基于交叉学科的车辆工程研究生培养模式探索——以轨道交通车辆方向研究生培养为例

文孝霞， 杜子学， 崔晓璐

(重庆交通大学 机电与车辆工程学院，重庆 400074)

一、引言

随着社会经济的快速发展和城市化进程的加快，为缓解日趋严重的交通拥堵压力，近年来城市轨道交通步入快速发展阶段。据国家交通运输部统计，截至2019年，我国超过38个城市(含香港、台湾)建成了城市轨道交通，城市轨道交通运营里程达到5639.88公里，到2020年，运营里程超过6000公里，规划里程达10 000公里，位居世界第一。城市轨道交通产业的快速发展正带动城市轨道交通装备制造产业成为一个前景广阔的战略性新兴产业，城市轨道交通车辆是涉及机械、车辆、信息、电气等技术为一体的复杂智能化产品，涉及多个学科交叉融合，多学科整合性思维的价值日益突显，轨道交通高端装备的进一步创新发展迫切需要跨学科背景的高层次人才。

另外，随着全球化进程加快及新工业革命提速，发达国家纷纷实施“再工业化”战略，重塑制造业竞争新优势，核心是将制造业与信息技术深度融合，实现制造企业的高度集成化、自动化、网络化及智能化。为主动应对新一轮科技革命和产业变革，抢占制造业新一轮竞争制高点，2015年我国提出《中国制造2025》“互联网+”等，明确提出瞄准新一代信息技术、高端装备等战略重点，促进制造业数字化、网络化和智能化。新一轮科技革命是以互联网等信息技术与各行业的深度融合为显著特征，社会即将进入智能时代。对于轨道车辆而言，未来的发展趋势是轨道车辆制造业与信息技术深度融合，轨道车辆新技术的迅猛发展对工程学科知识体系提出了新要求。随着轨道交通行业的迅猛发展，可以预见轨道交通领域急迫需要具有交叉学科背景的高层次创新型人才。

我国研究生教育承担着培养高层次专门人才的重任，是高层次创新型人才的主要输送方式，也是科技创新的重要力量。当前，我国高等教育培养研究生创新能力的高低，直接关系到能否为国家重要战略规划提供有效的人才支撑，关系到国家整体创新水平的高低。科技发展的实践证实，交叉学科对科技创新能力具有重要的推动作用，国内外关于交叉学科研究生培养主要从学科交叉融合的培养理念，交叉学科培养体系的价值、意义及措施等角度开展研究。美国国家科学基金会早在1997年就实施了研究生教育与科研训练一体化项目，其中加利福尼亚大学洛杉矶分校的创新项目跨越传统学科边界，将机械工程、宇航工程、化学工程与电气工程等学科集成交叉，建立了一种新型的研究生教育与培养模式[1]。国内学者程妍剖析了学科交叉的内涵与外延，阐述了研究型大学通过积极培育新兴交叉学科，以学科交叉引领学科建设的重要意义[2]。房正宏从交叉学科平台建立、交叉学科师资建设及人才培养模式优化三方面阐述构建以学科交叉为核心的研究生培养体系[3]。一些研究提出了交叉学科研究生培养的具体模式，如杨娟阐述了加州大学戴维斯分校在交叉学科研究生培养过程中，通过项目依托主体、教师组织形式、交叉学科研究生团队等模式实现交叉学科研究生培养模式创新[4]。吴云通过课题编组、研究生入企等模式开展了基于导师团队的研究生科研能力提升模式研究[5]。黄俊平通过设立实虚结合的交叉学科平台、单列学位和单列招生等措施，介绍北京大学在交叉学科人才培养方面的有益探索[6]。李雪飞在目前的课程模式、项目模式基础上，提出制度化模式，实现从学科模式向交叉学科模式的顺利转变[7]。张义分析制约交叉学科发展的影响因素，提出学科驱动、项目驱动及战略驱动的三维SDP驱动模式[8]。夏士雄阐述了高校推行导师团队模式指导的重要意义，提出建立完善的团队梯度结构及保障性措施[9]。

综上可知，将交叉学科、科研团队、团队指导模式和研究生创新能力培养有机融合，构建多学科集成与交叉的培养环境和机制，培养能够解决重大科技难题的创新型人才，已经成为研究生培养模式改革的重要课题，具有重要的理论意义和应用推广价值。本文针对基于学科门类的传统培养模式、单一导师负责制和校企实质性合作匮乏三方面问题，开展基于交叉学科研究团队的轨道交通车辆专业学位研究生创新能力培养模式的探索。

