基于交叉學科的車輛工程研究生培養模式探索
——以軌道交通車輛方向研究生培養為例

文孝霞， 杜子學， 崔曉璐

(重慶交通大學 機電與車輛工程學院，重慶 400074)

一、引言

隨著社會經濟的快速發展和城市化進程的加快，為緩解日趨嚴重的交通擁堵壓力，近年來城市軌道交通步入快速發展階段。據國家交通運輸部統計，截至2019年，我國超過38個城市(含香港、臺灣)建成了城市軌道交通，城市軌道交通運營里程達到5639.88公里，到2020年，運營里程超過6000公里，規劃里程達10 000公里，位居世界第一。城市軌道交通產業的快速發展正帶動城市軌道交通裝備制造產業成為一個前景廣闊的戰略性新興產業，城市軌道交通車輛是涉及機械、車輛、信息、電氣等技術為一體的復雜智能化產品，涉及多個學科交叉融合，多學科整合性思維的價值日益突顯，軌道交通高端裝備的進一步創新發展迫切需要跨學科背景的高層次人才。

另外，隨著全球化進程加快及新工業革命提速，發達國家紛紛實施“再工業化”戰略，重塑制造業競爭新優勢，核心是將制造業與信息技術深度融合，實現制造企業的高度集成化、自動化、網絡化及智能化。為主動應對新一輪科技革命和產業變革，搶占制造業新一輪競爭制高點，2015年我國提出《中國制造2025》“互聯網+”等，明確提出瞄準新一代信息技術、高端裝備等戰略重點，促進制造業數字化、網絡化和智能化。新一輪科技革命是以互聯網等信息技術與各行業的深度融合為顯著特征，社會即將進入智能時代。對于軌道車輛而言，未來的發展趨勢是軌道車輛制造業與信息技術深度融合，軌道車輛新技術的迅猛發展對工程學科知識體系提出了新要求。隨著軌道交通行業的迅猛發展，可以預見軌道交通領域急迫需要具有交叉學科背景的高層次創新型人才。

我國研究生教育承擔著培養高層次專門人才的重任，是高層次創新型人才的主要輸送方式，也是科技創新的重要力量。當前，我國高等教育培養研究生創新能力的高低，直接關系到能否為國家重要戰略規劃提供有效的人才支撐，關系到國家整體創新水平的高低。科技發展的實踐證實，交叉學科對科技創新能力具有重要的推動作用，國內外關于交叉學科研究生培養主要從學科交叉融合的培養理念，交叉學科培養體系的價值、意義及措施等角度開展研究。美國國家科學基金會早在1997年就實施了研究生教育與科研訓練一體化項目，其中加利福尼亞大學洛杉磯分校的創新項目跨越傳統學科邊界，將機械工程、宇航工程、化學工程與電氣工程等學科集成交叉，建立了一種新型的研究生教育與培養模式[1]。國內學者程妍剖析了學科交叉的內涵與外延，闡述了研究型大學通過積極培育新興交叉學科，以學科交叉引領學科建設的重要意義[2]。房正宏從交叉學科平臺建立、交叉學科師資建設及人才培養模式優化三方面闡述構建以學科交叉為核心的研究生培養體系[3]。一些研究提出了交叉學科研究生培養的具體模式，如楊娟闡述了加州大學戴維斯分校在交叉學科研究生培養過程中，通過項目依托主體、教師組織形式、交叉學科研究生團隊等模式實現交叉學科研究生培養模式創新[4]。吳云通過課題編組、研究生入企等模式開展了基于導師團隊的研究生科研能力提升模式研究[5]。黃俊平通過設立實虛結合的交叉學科平臺、單列學位和單列招生等措施，介紹北京大學在交叉學科人才培養方面的有益探索[6]。李雪飛在目前的課程模式、項目模式基礎上，提出制度化模式，實現從學科模式向交叉學科模式的順利轉變[7]。張義分析制約交叉學科發展的影響因素，提出學科驅動、項目驅動及戰略驅動的三維SDP驅動模式[8]。夏士雄闡述了高校推行導師團隊模式指導的重要意義，提出建立完善的團隊梯度結構及保障性措施[9]。

