以學(xué)科交叉推動(dòng)軟件工程復(fù)合型碩士培養(yǎng)的探索及實(shí)踐

高 珍，林冰軒，袁時(shí)金，王雪松

（同濟(jì)大學(xué) 軟件學(xué)院，上海 201804）

0 引 言

2001 年12 月，教育部發(fā)布《關(guān)于批準(zhǔn)有關(guān)高等學(xué)校試辦示范性軟件學(xué)院的通知》，指定了首批35所高等院校試辦示范性軟件學(xué)院(教高〔2001〕6號(hào)文件)，同濟(jì)大學(xué)軟件學(xué)院是其中之一，2011年國務(wù)院學(xué)位委員會(huì)新修訂學(xué)科目錄公布，軟件工程成為一級(jí)學(xué)科，包括同濟(jì)大學(xué)在內(nèi)的一批高校設(shè)立了軟件工程專業(yè)碩士學(xué)位授權(quán)點(diǎn)，開始了研究生人才的培養(yǎng)。示范性軟件學(xué)院雖然師資力量強(qiáng)、教學(xué)條件好，但受國家招生人數(shù)的限制，以及考生填報(bào)志愿的影響，研究生招生規(guī)模偏小，軟件工程學(xué)科的工程碩士研究生非本專業(yè)的學(xué)生招生比例偏高[1]。以同濟(jì)大學(xué)軟件學(xué)院全日制工程碩士為例，近3年招生中跨學(xué)科的學(xué)生占比均超過50%，如何在短短的兩年半時(shí)間內(nèi)把這些“非科班出身”的研究生培養(yǎng)成為“面向軟件相關(guān)行業(yè)及部門的、基礎(chǔ)扎實(shí)、素質(zhì)全面、工程實(shí)踐能力強(qiáng)并具有一定創(chuàng)新能力的應(yīng)用型、復(fù)合型高層次工程技術(shù)和工程管理人才”是學(xué)院面臨的巨大挑戰(zhàn)。如何充分利用這些研究生生源的“跨學(xué)科”背景，進(jìn)行學(xué)科交叉人才培養(yǎng)，使得軟件工程碩士具備多學(xué)科融合的特點(diǎn)及優(yōu)勢，能夠與行業(yè)應(yīng)用的學(xué)科做結(jié)合，以適應(yīng)市場對高端復(fù)合型、創(chuàng)新型人才的需求是值得討論并亟待探索的一個(gè)重要課題。

1 學(xué)科交叉的重要性

學(xué)科交叉的重要性在諾貝爾獎(jiǎng)獲得者身上得到清晰的印證。有學(xué)者對20世紀(jì)100年內(nèi)的466 位諾貝爾自然科學(xué)獎(jiǎng)得主的知識(shí)背景進(jìn)行考察，以25年為一個(gè)時(shí)間段，擁有知識(shí)交叉背景的人數(shù)在20世紀(jì)第二個(gè)25年有大幅度的提高，從29.73%上升到42.5%；經(jīng)過60、70 年代的調(diào)整，近年來諾貝爾獎(jiǎng)得主中擁有交叉知識(shí)背景的比率上升到世紀(jì)末的49.07%[2-3]。

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

1.1 學(xué)科交叉的國內(nèi)外實(shí)施現(xiàn)狀

國外著名高校都比較重視推動(dòng)學(xué)科交叉，如麻省理工學(xué)院專門成立了“科學(xué)、技術(shù)與社會(huì)規(guī)劃”（STS）學(xué)院，有組織有計(jì)劃地在自然科學(xué)、技術(shù)科學(xué)與人文科學(xué)、社會(huì)科學(xué)相互交叉的學(xué)科領(lǐng)域進(jìn)行跨學(xué)科教育，建立了數(shù)十個(gè)跨學(xué)科研究機(jī)構(gòu)。國內(nèi)從教育部到高校、科研院系等學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)也都重視和推動(dòng)學(xué)科交叉的發(fā)展，如清華大學(xué)2011年揭牌的交叉信息研究院由世界著名計(jì)算機(jī)科學(xué)家、2000 年圖靈獎(jiǎng)得主姚期智先生領(lǐng)導(dǎo)，是國內(nèi)首個(gè)致力于交叉信息科學(xué)研究的教學(xué)科研單位。

