新工科背景下交通“四要素”人才培养体系

刘凯 徐晓倩 王芳

摘    要：为培养多样化、创新型卓越工程科技人才，响应国家建设交通强国的重大战略决策，合肥工业大学汽车与交通工程学院针对交通学科建设现状，构建了一种新工科背景下可实施性强、特色鲜明、教学成果显著、推广价值高的交通“四要素”人才培养体系。实践证明，该体系下培养的学生，其创新能力和实践能力得到全面提升，该体系是培养新工科背景下的交通人才的可行之路。

关键词：新工科；学科竞赛；交通人才；培養体系

中图分类号：G642      文献标识码：A      文章编号：1002-4107（2023）08-0009-03

一、引言

随着“中国制造2025”“一带一路”“互联网+”等重大创新驱动发展战略的实施，提高大学生的创新意识和实践能力，实现人才素质与社会需求相适应愈加重要。2017年以来，教育部先后形成“复旦共识”“天大行动”“北京指南”等政策纲领，构成了新工科建设“三部曲”，开拓了工程教育改革新路径[1]。交通专业是以解决复杂交通系统问题为主的专业，涉及工程、教育、法规、环境和能源等多个领域，因此，被称为“5E”学科，其倡导的多学科交叉融合理念与国家新工科建设理念不谋而合。高校应打破学科壁垒，注重培养新工科背景下的创新型、复合型交通人

才，以适应和引领新一轮科技革命和产业变革。

文章以合肥工业大学汽车与交通工程学院交通专业为研究对象，针对交通学科建设现状问题，基于交通系统

“四要素”——人、车、路、环境，构建新工科背景下交通人才培养体系。即以跨学科竞赛教学团队为驾驶员，引导学生建立跨学科知识体系；以混合式教学方法为交通载体，驱动学生创新思维融合；以关联共享的创新实验平台为环境依托，孵化优质竞赛项目；以全国大学生交通科技大赛为道路路径，实践“能力提升”之行。

二、交通学科建设现状及问题

（一）单一教学团队难以满足学生解决复杂工程问题的需要

解决复杂工程问题能力的培养包括理论和实践2个方面，除专业基础理论方法的理解和掌握外，更重要的是培养学生将所学的理论知识应用于解决行业实际复杂工程问题[2]。交通学科的复杂工程问题涉及车辆工程、土木工程、机械工程、系统分析等多学科理论。除少部分交通专业教师具有多学科科研背景外，大部分教师仅能在单一研究领域为学生提供理论指导。因此，无法打破学科壁垒，培养创新型、复合型人才。

（二）传统教学方法难以满足培养学生创新性思维的需要

传统教学方法着眼于知识学习和简单应用，对于工科学生知识体系的构建和实践能力的提升有较好的效果，但对学生创新能力培养的帮助却有限。传统的教学方法主要存在2个方面的问题。一是教学手段陈旧，仅采用书本教材或复制书本内容的课件进行授课，照本宣科。在智能交通和车联网等交通领域概念飞速发展的今天，课本知识更新速度具有滞后性，很难做到与时俱进。二是课堂教学还停留在“教师传授知识，学生被动接受”的阶段，学生的课堂参与度低，缺乏自主思考能力，无法激发学生的创新主动性。因此，在实际应用时，学生只能生搬硬套书本知识，难以自主设计创新性解决方案，违背了新工科人才的培养目标。

（三）原有交通实验平台难以满足整合交叉学科资源的需要

交通学科作为典型的多学科交叉的领域之一，要求整合交叉学科资源，融合多学科特色。但原有交通实验平台单一独立，未能进行整体设计和规划，仅能满足最基础的实验教学要求，无法满足学生学科竞赛、科研创新、实习实训、开放共享等高水平实践活动的需求。同时，由于实验平台规模有限，原有实验器材和设备落后，交通实验平台难以支撑基于新工科理念的交通学科科研要求。

（四）功利性的竞赛思维难以满足学生自主提升能力的需要

为鼓励师生积极投身创新实践活动，高校出台相关奖励政策，设立了学生奖励办法、大学生科技竞赛管理办法等一系列相关文件。高校鼓励学生参加创新实践活动的初衷是好的，但由此也引发了学生参加竞赛过程中功利性严重、浑水摸鱼等一系列问题，与国家人才培养目标相背离。因此，高校更应该关注的是如何将以奖励政策为导向的能力强化转变为学生自主提升个人能力的意愿，从根源上解决上述问题。学生毕业工作后，出于投资自身的需要，自发自主学习工作技能，直至完成自我提升。

