智慧城市科學與工程新興交叉學科建設的探索與思考

摘 要：智慧城市科學與工程新興交叉學科面向建筑智能化發展需求，以創新型人才培養為核心，探索解決復雜工程問題能力培養途徑。采用多元化實踐教學方式，通過優化課程與實踐教學體系、強化教學團隊建設、構建協同育人平臺和實施立體化評價體系，逐步提高教師跨學科教學、科研能力，提升學生的工程實踐能力、交叉融合意識、協作精神，促進學生全面發展。而該學科在建設過程中也面臨諸多困難與挑戰，通過深化交流合作、擴大師資隊伍規模、提升學生交叉融合意識和注重評價體系反饋等措施，推動智慧城市科學與工程交叉學科建設的快速進展，為城市智慧化、綠色化提供人才保障。

關鍵詞：交叉學科；智慧城市；復雜工程問題；工程教育認證；電氣類

中圖分類號：G640 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2024）21-0001-04

Abstract： The emerging interdisciplinary field of Smart City Science and Engineering is oriented towards the development needs of building intelligence， with innovative talent cultivation as the core， exploring ways to cultivate the ability to solve complex engineering problems. By adopting diversified practical teaching methods， optimizing the curriculum and practical teaching system， strengthening teaching team building， building a collaborative education platform， and implementing a three-dimensional evaluation system， teachers gradually improve their interdisciplinary teaching and research abilities， enhance students' engineering practice ability， cross integration awareness， and collaborative spirit， and promote their comprehensive development. During the construction process， we also face many difficulties and challenges. Through measures such as deepening communication and cooperation， expanding the scale of the teaching staff， enhancing students' awareness of cross integration， and emphasizing feedback from the evaluation system， we will promote the rapid progress of interdisciplinary construction of Smart City Science and Engineering， and provide talent guarantee for the intelligentization and greening of the city.

Keywords： interdisciplinary; Smart City; complex engineering problems; engineering education certification; electrical category

隨著科技的迅猛發展和全球化的深入推進，新興交叉學科建設已經成為當代高等教育和工程領域的一個顯著特征和重要方向。作為國際公認的工程教育質量保障和提升體系，工程教育認證為新興交叉學科建設提供了有力的指導和支持。培養工程類專業大學生解決復雜工程問題能力是工程教育認證的核心思想，在高速信息時代顯得尤為突出和緊迫。

在工程教育范式的宏觀指導下，為提升工程教育質量以滿足工程實踐需求，各國高校在工程教育領域開展了一系列的人才培養模式改革。為使學生適應未知環境和具備解決問題的各種能力，麻省理工學院提出“工程教育應面向工業界的未來，而不是工程界的過去”，從而實施 NEET（新工程教育轉型）計劃。新加坡科技設計大學的“4D教學體系設計”、斯坦福大學的“產-學-政”跨界融合的工程教育發展路徑均是各國工程教育在中觀層面開展的創造性人才培養實踐活動。

近幾年來，我國教育部陸續出臺了一系列政策用于支持和引導新興交叉學科的建設與發展。2021年國務院學位委員會印發的《交叉學科設置與管理辦法（試行）》指出，要規范交叉學科門類下一級學科的設置與管理，推動交叉學科發展。2022年教育部、財政部、國家發展改革委發布的《關于深入推進世界一流大學和一流學科建設的若干意見》指出，要建立交叉學科發展引導機制……促進自然科學之間、自然科學與人文社會科學之間交叉融合。2023年教育部等五部門印發的《普通高等教育學科專業設置調整優化改革方案》提出，要打破學科專業壁壘，深化學科交叉融合，創新學科組織模式，改革人才培養模式。這些政策無疑為我國新興交叉學科的發展注入了強大的動力。交叉學科作為一種新興的學科形式，其重要性和價值已經得到了廣泛的認可。通過融合不同學科的知識和方法，交叉學科不僅能夠產生新的科研成果，推動科技進步，還能夠培養具有跨學科視野和創新能力的優秀人才，為我國的經濟社會發展提供有力支撐。

一 智慧城市科學與工程交叉學科建設目標及定位

20世紀90年代開始，建筑行業得到迅猛發展，但智能建筑剛剛興起。中國許多高校不僅在電氣工程及自動化、計算機科學與技術等本科專業設置了與智能建筑相關的專業方向，還專門招收培養智能建筑方向的碩士研究生。為了適應行業發展、滿足市場需求，作為行業特色鮮明的地方本科院校——吉林建筑大學依托自身辦學特色和專業優勢，結合吉林省高水平學科、高水平大學“雙高”方案的實施，以國家“統籌推進世界一流大學和一流學科”建設為契機，開展智慧城市科學與工程新興交叉學科建設。

