新工科背景下交通“四要素”人才培養(yǎng)體系

劉凱 徐曉倩 王芳

摘 ? ?要：為培養(yǎng)多樣化、創(chuàng)新型卓越工程科技人才，響應(yīng)國家建設(shè)交通強國的重大戰(zhàn)略決策，合肥工業(yè)大學(xué)汽車與交通工程學(xué)院針對交通學(xué)科建設(shè)現(xiàn)狀，構(gòu)建了一種新工科背景下可實施性強、特色鮮明、教學(xué)成果顯著、推廣價值高的交通“四要素”人才培養(yǎng)體系。實踐證明，該體系下培養(yǎng)的學(xué)生，其創(chuàng)新能力和實踐能力得到全面提升，該體系是培養(yǎng)新工科背景下的交通人才的可行之路。

關(guān)鍵詞：新工科；學(xué)科競賽；交通人才；培養(yǎng)體系

中圖分類號：G642 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)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(lián)網(wǎng)+”等重大創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略的實施，提高大學(xué)生的創(chuàng)新意識和實踐能力，實現(xiàn)人才素質(zhì)與社會需求相適應(yīng)愈加重要。2017年以來，教育部先后形成“復(fù)旦共識”“天大行動”“北京指南”等政策綱領(lǐng)，構(gòu)成了新工科建設(shè)“三部曲”，開拓了工程教育改革新路徑[1]。交通專業(yè)是以解決復(fù)雜交通系統(tǒng)問題為主的專業(yè)，涉及工程、教育、法規(guī)、環(huán)境和能源等多個領(lǐng)域，因此，被稱為“5E”學(xué)科，其倡導(dǎo)的多學(xué)科交叉融合理念與國家新工科建設(shè)理念不謀而合。高校應(yīng)打破學(xué)科壁壘，注重培養(yǎng)新工科背景下的創(chuàng)新型、復(fù)合型交通人

才，以適應(yīng)和引領(lǐng)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革。

文章以合肥工業(yè)大學(xué)汽車與交通工程學(xué)院交通專業(yè)為研究對象，針對交通學(xué)科建設(shè)現(xiàn)狀問題，基于交通系統(tǒng)

“四要素”——人、車、路、環(huán)境，構(gòu)建新工科背景下交通人才培養(yǎng)體系。即以跨學(xué)科競賽教學(xué)團隊為駕駛員，引導(dǎo)學(xué)生建立跨學(xué)科知識體系；以混合式教學(xué)方法為交通載體，驅(qū)動學(xué)生創(chuàng)新思維融合；以關(guān)聯(lián)共享的創(chuàng)新實驗平臺為環(huán)境依托，孵化優(yōu)質(zhì)競賽項目；以全國大學(xué)生交通科技大賽為道路路徑，實踐“能力提升”之行。

二、交通學(xué)科建設(shè)現(xiàn)狀及問題

（一）單一教學(xué)團隊難以滿足學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的需要

解決復(fù)雜工程問題能力的培養(yǎng)包括理論和實踐2個方面，除專業(yè)基礎(chǔ)理論方法的理解和掌握外，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生將所學(xué)的理論知識應(yīng)用于解決行業(yè)實際復(fù)雜工程問題[2]。交通學(xué)科的復(fù)雜工程問題涉及車輛工程、土木工程、機械工程、系統(tǒng)分析等多學(xué)科理論。除少部分交通專業(yè)教師具有多學(xué)科科研背景外，大部分教師僅能在單一研究領(lǐng)域為學(xué)生提供理論指導(dǎo)。因此，無法打破學(xué)科壁壘，培養(yǎng)創(chuàng)新型、復(fù)合型人才。

（二）傳統(tǒng)教學(xué)方法難以滿足培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新性思維的需要

傳統(tǒng)教學(xué)方法著眼于知識學(xué)習(xí)和簡單應(yīng)用，對于工科學(xué)生知識體系的構(gòu)建和實踐能力的提升有較好的效果，但對學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的幫助卻有限。傳統(tǒng)的教學(xué)方法主要存在2個方面的問題。一是教學(xué)手段陳舊，僅采用書本教材或復(fù)制書本內(nèi)容的課件進(jìn)行授課，照本宣科。在智能交通和車聯(lián)網(wǎng)等交通領(lǐng)域概念飛速發(fā)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(jìn)。二是課堂教學(xué)還停留在“教師傳授知識，學(xué)生被動接受”的階段，學(xué)生的課堂參與度低，缺乏自主思考能力，無法激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新主動性。因此，在實際應(yīng)用時，學(xué)生只能生搬硬套書本知識，難以自主設(shè)計創(chuàng)新性解決方案，違背了新工科人才的培養(yǎng)目標(biāo)。

