以学科交叉推动软件工程复合型硕士培养的探索及实践

2018-12-01林冰轩袁时金王雪松

计算机教育 2018年11期

高珍，林冰轩，袁时金，王雪松

（同济大学软件学院，上海 201804）

0 引言

2001 年12 月，教育部发布《关于批准有关高等学校试办示范性软件学院的通知》，指定了首批35所高等院校试办示范性软件学院(教高〔2001〕6号文件)，同济大学软件学院是其中之一，2011年国务院学位委员会新修订学科目录公布，软件工程成为一级学科，包括同济大学在内的一批高校设立了软件工程专业硕士学位授权点，开始了研究生人才的培养。示范性软件学院虽然师资力量强、教学条件好，但受国家招生人数的限制，以及考生填报志愿的影响，研究生招生规模偏小，软件工程学科的工程硕士研究生非本专业的学生招生比例偏高[1]。以同济大学软件学院全日制工程硕士为例，近3年招生中跨学科的学生占比均超过50%，如何在短短的两年半时间内把这些“非科班出身”的研究生培养成为“面向软件相关行业及部门的、基础扎实、素质全面、工程实践能力强并具有一定创新能力的应用型、复合型高层次工程技术和工程管理人才”是学院面临的巨大挑战。如何充分利用这些研究生生源的“跨学科”背景，进行学科交叉人才培养，使得软件工程硕士具备多学科融合的特点及优势，能够与行业应用的学科做结合，以适应市场对高端复合型、创新型人才的需求是值得讨论并亟待探索的一个重要课题。

1 学科交叉的重要性

学科交叉的重要性在诺贝尔奖获得者身上得到清晰的印证。有学者对20世纪100年内的466 位诺贝尔自然科学奖得主的知识背景进行考察，以25年为一个时间段，拥有知识交叉背景的人数在20世纪第二个25年有大幅度的提高，从29.73%上升到42.5%；经过60、70 年代的调整，近年来诺贝尔奖得主中拥有交叉知识背景的比率上升到世纪末的49.07%[2-3]。

学科交叉（interdisciplinary）总体上泛指不同学科之间的相互借鉴、交叉、融合而出现的新兴学科。学科之间的交叉可以分为多个层次，我们在培养软件工程硕士过程中，更多地集中在“多学科”交叉的层面上。软件工程作为一门相对独立的学科，在其他领域中的渗透作用越来越大，正在逐渐演变成为其他学科提供服务的学科，学科交叉特点尤为明显。

1.1 学科交叉的国内外实施现状

国外著名高校都比较重视推动学科交叉，如麻省理工学院专门成立了“科学、技术与社会规划”（STS）学院，有组织有计划地在自然科学、技术科学与人文科学、社会科学相互交叉的学科领域进行跨学科教育，建立了数十个跨学科研究机构。国内从教育部到高校、科研院系等学术机构也都重视和推动学科交叉的发展，如清华大学2011年揭牌的交叉信息研究院由世界著名计算机科学家、2000 年图灵奖得主姚期智先生领导，是国内首个致力于交叉信息科学研究的教学科研单位。

1.2 学科交叉的多个合作层面

以“软件工程复合型硕士培养模式”为研究对象，我们重点探讨在高校范围内，如何开展与推进学科交叉人才培养工作。学科交叉的相关工作包括学校层面的学科交叉合作中心、学院层面的人才联合培养、科研团队之间的协同创新研究以及教师个体之间的兴趣驱动式的科研合作，这种多层面的合作是高校学科交叉协同创新的显著特征。我们从最小的维度“教师个体之间的兴趣驱动式的科研合作”来探讨如何通过学科交叉助力软件工程学科“应用型、复合型高层次”硕士研究生的培养。

2 复合型软件工程硕士培养方法探讨

很多硕士研究生跨专业报考软件工程学科，这些生源在各自专业领域已经有本科知识积累，又要系统地学习软件工程硕士专业课程，如果能通过学科交叉科研合作来发挥这些“跨学科”同学们的优势，促进他们将软件工程知识及技术应用到相关行业上，解决各行业的科学及技术问题，是一种具有可行性、因地制宜培养复合型研究生的人才培养方法。