本學科面向建筑智能化發展領域的重大需求，以電氣工程及其自動化、建筑電氣與智能化、計算機科學與技術等相關專業為依托，以高水平科學研究為基礎，緊密把握國際、國內學科發展動向，按照不同的學術方向，在多位學術帶頭人的帶領下分別制訂教學計劃、開展人才培養工作，實現院部內不同學科專業的“小交叉”。另一方面，推進新型培養模式，打破院系壁壘，以學校寒地建筑綜合節能教育部重點實驗室、寒地城市設計研究中心等9個科研平臺為依托，通過實驗室開放、科研項目驅動人才培養等方式，實現不同學科的“大交叉”，并結合國民經濟和社會發展需求，解決涉及國家長遠發展的戰略性、前沿性、前瞻性的理論和關鍵技術問題，發展具有自主知識產權的高新技術，培育高技術產業生長點，為我國智能建筑產業的發展作出貢獻，努力把智慧城市科學與工程新興交叉學科建設成為我國智能建筑領域從事科學研究、實驗教學、產業開發的高級專業人才的重要培養基地。

二 智慧城市科學與工程交叉學科建設思路

學科建設緊跟新工科發展前沿，探索在工程教育中培養學生解決復雜工程問題能力的可操作性，加深專業教育和創新教育由“兩張皮”向“專創融合”過渡，采用CDIO-OBE理念推進新興交叉學科人才培養模式，為“專創融合”提供一條可行的路徑。

（一） 優化知行合一的課程教學體系，提升科創核心能力

本學科面向智慧城市發展需求，以工程教育認證的開展為目標，明確交叉學科建設新內涵，實現面向新技術、新經濟的課程體系改造升級。采用課程群作為體系建設的基本單位，打破原有課程間的壁壘，側重專業知識與科技活動相結合、理論教學與工程實踐相結合，構建慕課、線上線下混合課、虛擬仿真課三位一體的課程平臺，優化實驗不斷、實習不斷、設計不斷的課程體系，提升課程信息化水平。增加交叉融合、校企合作課程，強化教學的綜合性和實踐性，對接系統知識體系與重要工程實踐領域，整合與提升實踐課程內容，促進學生理論知識的掌握和實踐能力的增強，實現復雜工程問題解決能力遞進式培養。

為了更有效地推動學生的全面發展，加速教育模式的立體化融合，本學科通過不斷調整教學策略，使教學更加符合學生的個性化需求，合理設置“循環-遞進式”教學環節。在初始階段，教師可以發揮主導作用，引導學生逐步適應學習環境，掌握基礎知識。隨著學生知識水平的提高，教師可以逐漸減少對項目的干預，讓學生在項目中發揮更大的主動性。分階段逐漸弱化教師的主導作用，有助于學生逐步適應自主學習，培養其獨立思考和解決問題的能力，促進學生知識的內化應用，提升學生在高階能力上的發展，加速課程教學的系統推進，確保教學改革為人才全面發展做出正確的指引。

（二） 完善協同聯動的工程實踐體系，促進工程實踐回歸

本學科注重實踐教學與理論教學的有機結合，不斷推動工程實踐教育教學的改革與創新。為了給學生提供從基礎到復雜、從理論到實踐的全方位培養，使他們能夠更好地適應智慧城市領域的發展需求，構建以培養基礎工程實踐能力、綜合工程實踐能力、復雜工程實踐能力為目標的工程實踐體系，體系結構如圖1所示。

首先，基礎工程實踐能力培養階段是工程實踐體系的初級階段，注重學生對工程基礎知識和基本技能的掌握。通過實驗、課程設計等教學活動，使學生熟悉基本的工程工具和操作方法，培養他們的動手能力和解決問題的初步能力。同時，還引入簡單的工程項目，讓學生在實踐中體驗工程實踐的全過程，為后續的綜合和復雜工程實踐能力培養打下基礎。其次，綜合工程實踐能力培養階段是工程實踐體系的中級階段，學生需要在教師的指導下，完成綜合性的工程項目。這些項目通常涉及多個工程領域的知識和技能，要求學生綜合運用所學工程知識解決實際問題。通過這一階段的實踐，學生不僅能夠加深對工程知識的理解，還能夠提升團隊協作、溝通表達、創新思維等綜合能力。最后，復雜工程實踐能力的培養是工程實踐體系的高級階段，學生需要面對更加復雜和真實的工程項目，如大型設備的研發、智能系統的設計等。這些項目往往涉及多個學科領域的知識和技術，需要學生具備高度的創新能力和跨學科合作能力。為了培養學生的復雜工程實踐能力，可以引入企業實習、創新實驗室等實踐平臺，讓學生在實踐中不斷挑戰自我、突破難關。