三、新工科背景下交通“四要素”人才培养体系

（一）以跨学科竞赛教学团队为驾驶员，引导学生建立跨学科知识体系

为使学生享有深度学科交叉的教学资源，合肥工业大学交通专业组建了由知名教授、青年讲师、企业专家、硕士博士组成的结构合理、富有开拓创新精神的跨学科竞赛教学团队，涉及交通工程、车辆工程、土木工程等关联性强的专业和领域。老中青教师的学术优势和企业专家的丰富工程经验，有助于学生在浓厚的学术氛围下碰撞出知识的火花，为学生解决复杂工程问题提供学术指导，有助于学生构建跨学科知识体系。同时，组织大学生与硕士博士定期开展交流讨论，促进了本科生和研究生教育的协同发展。

跨学科竞赛教学团队依托工程案例教学，将承担的高水平科研项目转换为大学生创新创业训练项目和国家（省）级创新竞赛项目，打造自主研学氛围。期间，团队教师充分利用各自领域专业知识给予学生指导，指导过程体现专业性、方向性、融合性。例如，曾获得2019年全国大学生交通科技大赛一等奖的“循环耦合式动态无线充

电车路系统优化设计”项目。学生在日常学习中发现，现有的动态无线充电系统能量耗散大，于是试图设计一种能量利用率高的动态无线充电系统解决上述复杂工程问题。但由于课程体系的限制，交通专业学生对于车辆相关知识仅停留在基础理论阶段，专业性不足。通过与跨学科竞赛教学团队沟通交流，充分研习车辆、交通基础设施领域的前沿技术，汲取各领域理论知识，在一步步探索中完成了循环耦合式动态无线充电车路系统的设计，最终获奖，同时也提升了学生在交通和车辆双重领域的知识融合。

（二）以工程案例教学法为交通载体，培养学生创新性思维

工程案例教学法是教师以互动启发式教学为手段，以学生为主体，通过文字、图像、视频、数据等素材引领学生进入特定场景，引导学生对真实工程案例进行分析的教学方法[3-4]。团队教师在课堂教学中有意识地引导学生运用所学的基础知识分析工程案例，阐明课程教学内容与现场实地施工的区别与联系，激发学生共同探讨，寻找解决问题的创新性方案，驱动学生培养创新性思维。在此基础上，团队教师针对工程案例中重难点问题集中讲解，点对点解决，夯实学生理论基础，拓展学生实践能力。

例如，在讲述“道路工程材料”课程中《沥青混合料》这一章节时，教师在讲授传统理论知识的基础上，展示了“沥青路面除冰雪”相关工程案例，包括传统除冰雪方法与前沿技术，同时鼓励学生对上述技术的缺陷进行讨论，引导学生查阅资料，寻找解决办法。学生在查阅文献过程中发现，电磁感应加热技术是一种行之有效的方法，但目前该技术存在加热效率低、没有成型设备等问题。在跨学科竞赛教学团队指导下，学生决定开发一种感应加热设备解决现有技术难题，并以此申请了国家级大学生创新创业训练计划项目（结题成绩为“优秀”）。在此过程中，学生在团队教师指导下撰写了“基于电磁加热与微波加热

的多功能路面除冰雪施工方法”等14项发明专利，并开发了一种新型感应加热设备。最终该项目获得2020年全国大学生交通科技大赛一等奖。

（三）以关联共享的创新实验平台为环境依托，孵化优质参赛项目

为了训练学生达成专业基本实践技能，合肥工业大学打通学校各院系的实验室和试验厂房，形成开放的资源共享格局。合肥工业大学对实践教学资源深入整合、挖掘、拓展、延伸，强化创新实验训练，活化多途径的优质教学资源。在学校现有交通实验室的基礎上，整合汽车技术与装备国家地方联合工程研究中心、土木工程结构与材料安徽省重点实验室等相关学科实验室，打造关联共享的创新实验平台，解决传统实验室“小型”“分散”和“借用流程烦琐”的问题。关联共享的创新实验平台要实现以下2个功能。一是实现教学资源的开放。实验室全天开放，在籍学生可以自由选择时间在实验室练习各种仪器操作，或者开发创新实验和其他竞赛项目。时间和空间的开放给了学生更多的选择。学生可以根据自己的安排灵活掌握实验时间，学习的积极性和主动性得到充分调动。二是实现教学内容的开放。教师根据学生兴趣、专业背景和能力，对实验项目进行合理整合、选择和更新，将实验项目分为必要实验和选择性实验，设计多样化实验内容，学生可以自由选择基本验证性实验、综合设计性实验或研究性实验。

