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摘要：文章以长安大学材料科学与工程专业为例，首先对智慧交通进行了概述，然后论述了科教融合的发展历程和运行模式，接着分析了面向智慧交通的道路材料专业科教融合的意义，最后提出了面向智慧交通的道路材料专业科教融合的路径。
关键词：道路材料专业；科教融合；智慧交通
2021年10月，国家主席习近平在第二届联合国全球可持续交通大会上强调：“要大力发展智慧交通和智慧物流，推动大数据、互联网、人工智能、区块链等新技术与交通行业深度融合，使人享其行、物畅其流。”[1]智慧交通和智慧物流作为我国交通运输业未来发展方向，对改善城市综合立体交通网、提升城市公共服务能力具有重要战略意义。为响应交通强国战略，我国近年来陆续印发了《交通强国建设纲要》《国家综合立体交通网规划纲要》《综合运输服务“十四五”发展规划》等一系列支持性政策文件。因此，信息新技术与交通行业的深度融合，为我国交通运输业升级提能，更好地服务社会经济和保障民生提供了广阔的空间与技术途径，同时也对相关从业人员的综合能力与素质提出了新的要求和标准。
大学作为人才培养的主阵地，对推动智慧交通、建设交通强国具有不可替代的作用。面对智慧交通对人才的新要求、新标准，深入挖掘科教融合在智慧交通背景下的含义，制定适应智慧交通要求的科教融合新内容、新模式，充分发挥科教融合对培养符合智慧交通发展要求的复合型创新人才的核心渠道作用，成为摆在每一个智慧交通相关专业面前的重要课题。
长安大学（以下简称“我校”）材料科学与工程专业作为国家一流专业建设点，依托学校交通运输学科的优势与自身深耕方向，近年来在挖掘科教融合的意义、建立科教融合的途径等方面进行了一系列探索。下面笔者就我校材料科学与工程专业面向智慧交通的科教融合探索心得，与各同行进行分享交流。
一、智慧交通概述
（一）智慧交通的内涵
随着新型基础设施建设的不断推广和深化，以5G、云计算、物联网和人工智能为代表的信息新技术与传统基础设施高度融合，最终形成新的基础设施建设运维形态。作为新型基础设施建设的重要组成部分，智慧交通充分运用物联网、云计算、人工智能、自动控制、移动互联网等现代电子信息技术，围绕交通信息中心，将人、车、路与交通系统融为一体，实时为监管部门和出行公众提供交通信息，以便形成信息技术高度集成、信息资源综合运用的“大交通”模式，同时通过系统、实时的信息交互，将为人们提供多样化、智能化的服务，从而达到有效缓解交通拥堵、快速响应交通突发状况，进而为交通良性运转提供科学有效决策的目的[2]。
根据交通运输部办公厅印发的《推进智慧交通发展行动计划（2017—2020年）》，我国智慧交通建设集中在四个领域：①促进交通运输基础设施的发展，推动传统基础设施向数字化、智能网联化升级，促进自动驾驶、智能航运等技术的研发与应用；②提高运营管理水平，为综合交通运输创造“数字大脑”；③促进现代化交通装备的建设，加速北斗卫星定位系统在运输领域的应用；④重视和加强基础型的科学技术研究，促进产、学、研、用一体化融合发展，建立科学化的交通监测网络。智慧交通建设将大面积推进新一代信息技术的融合创新与集成应用，覆盖公路建养、路网运行、应急调度等，实现“路网建管养”全周期、多方面智能化的目标[3]。
（二）智慧交通对道路材料从业人员的要求
相比传统的以机械化、电气化为主要特征的道路建设和养护模式，智慧交通要求道路材料从业人员不仅具有扎实的专业知识和熟练的专门技能，还应具备以下能力和素质。
