新工科背景下交通“四要素”人才培養體系

劉凱 徐曉倩 王芳

摘 ? ?要：為培養多樣化、創新型卓越工程科技人才，響應國家建設交通強國的重大戰略決策，合肥工業大學汽車與交通工程學院針對交通學科建設現狀，構建了一種新工科背景下可實施性強、特色鮮明、教學成果顯著、推廣價值高的交通“四要素”人才培養體系。實踐證明，該體系下培養的學生，其創新能力和實踐能力得到全面提升，該體系是培養新工科背景下的交通人才的可行之路。

關鍵詞：新工科；學科競賽；交通人才；培養體系

中圖分類號：G642 ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ?文章編號：1002-4107（2023）08-0009-03

一、引言

隨著“中國制造2025”“一帶一路”“互聯網+”等重大創新驅動發展戰略的實施，提高大學生的創新意識和實踐能力，實現人才素質與社會需求相適應愈加重要。2017年以來，教育部先后形成“復旦共識”“天大行動”“北京指南”等政策綱領，構成了新工科建設“三部曲”，開拓了工程教育改革新路徑[1]。交通專業是以解決復雜交通系統問題為主的專業，涉及工程、教育、法規、環境和能源等多個領域，因此，被稱為“5E”學科，其倡導的多學科交叉融合理念與國家新工科建設理念不謀而合。高校應打破學科壁壘，注重培養新工科背景下的創新型、復合型交通人

才，以適應和引領新一輪科技革命和產業變革。

文章以合肥工業大學汽車與交通工程學院交通專業為研究對象，針對交通學科建設現狀問題，基于交通系統

“四要素”——人、車、路、環境，構建新工科背景下交通人才培養體系。即以跨學科競賽教學團隊為駕駛員，引導學生建立跨學科知識體系；以混合式教學方法為交通載體，驅動學生創新思維融合；以關聯共享的創新實驗平臺為環境依托，孵化優質競賽項目；以全國大學生交通科技大賽為道路路徑，實踐“能力提升”之行。

二、交通學科建設現狀及問題

（一）單一教學團隊難以滿足學生解決復雜工程問題的需要

解決復雜工程問題能力的培養包括理論和實踐2個方面，除專業基礎理論方法的理解和掌握外，更重要的是培養學生將所學的理論知識應用于解決行業實際復雜工程問題[2]。交通學科的復雜工程問題涉及車輛工程、土木工程、機械工程、系統分析等多學科理論。除少部分交通專業教師具有多學科科研背景外，大部分教師僅能在單一研究領域為學生提供理論指導。因此，無法打破學科壁壘，培養創新型、復合型人才。

（二）傳統教學方法難以滿足培養學生創新性思維的需要

傳統教學方法著眼于知識學習和簡單應用，對于工科學生知識體系的構建和實踐能力的提升有較好的效果，但對學生創新能力培養的幫助卻有限。傳統的教學方法主要存在2個方面的問題。一是教學手段陳舊，僅采用書本教材或復制書本內容的課件進行授課，照本宣科。在智能交通和車聯網等交通領域概念飛速發展的今天，課本知識更新速度具有滯后性，很難做到與時俱進。二是課堂教學還停留在“教師傳授知識，學生被動接受”的階段，學生的課堂參與度低，缺乏自主思考能力，無法激發學生的創新主動性。因此，在實際應用時，學生只能生搬硬套書本知識，難以自主設計創新性解決方案，違背了新工科人才的培養目標。

（三）原有交通實驗平臺難以滿足整合交叉學科資源的需要

交通學科作為典型的多學科交叉的領域之一，要求整合交叉學科資源，融合多學科特色。但原有交通實驗平臺單一獨立，未能進行整體設計和規劃，僅能滿足最基礎的實驗教學要求，無法滿足學生學科競賽、科研創新、實習實訓、開放共享等高水平實踐活動的需求。同時，由于實驗平臺規模有限，原有實驗器材和設備落后，交通實驗平臺難以支撐基于新工科理念的交通學科科研要求。

（四）功利性的競賽思維難以滿足學生自主提升能力的需要

為鼓勵師生積極投身創新實踐活動，高校出臺相關獎勵政策，設立了學生獎勵辦法、大學生科技競賽管理辦法等一系列相關文件。高校鼓勵學生參加創新實踐活動的初衷是好的，但由此也引發了學生參加競賽過程中功利性嚴重、渾水摸魚等一系列問題，與國家人才培養目標相背離。因此，高校更應該關注的是如何將以獎勵政策為導向的能力強化轉變為學生自主提升個人能力的意愿，從根源上解決上述問題。學生畢業工作后，出于投資自身的需要，自發自主學習工作技能，直至完成自我提升。

