nèi)外都有非常大的影響，在第四輪全國學(xué)科點評估排名中位居第三位。如何將系統(tǒng)科學(xué)、運籌學(xué)、計算機科學(xué)與交通工程相結(jié)合，開展交通規(guī)劃與網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化、交通管理與控制的研究，突出系統(tǒng)工程在交通工程人才培養(yǎng)中的行業(yè)應(yīng)用特色，可以作為是新工科交通工程人才培養(yǎng)的特色。

此外，根據(jù)學(xué)校土木工程、車輛工程、計算機通訊工程、自動化等相關(guān)專業(yè)在不同兄弟學(xué)院的設(shè)置分布情況，制定交通工程人才培養(yǎng)的組織結(jié)構(gòu)如圖1所示，即在學(xué)校教務(wù)處的統(tǒng)一部署下，依托管理學(xué)院交通系統(tǒng)工程系，分為通識基礎(chǔ)教學(xué)機構(gòu)、專業(yè)基礎(chǔ)課程教學(xué)機構(gòu)、專業(yè)選修學(xué)院內(nèi)部和外部教學(xué)機構(gòu)四部分;其中通識基礎(chǔ)教學(xué)機構(gòu)主要依托學(xué)校的理學(xué)院、外語學(xué)院和馬克思主義學(xué)院，專業(yè)基礎(chǔ)課教學(xué)機構(gòu)主要依托管理學(xué)院交通系統(tǒng)工程系，專業(yè)選修課學(xué)院教學(xué)機構(gòu)主要依托管理學(xué)院的系統(tǒng)科學(xué)系、公共管理系、工商管理系、信息管理與信息系統(tǒng)系等，專業(yè)選修課學(xué)院外教學(xué)機構(gòu)，主要依托學(xué)校光電學(xué)院的計算機科學(xué)與工程系、控制科學(xué)與工程系、環(huán)建學(xué)院的土木工程系、機械工程學(xué)院的車輛工程系等。

2復(fù)雜問題導(dǎo)向的交通工程專業(yè)課程體系

交通工程面向?qū)嶋H的交通問題，具體較強的工程實際應(yīng)用需求，因此在考慮課題體系的設(shè)置時，要強調(diào)引導(dǎo)學(xué)生從實際交通問題出發(fā)，主動進行相關(guān)課程的選修，據(jù)此進行專業(yè)培養(yǎng)計劃的不斷修訂，另一方面，從教師角度，引入不同專業(yè)背景、具有豐富工程經(jīng)驗的行業(yè)精英人才為學(xué)生授課，并在其中探討啟發(fā)式、討論引導(dǎo)式的教學(xué)模式，逐步取代傳統(tǒng)的授課模式。

2.1面向復(fù)雜交通工程問題的專業(yè)課程設(shè)置

考慮到現(xiàn)實中復(fù)雜交通問題的解決，往往涉及到交通系統(tǒng)的規(guī)劃、設(shè)計、建設(shè)、運營管理等工程項目的階段，每個階段的內(nèi)容，又涉及到不同的學(xué)科交叉，因此新工科背景下，交通工程專業(yè)的課程設(shè)置，考慮從復(fù)雜交通問題分析人手，強調(diào)發(fā)現(xiàn)問題分析問題，然后再去尋找掌握解決問題的工具。

具體而言，以廣受詬病的大城市交通擁堵為例，首先引導(dǎo)學(xué)生從交通需求和交通供給兩方面分析其成因，發(fā)現(xiàn)城市交通系統(tǒng)存在的問題，如城市交通頂層規(guī)劃的天然缺陷，交通設(shè)計的精細化程度不夠，基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)速度遠遠趕不上需求增加的速度等;進而根據(jù)每個成員分別分析對策，如規(guī)劃層面，交通規(guī)劃與城市規(guī)劃的銜接，交通引導(dǎo)城市發(fā)展模式TOD，優(yōu)先發(fā)展公共交通理念的引入;設(shè)計層面，精細化城市道路交通設(shè)計思想和方法的掌握;管理層面，城市交通管理與控制作為蹺蹺板支點調(diào)節(jié)交通的供給與需求;建設(shè)層面，突破常規(guī)的土木工程思維，注重交通基礎(chǔ)設(shè)施的功能性建設(shè)。

根據(jù)上述的問題分析，尋找對應(yīng)的相應(yīng)解決問題的課程，設(shè)置相關(guān)的課程模塊，如圖2所示。

2.2面向復(fù)雜交通工程問題的跨學(xué)科教學(xué)模式

根據(jù)圖2的專業(yè)課程設(shè)置，考慮到復(fù)雜交通工程問題導(dǎo)向，聘請校外企業(yè)導(dǎo)師與校內(nèi)導(dǎo)師聯(lián)合上課，校外企業(yè)導(dǎo)師結(jié)合實際工程項目進行闡釋，校內(nèi)導(dǎo)師主要負責(zé)其中相關(guān)基礎(chǔ)概念、基礎(chǔ)知識、基本技能的教授;同時考慮到相關(guān)專業(yè)課知識背景的要求，在相應(yīng)的課程中結(jié)合前述的人才組織結(jié)構(gòu)模式引入了相關(guān)專業(yè)教師。如在交通規(guī)劃的課程中，引入城市規(guī)劃背景的教師，在交通控制的課程中引入了自動化背景的教師，在交通數(shù)據(jù)處理與分析的課程中引入了計算機專業(yè)背景的教師。

