新工科背景下多学科交叉融合的交通工程人才培养模式研究

姚佼 戴亚轩 韩印 严凌 王嘉文 万文文 许凯

摘要：新工科面临创新引领、交叉融合、跨界发展等问题，大量全新和未知的问题，需要不同学科间的融合以及产学研结合，在实践过程中积极探索，找到解决问题的思路、途径和方式，保证新工科人才培养的质量。文章以上海理工大学交通工程专业为研究对象，首先，结合学校现状的机构设置，以及办学优势和特色专业集群，探索多学科交叉的组织结构模式及合作机制;其次，从跨学科课程设置和教学模式两个角度对面向复杂交通工程问题的课程体系进行了分析;最后，通过评价标准和评价指标体系的建立。确立了交通工程专业人才培养的质量监控。

关键词：新工科;多学科融合;组织结构模式;课程体系;质量监控

中图分类号：G642 文献标识码：A

0引言

新工科的人才培养要求以互联网和工业智能为核心，通过将大数据、智能制造、云计算、人工智能、虚拟现实等新技术用于传统工科专业的升级改造，培养适应未来新兴产业和新经济需要的、实践能力强、创新能力强、具备国际竞争力的高素质复合型新工科人才。新工科的建设要求，需要多学科的交叉融合与协同创新，对教师教学能力、教学质量以及学生学习都提出了新的挑战。

另一方面，现代交通工程专业已大大突破了传统土木和道路工程的范畴，管理科学、系统科学与工程、交通科学、应用数学、物理、现代控制等方面专业知识对于复杂城市交通问题的解决日益发挥重要作用。在新工科的大背景下，交通工程专业的人才培养目标应转向智能交通系统、交通大数据挖掘、网络交通流和动态网络交通流等方面，培养学生既掌握道路勘测、工程设计等“硬”本领，又掌握系统工程思想方法和工具，具有网络交通分析、规划设计能力的工程型、创新性技术人才。因此，交通工程专业符合新工科环境下多学科融合的实用性、交叉性与综合性特点，具备作为多学科交叉融合的工程人才培养模式探索与实践的典型性。

本文以交通工程专业为突破口，探索如何加快建设和发展“新工科”，提前进行人才布局，培养新经济急需紧缺人才，培养引领未来技术和产业发展的人才，培养具有创新创业意识、数字化思维和跨界整合能力的“新工科”人才，对于新工科人才培养可复制可推广经验的积累已具有重要意义。

对于多学科融合的组织结构模式，国外1950年前后，特别是从美国军方的北极星计划、阿波罗登月计划等开始，逐步意识到一些负责的工程问题，需要多学科的知识融合，学科间的界限不断打破，交叉口学科开始大量涌现，近年来诺贝尔自然科学类交叉学科成果更是占到了总获奖成果的66.7%。知名学府在促进学科交叉方面的主要经验体现在：美国等常春藤大学顶层的学科组织设置有一条重要的原则就是体现了综合性与包容性，不刻意去划分专业院系，促进了基层学术组织的学科融合;英国古典大学的学院制对学科组织的分裂起到了平衡作用;我国本科教育机构和研究生教育机构的分设，有利于培养掌握多学科知识的学者，建立各种形式的交叉学科组织能直接有效地推进学科融合，胥秋等人的研究认为以学科群和学科门类为依据整合第一层级的院系组织，促进其内部的学科融合，同时容纳多个学科的学院中设立交叉学科研究中心，可以探索改进由大学一级直接统筹管理的交叉学科研究院。

对于多学科融合的教学体系探索方面，杨青等的研究认为将课程教学和承担的科研项目紧密结合，进行以研促教、以教促学的一系列教学改革，在夯实学生专业理论基础、融合专业相关知识、激发专业学习兴趣方面取得了良好效果，可以显著提高学生的创新和应用能力，对培养具有高素质的专业人才起到了积极作用㈣;张嫒等人的研究，为多学科交叉融合质量，对教学体系的改革采取了自上而下的教改目标分解与自下而上的课程改革相结合的方法，取得了满意的效果;唐睿等人对学科融合视阈下的高师美术课程设置进行了研究;高聪等以神经病学课程为例，研究了多学科融合背景下的以问题为基础的学习（Problem-based learning，PBL）的教学法，取得了较好的效果㈣。