二、轨道车辆专业研究生人才培养现状

重庆交通大学车辆工程主要有新能源、智能汽车与城市轨道交通车辆几个学科方向，其中城市轨道车辆学科方向聚焦于跨座式单轨交通车辆研究。跨座式单轨交通车辆属于城市轨道交通车辆的一种典型制式，以其独特的优势，目前正在国内广泛采用。重庆作为国内运营跨座式单轨车辆的第一个城市，也是国内跨座式单轨车辆的主要生产基地。重庆的企业攻克和掌握了跨座式单轨交通装备的关键技术，致力于为国内中小城市中小运量单轨交通线路装备提供产品及技术服务。为适应市场需求，目前在单轨及地铁车辆装备研发方面，重庆长客轨道车辆有限公司、重庆交通大学、重庆中车四方所有限公司、重庆华渝重工机械装备有限公司、重庆交控科技有限公司集合中车长客轨道车辆有限公司的技术力量，结成联合体，正在致力于自主研发现代智能化无人驾驶的中小运量跨座式单轨列车。智能化无人驾驶跨座式单轨列车势必对人才的交叉学科知识结构提出更高的要求，需要我国高等教育尤其是研究生教育为企业创新发展提供强有力的人才与智力支撑。

目前国内高等院校研究生的培养模式仍是基于学科门类开展，在保证专业领域知识系统性的同时割裂了科学的完整性，按学科划分和设计的课程体系割裂知识结构，学科知识间缺乏关联和交叉融合。基于学科门类培养的研究生知识结构较单一，一定程度上制约了多学科知识的交融和拓展，导致研究生在新兴交叉领域的适应能力及创新能力更薄弱。

除了基于学科门类培养模式的弊端外，单一的导师负责制和校企合作的匮乏也是提高研究生创新能力的阻碍因素。因导师的固有思维方式和知识结构，单一导师负责制的指导模式同科技革命和产业革命中学科交叉与学科融合的发展趋势不相适应，一定程度上制约着我国研究生的开拓创新思维培养，在学科交叉性强的工科研究生培养上不利影响尤为突出；校企合作的实质性匮乏也是阻碍研究生创新能力培养的重要障碍，当前企业参与高等院校人才培养的积极性和主动性有待实质性提高。

这样的现状使得未来我国轨道交通高端装备重点领域的关键技术突破将会缺乏强有力的人才支撑，如何在现有教育体系下转型升级传统的研究生培养模式，加快城市轨道交通车辆专业学位研究生高层次创新型人才的培养，缓解轨道交通行业高层次创新型专业人才的短缺，成为当前我国高等教育亟待解决的课题。

三、建立以产品为导向的人才培养模式

城市轨道交通车辆是集机械、信息、控制和电气工程学科于一体的智能化产品，以产品为导向，依据集成化程度高低，设计制定城市城轨交通车辆专业学位人才培养模式。以重庆交通大学城市轨道交通车辆专业学位研究生培养为例，依据产品集成化程度高低，设计制定1个一级平台、3个二级平台、4个三级平台。其中，一级平台即系统集成层级，是最高层级的车辆系统集成模块；二级平台即学校交叉层级，是次高层级，具有典型的学科交叉特征，是基于学科交叉理念划分的，主要有基于信息与控制技术的城市轨道交通车辆性能优化模块、信息与控制技术的电力牵引驱动装置性能优化模块、城市轨道交通车辆与土木学科交叉接触区域耦合特性研究模块；三级平台即学科层级，是最低层级，是基于学科门类划分的，主要有城市轨道车辆结构与动力学模块、轨道与轨道梁结构及动力学模块、信息与控制技术模块、电力牵引驱动装置模块。

一级交叉学科平台的培养目标，主要以交叉学科团队为载体，以项目驱动的形式，团队成员相互协同合作，实现车辆系统集成的培养目标。

二级交叉学科平台的培养目标，主要由两个主体实现：一个是围绕学科交叉平台设置学科交叉课程群；第二个是以交叉学科团队为载体，以科研项目为驱动，实现交叉轨道车辆与土木学科、信息与控制技术同城市轨道交通车辆、信息与控制技术同电力牵引驱动装置的学科交叉。

三级交叉学科平台的培养目标，主要由专业基础课程主体实现。

将三个平台的架构与现有研究生培养目标融合，得到基于交叉学科研究团队的车辆专业研究生的培养模式。

四、构建具有交叉学科特征的新型课程体系

课程体系是人才培养的基本单元和具体实施方案，对人才培养目标的实现起着关键性作用。目前我国高等院校主要是以学科分类开展研究生培养工作，与学科门类对应的课程体系也是按照学科属性分开。当代科技发展过程中，学科交叉的重要性在学术界已形成共识，当前的重大科技突破与成果取得往往诞生于学科交叉领域，学科交叉与融合已成为科技创新的有效途径。高校作为培养研究生的主体，要培养具有学科交叉意识的学生，需要适应学科交叉融合的趋势，构建具有交叉学科特征的新型课程体系。课程体系的设置需与培养模式相匹配，根据以产品为导向的人才培养模式，在现有直线式培养模式基础上，增设交叉学科课程群模块，构建具有交叉学科特征的课程体系。