1.2 學(xué)科交叉的多個(gè)合作層面

以“軟件工程復(fù)合型碩士培養(yǎng)模式”為研究對象，我們重點(diǎn)探討在高校范圍內(nèi)，如何開展與推進(jìn)學(xué)科交叉人才培養(yǎng)工作。學(xué)科交叉的相關(guān)工作包括學(xué)校層面的學(xué)科交叉合作中心、學(xué)院層面的人才聯(lián)合培養(yǎng)、科研團(tuán)隊(duì)之間的協(xié)同創(chuàng)新研究以及教師個(gè)體之間的興趣驅(qū)動(dòng)式的科研合作，這種多層面的合作是高校學(xué)科交叉協(xié)同創(chuàng)新的顯著特征。我們從最小的維度“教師個(gè)體之間的興趣驅(qū)動(dòng)式的科研合作”來探討如何通過學(xué)科交叉助力軟件工程學(xué)科“應(yīng)用型、復(fù)合型高層次”碩士研究生的培養(yǎng)。

2 復(fù)合型軟件工程碩士培養(yǎng)方法探討

很多碩士研究生跨專業(yè)報(bào)考軟件工程學(xué)科，這些生源在各自專業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)有本科知識(shí)積累，又要系統(tǒng)地學(xué)習(xí)軟件工程碩士專業(yè)課程，如果能通過學(xué)科交叉科研合作來發(fā)揮這些“跨學(xué)科”同學(xué)們的優(yōu)勢，促進(jìn)他們將軟件工程知識(shí)及技術(shù)應(yīng)用到相關(guān)行業(yè)上，解決各行業(yè)的科學(xué)及技術(shù)問題，是一種具有可行性、因地制宜培養(yǎng)復(fù)合型研究生的人才培養(yǎng)方法。

國內(nèi)的研究生培養(yǎng)一般采用導(dǎo)師制，以同濟(jì)大學(xué)軟件學(xué)院為例，其碩士研究生培養(yǎng)周期分為3個(gè)階段。第一階段：進(jìn)行專業(yè)課程學(xué)習(xí)，奠定專業(yè)基礎(chǔ)。第二階段：在導(dǎo)師指定的課題研究中提煉科學(xué)問題，確定技術(shù)路線，開展具體科研工作，提升專業(yè)技能及創(chuàng)新素養(yǎng)，完成畢業(yè)論文的主要研究工作。第三階段：在企業(yè)中實(shí)習(xí)，鍛煉工程實(shí)踐能力。在此過程中，第二階段非常關(guān)鍵，即導(dǎo)師如何通過學(xué)科交叉之間的科研合作來提升研究生的多學(xué)科融合能力及創(chuàng)新能力。

為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)復(fù)合型、創(chuàng)新型研究生培養(yǎng)的目標(biāo)，需要考慮以下幾個(gè)問題。

首先，什么樣的學(xué)科交叉課題比較適合復(fù)合型人才的培養(yǎng)？不能把跟軟件工程學(xué)科的合作視為課題中軟件系統(tǒng)的開發(fā)外包，人才在創(chuàng)新能力方面的培養(yǎng)要求決定著只有那些在本學(xué)科領(lǐng)域有可研究性和挑戰(zhàn)性且依賴軟件工程學(xué)科的（新）知識(shí)和（新）技術(shù)能夠提供有效解決方案的課題才能達(dá)到培養(yǎng)軟件工程學(xué)科復(fù)合型、創(chuàng)新型研究生人才的目標(biāo)。

其次，如何在多學(xué)科之間建立有效的溝通交流機(jī)制？在現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)交流平臺(tái)之外，需要提供一個(gè)能夠雙方共享的實(shí)驗(yàn)室場所，參與課題的導(dǎo)師和研究生在項(xiàng)目進(jìn)展期間能夠在“同一屋檐下”一起學(xué)習(xí)和工作，以授課、講座、研討等形式建立起不同專業(yè)學(xué)生之間的學(xué)術(shù)聯(lián)系和交流，促進(jìn)知識(shí)共享。根據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn)，這種共享實(shí)驗(yàn)室場所的建立能夠有效促進(jìn)多學(xué)科人員的溝通和交流。

第三，如何推動(dòng)交叉學(xué)科的團(tuán)隊(duì)建設(shè)？學(xué)科交叉合作至少涉及兩個(gè)團(tuán)隊(duì)，可能某一個(gè)學(xué)科在學(xué)術(shù)界、產(chǎn)業(yè)界更有優(yōu)勢，建議優(yōu)勢學(xué)科的導(dǎo)師作為課題總負(fù)責(zé)人，以便于高屋建瓴，充分利用優(yōu)勢學(xué)科的科研優(yōu)勢來提升整個(gè)團(tuán)隊(duì)。然而學(xué)科合作是“取人之長，補(bǔ)己之短”，在合作中優(yōu)勢學(xué)科的導(dǎo)師更應(yīng)該有包容的胸懷，“他山之石可以攻玉”，借助雙方的合作來達(dá)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(nèi)涵包括很多，可以包括學(xué)生能力得到提升、將合作成果共同發(fā)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(xué)科交叉課題之初，合作雙方就應(yīng)該考慮和規(guī)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(yù)期的研究成果達(dá)成共識(shí)后，后期的合作才能順利推進(jìn)并取得成效。

