“新工科”建設背景下“人工智能+城市交通規(guī)劃”研究生教育研究與實踐
——以華僑大學為例

高悅爾

(華僑大學 建筑學院 福建廈門 361000)

0 引言

人工智能(AI)技術(shù)自誕生以來，其理論與應用領(lǐng)域得到了飛速發(fā)展，已成為信息科學領(lǐng)域最前沿學科之一。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，人工智能與城市交通、醫(yī)療衛(wèi)生、商業(yè)管理、航空航天等領(lǐng)域的深度融合正在引發(fā)新一輪產(chǎn)業(yè)革命。智慧城市、智慧醫(yī)療、智能家居和智慧物流等概念不斷提出與實現(xiàn)，學科交叉及應用成為目前人工智能領(lǐng)域熱門研究方向，人工智能已成為深刻影響我國未來國際競爭的新興力量。

為應對世界科學技術(shù)的變化，支撐國家科技創(chuàng)新發(fā)展，教育部2017年開始推行以“新工科”建設為主導的工程教育改革。2018年，教育部正式將人工智能專業(yè)列入首批“新工科”研究與實踐項目建設名單，并發(fā)布了《高等學校人工智能創(chuàng)新行動計劃》，要求“對照國家和區(qū)域產(chǎn)業(yè)需求布點人工智能相關(guān)專業(yè)，加大人工智能領(lǐng)域人才培養(yǎng)力度，推動人工智能領(lǐng)域一級學科建設，形成“人工智能+”復合專業(yè)培養(yǎng)新模式，提出要在2020年建設100個 “人工智能+X”特色復合專業(yè)；同年，國務院發(fā)布《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，認為人工智能是引領(lǐng)未來的戰(zhàn)略性技術(shù)，指出要將人工智能教育全面融入到“新工科”建設當中[1]，為我國在人工智能領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)“彎道超車”做準備。在當前信息技術(shù)環(huán)境迎來大發(fā)展、大變化背景下， “新工科”建設主導下的“人工智能+X”復合培養(yǎng)模式將人工智能技術(shù)融入到工科教育當中，使得人才培養(yǎng)模式更加符合經(jīng)濟社會發(fā)展需要，是符合我國新時代高等工程教育發(fā)展的重大戰(zhàn)略選擇，也為構(gòu)筑國際競爭優(yōu)勢提供了新的機遇[2]。

2019年國務院印發(fā)《交通強國建設綱要》，指出將大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)、人工智能和區(qū)塊鏈等新興科技技術(shù)運用到交通行業(yè)，推動交通智慧化[3]?！叭斯ぶ悄?智慧交通”理念的提出，為人工智能與復雜交通系統(tǒng)的深度融合指明了未來發(fā)展方向。海量的大數(shù)據(jù)，使人們對于城市交通運行的細節(jié)有了更加深入的掌握，但對于城市交通系統(tǒng)運轉(zhuǎn)方式，對于不斷出現(xiàn)的新的交通形式在城市交通中的影響和作用，還需要在人工智能與交通領(lǐng)域的交叉研究中不斷加深理解。當前國內(nèi)外針對智慧交通的項目與案例日益增多，國家各部門也在大力推進智慧交通的相關(guān)試點工作[4]。在這樣的背景下，“人工智能+城市交通規(guī)劃”方向的人才培養(yǎng)也被提上日程。

1 “人工智能+”人才培養(yǎng)的相關(guān)探索

在國家推動人工智能相關(guān)領(lǐng)域高層次人才培養(yǎng)的號召下，為貫徹落實《國務院關(guān)于印發(fā)新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃的通知》，國內(nèi)許多高校開始改變傳統(tǒng)模式，嘗試構(gòu)建基礎(chǔ)理論人才與“人工智能+X”復合型人才并重的培養(yǎng)體系，探索基于深度融合的學科建設和人才培養(yǎng)新模式。表1為國內(nèi)部分開展“人工智能+”復合培養(yǎng)專項的學校及培養(yǎng)目標。