对于多学科融合的考核评价研究方面，张颖等人以交叉学科点研究课程设置为例，在评价和考核的过程中，强调综合技能训练，对课程的考核注重创新能力考核，实行成绩评价与培养效果相结合，建立了动态的质量监控与退出机制，取得了显著的效果;黄甫全认为课程理想是课程评价的终极尺度，因此课程评价指标体系框架，应由渗透着课程理想的教育目的目标、课程研制主体、课程学习主体、课程组成成分和课程运行效果等五大部分构成㈣;王秀华等人的研究认为，研究性教学课程的评价要坚持主体多元化、過程性、发展性原则，并进一步在分析美国高校及国内部分高校课程及国家精品课程的评价指标体系的基础上，构建了以课程团队、教学设计、教学条件、教学成效为一级指标的研究性教学课程评价指标体系旧;陆长平等探讨了构建探究式教学课程评价指标体系应遵循的原则、探究式教学课程评价指标体系的构建过程以及评价主体与方法。

综合国内外的学科交叉融合人才培养模式的国内外研究现状，发现存在如下问题：

（1）组织结构模式方面，大多仍处于探索阶段，真正付诸实施以及相应的效果分析样本尚显不足。

（2）教学体系方面，大部分的研究还处于学科交叉融合的萌芽状态，缺乏复杂问题导向的指引，新工科的思维稍显不足。

（3）考核评价方面，大多研究仍侧重于课堂教学的评价，对于与课程实践环节结合的综合评价研究较少涉及，此外大多研究仍侧重于对单门课程质量的评价，对于整体人才培养的质量评价较少涉足。

针对上述问题，本研究以上海理工大学交通工程专业为研究对象，结合学校现状的机构设置和特色专业集群，探索多学科交叉的组织结构模式及合作机制，并从跨学科课程设置和教学模式两个角度，探索多学科融合的新工科人才培养的课程体系改革路径，最后，建立人才培养质量监控的评价标准和考核指标体系。

1多学科融合的新工科交通工程人才培养组织结构

根据交通工程专业的特点，其涉及到城市规划、经济管理、计算机、土木工程、汽车、法律、地理信息、系统工程等专业知识，强调“跨界融合”，在新工科背景下，需要整合资源、强化学科联系，培养复合型创新人才。

另一方面，交通工程学科所处管理学院现状是多类型、多层次模式的办学，学科涉及管理学门类下的管理科学与工程、工商管理、公共管理3个学科;经济学门类下的应用经济学、统计学2个学科;理学门类下的系统科学1个学科;工学门类下的交通运输工程学、系统工程学2个学科，一直活跃在全国该学科领域的前沿，在国内外都有非常大的影响，在第四轮全国学科点评估排名中位居第三位。如何将系统科学、运筹学、计算机科学与交通工程相结合，开展交通规划与网络优化、交通管理与控制的研究，突出系统工程在交通工程人才培养中的行业应用特色，可以作为是新工科交通工程人才培养的特色。

此外，根据学校土木工程、车辆工程、计算机通讯工程、自动化等相关专业在不同兄弟学院的设置分布情况，制定交通工程人才培养的组织结构如图1所示，即在学校教务处的统一部署下，依托管理学院交通系统工程系，分为通识基础教学机构、专业基础课程教学机构、专业选修学院内部和外部教学机构四部分;其中通识基础教学机构主要依托学校的理学院、外语学院和马克思主义学院，专业基础课教学机构主要依托管理学院交通系统工程系，专业选修课学院教学机构主要依托管理学院的系统科学系、公共管理系、工商管理系、信息管理与信息系统系等，专业选修课学院外教学机构，主要依托学校光电学院的计算机科学与工程系、控制科学与工程系、环建学院的土木工程系、机械工程学院的车辆工程系等。

2复杂问题导向的交通工程专业课程体系

交通工程面向实际的交通问题，具体较强的工程实际应用需求，因此在考虑课题体系的设置时，要强调引导学生从实际交通问题出发，主动进行相关课程的选修，据此进行专业培养计划的不断修订，另一方面，从教师角度，引入不同专业背景、具有丰富工程经验的行业精英人才为学生授课，并在其中探讨启发式、讨论引导式的教学模式，逐步取代传统的授课模式。

2.1面向复杂交通工程问题的专业课程设置

考虑到现实中复杂交通问题的解决，往往涉及到交通系统的规划、设计、建设、运营管理等工程项目的阶段，每个阶段的内容，又涉及到不同的学科交叉，因此新工科背景下，交通工程专业的课程设置，考虑从复杂交通问题分析人手，强调发现问题分析问题，然后再去寻找掌握解决问题的工具。

具体而言，以广受诟病的大城市交通拥堵为例，首先引导学生从交通需求和交通供给两方面分析其成因，发现城市交通系统存在的问题，如城市交通顶层规划的天然缺陷，交通设计的精细化程度不够，基础设施的建设速度远远赶不上需求增加的速度等;进而根据每个成员分别分析对策，如规划层面，交通规划与城市规划的衔接，交通引导城市发展模式TOD，优先发展公共交通理念的引入;设计层面，精细化城市道路交通设计思想和方法的掌握;管理层面，城市交通管理与控制作为跷跷板支点调节交通的供给与需求;建设层面，突破常规的土木工程思维，注重交通基础设施的功能性建设。