（三）原有交通實驗平臺難以滿足整合交叉學(xué)科資源的需要

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

（四）功利性的競賽思維難以滿足學(xué)生自主提升能力的需要

為鼓勵師生積極投身創(chuàng)新實踐活動，高校出臺相關(guān)獎勵政策，設(shè)立了學(xué)生獎勵辦法、大學(xué)生科技競賽管理辦法等一系列相關(guān)文件。高校鼓勵學(xué)生參加創(chuàng)新實踐活動的初衷是好的，但由此也引發(fā)了學(xué)生參加競賽過程中功利性嚴(yán)重、渾水摸魚等一系列問題，與國家人才培養(yǎng)目標(biāo)相背離。因此，高校更應(yīng)該關(guān)注的是如何將以獎勵政策為導(dǎo)向的能力強化轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生自主提升個人能力的意愿，從根源上解決上述問題。學(xué)生畢業(yè)工作后，出于投資自身的需要，自發(fā)自主學(xué)習(xí)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(yǎng)體系

（一）以跨學(xué)科競賽教學(xué)團隊為駕駛員，引導(dǎo)學(xué)生建立跨學(xué)科知識體系

為使學(xué)生享有深度學(xué)科交叉的教學(xué)資源，合肥工業(yè)大學(xué)交通專業(yè)組建了由知名教授、青年講師、企業(yè)專家、碩士博士組成的結(jié)構(gòu)合理、富有開拓創(chuàng)新精神的跨學(xué)科競賽教學(xué)團隊，涉及交通工程、車輛工程、土木工程等關(guān)聯(lián)性強的專業(yè)和領(lǐng)域。老中青教師的學(xué)術(shù)優(yōu)勢和企業(yè)專家的豐富工程經(jīng)驗，有助于學(xué)生在濃厚的學(xué)術(shù)氛圍下碰撞出知識的火花，為學(xué)生解決復(fù)雜工程問題提供學(xué)術(shù)指導(dǎo)，有助于學(xué)生構(gòu)建跨學(xué)科知識體系。同時，組織大學(xué)生與碩士博士定期開展交流討論，促進(jìn)了本科生和研究生教育的協(xié)同發(fā)展。

跨學(xué)科競賽教學(xué)團隊依托工程案例教學(xué)，將承擔(dān)的高水平科研項目轉(zhuǎn)換為大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項目和國家（?。┘墑?chuàng)新競賽項目，打造自主研學(xué)氛圍。期間，團隊教師充分利用各自領(lǐng)域?qū)I(yè)知識給予學(xué)生指導(dǎo)，指導(dǎo)過程體現(xiàn)專業(yè)性、方向性、融合性。例如，曾獲得2019年全國大學(xué)生交通科技大賽一等獎的“循環(huán)耦合式動態(tài)無線充

電車路系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計”項目。學(xué)生在日常學(xué)習(xí)中發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的動態(tài)無線充電系統(tǒng)能量耗散大，于是試圖設(shè)計一種能量利用率高的動態(tài)無線充電系統(tǒng)解決上述復(fù)雜工程問題。但由于課程體系的限制，交通專業(yè)學(xué)生對于車輛相關(guān)知識僅停留在基礎(chǔ)理論階段，專業(yè)性不足。通過與跨學(xué)科競賽教學(xué)團隊溝通交流，充分研習(xí)車輛、交通基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域的前沿技術(shù)，汲取各領(lǐng)域理論知識，在一步步探索中完成了循環(huán)耦合式動態(tài)無線充電車路系統(tǒng)的設(shè)計，最終獲獎，同時也提升了學(xué)生在交通和車輛雙重領(lǐng)域的知識融合。