创新实验平台在满足基础实验课程教学的前提下，进一步开展创新性实验项目，即让学生自主设计实验方案、实施研究过程、分析实验数据，培养学生严谨的科研思维和分析、解决问题的能力。在开展的创新性实验项目中筛选富有创新性和科学性的优质项目，借由优质项目申请中央高校基本办学条件改善专项资金经费等实验室建设经费，从而不断扩大实验室规模，更好地服务于多元化的创新性实验，形成良性循环。同时，依托关联共享的整合实验平台，孵化国家（省）级竞赛项目，强化学生创新精神和实践能力。

（四）以全国大学生交通科技大赛为路径，实践“能力提升”之行

学生参与社会实践的机会不多，积极参加各类学科竞赛是培养其创新能力、实践能力行之有效的方法。大学生学科竞赛已成为深化高校创新创业教育改革的重要载体及推动产学研用结合的关键纽带[5]。全国大学生交通科技大赛是目前全国范围内最具影响力的交通类专业学科竞赛之一。学生通过对学科竞赛赛题的理解，调研相关资料，构思参赛项目主题，设计、制作、完善参赛作品，参赛的同时也是增强自身创新思维和实践能力的过程。

基于大学生创新创业项目和创新性实验项目的开展过程，选拔大学生竞赛团队。由于大学生竞赛团队中每个人的知识储备、专业特长不同，跨学科竞赛教学团队需要系统性地分析竞赛团队成员各自的特点，尊重个体特性差异，按照专业特长分配任务，最大程度激发每个学生的特有优势。为避免部分大学生竞赛团队成员存在的功利心强、热情度消减的问题，跨学科竞赛教学团队需要鼓励学生学习各项专业技能，并定期给予集中指导。学生从技能的提升中获得成就感，充分认识到人生价值实现的意义，并将这种认识转变为持续强烈的学习动力，最终形成和维持自主学习的人生态度和行为定势，不断提升综合能力。

例如，2021年竞赛团队成员罗同学（大三年级），起初为评奖评优而加入大学生竞赛团队，学习基础较为薄弱。在参加第16届全国大学生交通科技大赛的过程中，由跨学科竞赛教学团队启发、引导其学习了CAD三维建模、开发汽车模型等多项技能。在专业技能的一步步增强中，他获得了自我满足感，实现了个人价值，将以奖励政策为导向的被动学习态度转变为以能力提升为导向的自主学习态度。竞赛结束后，罗同学开始独立撰写科技论文，在此过程中不断学习“数值分析”“有限元理论”等研究生课

程，自主学习能力不断提高。

四、建设成效

跨学科竞赛教学团队通过应用交通专业创新人才体系的研究参赛，获得了2019年安徽省教学成果一等奖。在跨学科竞赛教学团队的指导下，大学生竞赛团队积极参加包括全国大学生交通科技大赛在内的各级别交通学科竞赛，获得一系列奖项。近5年来，获得国家级赛事一等奖1项、三等奖1项，省级赛事一等奖4项、二等奖3项；近4年更是连续斩获全国交通科技大赛一等奖（国家级A类赛事最高等级奖）。同时，跨学科竞赛教学团队依托竞赛项目指导学生撰写发明专利33项，其中已授权的发明专利为16项，转让转化4项。与此同时，启发学生开展与竞赛项目紧密联系的实验，与发明专利相统一的实体模型开发，学生的创新意识和实践能力得到了有效提升。

五、结束语

为响应国家“加快建设交通强国”的重大战略决策，培养适应新一轮科技革命和产业变革的创新型、复合型人才，合肥工业大学交通专业针对交通学科建设现状，构建了一种基于新工科背景的交通“四要素”人才培养体

系，在土木工程、机械工程等理工科相近专业得到进一步推广和应用，获得广泛好评。

参考文献：

[1]  蔡露，马志强.利益相关者视角下新工科人才协同培

养的问题与对策[J].教育理论与实践，2020，74（21）：

7-10.

[2]  赵旭，黄瑞，冯茹梅.工程教育认证背景下工科专业

人才培养体系改革的研究与实践：以大连海事大学

交通运输专业为例[J].航海教育研究，2020，37（3）：

66-72.

[3]  赵洋，胡亚伟.工程案例教学法在“PLC原理及应用”

的教学实践[J].实验技术与管理，2017，34（12）：222-

225.

[4]  崔亚杰，郭继东，邓婕.论案例教学法在“社会冲突管

理”课程中的适用性及其两种逻辑[J].黑龙江教育

（理论与实践），2022，76（4）：71-74.

[5]  高晓娟，牟莉.新工科背景下以学科竞赛为载体培养

创新能力[J].黑龙江教育（理论与实践），2021，75

（4）：37-38.

编辑∕丁俊玲