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(yán)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(shí)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)?，F(xiàn)狀的機(jī)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(jī)制;其次，從跨學(xué)科課程設(shè)置和教學(xué)模式兩個(gè)角度對面向復(fù)雜交通工程問題的課程體系進(jìn)行了分析;最后，通過評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和評價(jià)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(xiàn)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(jì)算、人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)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(jì)需要的、實(shí)踐能力強(qiáng)、創(chuàng)新能力強(qiáng)、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(dòng)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(jì)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(jì)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(shí)用性、交叉性與綜合性特點(diǎn)，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(shí)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(jìn)行人才布局，培養(yǎng)新經(jīng)濟(jì)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(yàn)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(jì)劃、阿波羅登月計(jì)劃等開始，逐步意識到一些負(fù)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(jiǎng)成果的66.7%。知名學(xué)府在促進(jìn)學(xué)科交叉方面的主要經(jīng)驗(yàn)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(jìn)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(jī)構(gòu)和研究生教育機(jī)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(jìn)學(xué)科融合，胥秋等人的研究認(rèn)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(jìn)其內(nèi)部的學(xué)科融合，同時(shí)容納多個(gè)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(jìn)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(rèn)為將課程教學(xué)和承擔(dān)的科研項(xiàng)目緊密結(jié)合，進(jìn)行以研促教、以教促學(xué)的一系列教學(xué)改革，在夯實(shí)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(jìn)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(jià)研究方面，張穎等人以交叉學(xué)科點(diǎn)研究課程設(shè)置為例，在評價(jià)和考核的過程中，強(qiáng)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(shí)行成績評價(jià)與培養(yǎng)效果相結(jié)合，建立了動(dòng)態(tài)的質(zhì)量監(jiān)控與退出機(jī)制，取得了顯著的效果;黃甫全認(rèn)為課程理想是課程評價(jià)的終極尺度，因此課程評價(jià)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(yùn)行效果等五大部分構(gòu)成㈣;王秀華等人的研究認(rèn)為，研究性教學(xué)課程的評價(jià)要堅(jiān)持主體多元化、過程性、發(fā)展性原則，并進(jìn)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(jià)指標(biāo)體系的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了以課程團(tuán)隊(duì)、教學(xué)設(shè)計(jì)、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(jià)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(jià)指標(biāo)體系應(yīng)遵循的原則、探究式教學(xué)課程評價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建過程以及評價(jià)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(shí)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(jià)方面，大多研究仍側(cè)重于課堂教學(xué)的評價(jià)，對于與課程實(shí)踐環(huán)節(jié)結(jié)合的綜合評價(jià)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(jià)，對于整體人才培養(yǎng)的質(zhì)量評價(jià)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)?，F(xiàn)狀的機(jī)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(jī)制，并從跨學(xué)科課程設(shè)置和教學(xué)模式兩個(gè)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(jià)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(diǎn)，其涉及到城市規(guī)劃、經(jīng)濟(jì)管理、計(jì)算機(jī)、土木工程、汽車、法律、地理信息、系統(tǒng)工程等專業(yè)知識，強(qiáng)調(diào)“跨界融合”，在新工科背景下，需要整合資源、強(qiáng)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(gè)學(xué)科;經(jīng)濟(jì)學(xué)門類下的應(yīng)用經(jīng)濟(jì)學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)2個(gè)學(xué)科;理學(xué)門類下的系統(tǒng)科學(xué)1個(gè)學(xué)科;工學(xué)門類下的交通運(yùn)輸工程學(xué)、系統(tǒng)工程學(xué)2個(gè)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(diǎn)評估排名中位居第三位。如何將系統(tǒng)科學(xué)、運(yùn)籌學(xué)、計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)通訊工程、自動(dòng)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(jī)構(gòu)、專業(yè)基礎(chǔ)課程教學(xué)機(jī)構(gòu)、專業(yè)選修學(xué)院內(nèi)部和外部教學(xué)機(jī)構(gòu)四部分;其中通識基礎(chǔ)教學(xué)機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)構(gòu)，主要依托學(xué)校光電學(xué)院的計(jì)算機(jī)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(jī)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(qiáng)的工程實(shí)際應(yīng)用需求，因此在考慮課題體系的設(shè)置時(shí)，要強(qiáng)調(diào)引導(dǎo)學(xué)生從實(shí)際交通問題出發(fā)，主動(dòng)進(jìn)行相關(guān)課程的選修，據(jù)此進(jìn)行專業(yè)培養(yǎng)計(jì)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(yàn)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(shí)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(jì)、建設(shè)、運(yùn)營管理等工程項(xiàng)目的階段，每個(gè)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(qiáng)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(jì)的精細(xì)化程度不夠，基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)趕不上需求增加的速度等;進(jìn)而根據(jù)每個(gè)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(jì)層面，精細(xì)化城市道路交通設(shè)計(jì)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(diǎn)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(shí)際工程項(xiàng)目進(jìn)行闡釋，校內(nèi)導(dǎo)師主要負(fù)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(shí)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(dòng)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(jì)算機(jī)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(jìn)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(shí)候進(jìn)行方向性的引導(dǎo)。在必要的時(shí)候引入辯論式的課堂討論，如在交通設(shè)計(jì)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(diǎn)，在辯論中潛移默化的掌握知識要點(diǎn)。

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(jià)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(diǎn)，又需要考慮多學(xué)科融合時(shí)不同學(xué)科間評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)不一致的特點(diǎn)，同時(shí)，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(shí)踐問題解決過程中的角色和作用作為評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。此外，對于教師的考核評價(jià)方法，強(qiáng)調(diào)研究與實(shí)踐的結(jié)合和統(tǒng)一，做到“研行一致”，逐步對項(xiàng)目研究和論文發(fā)表的現(xiàn)狀評價(jià)體系進(jìn)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(jià)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(shí)又具有其專業(yè)和行業(yè)特點(diǎn)，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(qiáng)調(diào)人才的政治標(biāo)準(zhǔn)，始終要把培養(yǎng)新時(shí)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(dá)能力等。

對于交通工程專業(yè)人才培養(yǎng)的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)強(qiáng)調(diào)寬口徑、厚基礎(chǔ)和新工科三個(gè)特點(diǎn)，應(yīng)以實(shí)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(jī)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(yùn)輸類與土木類、能源動(dòng)力類、生物醫(yī)學(xué)工程類、輕工類合并為智能化制造類進(jìn)行大類招生，有利于學(xué)生寬口徑培養(yǎng)，同時(shí)課程設(shè)置融合交通、汽車、土木、經(jīng)濟(jì)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(yùn)輸行業(yè)在“多規(guī)合一規(guī)劃、建設(shè)向運(yùn)維和最佳運(yùn)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(jì)、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(jià)指標(biāo)體系

依據(jù)交通工程人才培養(yǎng)的評價(jià)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(duì)伍、專業(yè)建設(shè)、課程建設(shè)、實(shí)踐教學(xué)、素質(zhì)教育、社會評價(jià)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(jià)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(jìn)行監(jiān)控。

對于指標(biāo)體系中各個(gè)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(jìn)行賦值，并在學(xué)生培養(yǎng)過程中不斷更新;同時(shí)基于指標(biāo)體系的導(dǎo)向，通過實(shí)踐探索，不斷動(dòng)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(shí)能運(yùn)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(jìn)行快速的知識融合與更新，解決現(xiàn)實(shí)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)。