此外，在教學(xué)模式上，注重問題導(dǎo)向的探討啟發(fā)式教學(xué)，如在城市軌道交通課程的教學(xué)中，分小組自主選擇相關(guān)的主題，進行問題的發(fā)掘，思路的探討和解決方法，指導(dǎo)教師僅在必要的時候進行方向性的引導(dǎo)。在必要的時候引入辯論式的課堂討論，如在交通設(shè)計的課程中，對于交叉口是否拓寬，正反兩方，通過學(xué)生自主學(xué)習(xí)，查閱課本及相關(guān)參考資料，尋找本方的支撐論據(jù)以及是否拓寬優(yōu)缺點，在辯論中潛移默化的掌握知識要點。

3新工科背景下交通工程專業(yè)人才培養(yǎng)的質(zhì)量監(jiān)控體系

新工科背景下對于交通工程專業(yè)人才培養(yǎng)的評價標(biāo)準(zhǔn)和質(zhì)量監(jiān)控既需要考慮新工科協(xié)同創(chuàng)新的特點，又需要考慮多學(xué)科融合時不同學(xué)科間評價標(biāo)準(zhǔn)不一致的特點，同時，為避免培養(yǎng)人才的書本教條化，應(yīng)該探索引入人才在工程實踐問題解決過程中的角色和作用作為評價標(biāo)準(zhǔn)。此外，對于教師的考核評價方法，強調(diào)研究與實踐的結(jié)合和統(tǒng)一，做到“研行一致”，逐步對項目研究和論文發(fā)表的現(xiàn)狀評價體系進行優(yōu)化，加入人才培養(yǎng)的考核指標(biāo)，并研究其與科研等的權(quán)重分配問題。

3.1交通工程專業(yè)人才培養(yǎng)的評價標(biāo)準(zhǔn)

新工科背景下交通工程人才培養(yǎng)有高校人才培養(yǎng)的一般性，同時又具有其專業(yè)和行業(yè)特點，因此對人才培養(yǎng)的標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)該從兩方面展開。

對于高等院校人才培養(yǎng)的通用標(biāo)準(zhǔn)而言，強調(diào)人才的政治標(biāo)準(zhǔn)，始終要把培養(yǎng)新時代中國特色社會主義建設(shè)人才放在第一位;其次，人才的綜合創(chuàng)新能力是新工科要求的基本目標(biāo)之一，特別是人才的自主學(xué)習(xí)能力、知識更新、知識管理、知識創(chuàng)新與融會貫通能力、綜合表達能力等。

對于交通工程專業(yè)人才培養(yǎng)的評價標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)強調(diào)寬口徑、厚基礎(chǔ)和新工科三個特點，應(yīng)以實際交通工程應(yīng)用為基本定位，不僅在交通工程學(xué)科專業(yè)上學(xué)業(yè)精深，而且還應(yīng)具有與新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)、機器人、新材料等新工科“學(xué)科交叉融合”的特征。以大類培養(yǎng)為主，如上海理工大學(xué)自2019年起將交通運輸類與土木類、能源動力類、生物醫(yī)學(xué)工程類、輕工類合并為智能化制造類進行大類招生，有利于學(xué)生寬口徑培養(yǎng)，同時課程設(shè)置融合交通、汽車、土木、經(jīng)濟管理等，可以使學(xué)生在更廣泛的專業(yè)交叉和融合中學(xué)習(xí)，打好厚基礎(chǔ)，適應(yīng)社會需求，滿足現(xiàn)代交通運輸行業(yè)在“多規(guī)合一規(guī)劃、建設(shè)向運維和最佳運用，綜合治理及服務(wù)轉(zhuǎn)變、基于力學(xué)，材料學(xué)等土木工程知識體系向系統(tǒng)、信息、智能、經(jīng)濟、人文交叉與融合”等轉(zhuǎn)型發(fā)展方面對人才培養(yǎng)的要求。

3.2交通工程專業(yè)人才培養(yǎng)的評價指標(biāo)體系

依據(jù)交通工程人才培養(yǎng)的評價標(biāo)準(zhǔn)要求，結(jié)合新工科人才培養(yǎng)的能力要求，從專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)理念、師資隊伍、專業(yè)建設(shè)、課程建設(shè)、實踐教學(xué)、素質(zhì)教育、社會評價等七方面制定了新工科背景下多學(xué)科融合的交通工程專業(yè)人才培養(yǎng)評價指標(biāo)體系，如表1所示，以此對人才培養(yǎng)的質(zhì)量過程進行監(jiān)控。

對于指標(biāo)體系中各個指標(biāo)的權(quán)重，借鑒熵權(quán)法和數(shù)據(jù)包絡(luò)法的思想進行賦值，并在學(xué)生培養(yǎng)過程中不斷更新;同時基于指標(biāo)體系的導(dǎo)向，通過實踐探索，不斷動態(tài)調(diào)整不同課程間教師比例、教學(xué)資源等的投入。

此外，對于人才培養(yǎng)質(zhì)量的過程控制，引入傳統(tǒng)質(zhì)量控制中的質(zhì)量特性要因分析法，對于出現(xiàn)的問題，采用魚骨頭的方法，逐層深入排查，并通過QC小組討論的方法，集思廣益，共同分析，尋找相關(guān)對策。

4結(jié)論

新工科背景下的人才培養(yǎng)注重學(xué)科交叉口和協(xié)同創(chuàng)新，培養(yǎng)的人才應(yīng)具備面對各類未知復(fù)雜問題時能運用恰當(dāng)思維思考借鑒。本文以交通工程專業(yè)為例，探討了復(fù)雜交通工程問題導(dǎo)向下，如何突破單一學(xué)科人才培養(yǎng)的局限，通過人才創(chuàng)新能力的提高和綜合素質(zhì)的培養(yǎng)，拓寬新工科創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的教育空間，使其能夠善于打破學(xué)科壁壘，進行快速的知識融合與更新，解決現(xiàn)實諸如共享交通等社會城市交通管理中不斷涌現(xiàn)的新問題，應(yīng)對新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的挑戰(zhàn)。