三、新工科背景下交通“四要素”人才培養體系

（一）以跨學科競賽教學團隊為駕駛員，引導學生建立跨學科知識體系

為使學生享有深度學科交叉的教學資源，合肥工業大學交通專業組建了由知名教授、青年講師、企業專家、碩士博士組成的結構合理、富有開拓創新精神的跨學科競賽教學團隊，涉及交通工程、車輛工程、土木工程等關聯性強的專業和領域。老中青教師的學術優勢和企業專家的豐富工程經驗，有助于學生在濃厚的學術氛圍下碰撞出知識的火花，為學生解決復雜工程問題提供學術指導，有助于學生構建跨學科知識體系。同時，組織大學生與碩士博士定期開展交流討論，促進了本科生和研究生教育的協同發展。

跨學科競賽教學團隊依托工程案例教學，將承擔的高水平科研項目轉換為大學生創新創業訓練項目和國家（省）級創新競賽項目，打造自主研學氛圍。期間，團隊教師充分利用各自領域專業知識給予學生指導，指導過程體現專業性、方向性、融合性。例如，曾獲得2019年全國大學生交通科技大賽一等獎的“循環耦合式動態無線充

電車路系統優化設計”項目。學生在日常學習中發現，現有的動態無線充電系統能量耗散大，于是試圖設計一種能量利用率高的動態無線充電系統解決上述復雜工程問題。但由于課程體系的限制，交通專業學生對于車輛相關知識僅停留在基礎理論階段，專業性不足。通過與跨學科競賽教學團隊溝通交流，充分研習車輛、交通基礎設施領域的前沿技術，汲取各領域理論知識，在一步步探索中完成了循環耦合式動態無線充電車路系統的設計，最終獲獎，同時也提升了學生在交通和車輛雙重領域的知識融合。

（二）以工程案例教學法為交通載體，培養學生創新性思維

工程案例教學法是教師以互動啟發式教學為手段，以學生為主體，通過文字、圖像、視頻、數據等素材引領學生進入特定場景，引導學生對真實工程案例進行分析的教學方法[3-4]。團隊教師在課堂教學中有意識地引導學生運用所學的基礎知識分析工程案例，闡明課程教學內容與現場實地施工的區別與聯系，激發學生共同探討，尋找解決問題的創新性方案，驅動學生培養創新性思維。在此基礎上，團隊教師針對工程案例中重難點問題集中講解，點對點解決，夯實學生理論基礎，拓展學生實踐能力。

例如，在講述“道路工程材料”課程中《瀝青混合料》這一章節時，教師在講授傳統理論知識的基礎上，展示了“瀝青路面除冰雪”相關工程案例，包括傳統除冰雪方法與前沿技術，同時鼓勵學生對上述技術的缺陷進行討論，引導學生查閱資料，尋找解決辦法。學生在查閱文獻過程中發現，電磁感應加熱技術是一種行之有效的方法，但目前該技術存在加熱效率低、沒有成型設備等問題。在跨學科競賽教學團隊指導下，學生決定開發一種感應加熱設備解決現有技術難題，并以此申請了國家級大學生創新創業訓練計劃項目（結題成績為“優秀”）。在此過程中，學生在團隊教師指導下撰寫了“基于電磁加熱與微波加熱

的多功能路面除冰雪施工方法”等14項發明專利，并開發了一種新型感應加熱設備。最終該項目獲得2020年全國大學生交通科技大賽一等獎。

（三）以關聯共享的創新實驗平臺為環境依托，孵化優質參賽項目

為了訓練學生達成專業基本實踐技能，合肥工業大學打通學校各院系的實驗室和試驗廠房，形成開放的資源共享格局。合肥工業大學對實踐教學資源深入整合、挖掘、拓展、延伸，強化創新實驗訓練，活化多途徑的優質教學資源。在學校現有交通實驗室的基礎上，整合汽車技術與裝備國家地方聯合工程研究中心、土木工程結構與材料安徽省重點實驗室等相關學科實驗室，打造關聯共享的創新實驗平臺，解決傳統實驗室“小型”“分散”和“借用流程煩瑣”的問題。關聯共享的創新實驗平臺要實現以下2個功能。一是實現教學資源的開放。實驗室全天開放，在籍學生可以自由選擇時間在實驗室練習各種儀器操作，或者開發創新實驗和其他競賽項目。時間和空間的開放給了學生更多的選擇。學生可以根據自己的安排靈活掌握實驗時間，學習的積極性和主動性得到充分調動。二是實現教學內容的開放。教師根據學生興趣、專業背景和能力，對實驗項目進行合理整合、選擇和更新，將實驗項目分為必要實驗和選擇性實驗，設計多樣化實驗內容，學生可以自由選擇基本驗證性實驗、綜合設計性實驗或研究性實驗。