国内的研究生培养一般采用导师制，以同济大学软件学院为例，其硕士研究生培养周期分为3个阶段。第一阶段：进行专业课程学习，奠定专业基础。第二阶段：在导师指定的课题研究中提炼科学问题，确定技术路线，开展具体科研工作，提升专业技能及创新素养，完成毕业论文的主要研究工作。第三阶段：在企业中实习，锻炼工程实践能力。在此过程中，第二阶段非常关键，即导师如何通过学科交叉之间的科研合作来提升研究生的多学科融合能力及创新能力。

为了实现这个复合型、创新型研究生培养的目标，需要考虑以下几个问题。

首先，什么样的学科交叉课题比较适合复合型人才的培养？不能把跟软件工程学科的合作视为课题中软件系统的开发外包，人才在创新能力方面的培养要求决定着只有那些在本学科领域有可研究性和挑战性且依赖软件工程学科的（新）知识和（新）技术能够提供有效解决方案的课题才能达到培养软件工程学科复合型、创新型研究生人才的目标。

其次，如何在多学科之间建立有效的沟通交流机制？在现有的网络交流平台之外，需要提供一个能够双方共享的实验室场所，参与课题的导师和研究生在项目进展期间能够在“同一屋檐下”一起学习和工作，以授课、讲座、研讨等形式建立起不同专业学生之间的学术联系和交流，促进知识共享。根据我们的经验，这种共享实验室场所的建立能够有效促进多学科人员的沟通和交流。

第三，如何推动交叉学科的团队建设？学科交叉合作至少涉及两个团队，可能某一个学科在学术界、产业界更有优势，建议优势学科的导师作为课题总负责人，以便于高屋建瓴，充分利用优势学科的科研优势来提升整个团队。然而学科合作是“取人之长，补己之短”，在合作中优势学科的导师更应该有包容的胸怀，“他山之石可以攻玉”，借助双方的合作来达到“1+1>2”。

最后，如何建立起长期合作模式？双赢是长期合作的必要条件。双赢的内涵包括很多，可以包括学生能力得到提升、将合作成果共同发表论文或申请专利、共同申请新课题等，只有双赢的课题才可能有长期合作的可能。所以，在开展学科交叉课题之初，合作双方就应该考虑和规划合作成果，并衡量这样的成果是否是双方受益的，在大家对预期的研究成果达成共识后，后期的合作才能顺利推进并取得成效。

多学科思想的交流容易激发研究生形成跨学科创新思维的多元知识体系结构，并且在多个团队合作的过程中，成员相互交流，以交叉、融合、渗透的方式掌握各学科的专业知识。学生原来对问题的认识容易局限于本专业领域，而通过合作，则学到了许多非本专业领域的知识，提高了综合素质，提升了研究水平，最终拓宽其就业渠道并增强其就业竞争力。

3 实践案例

我们在软件工程一级学科与交通运输工程一级学科联合进行学科交叉合作培养复合型、创新型研究生的合作框架下，来分析和解读学科交叉推动研究生培养的关键要点。以“交通安全”学科方向为例，它融合了汽车、软件、电信、机械等多学科方向，通过学科交叉能够助力交通安全的科研工作和产业化，同时也能达到学科交叉培养复合型、创新型研究生的目标。

现代交通技术人才的培养体系应面向多学科，培养交通信息管控与经济管理、软件、网络、通信等领域相融合的研究型、复合型、创新型人才[4]，以支持智能交通系统的落地，图1呈现的是交通学科与其他学科交融的关系。

图1 交通学科与其他学科的关系

ITS的知识体系和能力培养具有显著的学科交叉特征且伴随应用技术的发展而动态变化。我们将人工智能、专家系统、软件工程等技术应用在ITS中，形成了学科交叉合作课题。在交叉学科合作过程中，针对几个问题，我们逐一进行阐述。