多學(xué)科思想的交流容易激發(fā)研究生形成跨學(xué)科創(chuàng)新思維的多元知識(shí)體系結(jié)構(gòu)，并且在多個(gè)團(tuán)隊(duì)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(xué)科的專業(yè)知識(shí)。學(xué)生原來對問題的認(rèn)識(shí)容易局限于本專業(yè)領(lǐng)域，而通過合作，則學(xué)到了許多非本專業(yè)領(lǐng)域的知識(shí)，提高了綜合素質(zhì)，提升了研究水平，最終拓寬其就業(yè)渠道并增強(qiáng)其就業(yè)競爭力。

3 實(shí)踐案例

我們在軟件工程一級(jí)學(xué)科與交通運(yùn)輸工程一級(jí)學(xué)科聯(lián)合進(jìn)行學(xué)科交叉合作培養(yǎng)復(fù)合型、創(chuàng)新型研究生的合作框架下，來分析和解讀學(xué)科交叉推動(dòng)研究生培養(yǎng)的關(guān)鍵要點(diǎn)。以“交通安全”學(xué)科方向?yàn)槔?，它融合了汽車、軟件、電信、機(jī)械等多學(xué)科方向，通過學(xué)科交叉能夠助力交通安全的科研工作和產(chǎn)業(yè)化，同時(shí)也能達(dá)到學(xué)科交叉培養(yǎng)復(fù)合型、創(chuàng)新型研究生的目標(biāo)。

現(xiàn)代交通技術(shù)人才的培養(yǎng)體系應(yīng)面向多學(xué)科，培養(yǎng)交通信息管控與經(jīng)濟(jì)管理、軟件、網(wǎng)絡(luò)、通信等領(lǐng)域相融合的研究型、復(fù)合型、創(chuàng)新型人才[4]，以支持智能交通系統(tǒng)的落地，圖1呈現(xiàn)的是交通學(xué)科與其他學(xué)科交融的關(guān)系。

圖1 交通學(xué)科與其他學(xué)科的關(guān)系

ITS的知識(shí)體系和能力培養(yǎng)具有顯著的學(xué)科交叉特征且伴隨應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展而動(dòng)態(tài)變化。我們將人工智能、專家系統(tǒng)、軟件工程等技術(shù)應(yīng)用在ITS中，形成了學(xué)科交叉合作課題。在交叉學(xué)科合作過程中，針對幾個(gè)問題，我們逐一進(jìn)行闡述。

（1）什么樣的學(xué)科交叉課題比較適合復(fù)合型人才的培養(yǎng)？我們選擇智能交通系統(tǒng)的多個(gè)課題，比如課題“基于非平衡分類算法預(yù)測交通事故風(fēng)險(xiǎn)”在獲取連續(xù)線圈交通流數(shù)據(jù)的環(huán)境下利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)—非平衡分類算法來建立交通事故風(fēng)險(xiǎn)模型，并采用Java語言，基于大數(shù)據(jù)流數(shù)據(jù)處理平臺(tái)Spark Streaming設(shè)計(jì)、開發(fā)和實(shí)現(xiàn)交通事故風(fēng)險(xiǎn)實(shí)時(shí)預(yù)測原型系統(tǒng)，該課題綜合利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、軟件工程技術(shù)來解決交通安全學(xué)科的難點(diǎn)問題。比如課題“基于非監(jiān)督學(xué)習(xí)評(píng)估駕駛行為風(fēng)險(xiǎn)”通過行車GPS數(shù)據(jù)的分析處理擬合出行車軌跡、識(shí)別微觀駕駛行為并采用非監(jiān)督學(xué)習(xí)算法來評(píng)估駕駛?cè)藗€(gè)體的駕駛風(fēng)險(xiǎn)；比如課題“基于視頻深度學(xué)習(xí)預(yù)警駕駛危險(xiǎn)事件”利用視頻分析技術(shù)與深度學(xué)習(xí)人工智能新技術(shù)——深度學(xué)習(xí)（deep learning），對行車視頻進(jìn)行實(shí)時(shí)分析與危險(xiǎn)事件預(yù)警。這些課題對課題來源學(xué)科“交通學(xué)科”具有重要意義并極有挑戰(zhàn)，而依賴的交叉學(xué)科“軟件工程學(xué)科”的新知識(shí)和新技術(shù)能夠提供一些新的解決方案，兩個(gè)學(xué)科的合作能碰撞出火花，培養(yǎng)復(fù)合型的高端人才。