綜上可知，將交叉學科、科研團隊、團隊指導模式和研究生創新能力培養有機融合，構建多學科集成與交叉的培養環境和機制，培養能夠解決重大科技難題的創新型人才，已經成為研究生培養模式改革的重要課題，具有重要的理論意義和應用推廣價值。本文針對基于學科門類的傳統培養模式、單一導師負責制和校企實質性合作匱乏三方面問題，開展基于交叉學科研究團隊的軌道交通車輛專業學位研究生創新能力培養模式的探索。

二、軌道車輛專業研究生人才培養現狀

重慶交通大學車輛工程主要有新能源、智能汽車與城市軌道交通車輛幾個學科方向，其中城市軌道車輛學科方向聚焦于跨座式單軌交通車輛研究。跨座式單軌交通車輛屬于城市軌道交通車輛的一種典型制式，以其獨特的優勢，目前正在國內廣泛采用。重慶作為國內運營跨座式單軌車輛的第一個城市，也是國內跨座式單軌車輛的主要生產基地。重慶的企業攻克和掌握了跨座式單軌交通裝備的關鍵技術，致力于為國內中小城市中小運量單軌交通線路裝備提供產品及技術服務。為適應市場需求，目前在單軌及地鐵車輛裝備研發方面，重慶長客軌道車輛有限公司、重慶交通大學、重慶中車四方所有限公司、重慶華渝重工機械裝備有限公司、重慶交控科技有限公司集合中車長客軌道車輛有限公司的技術力量，結成聯合體，正在致力于自主研發現代智能化無人駕駛的中小運量跨座式單軌列車。智能化無人駕駛跨座式單軌列車勢必對人才的交叉學科知識結構提出更高的要求，需要我國高等教育尤其是研究生教育為企業創新發展提供強有力的人才與智力支撐。

目前國內高等院校研究生的培養模式仍是基于學科門類開展，在保證專業領域知識系統性的同時割裂了科學的完整性，按學科劃分和設計的課程體系割裂知識結構，學科知識間缺乏關聯和交叉融合。基于學科門類培養的研究生知識結構較單一，一定程度上制約了多學科知識的交融和拓展，導致研究生在新興交叉領域的適應能力及創新能力更薄弱。

除了基于學科門類培養模式的弊端外，單一的導師負責制和校企合作的匱乏也是提高研究生創新能力的阻礙因素。因導師的固有思維方式和知識結構，單一導師負責制的指導模式同科技革命和產業革命中學科交叉與學科融合的發展趨勢不相適應，一定程度上制約著我國研究生的開拓創新思維培養，在學科交叉性強的工科研究生培養上不利影響尤為突出；校企合作的實質性匱乏也是阻礙研究生創新能力培養的重要障礙，當前企業參與高等院校人才培養的積極性和主動性有待實質性提高。

這樣的現狀使得未來我國軌道交通高端裝備重點領域的關鍵技術突破將會缺乏強有力的人才支撐，如何在現有教育體系下轉型升級傳統的研究生培養模式，加快城市軌道交通車輛專業學位研究生高層次創新型人才的培養，緩解軌道交通行業高層次創新型專業人才的短缺，成為當前我國高等教育亟待解決的課題。