（1）什么样的学科交叉课题比较适合复合型人才的培养？我们选择智能交通系统的多个课题，比如课题“基于非平衡分类算法预测交通事故风险”在获取连续线圈交通流数据的环境下利用数据挖掘技术—非平衡分类算法来建立交通事故风险模型，并采用Java语言，基于大数据流数据处理平台Spark Streaming设计、开发和实现交通事故风险实时预测原型系统，该课题综合利用数据挖掘技术、软件工程技术来解决交通安全学科的难点问题。比如课题“基于非监督学习评估驾驶行为风险”通过行车GPS数据的分析处理拟合出行车轨迹、识别微观驾驶行为并采用非监督学习算法来评估驾驶人个体的驾驶风险；比如课题“基于视频深度学习预警驾驶危险事件”利用视频分析技术与深度学习人工智能新技术——深度学习（deep learning），对行车视频进行实时分析与危险事件预警。这些课题对课题来源学科“交通学科”具有重要意义并极有挑战，而依赖的交叉学科“软件工程学科”的新知识和新技术能够提供一些新的解决方案，两个学科的合作能碰撞出火花，培养复合型的高端人才。

（2）如何在多学科之间建立有效的沟通交流平台？我们建立了联合实验室，每周定时开课题例会，不定时安排软件工程学科及交通学科的各类技术讲座和分享。参与课题的研究生可以随时面对面交流，保证了沟通的有效性。

（3）如何推动交叉学科的团队建设？课题组以交通运输工程学科“优青”王雪松教授为团队带领人和课题负责人，依托国家自然科学基金项目及上海市科学技术委员会项目，选择能够充分发挥软件工程学科优势的多个研究点开展合作，探索多个交通安全模型的建立，并开发出原型系统，推动“智能交通系统”的研发工作。在团队管理中课题负责人充分尊重不同学科导师的意见，确定研究点时充分兼顾交叉学科的研究需求，根据研究进展随时微调研究方向和研究计划。研究生也常常为完成一些竞赛或者课题自主组队，以“2016年IBM大型主机全国校园大赛”为例，交通运输工程学科的1名博士生和软件工程学科的3名硕士生及1名本科生自主组队参加，以 “基于zLinux的交通事故风险实时预测仿真系统”取得了全国二等奖的优异成绩。通过交叉学科合作，同学们不仅学习到不同学科的知识与技术，也提高了团队合作意识，锻炼了组织、表达、实践、应变、抗压和创新等综合能力。

（4）如何建立起长期合作模式？课题组应该本着 “双方共赢”的目标确立学科交叉联合研究点，以软件工程学科为例，目前参与学科交叉课题的硕士生一共7人，经过近两年的学科交叉合作，他们完成了多个交通安全模型的构建及原型系统、示范应用系统的开发；并在IEEE国际会议上发表了6篇EI检索的学术论文，另有5篇学术论文被录用并将于2018年发表（表1），其中2篇中文学术论文分别在中文核心期刊同济大学学报及中国公路学报发表，这些成果对于这些“跨学科”来攻读“软件工程”学科的硕士研究生来说是值得肯定的。随着合作的持续深入，学术成果呈良好的递增趋势。目前已经有4名以交叉学科研究课题为毕业设计内容的硕士研究生通过了学位论文答辩，获得“软件工程”专业的硕士学位证书，多名在读硕士也正依托于该学科交叉合作平台进行培养。

4 结语

示范性软件学院对软件工程硕士的培养以服务产业发展为总体目标。然而，目前软件工程人才的培养大多局限于软件工程学科的理论、方法与技术的教学与实践，缺少与行业应用及相关学科的结合，导致学生踏入工作岗位后理解领域知识及应用需求存在一定困难。我们结合软件工程学科全日制工程硕士入学考试报考生源中“跨学科”的显著特征，以学科交叉来带动多学科的科研融合、促进，并培养复合型、创新型研究生的方法具有可行性。