1.学习掌握信息新技术并将其转化应用到专业领域的能力。进入21世纪第二个10年以来，以大数据、机器学习为主要特征的信息新技术呈井喷趋势。在大数据视野下，许多自然、社会现象呈现出超预期且在过去小样本条件下很难发现的新规律、新特点，并由此生发出更加具有普适性、更加科学合理的对策和方案等。基于以上背景，智慧交通将信息新技术与交通运输业深度融合，加速运输基础设施、运输服务网络和交通数据资源的发展，建立能源网络与信息网络、先进的运输和信息基础设施及综合数据中心系统，为深化公共交通系统智能政务建设提供了支撑和保障。而作为道路材料从业人员，面对信息新技术与交通运输业深度融合的特点和要求，一方面需要从道路的结构、材料、功能等出发进行理论与应用创新，以适应智慧交通对道路建养及其功能化与智能化（如透水、防冰、储能、预警、自修复等）的要求，另一方面需要了解信息新技术的最新动向，学习、掌握前沿技术，并将其转化、应用到专业领域，实现大数据与机器学习驱动的道路材料与结构设计，构筑传感器、物联网、北斗卫星定位系统与交管中心、移动互联网和车载互联网联动的道路多功能监测、预警系统，为交通监管部门和出行公众提供道路安全信息。
2.以人为本的工程观念及多学科交叉转化应用的能力。随着我国经济社会的不断发展进步，除了实用性、安全性和经济性，参与人的主观体验，如舒适性、安全感等，在基础设施建设和使用过程中所占的比重越来越大，这就对基础设施建设和运维的管理水平提出了更高的要求[4]。同时，资源节约、能源约束、生态安全也要求基础设施建设从过去的资源密集型和劳动密集型转向创新驱动的可持续发展。作为智慧城市的重要组成部分，智慧交通是创新驱动发展、推动新型城镇化、全面建设社会主义现代化国家的关键举措，本身肩负着提高和改善公共管理水平、促进经济社会成功转型的重要使命。因此，在建设智慧交通的过程中，道路材料从业人员需要树立以人为本的工程观念，在实现工程实用性、安全性和经济性的前提下，充分考虑工程的舒适性、生态安全、社会意义，甚至审美价值等。这就要求相关从业人员除了要掌握专业知识与技能，还需要广泛涉猎社会学、管理学、环境生态、信息学、美学等方面的知识，并具备学科交叉转化应用的能力。
3.自学的能力及终身学习的观念和意识。随着科技的不断发展，信息新技术日新月异。以ChatGPT为例，其首个版本发布于2018年6月，该版本是一个只包含了117 M参数的模型；2019年11月，OpenAI发布了ChatGPT-2，这是一个13亿参数的模型，可以生成非常逼真的自然语言；2020年6月，OpenAI发布了ChatGPT-3，这是一个高达1 750亿参数的模型，它可以回答各种问题，从简单的问题到复杂的问题，如文本生成、翻译、推理等；目前的GhatGPT-4几乎已经可以与人类无差别聊天交流，同时还能承担撰写文案、翻译、编写代码等任务，并与Office办公软件、搜索引擎、云计算平台等实现全线整合，已经成了集聊天、搜索、办公、计算等多重功能于一体的强大系统。因此，智慧交通背景下信息新技术与交通运输业的深度融合要求道路材料从业人员具备自我学习及终身学习的能力，这样才能不断追随新技术发展的步伐，做到与时俱进，实现个人与社会的共同进步。
二、科教融合的发展历程和运行模式
西方古典大学时期，大学主要承担知识传播的任务，知识生产多由皇家学会等机构承担。1810年，德国著名的语言学家威廉·冯·洪堡和地理学家亚历山大·冯·洪堡兄弟创建了柏林（洪堡）大学，率先提出了“科研与教学相统一”为办学理念，成为现代化大学的开端。在柏林（洪堡）大学先后学习、工作过的诺贝尔奖获得者多达50多位，其中包括马克斯·普朗克、马克斯·波恩、阿尔伯特·爱因斯坦、维尔纳·海森堡、埃尔温·薛定谔等物理学巨擘。因此，柏林（洪堡）大学也被称为现代大学之母。在美国，霍普金斯大学首任校长丹尼尔·吉尔曼主张大学改革本土化、将科研引进大学、大力发展研究生教育，将德国大学的精神和原则引入美国，使霍普金斯大学成为美国第一所研究型大学，对推动美国大学发展起了重要作用。