表1 國內(nèi)部分高?！叭斯ぶ悄?”教學實踐概況

在智慧城市與智能交通領(lǐng)域，同濟大學吳志強院士團隊研發(fā)了人工智能城市規(guī)劃的九大推演工具，包括城市人口推演、城市用地推演、城市密度推演、產(chǎn)業(yè)空間推演、城市資源推演、城市交通推演、空間形象推演、城鎮(zhèn)群落推演、建設時序推演。2017年清華大學成立數(shù)據(jù)科學研究院交通大數(shù)據(jù)研究中心，專注跨界融合大數(shù)據(jù)、機器學習、人工智能技術(shù)在交通行業(yè)全流程數(shù)據(jù)科學和數(shù)據(jù)工程的核心技術(shù)創(chuàng)新應用研究；西南交通大學人工智能研究院，以人工智能為切入點，圍繞先進交通和未來交通打造跨學科、跨院系、跨學校的綜合交叉科研平臺和創(chuàng)新團隊，承擔國家重大科技任務，探索“人工智能+X”的人才培養(yǎng)模式，同時積極開展國際學術(shù)交流與合作，努力建設成交通與人工智能領(lǐng)域國際合作聯(lián)合實驗室。同濟大學智能交通運輸系統(tǒng)(ITS)研究中心未來城市與交通聯(lián)合實驗室利用全息感知與人工智能等技術(shù)，研究交通病及其治理問題。

在“人工智能+新工科”人才培養(yǎng)方面，國內(nèi)高校還在積極探索和實踐中。在課程設置上均安排了計算機技術(shù)和數(shù)學等基礎(chǔ)課程，也有對應的專業(yè)化知識課程；由于復合型培養(yǎng)模式剛剛提出，在團隊建設上大多是以高校的計算機學院與對應的工科學院相結(jié)合，由來自不同一級學科的教師及其學生組成團隊。培養(yǎng)模式上，復旦大學將人工智能專業(yè)學生列入工科試驗班進行招生、分流和管理，為加強產(chǎn)學研融合培養(yǎng)，學生可以參加計算機科學技術(shù)學院、大數(shù)據(jù)學院、工程與應用技術(shù)研究院和相關(guān)企業(yè)開設相關(guān)科研、科創(chuàng)項目[6]; 西南交通大學“人工智能+X”博士研究生交叉培養(yǎng)項目分為專業(yè)型博士和學術(shù)型博士，采用主導師與合作導師制度，導師來自不同的一級學科，同時校外導師具備高級職稱或同等水平。

2 華僑大學“人工智能+城市交通規(guī)劃”的實踐探索

在校企合作戰(zhàn)略協(xié)議框架下，我校與廈門市交通運輸局共同組建廈門市城市綜合公共交通研究中心，聯(lián)合搭建人才培養(yǎng)平臺和項目實踐平臺。從2020年開始，華僑大學結(jié)合近些年在廈門市交通領(lǐng)域的相關(guān)實踐，以計算機科學與技術(shù)學院電子信息專業(yè)和建筑學院城鄉(xiāng)規(guī)劃專業(yè)碩士培養(yǎng)點為試點，共同組建“華僑大學智慧交通研究團隊”，開展“人工智能+城市交通規(guī)劃”方向的研究生培養(yǎng)的探索與實踐。

2.1 人才培養(yǎng)模式

傳統(tǒng)城市規(guī)劃與交通規(guī)劃人才培養(yǎng)模式中往往缺少對學生“信息化素養(yǎng)”的培養(yǎng)與關(guān)注。 “信息化素養(yǎng)”本質(zhì)上是指通過運用信息來進行合理決策的能力。一個有信息化素養(yǎng)的人，可以通過對大量信息資源進行獲取，利用相應的信息技術(shù)工具，分析問題進而解決問題，它強調(diào)的是利用信息化思維加深對專業(yè)領(lǐng)域知識的理解?！叭斯ぶ悄堋睍r代的到來，使得信息化素養(yǎng)具有了更加豐富的內(nèi)涵，更加成為了新時代人才培養(yǎng)中不可或缺的重要環(huán)節(jié)。在“人工智能+城市交通規(guī)劃”復合型研究生的培養(yǎng)中，不僅要探索信息類課程與規(guī)劃類課程優(yōu)化整合的思路與方法，還必須將信息素養(yǎng)嵌入人才培養(yǎng)的全過程[11]。

“人工智能+城市交通規(guī)劃”方向的研究生在招生時，首先要求學生要具有良好的數(shù)理基礎(chǔ)和掌握計算機編程的基本技能，以使得跨專業(yè)的學生可以更快地適應多學科交叉理論學習與加快對相關(guān)技能的掌握。經(jīng)過多年實踐，該專業(yè)的研究生生源主要來自地理科學、交通工程、計算機科學、城鄉(xiāng)規(guī)劃等學科，學生的知識體系與專業(yè)能力之間具有很大的差別，表現(xiàn)出明顯的多學科共存的特征。因此在制定培養(yǎng)計劃時，“人工智能+城市交通規(guī)劃”專業(yè)研究生在完成各自學院必修的專業(yè)相關(guān)課程的同時，為了保證培養(yǎng)過程中研究生知識體系的完整性，鼓勵不同專業(yè)背景的學生根據(jù)自身需要選修計算機學院和建筑學院開設的相關(guān)的課程，例如在本科階段未接觸過城市交通規(guī)劃訓練的學生可以選修城鄉(xiāng)規(guī)劃系開設的《城市道路與交通規(guī)劃》本科課程和《城市交通規(guī)劃理論與實踐》研究生課程，而本科期間缺少人工智能或計算機學科相關(guān)訓練的同學則鼓勵選修電子信息系開設的《人工智能導論》等本科課程和《大數(shù)據(jù)與商務智能》《機器學習》等研究生相關(guān)課程，從而打破學科之間的壁壘，實現(xiàn)研究生培養(yǎng)的學科交融與創(chuàng)新。