（二）以工程案例教學(xué)法為交通載體，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新性思維

工程案例教學(xué)法是教師以互動啟發(fā)式教學(xué)為手段，以學(xué)生為主體，通過文字、圖像、視頻、數(shù)據(jù)等素材引領(lǐng)學(xué)生進(jìn)入特定場景，引導(dǎo)學(xué)生對真實工程案例進(jìn)行分析的教學(xué)方法[3-4]。團隊教師在課堂教學(xué)中有意識地引導(dǎo)學(xué)生運用所學(xué)的基礎(chǔ)知識分析工程案例，闡明課程教學(xué)內(nèi)容與現(xiàn)場實地施工的區(qū)別與聯(lián)系，激發(fā)學(xué)生共同探討，尋找解決問題的創(chuàng)新性方案，驅(qū)動學(xué)生培養(yǎng)創(chuàng)新性思維。在此基礎(chǔ)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(xué)生理論基礎(chǔ)，拓展學(xué)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(jié)時，教師在講授傳統(tǒng)理論知識的基礎(chǔ)上，展示了“瀝青路面除冰雪”相關(guān)工程案例，包括傳統(tǒng)除冰雪方法與前沿技術(shù)，同時鼓勵學(xué)生對上述技術(shù)的缺陷進(jìn)行討論，引導(dǎo)學(xué)生查閱資料，尋找解決辦法。學(xué)生在查閱文獻(xiàn)過程中發(fā)現(xiàn)，電磁感應(yīng)加熱技術(shù)是一種行之有效的方法，但目前該技術(shù)存在加熱效率低、沒有成型設(shè)備等問題。在跨學(xué)科競賽教學(xué)團隊指導(dǎo)下，學(xué)生決定開發(fā)一種感應(yīng)加熱設(shè)備解決現(xiàn)有技術(shù)難題，并以此申請了國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目（結(jié)題成績?yōu)椤皟?yōu)秀”）。在此過程中，學(xué)生在團隊教師指導(dǎo)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(fā)明專利，并開發(fā)了一種新型感應(yīng)加熱設(shè)備。最終該項目獲得2020年全國大學(xué)生交通科技大賽一等獎。

（三）以關(guān)聯(lián)共享的創(chuàng)新實驗平臺為環(huán)境依托，孵化優(yōu)質(zhì)參賽項目

為了訓(xùn)練學(xué)生達(dá)成專業(yè)基本實踐技能，合肥工業(yè)大學(xué)打通學(xué)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(yè)大學(xué)對實踐教學(xué)資源深入整合、挖掘、拓展、延伸，強化創(chuàng)新實驗訓(xùn)練，活化多途徑的優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源。在學(xué)?，F(xiàn)有交通實驗室的基礎(chǔ)上，整合汽車技術(shù)與裝備國家地方聯(lián)合工程研究中心、土木工程結(jié)構(gòu)與材料安徽省重點實驗室等相關(guān)學(xué)科實驗室，打造關(guān)聯(lián)共享的創(chuàng)新實驗平臺，解決傳統(tǒng)實驗室“小型”“分散”和“借用流程煩瑣”的問題。關(guān)聯(lián)共享的創(chuàng)新實驗平臺要實現(xiàn)以下2個功能。一是實現(xiàn)教學(xué)資源的開放。實驗室全天開放，在籍學(xué)生可以自由選擇時間在實驗室練習(xí)各種儀器操作，或者開發(fā)創(chuàng)新實驗和其他競賽項目。時間和空間的開放給了學(xué)生更多的選擇。學(xué)生可以根據(jù)自己的安排靈活掌握實驗時間，學(xué)習(xí)的積極性和主動性得到充分調(diào)動。二是實現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的開放。教師根據(jù)學(xué)生興趣、專業(yè)背景和能力，對實驗項目進(jìn)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(shè)計多樣化實驗內(nèi)容，學(xué)生可以自由選擇基本驗證性實驗、綜合設(shè)計性實驗或研究性實驗。

創(chuàng)新實驗平臺在滿足基礎(chǔ)實驗課程教學(xué)的前提下，進(jìn)一步開展創(chuàng)新性實驗項目，即讓學(xué)生自主設(shè)計實驗方案、實施研究過程、分析實驗數(shù)據(jù)，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲兴季S和分析、解決問題的能力。在開展的創(chuàng)新性實驗項目中篩選富有創(chuàng)新性和科學(xué)性的優(yōu)質(zhì)項目，借由優(yōu)質(zhì)項目申請中央高?；巨k學(xué)條件改善專項資金經(jīng)費等實驗室建設(shè)經(jīng)費，從而不斷擴大實驗室規(guī)模，更好地服務(wù)于多元化的創(chuàng)新性實驗，形成良性循環(huán)。同時，依托關(guān)聯(lián)共享的整合實驗平臺，孵化國家（?。┘壐傎愴椖?，強化學(xué)生創(chuàng)新精神和實踐能力。

