智慧城市科学与工程新兴交叉学科建设的探索与思考

摘  要：智慧城市科学与工程新兴交叉学科面向建筑智能化发展需求，以创新型人才培养为核心，探索解决复杂工程问题能力培养途径。采用多元化实践教学方式，通过优化课程与实践教学体系、强化教学团队建设、构建协同育人平台和实施立体化评价体系，逐步提高教师跨学科教学、科研能力，提升学生的工程实践能力、交叉融合意识、协作精神，促进学生全面发展。而该学科在建设过程中也面临诸多困难与挑战，通过深化交流合作、扩大师资队伍规模、提升学生交叉融合意识和注重评价体系反馈等措施，推动智慧城市科学与工程交叉学科建设的快速进展，为城市智慧化、绿色化提供人才保障。

关键词：交叉学科；智慧城市；复杂工程问题；工程教育认证；电气类

中图分类号：G640      文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2024）21-0001-04

Abstract： The emerging interdisciplinary field of Smart City Science and Engineering is oriented towards the development needs of building intelligence， with innovative talent cultivation as the core， exploring ways to cultivate the ability to solve complex engineering problems. By adopting diversified practical teaching methods， optimizing the curriculum and practical teaching system， strengthening teaching team building， building a collaborative education platform， and implementing a three-dimensional evaluation system， teachers gradually improve their interdisciplinary teaching and research abilities， enhance students' engineering practice ability， cross integration awareness， and collaborative spirit， and promote their comprehensive development. During the construction process， we also face many difficulties and challenges. Through measures such as deepening communication and cooperation， expanding the scale of the teaching staff， enhancing students' awareness of cross integration， and emphasizing feedback from the evaluation system， we will promote the rapid progress of interdisciplinary construction of Smart City Science and Engineering， and provide talent guarantee for the intelligentization and greening of the city.

Keywords： interdisciplinary; Smart City; complex engineering problems; engineering education certification; electrical category

随着科技的迅猛发展和全球化的深入推进，新兴交叉学科建设已经成为当代高等教育和工程领域的一个显著特征和重要方向。作为国际公认的工程教育质量保障和提升体系，工程教育认证为新兴交叉学科建设提供了有力的指导和支持。培养工程类专业大学生解决复杂工程问题能力是工程教育认证的核心思想，在高速信息时代显得尤为突出和紧迫。

在工程教育范式的宏观指导下，为提升工程教育质量以满足工程实践需求，各国高校在工程教育领域开展了一系列的人才培养模式改革。为使学生适应未知环境和具备解决问题的各种能力，麻省理工学院提出“工程教育应面向工业界的未来，而不是工程界的过去”，从而实施 NEET（新工程教育转型）计划。新加坡科技设计大学的“4D教学体系设计”、斯坦福大学的“产-学-政”跨界融合的工程教育发展路径均是各国工程教育在中观层面开展的创造性人才培养实践活动。

近几年来，我国教育部陆续出台了一系列政策用于支持和引导新兴交叉学科的建设与发展。2021年国务院学位委员会印发的《交叉学科设置与管理办法（试行）》指出，要规范交叉学科门类下一级学科的设置与管理，推动交叉学科发展。2022年教育部、财政部、国家发展改革委发布的《关于深入推进世界一流大学和一流学科建设的若干意见》指出，要建立交叉学科发展引导机制……促进自然科学之间、自然科学与人文社会科学之间交叉融合。2023年教育部等五部门印发的《普通高等教育学科专业设置调整优化改革方案》提出，要打破学科专业壁垒，深化学科交叉融合，创新学科组织模式，改革人才培养模式。这些政策无疑为我国新兴交叉学科的发展注入了强大的动力。交叉学科作为一种新兴的学科形式，其重要性和价值已经得到了广泛的认可。通过融合不同学科的知识和方法，交叉学科不仅能够产生新的科研成果，推动科技进步，还能够培养具有跨学科视野和创新能力的优秀人才，为我国的经济社会发展提供有力支撑。

一  智慧城市科学与工程交叉学科建设目标及定位

20世纪90年代开始，建筑行业得到迅猛发展，但智能建筑刚刚兴起。中国许多高校不仅在电气工程及自动化、计算机科学与技术等本科专业设置了与智能建筑相关的专业方向，还专门招收培养智能建筑方向的硕士研究生。为了适应行业发展、满足市场需求，作为行业特色鲜明的地方本科院校——吉林建筑大学依托自身办学特色和专业优势，结合吉林省高水平学科、高水平大学“双高”方案的实施，以国家“统筹推进世界一流大学和一流学科”建设为契机，开展智慧城市科学与工程新兴交叉学科建设。