根据上述的问题分析，寻找对应的相应解决问题的课程，设置相关的课程模块，如图2所示。

2.2面向复杂交通工程问题的跨学科教学模式

根据图2的专业课程设置，考虑到复杂交通工程问题导向，聘请校外企业导师与校内导师联合上课，校外企业导师结合实际工程项目进行阐释，校内导师主要负责其中相关基础概念、基础知识、基本技能的教授;同时考虑到相关专业课知识背景的要求，在相应的课程中结合前述的人才组织结构模式引入了相关专业教师。如在交通规划的课程中，引入城市规划背景的教师，在交通控制的课程中引入了自动化背景的教师，在交通数据处理与分析的课程中引入了计算机专业背景的教师。

此外，在教学模式上，注重问题导向的探讨启发式教学，如在城市轨道交通课程的教学中，分小组自主选择相关的主题，进行问题的发掘，思路的探讨和解决方法，指导教师仅在必要的时候进行方向性的引导。在必要的时候引入辩论式的课堂讨论，如在交通设计的课程中，对于交叉口是否拓宽，正反两方，通过学生自主学习，查阅课本及相关参考资料，寻找本方的支撑论据以及是否拓宽优缺点，在辩论中潜移默化的掌握知识要点。

3新工科背景下交通工程专业人才培养的质量监控体系

新工科背景下对于交通工程专业人才培养的评价标准和质量监控既需要考虑新工科协同创新的特点，又需要考虑多学科融合时不同学科间评价标准不一致的特点，同时，为避免培养人才的书本教条化，应该探索引入人才在工程实践问题解决过程中的角色和作用作为评价标准。此外，对于教师的考核评价方法，强调研究与实践的结合和统一，做到“研行一致”，逐步对项目研究和论文发表的现状评价体系进行优化，加入人才培养的考核指标，并研究其与科研等的权重分配问题。

3.1交通工程专业人才培养的评价标准

新工科背景下交通工程人才培养有高校人才培养的一般性，同时又具有其专业和行业特点，因此对人才培养的标准，应该从两方面展开。

对于高等院校人才培养的通用标准而言，强调人才的政治标准，始终要把培养新时代中国特色社会主义建设人才放在第一位;其次，人才的综合创新能力是新工科要求的基本目标之一，特别是人才的自主学习能力、知识更新、知识管理、知识创新与融会贯通能力、综合表达能力等。

对于交通工程专业人才培养的评价标准，应强调宽口径、厚基础和新工科三个特点，应以实际交通工程应用为基本定位，不仅在交通工程学科专业上学业精深，而且还应具有与新一代信息技术产业、机器人、新材料等新工科“學科交叉融合”的特征。以大类培养为主，如上海理工大学自2019年起将交通运输类与土木类、能源动力类、生物医学工程类、轻工类合并为智能化制造类进行大类招生，有利于学生宽口径培养，同时课程设置融合交通、汽车、土木、经济管理等，可以使学生在更广泛的专业交叉和融合中学习，打好厚基础，适应社会需求，满足现代交通运输行业在“多规合一规划、建设向运维和最佳运用，综合治理及服务转变、基于力学，材料学等土木工程知识体系向系统、信息、智能、经济、人文交叉与融合”等转型发展方面对人才培养的要求。

3.2交通工程专业人才培养的评价指标体系

依据交通工程人才培养的评价标准要求，结合新工科人才培养的能力要求，从专业培养目标理念、师资队伍、专业建设、课程建设、实践教学、素质教育、社会评价等七方面制定了新工科背景下多学科融合的交通工程专业人才培养评价指标体系，如表1所示，以此对人才培养的质量过程进行监控。

对于指标体系中各个指标的权重，借鉴熵权法和数据包络法的思想进行赋值，并在学生培养过程中不断更新;同时基于指标体系的导向，通过实践探索，不断动态调整不同课程间教师比例、教学资源等的投入。

此外，对于人才培养质量的过程控制，引入传统质量控制中的质量特性要因分析法，对于出现的问题，采用鱼骨头的方法，逐层深入排查，并通过QC小组讨论的方法，集思广益，共同分析，寻找相关对策。

4结论

新工科背景下的人才培养注重学科交叉口和协同创新，培养的人才应具备面对各类未知复杂问题时能运用恰当思维思考借鉴。本文以交通工程专业为例，探讨了复杂交通工程问题导向下，如何突破单一学科人才培养的局限，通过人才创新能力的提高和综合素质的培养，拓宽新工科创新型人才培养的教育空间，使其能够善于打破学科壁垒，进行快速的知识融合与更新，解决现实诸如共享交通等社会城市交通管理中不断涌现的新问题，应对新一轮科技革命和产业变革的挑战。