同時，為促進城市交通規(guī)劃與人工智能技術(shù)在培養(yǎng)過程中的深度融合，我校積極鼓勵團隊研究生參與相關(guān)學科競賽，以賽帶學、以賽促教。例如，中心組建學生團隊參加“2020數(shù)字中國創(chuàng)新大賽-大數(shù)據(jù)賽道”，基于端午節(jié)假期期間出租車GPS和訂單數(shù)據(jù)對廈門市道路擁堵情況進行了識別和分析，構(gòu)建了一套基于出租車GPS的道路多方向維度的擁堵識別智能算法模型，為城市交通管理部門提供了可靠的算法支撐。

2.2 多學科團隊建設

研究生導師隊伍的建設是影響人才培養(yǎng)質(zhì)量和學科創(chuàng)新的關(guān)鍵因素。華僑大學基于城市交通領(lǐng)域?qū)W科發(fā)展和行業(yè)實踐的最新動態(tài)，為滿足“人工智能+城市交通規(guī)劃”研究生的培養(yǎng)需要，構(gòu)建了多學科交叉的導師團隊，實行“主導師負責，多元導師聯(lián)合培養(yǎng)”的制度。導師團隊的專業(yè)背景包括交通工程、計算機科學和城鄉(xiāng)規(guī)劃，在職稱結(jié)構(gòu)上，做到教授、副教授、講師結(jié)合；在年齡結(jié)構(gòu)上，以具有學術(shù)成果和科研熱情的中、青年學者為主?；诙嘣獙焾F隊，在“人工智能+城市交通規(guī)劃”研究生培養(yǎng)中可以充分激發(fā)不同學科各自的專業(yè)優(yōu)勢，擴大學科之間交融的廣度與深度。

依托于構(gòu)建的“華僑大學智慧交通研究團隊”，導師共同承接福建省和廈門市重大的交通科研項目。以項目為依托，一方面可以解決單一導師負責制下的研究生知識面狹窄、研究視野和思維不開闊的問題[12]，有效提升研究生的科研創(chuàng)新能力；另一方面，導師團隊可以共享研究生資源與科研成果，構(gòu)建“人工智能+新工科”視角下多學科聯(lián)動的師生互動模式。對團隊中的研究生而言，在多學科交叉的環(huán)境中進行學習是知識體系與思維模式重構(gòu)過程，在幫助他們建立獨立思考和判斷能力的同時，也在形成團隊的自我價值認同，進而加強科研團隊的凝聚力和創(chuàng)新能力。

2.3 在地項目合作

合作項目方面，依托與廈門市交通運輸局和交通研究中心合作，為研究生提供跨專業(yè)的項目合作平臺，創(chuàng)造多學科的創(chuàng)新實踐環(huán)境。團隊在承接編制《廈門全市域公共交通客流特征》及《廈門市軌道交通及沿線交通客流特征》的過程中，通過對2019年廈門市公交的核心指標及在運軌道線路客流特征進行分析，掌握其運營效益以及發(fā)展趨勢，為智能化提升廈門市公交系統(tǒng)服務能力提供了依據(jù)。在項目研究中，團隊應用人工智能算法及地理信息系統(tǒng)，智能分析軌道刷卡數(shù)據(jù)和公交起訖點數(shù)據(jù)，解決公共交通運營組織問題，為公共交通整體服務質(zhì)量的評估提供了可行途徑。同時，基于已有經(jīng)驗，從累計型、換乘型、特殊票制三方面對公共交通優(yōu)惠方案進行定性分析，利用人工智能技術(shù)手段自動計算出累計費用值、累計次數(shù)值、階梯優(yōu)惠折扣程度等要素指標，從優(yōu)惠間隔、實施層次、選址輔助三方面對換乘優(yōu)惠政策提出了具體改進建議，承擔了廈門市公共交通換乘政策方案研究課題。