三、建立以產品為導向的人才培養模式

城市軌道交通車輛是集機械、信息、控制和電氣工程學科于一體的智能化產品，以產品為導向，依據集成化程度高低，設計制定城市城軌交通車輛專業學位人才培養模式。以重慶交通大學城市軌道交通車輛專業學位研究生培養為例，依據產品集成化程度高低，設計制定1個一級平臺、3個二級平臺、4個三級平臺。其中，一級平臺即系統集成層級，是最高層級的車輛系統集成模塊；二級平臺即學校交叉層級，是次高層級，具有典型的學科交叉特征，是基于學科交叉理念劃分的，主要有基于信息與控制技術的城市軌道交通車輛性能優化模塊、信息與控制技術的電力牽引驅動裝置性能優化模塊、城市軌道交通車輛與土木學科交叉接觸區域耦合特性研究模塊；三級平臺即學科層級，是最低層級，是基于學科門類劃分的，主要有城市軌道車輛結構與動力學模塊、軌道與軌道梁結構及動力學模塊、信息與控制技術模塊、電力牽引驅動裝置模塊。

一級交叉學科平臺的培養目標，主要以交叉學科團隊為載體，以項目驅動的形式，團隊成員相互協同合作，實現車輛系統集成的培養目標。

二級交叉學科平臺的培養目標，主要由兩個主體實現：一個是圍繞學科交叉平臺設置學科交叉課程群；第二個是以交叉學科團隊為載體，以科研項目為驅動，實現交叉軌道車輛與土木學科、信息與控制技術同城市軌道交通車輛、信息與控制技術同電力牽引驅動裝置的學科交叉。

三級交叉學科平臺的培養目標，主要由專業基礎課程主體實現。

將三個平臺的架構與現有研究生培養目標融合，得到基于交叉學科研究團隊的車輛專業研究生的培養模式。

四、構建具有交叉學科特征的新型課程體系

課程體系是人才培養的基本單元和具體實施方案，對人才培養目標的實現起著關鍵性作用。目前我國高等院校主要是以學科分類開展研究生培養工作，與學科門類對應的課程體系也是按照學科屬性分開。當代科技發展過程中，學科交叉的重要性在學術界已形成共識，當前的重大科技突破與成果取得往往誕生于學科交叉領域，學科交叉與融合已成為科技創新的有效途徑。高校作為培養研究生的主體，要培養具有學科交叉意識的學生，需要適應學科交叉融合的趨勢，構建具有交叉學科特征的新型課程體系。課程體系的設置需與培養模式相匹配，根據以產品為導向的人才培養模式，在現有直線式培養模式基礎上，增設交叉學科課程群模塊，構建具有交叉學科特征的課程體系。

課程體系包括公共學位課程、非學位課程和實踐教學環節三大部分。學位課程涵蓋基礎學位課程和專業非學位課程，非學位課程下轄跨專業非學位課程與專業非學位課程。跨專業非學位課程具體包含軌道及路面動力學課程模塊、信息控制工程課程模塊、電氣控制工程課程模塊；專業非學位課程包括車輛結構課程模塊、車輛系統動力學課程模塊、關鍵零部件動力學課程模塊。實踐教學環節包含專業實踐、選聽講座、學術活動和創新創業活動四個環節。在原有課程體系基礎上，可增設輪軌耦合動力學課程模塊、車輛懸掛系統智能控制課程模塊和車輛電牽系統及電弧磨損課程模塊等具有交叉學科特征的非學位課程。學生可根據研究方向，選擇相應課程模塊，以學科前沿微型課的模式設置，由交叉學科團隊成員教授。

將整車系統集成模塊融入科研活動中實施，以微型課模式由交叉學科團隊負責人傳授和考核。

五、組建具有交叉學科背景的導師團隊

要培養適應經濟社會發展的交叉學科人才，導師是關鍵性因素，需要重視交叉學科導師團隊的建設工作，有計劃、有步驟地建設一支致力于新興交叉學科教學與研究的導師團隊。

組建交叉學科導師團隊。以學科建設為龍頭，以省部級平臺為高地，聚集多學科背景人才，組建交叉學科研究團隊，發揮導師團隊的學科優勢，在培養創新型人才方面發揮巨大優勢和積極作用，提高研究生的交叉學科研究水平，培養學生解決復雜工程問題的能力。