創新實驗平臺在滿足基礎實驗課程教學的前提下，進一步開展創新性實驗項目，即讓學生自主設計實驗方案、實施研究過程、分析實驗數據，培養學生嚴謹的科研思維和分析、解決問題的能力。在開展的創新性實驗項目中篩選富有創新性和科學性的優質項目，借由優質項目申請中央高校基本辦學條件改善專項資金經費等實驗室建設經費，從而不斷擴大實驗室規模，更好地服務于多元化的創新性實驗，形成良性循環。同時，依托關聯共享的整合實驗平臺，孵化國家（省）級競賽項目，強化學生創新精神和實踐能力。

（四）以全國大學生交通科技大賽為路徑，實踐“能力提升”之行

學生參與社會實踐的機會不多，積極參加各類學科競賽是培養其創新能力、實踐能力行之有效的方法。大學生學科競賽已成為深化高校創新創業教育改革的重要載體及推動產學研用結合的關鍵紐帶[5]。全國大學生交通科技大賽是目前全國范圍內最具影響力的交通類專業學科競賽之一。學生通過對學科競賽賽題的理解，調研相關資料，構思參賽項目主題，設計、制作、完善參賽作品，參賽的同時也是增強自身創新思維和實踐能力的過程。

基于大學生創新創業項目和創新性實驗項目的開展過程，選拔大學生競賽團隊。由于大學生競賽團隊中每個人的知識儲備、專業特長不同，跨學科競賽教學團隊需要系統性地分析競賽團隊成員各自的特點，尊重個體特性差異，按照專業特長分配任務，最大程度激發每個學生的特有優勢。為避免部分大學生競賽團隊成員存在的功利心強、熱情度消減的問題，跨學科競賽教學團隊需要鼓勵學生學習各項專業技能，并定期給予集中指導。學生從技能的提升中獲得成就感，充分認識到人生價值實現的意義，并將這種認識轉變為持續強烈的學習動力，最終形成和維持自主學習的人生態度和行為定勢，不斷提升綜合能力。

例如，2021年競賽團隊成員羅同學（大三年級），起初為評獎評優而加入大學生競賽團隊，學習基礎較為薄弱。在參加第16屆全國大學生交通科技大賽的過程中，由跨學科競賽教學團隊啟發、引導其學習了CAD三維建模、開發汽車模型等多項技能。在專業技能的一步步增強中，他獲得了自我滿足感，實現了個人價值，將以獎勵政策為導向的被動學習態度轉變為以能力提升為導向的自主學習態度。競賽結束后，羅同學開始獨立撰寫科技論文，在此過程中不斷學習“數值分析”“有限元理論”等研究生課

程，自主學習能力不斷提高。

四、建設成效

跨學科競賽教學團隊通過應用交通專業創新人才體系的研究參賽，獲得了2019年安徽省教學成果一等獎。在跨學科競賽教學團隊的指導下，大學生競賽團隊積極參加包括全國大學生交通科技大賽在內的各級別交通學科競賽，獲得一系列獎項。近5年來，獲得國家級賽事一等獎1項、三等獎1項，省級賽事一等獎4項、二等獎3項；近4年更是連續斬獲全國交通科技大賽一等獎（國家級A類賽事最高等級獎）。同時，跨學科競賽教學團隊依托競賽項目指導學生撰寫發明專利33項，其中已授權的發明專利為16項，轉讓轉化4項。與此同時，啟發學生開展與競賽項目緊密聯系的實驗，與發明專利相統一的實體模型開發，學生的創新意識和實踐能力得到了有效提升。

五、結束語

為響應國家“加快建設交通強國”的重大戰略決策，培養適應新一輪科技革命和產業變革的創新型、復合型人才，合肥工業大學交通專業針對交通學科建設現狀，構建了一種基于新工科背景的交通“四要素”人才培養體

系，在土木工程、機械工程等理工科相近專業得到進一步推廣和應用，獲得廣泛好評。

參考文獻：

[1] ?蔡露，馬志強.利益相關者視角下新工科人才協同培

養的問題與對策[J].教育理論與實踐，2020，74（21）：

7-10.

[2] ?趙旭，黃瑞，馮茹梅.工程教育認證背景下工科專業

人才培養體系改革的研究與實踐：以大連海事大學

交通運輸專業為例[J].航海教育研究，2020，37（3）：

66-72.

[3] ?趙洋，胡亞偉.工程案例教學法在“PLC原理及應用”

的教學實踐[J].實驗技術與管理，2017，34（12）：222-

225.

[4] ?崔亞杰，郭繼東，鄧婕.論案例教學法在“社會沖突管

理”課程中的適用性及其兩種邏輯[J].黑龍江教育

（理論與實踐），2022，76（4）：71-74.

[5] ?高曉娟，牟莉.新工科背景下以學科競賽為載體培養

創新能力[J].黑龍江教育（理論與實踐），2021，75

（4）：37-38.

編輯∕丁俊玲