（四）以全國大學(xué)生交通科技大賽為路徑，實踐“能力提升”之行

學(xué)生參與社會實踐的機會不多，積極參加各類學(xué)科競賽是培養(yǎng)其創(chuàng)新能力、實踐能力行之有效的方法。大學(xué)生學(xué)科競賽已成為深化高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革的重要載體及推動產(chǎn)學(xué)研用結(jié)合的關(guān)鍵紐帶[5]。全國大學(xué)生交通科技大賽是目前全國范圍內(nèi)最具影響力的交通類專業(yè)學(xué)科競賽之一。學(xué)生通過對學(xué)科競賽賽題的理解，調(diào)研相關(guān)資料，構(gòu)思參賽項目主題，設(shè)計、制作、完善參賽作品，參賽的同時也是增強自身創(chuàng)新思維和實踐能力的過程。

基于大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目和創(chuàng)新性實驗項目的開展過程，選拔大學(xué)生競賽團隊。由于大學(xué)生競賽團隊中每個人的知識儲備、專業(yè)特長不同，跨學(xué)科競賽教學(xué)團隊需要系統(tǒng)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(yè)特長分配任務(wù)，最大程度激發(fā)每個學(xué)生的特有優(yōu)勢。為避免部分大學(xué)生競賽團隊成員存在的功利心強、熱情度消減的問題，跨學(xué)科競賽教學(xué)團隊需要鼓勵學(xué)生學(xué)習(xí)各項專業(yè)技能，并定期給予集中指導(dǎo)。學(xué)生從技能的提升中獲得成就感，充分認(rèn)識到人生價值實現(xiàn)的意義，并將這種認(rèn)識轉(zhuǎn)變?yōu)槌掷m(xù)強烈的學(xué)習(xí)動力，最終形成和維持自主學(xué)習(xí)的人生態(tài)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(xué)（大三年級），起初為評獎評優(yōu)而加入大學(xué)生競賽團隊，學(xué)習(xí)基礎(chǔ)較為薄弱。在參加第16屆全國大學(xué)生交通科技大賽的過程中，由跨學(xué)科競賽教學(xué)團隊啟發(fā)、引導(dǎo)其學(xué)習(xí)了CAD三維建模、開發(fā)汽車模型等多項技能。在專業(yè)技能的一步步增強中，他獲得了自我滿足感，實現(xiàn)了個人價值，將以獎勵政策為導(dǎo)向的被動學(xué)習(xí)態(tài)度轉(zhuǎn)變?yōu)橐阅芰μ嵘秊閷?dǎo)向的自主學(xué)習(xí)態(tài)度。競賽結(jié)束后，羅同學(xué)開始獨立撰寫科技論文，在此過程中不斷學(xué)習(xí)“數(shù)值分析”“有限元理論”等研究生課

程，自主學(xué)習(xí)能力不斷提高。

四、建設(shè)成效

跨學(xué)科競賽教學(xué)團隊通過應(yīng)用交通專業(yè)創(chuàng)新人才體系的研究參賽，獲得了2019年安徽省教學(xué)成果一等獎。在跨學(xué)科競賽教學(xué)團隊的指導(dǎo)下，大學(xué)生競賽團隊積極參加包括全國大學(xué)生交通科技大賽在內(nèi)的各級別交通學(xué)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(xù)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(xué)科競賽教學(xué)團隊依托競賽項目指導(dǎo)學(xué)生撰寫發(fā)明專利33項，其中已授權(quán)的發(fā)明專利為16項，轉(zhuǎn)讓轉(zhuǎn)化4項。與此同時，啟發(fā)學(xué)生開展與競賽項目緊密聯(lián)系的實驗，與發(fā)明專利相統(tǒng)一的實體模型開發(fā)，學(xué)生的創(chuàng)新意識和實踐能力得到了有效提升。

五、結(jié)束語

為響應(yīng)國家“加快建設(shè)交通強國”的重大戰(zhàn)略決策，培養(yǎng)適應(yīng)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的創(chuàng)新型、復(fù)合型人才，合肥工業(yè)大學(xué)交通專業(yè)針對交通學(xué)科建設(shè)現(xiàn)狀，構(gòu)建了一種基于新工科背景的交通“四要素”人才培養(yǎng)體

系，在土木工程、機械工程等理工科相近專業(yè)得到進(jìn)一步推廣和應(yīng)用，獲得廣泛好評。

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編輯∕丁俊玲