除了以上三個階段的實踐培養，還通過引入業界先進的工程教育理念和方法，如工程教育認證、CDIO工程教育模式等，不斷完善和優化工程實踐體系。同時，本學科還積極探索多元化的實踐教學方式，如項目式學習、研究性學習、創新創業等。課程設計以調研、設計、實現和實際操作為主要內容，從單一課程知識綜合應用的基礎訓練，到關聯課程綜合應用的低復雜工程問題，再到關聯課程綜合應用的復雜工程問題，實現學生從解決簡單工程問題到解決復雜工程問題能力的漸進提升。畢業設計題目的選擇更加注重工程新技術或學術前沿發展方向，通過指導學生撰寫論文、參加專業競賽等方式，傳授專業前沿知識，將科研成果轉化為教學資源。這些方式激發了學生的學習興趣和動力，培養了學生的學習能力、實踐能力、工程能力、創新意識和協作精神。同時，通過邀請企業工程師、專家等參與實踐教學，為學生提供更加貼近工程實踐的學習機會，增強他們的實踐能力和職業素養。這些理念和方法強調學生的中心地位和實踐導向，注重培養學生的工程素養和實踐能力，對于提升工程教育質量具有重要意義。

（三） 重視教學團隊建設，增強工程實踐能力

依托學科各專業方向，開展師資隊伍建設工作。制定清晰的教師隊伍建設目標，強調交叉學科的融合性、創新性、實踐性。注重培養具有跨學科視野的教師。定期組織學科交流活動，讓不同領域的教師有機會相互了解和學習，促進學科之間的融合，提高教師的科研能力及教學能力，包括創新思維、教學科研方法、教學科研經驗等。交叉學科的研究和教學需要多個學科的教師共同合作。因此，在師資隊伍建設中，要注重教師的團隊合作能力和協作精神的培養。鼓勵不同學科的教師組成研究團隊，共同開展交叉學科的研究項目，提高教師的科研能力和跨學科的教學能力。

引進具有新工科相關行業經驗和交叉學科教學理論研究成果的實踐型專家，為教師教育培養提供前沿的教學方法和科研指導，帶領教師開展重大理論與實踐問題的研究和關鍵領域攻關，建立實踐能力較強的“雙師雙能型”工程技術教師隊伍，提升工程技術教師隊伍的整體素質和實踐能力，推動工程技術領域的創新和發展。

（四） 構建協同育人平臺，提高人才培養質量

本學科已建設穩定的校企聯合培養基地，促進校企深度融合，實現空間上校內外協同、時間上貫穿四年的實踐教學平臺。采用“分段遞進”式的培養模式，逐步培養和提升學生的工程實踐能力。教學內容緊緊圍繞企業需求，培養過程緊密依托企業資源，為學生提供更多的實踐機會，提高人才培養質量和就業競爭力。

在人才培養過程中，不斷完善工程教育的發展方向，聚焦產業和教育的深度融合，促進科技創新和人才培養的良性互動，鼓勵學生積極參與科研項目和實踐活動，培養他們的創新意識和實踐能力。持續推進校內重點實驗室與科研機構、行業龍頭企業的密切合作，構建多層次立體化的產教融合協同育人平臺，推動產學研一體化發展，形成穩定的育人合力，為學生提供更加全面、系統的培養和支持，從而提高人才培養的質量和效率。深度整合高端優質資源，健全協同育人長效機制，確保協同育人工作的順利開展，為學生工程創新能力培養提供支撐。

不斷拓寬國際交流渠道，深化工程教育的國際交流與合作。通過與國際知名高校和研究機構合作，引進先進的教學理念和方法，共享優質教育資源，為學生提供更廣闊的發展平臺。同時，鼓勵學生參與國際交流項目，如交換生項目、短期訪學等，讓學生親身體驗不同文化背景下的工程教育，拓寬視野，增強國際競爭力。

（五） 采用多元化評價主體，構建立體化評價體系

制定科學、合理的評價標準，從知識技能、核心素養、創新能力培養等多維度進行綜合評價，開展多主體、多渠道的閉環評價反饋機制。引入學生、教師、教學管理人員、用人單位等多個評價主體，采用多種評價方式從不同角度和層面評價教學質量，全面、客觀地反映教學過程中的各個環節，從而提高評價的準確性和有效性。