引導專任教師從傳統學科向交叉學科轉型。以省部級創新團隊和校級創新團隊為抓手，優化創新團隊制度措施，吸納不同學科背景的教師融入創新團隊，以新型軌道車輛研發需求為導向，逐步豐富創新團隊學科領域。教師需要充分認識學科交叉融合對專業研究領域的突破性作用，積極主動加強相關學科的交叉與融合，以提升對研究生的指導能力。

積極引進行業或企業專家進入導師團隊。工科專業的顯著性特征是有較強的實踐性和應用性。城市軌道交通車輛是典型的工科專業，第一個顯著特征是科學問題來源于實踐，從車輛運營過程中出現的錯綜復雜問題提煉關鍵科學本質，通過探索問題背后的自然規律取得理論模型、實驗方法或研究手段的創新；第二個顯著特征是研究成果最終將應用于車輛實踐，在車輛運營中檢驗研究成果的真實成效。

鑒于研究內容來源于實踐，研究成果面向企業、服務企業，最終服務社會。在交叉學科背景導師團隊引進行業或者企業專家，加強與校企間的緊密結合，搭建科學研究與實踐應用的橋梁，以實際問題為導向，企業導師共同參與項目研究指導工作，既可有效避免閉門造車，也可極大提升研究生解決實際問題的能力，提高研究生創新人才培養的質量。

我校城市軌道交通車輛方向的研究生導師團隊積極探索交叉學科背景導師團隊建設，先后依托重慶市科技局和學校，構建了具有車輛工程、土木工程、信息及控制技術學科和電氣工程學科交叉背景的“單軌車輛裝備創新創業團隊”與“軌道交通車輛系統動力學及控制團隊”。一方面通過傳統車輛工程專業老師轉型交叉學科領域，另一方面整合學校各學科資源，吸納多學科背景人才進入創新團隊。該團隊目前擁有軌道車輛動力學背景4人、軌道車輛電牽控制背景1人、軌道橋梁耦合振動背景2人、智能檢測及控制學科背景2人、軌道企業背景2人、軌道戰場空氣品質學科背景1人，通過長期項目合作，逐步形成了一支穩定而富有特色的創新團隊。

團隊致力于軌道車輛與土木工程交叉、車輛工程與信息及控制技術、車輛工程與電氣工程等學科交叉領域，積極開展科研探索，指導博士和碩士研究生，分別開展跨座式單軌列車“車—橋”耦合振動研究、跨座式單軌車輛輪軌耦合特性研究、受電弓接觸網耦合振動研究、受電弓接觸網智能檢測及動態行為監測，以及受電弓電弧磨耗等研究課題，形成了特色鮮明、優勢突出的單軌交通車輛研究方向。

通過在交叉領域的深入研究，取得了積極成效。目前在國內單軌領域，團隊發表的學術論文占比達到2/3，培養的博士、碩士研究生分別在長春軌道客車有限公司和深圳比亞迪有限公司等大型企業集團從事雙軸轉向架與單軸轉向架技術研發工作，展現出較強的理論功底和實踐能力，大多成為軌道車輛企業的技術骨干力量。

六、以課題研究為導向的團隊指導模式

改革傳統“教”與“帶”的培養方法，提出“思想、方法、交流、協作”相統一的團隊導師定位，將學科交叉科研團隊與研究生創新能力培養深度融合，充分發揮導師團隊合力，以課題研究為導向，采用導師團隊集體指導制，為研究生創新能力的提升奠定扎實基礎。

(一)建立項目全流程思維

課題研究需要先對課題概貌有清晰認識，但目前大多數研究生對研究項目申報—立項—中期檢查—結題的總體流程認識模糊，只了解局部內容，對整個項目的背景和意義處于簡單認識階段，阻礙了學生創新能力的提升。深層次原因是未建立項目的全流程研究思維。基于交叉團隊的導師集體指導模式，遵循人才成長規律，改革指導模式，先樹立研究生的項目研究全流程思維，建立需求分析—可行性分析—項目申請—項目實施—項目結題的全過程指導方案。