课程体系包括公共学位课程、非学位课程和实践教学环节三大部分。学位课程涵盖基础学位课程和专业非学位课程，非学位课程下辖跨专业非学位课程与专业非学位课程。跨专业非学位课程具体包含轨道及路面动力学课程模块、信息控制工程课程模块、电气控制工程课程模块；专业非学位课程包括车辆结构课程模块、车辆系统动力学课程模块、关键零部件动力学课程模块。实践教学环节包含专业实践、选听讲座、学术活动和创新创业活动四个环节。在原有课程体系基础上，可增设轮轨耦合动力学课程模块、车辆悬挂系统智能控制课程模块和车辆电牵系统及电弧磨损课程模块等具有交叉学科特征的非学位课程。学生可根据研究方向，选择相应课程模块，以学科前沿微型课的模式设置，由交叉学科团队成员教授。

将整车系统集成模块融入科研活动中实施，以微型课模式由交叉学科团队负责人传授和考核。

五、组建具有交叉学科背景的导师团队

要培养适应经济社会发展的交叉学科人才，导师是关键性因素，需要重视交叉学科导师团队的建设工作，有计划、有步骤地建设一支致力于新兴交叉学科教学与研究的导师团队。

组建交叉学科导师团队。以学科建设为龙头，以省部级平台为高地，聚集多学科背景人才，组建交叉学科研究团队，发挥导师团队的学科优势，在培养创新型人才方面发挥巨大优势和积极作用，提高研究生的交叉学科研究水平，培养学生解决复杂工程问题的能力。

引导专任教师从传统学科向交叉学科转型。以省部级创新团队和校级创新团队为抓手，优化创新团队制度措施，吸纳不同学科背景的教师融入创新团队，以新型轨道车辆研发需求为导向，逐步丰富创新团队学科领域。教师需要充分认识学科交叉融合对专业研究领域的突破性作用，积极主动加强相关学科的交叉与融合，以提升对研究生的指导能力。

积极引进行业或企业专家进入导师团队。工科专业的显著性特征是有较强的实践性和应用性。城市轨道交通车辆是典型的工科专业，第一个显著特征是科学问题来源于实践，从车辆运营过程中出现的错综复杂问题提炼关键科学本质，通过探索问题背后的自然规律取得理论模型、实验方法或研究手段的创新；第二个显著特征是研究成果最终将应用于车辆实践，在车辆运营中检验研究成果的真实成效。

鉴于研究内容来源于实践，研究成果面向企业、服务企业，最终服务社会。在交叉学科背景导师团队引进行业或者企业专家，加强与校企间的紧密结合，搭建科学研究与实践应用的桥梁，以实际问题为导向，企业导师共同参与项目研究指导工作，既可有效避免闭门造车，也可极大提升研究生解决实际问题的能力，提高研究生创新人才培养的质量。

我校城市轨道交通车辆方向的研究生导师团队积极探索交叉学科背景导师团队建设，先后依托重庆市科技局和学校，构建了具有车辆工程、土木工程、信息及控制技术学科和电气工程学科交叉背景的“单轨车辆装备创新创业团队”与“轨道交通车辆系统动力学及控制团队”。一方面通过传统车辆工程专业老师转型交叉学科领域，另一方面整合学校各学科资源，吸纳多学科背景人才进入创新团队。该团队目前拥有轨道车辆动力学背景4人、轨道车辆电牵控制背景1人、轨道桥梁耦合振动背景2人、智能检测及控制学科背景2人、轨道企业背景2人、轨道战场空气品质学科背景1人，通过长期项目合作，逐步形成了一支稳定而富有特色的创新团队。

团队致力于轨道车辆与土木工程交叉、车辆工程与信息及控制技术、车辆工程与电气工程等学科交叉领域，积极开展科研探索，指导博士和硕士研究生，分别开展跨座式单轨列车“车—桥”耦合振动研究、跨座式单轨车辆轮轨耦合特性研究、受电弓接触网耦合振动研究、受电弓接触网智能检测及动态行为监测，以及受电弓电弧磨耗等研究课题，形成了特色鲜明、优势突出的单轨交通车辆研究方向。