真正从结构上对美国大学造成重大改变的是1862年的《莫里尔法案》。该法案规定，各州可以按照其在国会的议员人数以每人三万英亩的标准获赠国有土地，但是要保证将赠地收入用于资助或开办农业、机械等工艺学院。随着赠地学院的创建，农业与工艺学科及相关的应用科学研究在美国高等学校中的地位得到进一步确立。二战期间，由于战争的需要，美国政府不断加大对研究型大学的经费投入，强调大学的教学目的是培养创新性人才，且以追求实用理性为科研评价标准，有效推动了当时哈佛大学、麻省理工学院等一大批研究型大学的改革。战后，随着社会化大生产的发展和职业需求的专业化转变，校企合作愈加频繁，从而进一步推动了科教融合的不断深化。德国和美国的办学经验表明，高水平科学研究支撑人才培养，是全面提高高等教育质量的关键举措。
我国大学科研与教学机制经历了分离、结合、融合三个发展阶段。从1949到1966年，我国仿效苏联模式，进行了大规模的“院校调整”，使科研职能从高校剥离，成立了专门的中国科学院系统。这个阶段的特点是条块分割、科教分离，科研与教学缺乏必要的协作渠道。改革开放之后（1978—1992年），高校开始逐渐恢复科研职能，呈现出教学和科研“双中心”的特点。1985年《中共中央关于教育体制改革的决定》的发布正式确认了高校担负着培养专门人才和发展科学技术的双重任务。自20世纪90年代以来，我国开启了“211工程”“985工程”及目前发展得如火如荼的“双一流”建设，通过重点学科建设进一步实现了科研在大学教育系统中的体制化。
现阶段，我国高等教育的发展与改革面临着国际格局重构提出的新挑战、国家战略布局赋予的新使命、区域发展战略提出的新要求和信息技术高度融合的新趋势[5]。尤其是以物联网、大数据、人工智能为代表的信息新技术作为国家竞争力的关键组成部分，日渐成为国际博弈的撒手锏。大学作为信息新技术重要的发源地和运用的主战场，需要在前沿基础理论、关键共性技术研究及人才队伍建设等方面提供支持动力和支撑，以促进基础学科与工程应用技术交叉融合。这就要求大学在人才培养模式、学科专业结构等方面与时俱进、不断革新。同时，新兴信息技术与产业发展的高度融合也对大学毕业生就业市场造成了明显的冲击，对大学产生了明显的倒逼作用。在新的时代背景下，科教融合对高校发展与改革的重要意义更加显现，要求大学及时对外部环境做出响应，充分发挥科教融合的核心驱动作用，顺应时代发展需求，乃至引领时代发展趋势。
由国内外大学的发展历程可以看出，科教融合是一流人才培养的根本要求，也是大学机制体制革新的重要驱动。在科研和教学不断融合的过程中，国内外主要形成了四种模式[6]：内生模式，大学拥有自己的实验室，作为学生教学与科研的平台；嵌入模式，由大学托管国家实验室，二者通过人员互聘、成果共享等方式密切合作；协同模式，由大学与科研机构合作培养学生，实现生源共有、平台共享；延伸模式，由科研机构自主设立研究生院，承担一部分培养学生的任务，该模式有利于将优质的科研资源转化为教育资源。其中，内生模式是我国大学目前主要的融合模式，同时嵌入和协同模式也在蓬勃发展。当前，产业升级尤其是新兴信息技术与产业的不断融合，要求高校在不断完善既有模式的基础上，探索更多的科教融合新模式，构筑效果更加显著的科教融合新途径，培养出能适应社会发展要求的优秀人才。
三、面向智慧交通的道路材料专业科教融合的意义
在智慧交通背景下，道路材料专业科教融合对智慧交通的发展深化、高校教师的价值实现和毕业生的职业发展都具有重要意义。
（一）科教融合是智慧交通发展深化的内在禀赋和需求