首先，在項目研究中，研究生需要深刻理解和認識項目的研究背景，了解工程實際問題及需求并開展需求分析，撰寫研究目的和意義；導師指導學生根據問題表象，挖掘表象下的自然規律，基于科學思維與判斷，提出項目研究內容及擬解決的關鍵問題；導師指導學生運用數學、自然科學及專業知識，提出項目研究方案和技術路線，開展項目研究；項目獲得審批后，研究生依照研究方案實施項目。

其次，大的研究項目啟動后往往需要分解項目。對于車輛整車集成研究，研究內容往往分解為基礎學科研究、交叉領域關鍵技術研究和系統集成關鍵技術研究幾大板塊，研究生需要明確自己承擔的研究任務性質，了解課題進度。到研究中期時，導師需要對項目進展情況、已完成研究任務及待解決問題等進行階段性檢查，培養學生嚴格按照項目進度計劃開展工作的良好習慣和時間管理意識。

最后，完成結題報告撰寫、學術論文及專利成果的提交。

(二)交叉團隊指導模式

開題指導。開題決定著研究方向，該環節由團隊導師集體把關，選題面向國家戰略或行業重大需求，來源于企業的實際應用課題，有明確的工程應用價值，能深刻理解與認識項目研究背景，了解工程實際問題及需求，認識到項目研究對工程實際的應用價值及對生產實際的指導意義。導師在該階段主要把握項目選題的價值和意義、研究內容的合理性及研究方案的可行性。

定期交流研討。研究生導師團隊主持執行項目定期交流研討、定期開展疑難點研討等過程，在交流研討中，指導研究生完成項目研究方案與技術路線制定、解決項目研究中存在的疑難問題，提升研究生獨立解決問題及分析問題的能力。

小型學術交流活動。導師團隊依據學科發展前沿動態，不定期邀請專業領域著名學者、行業專家開展小型學術交流活動。擬定軌道車輛與土木工程學科交叉、軌道車輛與信息技術學科交叉、軌道車輛與電氣工程學科交叉等學術交流活動主題，制定學科交叉學術交流活動方案，定期開展多學科交叉的小型學術交流活動；團隊負責人、成員和企業導師，定期介紹各自研究領域的主要研究內容、研究背景、存在問題及發展趨勢，共同培養研究生的學科交叉思維。

研究進展指導。要求學生定期匯報研究工作進展情況，“以評促導”。一方面考查學生在限定時間內按照研究路線及方案的執行能力、對時間的分階段把控能力，檢驗研究生制定研究方案的可行性；另一方面，針對研究中存在的涉及交叉領域的疑難問題，由交叉團隊指導老師共同指導完成。

論文撰寫指導。交叉團隊指導老師共同指導學生的學術成果，共同評閱和審議畢業論文，并預答辯，全面考察研究生的研究成果、語言組織能力和表達能力。

七、結語

本文以提高軌道交通車輛方向研究生的創新能力為目標，打破以學科分類的傳統研究生培養模式，以軌道交通高端裝備產品研發為導向，緊密依托“交叉學科研究團隊”這個核心，提出以產品為導向的人才培養新模式，建立軌道交通車輛與土木工程、軌道交通車輛與信息控制工程、軌道交通車輛與電氣工程等具有交叉學科特征的新型課程體系，組建具有交叉學科背景的研究生導師團隊，確立以課題研究為導向的團隊指導模式，提出基于學科交叉的軌道交通車輛方向研究生培養模式的具體實施方案。通過不斷加強軌道車輛交叉學科研究團隊建設，開展軌道交通車輛方向研究生的創新能力培養與實踐，使軌道交通車輛方向研究生的創新能力進一步提質增效。