通过在交叉领域的深入研究，取得了积极成效。目前在国内单轨领域，团队发表的学术论文占比达到2/3，培养的博士、硕士研究生分别在长春轨道客车有限公司和深圳比亚迪有限公司等大型企业集团从事双轴转向架与单轴转向架技术研发工作，展现出较强的理论功底和实践能力，大多成为轨道车辆企业的技术骨干力量。

六、以课题研究为导向的团队指导模式

改革传统“教”与“带”的培养方法，提出“思想、方法、交流、协作”相统一的团队导师定位，将学科交叉科研团队与研究生创新能力培养深度融合，充分发挥导师团队合力，以课题研究为导向，采用导师团队集体指导制，为研究生创新能力的提升奠定扎实基础。

(一)建立项目全流程思维

课题研究需要先对课题概貌有清晰认识，但目前大多数研究生对研究项目申报—立项—中期检查—结题的总体流程认识模糊，只了解局部内容，对整个项目的背景和意义处于简单认识阶段，阻碍了学生创新能力的提升。深层次原因是未建立项目的全流程研究思维。基于交叉团队的导师集体指导模式，遵循人才成长规律，改革指导模式，先树立研究生的项目研究全流程思维，建立需求分析—可行性分析—项目申请—项目实施—项目结题的全过程指导方案。

首先，在项目研究中，研究生需要深刻理解和认识项目的研究背景，了解工程实际问题及需求并开展需求分析，撰写研究目的和意义；导师指导学生根据问题表象，挖掘表象下的自然规律，基于科学思维与判断，提出项目研究内容及拟解决的关键问题；导师指导学生运用数学、自然科学及专业知识，提出项目研究方案和技术路线，开展项目研究；项目获得审批后，研究生依照研究方案实施项目。

其次，大的研究项目启动后往往需要分解项目。对于车辆整车集成研究，研究内容往往分解为基础学科研究、交叉领域关键技术研究和系统集成关键技术研究几大板块，研究生需要明确自己承担的研究任务性质，了解课题进度。到研究中期时，导师需要对项目进展情况、已完成研究任务及待解决问题等进行阶段性检查，培养学生严格按照项目进度计划开展工作的良好习惯和时间管理意识。

最后，完成结题报告撰写、学术论文及专利成果的提交。

(二)交叉团队指导模式

开题指导。开题决定着研究方向，该环节由团队导师集体把关，选题面向国家战略或行业重大需求，来源于企业的实际应用课题，有明确的工程应用价值，能深刻理解与认识项目研究背景，了解工程实际问题及需求，认识到项目研究对工程实际的应用价值及对生产实际的指导意义。导师在该阶段主要把握项目选题的价值和意义、研究内容的合理性及研究方案的可行性。

定期交流研讨。研究生导师团队主持执行项目定期交流研讨、定期开展疑难点研讨等过程，在交流研讨中，指导研究生完成项目研究方案与技术路线制定、解决项目研究中存在的疑难问题，提升研究生独立解决问题及分析问题的能力。

小型学术交流活动。导师团队依据学科发展前沿动态，不定期邀请专业领域著名学者、行业专家开展小型学术交流活动。拟定轨道车辆与土木工程学科交叉、轨道车辆与信息技术学科交叉、轨道车辆与电气工程学科交叉等学术交流活动主题，制定学科交叉学术交流活动方案，定期开展多学科交叉的小型学术交流活动；团队负责人、成员和企业导师，定期介绍各自研究领域的主要研究内容、研究背景、存在问题及发展趋势，共同培养研究生的学科交叉思维。

研究进展指导。要求学生定期汇报研究工作进展情况，“以评促导”。一方面考查学生在限定时间内按照研究路线及方案的执行能力、对时间的分阶段把控能力，检验研究生制定研究方案的可行性；另一方面，针对研究中存在的涉及交叉领域的疑难问题，由交叉团队指导老师共同指导完成。

论文撰写指导。交叉团队指导老师共同指导学生的学术成果，共同评阅和审议毕业论文，并预答辩，全面考察研究生的研究成果、语言组织能力和表达能力。

七、结语

本文以提高轨道交通车辆方向研究生的创新能力为目标，打破以学科分类的传统研究生培养模式，以轨道交通高端装备产品研发为导向，紧密依托“交叉学科研究团队”这个核心，提出以产品为导向的人才培养新模式，建立轨道交通车辆与土木工程、轨道交通车辆与信息控制工程、轨道交通车辆与电气工程等具有交叉学科特征的新型课程体系，组建具有交叉学科背景的研究生导师团队，确立以课题研究为导向的团队指导模式，提出基于学科交叉的轨道交通车辆方向研究生培养模式的具体实施方案。通过不断加强轨道车辆交叉学科研究团队建设，开展轨道交通车辆方向研究生的创新能力培养与实践，使轨道交通车辆方向研究生的创新能力进一步提质增效。