本学科面向建筑智能化发展领域的重大需求，以电气工程及其自动化、建筑电气与智能化、计算机科学与技术等相关专业为依托，以高水平科学研究为基础，紧密把握国际、国内学科发展动向，按照不同的学术方向，在多位学术带头人的带领下分别制订教学计划、开展人才培养工作，实现院部内不同学科专业的“小交叉”。另一方面，推进新型培养模式，打破院系壁垒，以学校寒地建筑综合节能教育部重点实验室、寒地城市设计研究中心等9个科研平台为依托，通过实验室开放、科研项目驱动人才培养等方式，实现不同学科的“大交叉”，并结合国民经济和社会发展需求，解决涉及国家长远发展的战略性、前沿性、前瞻性的理论和关键技术问题，发展具有自主知识产权的高新技术，培育高技术产业生长点，为我国智能建筑产业的发展作出贡献，努力把智慧城市科学与工程新兴交叉学科建设成为我国智能建筑领域从事科学研究、实验教学、产业开发的高级专业人才的重要培养基地。

二  智慧城市科学与工程交叉学科建设思路

学科建设紧跟新工科发展前沿，探索在工程教育中培养学生解决复杂工程问题能力的可操作性，加深专业教育和创新教育由“两张皮”向“专创融合”过渡，采用CDIO-OBE理念推进新兴交叉学科人才培养模式，为“专创融合”提供一条可行的路径。

（一）  优化知行合一的课程教学体系，提升科创核心能力

本学科面向智慧城市发展需求，以工程教育认证的开展为目标，明确交叉学科建设新内涵，实现面向新技术、新经济的课程体系改造升级。采用课程群作为体系建设的基本单位，打破原有课程间的壁垒，侧重专业知识与科技活动相结合、理论教学与工程实践相结合，构建慕课、线上线下混合课、虚拟仿真课三位一体的课程平台，优化实验不断、实习不断、设计不断的课程体系，提升课程信息化水平。增加交叉融合、校企合作课程，强化教学的综合性和实践性，对接系统知识体系与重要工程实践领域，整合与提升实践课程内容，促进学生理论知识的掌握和实践能力的增强，实现复杂工程问题解决能力递进式培养。

为了更有效地推动学生的全面发展，加速教育模式的立体化融合，本学科通过不断调整教学策略，使教学更加符合学生的个性化需求，合理设置“循环-递进式”教学环节。在初始阶段，教师可以发挥主导作用，引导学生逐步适应学习环境，掌握基础知识。随着学生知识水平的提高，教师可以逐渐减少对项目的干预，让学生在项目中发挥更大的主动性。分阶段逐渐弱化教师的主导作用，有助于学生逐步适应自主学习，培养其独立思考和解决问题的能力，促进学生知识的内化应用，提升学生在高阶能力上的发展，加速课程教学的系统推进，确保教学改革为人才全面发展做出正确的指引。

（二）  完善协同联动的工程实践体系，促进工程实践回归

本学科注重实践教学与理论教学的有机结合，不断推动工程实践教育教学的改革与创新。为了给学生提供从基础到复杂、从理论到实践的全方位培养，使他们能够更好地适应智慧城市领域的发展需求，构建以培养基础工程实践能力、综合工程实践能力、复杂工程实践能力为目标的工程实践体系，体系结构如图1所示。

首先，基础工程实践能力培养阶段是工程实践体系的初级阶段，注重学生对工程基础知识和基本技能的掌握。通过实验、课程设计等教学活动，使学生熟悉基本的工程工具和操作方法，培养他们的动手能力和解决问题的初步能力。同时，还引入简单的工程项目，让学生在实践中体验工程实践的全过程，为后续的综合和复杂工程实践能力培养打下基础。其次，综合工程实践能力培养阶段是工程实践体系的中级阶段，学生需要在教师的指导下，完成综合性的工程项目。这些项目通常涉及多个工程领域的知识和技能，要求学生综合运用所学工程知识解决实际问题。通过这一阶段的实践，学生不仅能够加深对工程知识的理解，还能够提升团队协作、沟通表达、创新思维等综合能力。最后，复杂工程实践能力的培养是工程实践体系的高级阶段，学生需要面对更加复杂和真实的工程项目，如大型设备的研发、智能系统的设计等。这些项目往往涉及多个学科领域的知识和技术，需要学生具备高度的创新能力和跨学科合作能力。为了培养学生的复杂工程实践能力，可以引入企业实习、创新实验室等实践平台，让学生在实践中不断挑战自我、突破难关。

除了以上三个阶段的实践培养，还通过引入业界先进的工程教育理念和方法，如工程教育认证、CDIO工程教育模式等，不断完善和优化工程实践体系。同时，本学科还积极探索多元化的实践教学方式，如项目式学习、研究性学习、创新创业等。课程设计以调研、设计、实现和实际操作为主要内容，从单一课程知识综合应用的基础训练，到关联课程综合应用的低复杂工程问题，再到关联课程综合应用的复杂工程问题，实现学生从解决简单工程问题到解决复杂工程问题能力的渐进提升。毕业设计题目的选择更加注重工程新技术或学术前沿发展方向，通过指导学生撰写论文、参加专业竞赛等方式，传授专业前沿知识，将科研成果转化为教学资源。这些方式激发了学生的学习兴趣和动力，培养了学生的学习能力、实践能力、工程能力、创新意识和协作精神。同时，通过邀请企业工程师、专家等参与实践教学，为学生提供更加贴近工程实践的学习机会，增强他们的实践能力和职业素养。这些理念和方法强调学生的中心地位和实践导向，注重培养学生的工程素养和实践能力，对于提升工程教育质量具有重要意义。