以達成度評價為目標，強化畢業設計過程管理。從專業特點出發，建立畢業設計智慧管理平臺，形成選題、開題、中期檢查和答辯的閉環反饋體系，生成可持續改進報告，強化管理過程，提升畢業設計質量。注重過程性評價，及時捕捉學生在學習過程中出現的問題，深入剖析學生在學習過程中的表現，激勵學生主動調整學習策略，發掘潛在的學習興趣和動力，從而實現學生全面發展。

三 學科建設中存在的問題及解決方案

智慧城市科學與工程新興交叉學科融合了智慧城市領域中多個學科的知識和技術，為解決智慧城市建設的問題提供了新的視角和工具，學科的發展和建設具有巨大的潛力和價值。然而，在實際推進過程中，新興交叉學科建設也面臨著諸多挑戰。

（一） 交叉學科師資隊伍仍需壯大

新興交叉學科往往涉及多個領域的知識體系，要求教師具備跨學科的教學和科研能力。目前，具備該領域交叉學科能力的教師稀缺，導致課程設置不夠全面，難以滿足學生的需求，同時也會影響科研工作的深入開展。

解決方案：鼓勵和支持教師參加跨學科課程和工作坊，以增加他們的跨學科知識和技能，幫助教師更好地理解和教授交叉學科的內容。注重選拔具有跨學科背景或愿意從事交叉學科研究的教師。這些教師往往能夠提供新的視角和思維方式，推動交叉學科的發展。加強學科間的交流和合作，定期組織不同學科的教師進行交流活動，如研討會、座談會等，有助于形成交叉學科的團隊和共同的研究方向。壯大交叉學科師資隊伍，推動交叉學科的發展，從而為學生提供更豐富、更深入的跨學科學習體驗。

（二） 學生交叉融合意識有待提升

交叉融合意識要求學生具備開闊的視野和靈活的思維，同時也需要他們具備一定的跨學科知識和能力。在新興交叉學科的學習中，學生往往面臨來自不同學科的知識融合問題。由于學科間存在壁壘，學生可能難以主動融合不同學科的知識和方法，從而影響學習效果和創新能力。

解決方案：通過課程設計和教學方法改革，鼓勵學生主動探索不同學科之間的聯系和融合點，實現跨學科、跨院系合作。采用問題導向學習、項目式學習等新型教學方式，讓學生在解決問題的過程中主動探索不同學科的知識和方法，從而培養他們的交叉融合意識。組織跨學科學術研討會、跨學科項目、跨學科實踐等活動促進學生的交流和合作，了解不同學科的研究方向和方法，提高學生的綜合能力、創新能力、交叉融合意識，提升高水平成果產出，培養跨學科、寬口徑的創新型、復合型人才，為未來的交叉學科研究提供人才支持。

（三） 評價反饋結果亟需落實

交叉學科的評價體系往往涉及多個學科領域，需要綜合考慮知識技能、核心素養、創新能力等多個方面。然而，在交叉學科評價方面缺乏完善的評價體系和標準，難以準確評估學生的學習成果和教師的教學質量。

解決方案：制定科學、合理的交叉學科評價標準，明確評價內容和方式，確保評價結果的客觀性和準確性。評價結果應及時反饋給教師和學生，以便他們了解自己的優點和不足，進而調整教學策略，幫助學生更好地掌握知識、提升能力。同時，反饋應該是具體的、有建設性的，以便教師和學生明確知道需要改進的地方。在應用立體化教學評價機制時，要重視評價結果的應用，將評價結果與教學改進、學生發展緊密結合，實現評價的真正價值。教學評價反饋結果的應用是一個持續的過程，需要不斷地進行改進和優化。只有這樣，才能真正發揮教學評價的作用，提高教學質量和效果。

四 結束語

智慧城市科學與工程新興交叉學科建設是一項充滿挑戰和機遇的任務，需要充分發揮政府、高校、企業和社會的智慧和力量，通過優化課程、實踐教學體系，構建多層次立體化的產教融合協同育人平臺，培養和引進具有跨學科教學和科研能力的教師，完善教育質量評價反饋體系，大幅度提升學生交叉融合意識，充分發揮交叉學科的潛力和價值，為科學研究和實際應用帶來更多的創新和突破，培養出更多具備解決復雜工程問題能力的創新型高素質人才，為智慧城市的發展和進步作出更大的貢獻。

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