此外，我校還通過與交通科研部門及校外互聯(lián)網(wǎng)公司合作，積極改進專業(yè)培養(yǎng)方案，讓學生在校期間進行實踐實習，合作部門包括廈門市交通運行監(jiān)測指揮中心、廈門市交通研究中心、廈門衛(wèi)星定位有限公司等，主要從事數(shù)據(jù)處理及分析等崗位。在參加競賽、聯(lián)合培養(yǎng)、項目實踐過程中，研究生能夠快速地學習和應用人工智能與城市交通規(guī)劃的交叉知識，有效培養(yǎng)了其提出問題、分析問題、解決問題能力，提高了“人工智能+城市交通規(guī)劃”研究生的綜合應用水平。

3 實踐探索中存在的問題

3.1 研究生跨學科培養(yǎng)力度仍需提升，人工智能與交通規(guī)劃課程融合性不足

在我國，人工智能技術(shù)發(fā)展還不夠成熟，其應用還不具有廣泛的普適性和通用性，其教授的內(nèi)容也十分依賴于高校自身的教學框架與辦學定位。其次，人工智能是計算機學科中發(fā)展最快，最前沿的學科之一，快變的技術(shù)框架與思想往往不能被及時地傳遞給學生，造成高校中的人工智能教學不能緊跟學科發(fā)展前沿。由于各學科教學體系的不同，在課程體系整體設計上我校缺乏系統(tǒng)的交叉課程設計。

3.2 數(shù)據(jù)獲取及交叉人才的短缺，限制了人工智能在高校的實踐教學應用

在信息時代，沒有數(shù)據(jù)就寸步難行，人工智能得以結(jié)合實踐進行教學，離不開大數(shù)據(jù)的加持。但隨著通訊隱私政策的完善及互聯(lián)網(wǎng)巨頭的數(shù)據(jù)壟斷，許多研究及科研項目都受制于艱難的數(shù)據(jù)獲取，阻礙了人工智能在高校的實踐教學應用，使理實結(jié)合的教育模式變得步履維艱。并且，不同學科的教師要想理解交叉學科團隊中的其他專業(yè)，就需要結(jié)合自身學習能力，摸著石頭過河，對于這一過程，我校教師經(jīng)驗尚且不足。

3.3 項目合作過程中存在信息不對稱，缺乏高效跨學科交流發(fā)展機制

跨學科合作項目的進行不僅是學科之間的交流，更是跨區(qū)域、跨校、跨專業(yè)高校師生之間的深度交流[13]，我校在人工智能與城市交通項目合作中，盡管課題組中的教師來自不同學科背景，但非正式的師生關(guān)系無法為組內(nèi)學生的學習實踐提供有效制度保障[14]。并且，由于不同學科領(lǐng)域間存在較大差異，老師在推進交叉項目時，往往只負責各自的學生及各自的專業(yè)部分，缺乏跨學科交流動力。

4 培養(yǎng)“人工智能+城市交通規(guī)劃”人才的優(yōu)化路徑

為滿足社會對復合型人才的需要，本研究針對實踐探索中遇到的問題，提出培養(yǎng)“人工智能+城市交通規(guī)劃”人才的優(yōu)化路徑，具體內(nèi)容分為人才培養(yǎng)模式、學科團隊建設、項目合作及實踐教學反饋機制4個方面展開闡述。

4.1 優(yōu)化人才培養(yǎng)模式

優(yōu)化人才培養(yǎng)模式，以建成國內(nèi)一流人工智能學術(shù)平臺為目標，為智能產(chǎn)業(yè)注入新動力。首先要對人才評價觀念進行轉(zhuǎn)變，應當從獎勵型、總結(jié)型教學體系轉(zhuǎn)向診斷型、過程型教學體系?！叭斯ぶ悄?城市交通規(guī)劃”涵蓋交通、計算機、地理信息等多個領(lǐng)域，交叉性強，對于學生不容易吸收。一方面需要在課程內(nèi)容創(chuàng)新，以產(chǎn)業(yè)應用實踐和緊跟科技前沿創(chuàng)新為目標，構(gòu)建人工智能相關(guān)的課程體系，鼓勵學生通過跨學科課程教育提高知識體系的全面性。城市規(guī)劃專業(yè)交通研究方向的學生需要補充學習計算機領(lǐng)域的知識，包括機器學習、強化學習、模式識別等，提高計算編程能力，并且將計算機知識運用到交通與土地利用模型、交通網(wǎng)絡布局研究當中。計算機專業(yè)學生需要補充學習城市交通規(guī)劃、交通管理與控制、地理信息系統(tǒng)方面的知識，提高解決城市交通規(guī)劃問題的實踐能力。