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

（3）如何推動(dòng)交叉學(xué)科的團(tuán)隊(duì)建設(shè)？課題組以交通運(yùn)輸工程學(xué)科“優(yōu)青”王雪松教授為團(tuán)隊(duì)帶領(lǐng)人和課題負(fù)責(zé)人，依托國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目及上海市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)項(xiàng)目，選擇能夠充分發(fā)揮軟件工程學(xué)科優(yōu)勢的多個(gè)研究點(diǎn)開展合作，探索多個(gè)交通安全模型的建立，并開發(fā)出原型系統(tǒng)，推動(dòng)“智能交通系統(tǒng)”的研發(fā)工作。在團(tuán)隊(duì)管理中課題負(fù)責(zé)人充分尊重不同學(xué)科導(dǎo)師的意見，確定研究點(diǎn)時(shí)充分兼顧交叉學(xué)科的研究需求，根據(jù)研究進(jìn)展隨時(shí)微調(diào)研究方向和研究計(jì)劃。研究生也常常為完成一些競賽或者課題自主組隊(duì)，以“2016年IBM大型主機(jī)全國校園大賽”為例，交通運(yùn)輸工程學(xué)科的1名博士生和軟件工程學(xué)科的3名碩士生及1名本科生自主組隊(duì)參加，以 “基于zLinux的交通事故風(fēng)險(xiǎn)實(shí)時(shí)預(yù)測仿真系統(tǒng)”取得了全國二等獎(jiǎng)的優(yōu)異成績。通過交叉學(xué)科合作，同學(xué)們不僅學(xué)習(xí)到不同學(xué)科的知識(shí)與技術(shù)，也提高了團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)，鍛煉了組織、表達(dá)、實(shí)踐、應(yīng)變、抗壓和創(chuàng)新等綜合能力。

（4）如何建立起長期合作模式？課題組應(yīng)該本著 “雙方共贏”的目標(biāo)確立學(xué)科交叉聯(lián)合研究點(diǎn)，以軟件工程學(xué)科為例，目前參與學(xué)科交叉課題的碩士生一共7人，經(jīng)過近兩年的學(xué)科交叉合作，他們完成了多個(gè)交通安全模型的構(gòu)建及原型系統(tǒng)、示范應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)；并在IEEE國際會(huì)議上發(fā)表了6篇EI檢索的學(xué)術(shù)論文，另有5篇學(xué)術(shù)論文被錄用并將于2018年發(fā)表（表1），其中2篇中文學(xué)術(shù)論文分別在中文核心期刊同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)及中國公路學(xué)報(bào)發(fā)表，這些成果對于這些“跨學(xué)科”來攻讀“軟件工程”學(xué)科的碩士研究生來說是值得肯定的。隨著合作的持續(xù)深入，學(xué)術(shù)成果呈良好的遞增趨勢。目前已經(jīng)有4名以交叉學(xué)科研究課題為畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容的碩士研究生通過了學(xué)位論文答辯，獲得“軟件工程”專業(yè)的碩士學(xué)位證書，多名在讀碩士也正依托于該學(xué)科交叉合作平臺(tái)進(jìn)行培養(yǎng)。

4 結(jié) 語

示范性軟件學(xué)院對軟件工程碩士的培養(yǎng)以服務(wù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展為總體目標(biāo)。然而，目前軟件工程人才的培養(yǎng)大多局限于軟件工程學(xué)科的理論、方法與技術(shù)的教學(xué)與實(shí)踐，缺少與行業(yè)應(yīng)用及相關(guān)學(xué)科的結(jié)合，導(dǎo)致學(xué)生踏入工作崗位后理解領(lǐng)域知識(shí)及應(yīng)用需求存在一定困難。我們結(jié)合軟件工程學(xué)科全日制工程碩士入學(xué)考試報(bào)考生源中“跨學(xué)科”的顯著特征，以學(xué)科交叉來帶動(dòng)多學(xué)科的科研融合、促進(jìn)，并培養(yǎng)復(fù)合型、創(chuàng)新型研究生的方法具有可行性。

表1 聯(lián)合論文發(fā)表情況

目前在我國，固化的現(xiàn)行學(xué)科專業(yè)設(shè)置以及傳統(tǒng)的學(xué)術(shù)評(píng)價(jià)制度，導(dǎo)致學(xué)科壁壘依然存在，學(xué)科交叉與滲透尚處于起步階段，觀念需要引導(dǎo)。本文以案例分析的方式，對學(xué)科交叉進(jìn)行復(fù)合型、創(chuàng)新型研究生培養(yǎng)的方法進(jìn)行了探索，后續(xù)還將對該模式下培養(yǎng)的研究生進(jìn)行就業(yè)追蹤，以便更客觀地對該培養(yǎng)方法進(jìn)行評(píng)價(jià)。