4.2 健全學科團隊建設

研究生的培養(yǎng)離不開科研團隊的建設，在人工智能時代科研團隊需要從師資隊伍建設和團隊交流制度兩方面進行轉(zhuǎn)型。首先，是師資隊伍能力的轉(zhuǎn)型。面對人工智能這個新興領(lǐng)域，教師應當跟上時代步伐，教學內(nèi)容以培養(yǎng)“人工智能+城市交通規(guī)劃”人才為目標，研究方向可向人工智能與交通規(guī)劃、交通管理、交通仿真等智慧交通的各個方向進行擴展，并且可以整合跨校師資資源，加強校際合作資源共享，促進教學資源充分利用。同時學校需要人才引進，吸納人工智能領(lǐng)域的教學骨干，最終打造多專業(yè)協(xié)同的復合型教學團隊。其次，是團隊交流制度轉(zhuǎn)型，完善的制度才能保障團隊順利運轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)型的制度需要以培養(yǎng)人工智能型人才為目標，形成導師指導+學術(shù)組會+團隊學術(shù)報告的合作交流制度，并形成常態(tài)性活動。

4.3 深化項目合作水平

結(jié)合目前實踐探索經(jīng)歷，可以總結(jié)兩個方面的優(yōu)化策略：在企業(yè)合作層面，通過學科團隊與當?shù)禺a(chǎn)業(yè)界良性互動與深度合作，實現(xiàn)對人工智能領(lǐng)域關(guān)鍵問題攻克，以及前沿技術(shù)基礎(chǔ)資料共享，面向產(chǎn)業(yè)特點將學術(shù)成果轉(zhuǎn)化為實際應用，同時滿足市場和學術(shù)需求，從而形成人工智能內(nèi)涵式發(fā)展，并且打造產(chǎn)學研合作新模式。在服務地方政府層面，積極開展科研團隊與政府項目合作，提高政府機構(gòu)信息化治理水平，拓展合作的深度與廣度。發(fā)揮專業(yè)優(yōu)勢應用于合作項目，主動服務地方政府并促進社會經(jīng)濟發(fā)展。

4.4 健全實踐教學反饋機制

“新工科”視角下的“人工智能+城市交通規(guī)劃”領(lǐng)域人才培養(yǎng)的主要功能之一，就是更好推動城市交通在新時代的可持續(xù)發(fā)展。因此，建立一套完善教學效果反饋體系，可以更好地使學校的學科專業(yè)結(jié)構(gòu)、人才培養(yǎng)模式與市場和社會對人才的要求相適應。在高校的實踐教學過程中，一方面應該通過教研相長的方式使學生有效吸收學科前沿的專業(yè)知識，并通過建立實踐效果反饋平臺及時把握學生的學習成果；另一方面，學習與實踐所得應該幫助學生在就業(yè)中建立起明顯的競爭優(yōu)勢。因此，在未來應從教學、實踐、就業(yè)三方面構(gòu)建多維度結(jié)合的效用評價體系，即制定結(jié)合教學方法、學習效用、就業(yè)反饋等方面的評價準則，從而可以對本?！叭斯ぶ悄?城市交通規(guī)劃”的實踐教學作出綜合評價。

5 結(jié)語

新一輪科學技術(shù)革命中人工智能是需要重點攻克的領(lǐng)域，如今，隨著人工智能技術(shù)在各行各業(yè)的發(fā)展，已經(jīng)從技術(shù)研發(fā)階段轉(zhuǎn)向?qū)嵺`應用階段，成為經(jīng)濟增長新動力。然而，目前社會急缺“人工智能+”型人才，國家在教育改革方面明確指示要提高人工智能應用的主體地位，以滿足社會對復合型人才的需求。本文結(jié)合華僑大學實踐探索歷程進行分析，總結(jié)歸納期間存在的問題，最后從人才培養(yǎng)模式、學科團隊建設、項目合作及實踐教學反饋機制4個層面提出優(yōu)化路徑，然而本研究對研究生培養(yǎng)質(zhì)量的量化評估和持續(xù)改進機制的討論相對不足，后期可以通過問卷調(diào)查等定性定量結(jié)合方式，完善研究生培養(yǎng)-反饋的全鏈條。以期促進城市交通學科與人工智能學科的進一步交叉融合，并為“新工科”背景下“人工智能+城市交通規(guī)劃”領(lǐng)域高層次人才培養(yǎng)提供有益參考，促進我國由工程教育大國向工程教育強國轉(zhuǎn)型。