随着我国双循环发展模式的不断深化和新基建的广泛开展，智慧交通建设方兴未艾。作为一项新兴技术，智慧交通在发展过程中会不断遇到新情况、新问题、新要求，需要提供新方法、新技术、新标准。如之前所提到的《推进智慧交通发展行动计划（2017—2020年）》及其他相关文件论述，智慧交通建设的目标之一就是“重视和加强基础型的科学技术研究，促进产、学、研、用一体化融合发展，建立科学化的交通监测网络”。高校作为重要的科研力量，将在促进智慧交通产、学、研、用一体化融合发展的进程中发挥关键作用。由此可见，科教融合是智慧交通发展深化的内在禀赋和需求。
（二）科教融合是高校教师服务社会和学生的有效方法
智慧交通的本质是能源、材料、信息新技术与交通的融合、创新与运用，以智能制造技术、互联网技术和新能源、新材料的交互融合为主要标志，推动着组织方式、生产方式、制造模式、管理方式等方面的变革，并对大学科教融合理念和模式提出了新的要求。为了更好地服务智慧交通科学建设，道路材料专业的教学和科研工作者需要重点关注应用场景的开发和科学问题的挖掘。在智慧交通背景下，科学问题不再局限于材料本身的组成、结构、工艺和性能关系，更多来源于材料科学与信息新技术的交互融合；应用场景也不再只关注实用性、安全性和经济性，还需要综合考虑工程的生态效应、社会效应。在此基础上，教师将科学问题的应用场景带到大学的教学环境中，创新人才培养模式，才能真正实现产、学、研、用的有机融合，更好地服务社会和学生。
（三）科教融合是高校毕业生匹配智慧交通的必由之路
在智慧交通建设中，相关产业链各环节之间的联系随着信息新技术的广泛渗透和应用而更加紧密，跨学科交叉、集成的协同创新不断深化。同时，技术革新速度不断加快，新技术手段正逐渐改变生产、管理方式，新成果不断叠加并向纵深发展。基于此，智慧交通要求从业人员不仅要懂技术，还要会管理，更要具有创新意识和创新能力。对此，只有通过科教融合，构建学术育人的培养体系，以高水平的科学研究支撑高质量本科教学，才能真正培养出符合智慧交通发展要求的复合型创新人才。
四、面向智慧交通的道路材料专业科教融合的路径
在智慧交通背景下，具体可从以下四个方面入手，探索道路材料专业科教融合的路径。
（一）锚定智慧交通最前沿，革新教学内容
专业完善课程体系对培养创新型人才具有根基性的作用[7]。我校材料科学与工程专业针对智慧交通对道路材料从业人员的综合要求，以“需求导向、突出应用、服务行业”为原则，基于创新能力培养三要素，建立了结构多元化与网络化的学科交叉课程群，并相继设置了一系列新能源、新材料、新技术相关课程，包括直接服务智慧交通的“交通电子信息材料”“智能材料”“智慧交通材料制备与表征”课程，顺应新能源发展趋势的“交通新能源材料”“储能材料”“交通新能源材料制备与表征”课程，综合利用信息新技术加速材料研发与应用的“材料试验设计与数据分析”“材料高通量与大数据技术”“材料模拟与仿真”课程，以及配套实践课程。上述课程通过向学生介绍智慧交通前沿新能源、新材料、新技术的发展动向，旨在引导学生建立智慧交通发展理念，初步培养学生运用新信息技术解决材料开发与应用问题的能力。
（二）打造学科交叉微专业，创新教学模式
传统教育模式组织形式单一，平台物质保障和制度匮乏，专业导师队伍建设和管理规章制度不够完善，已无法满足智慧交通对道路材料从业人员综合素质和学科交叉转化应用能力的要求。基于新工科的内涵与需求，我校通过对主体专业及其从属专业的类别与关联等方面进行精准定位，打造多学科交叉融合的微专业，搭建微专业理论与实践教学平台，与主修专业培养形成优势互补，辅助学生结合自身兴趣特长精准定位，帮助其选择合适的专业研究方向，充分调动学生主观能动性，使其进行多领域交叉学习、多专业技能训练和多维度信息获取，从而形成了基于基础、创新、实践和融合并重且面向前沿科技交叉融合的创新人才培养场域。微专业不仅有利于学生更好地领会主修专业的基础理论与内涵，还为学生提供了更加个性化的学习体验和更为广阔的修业选择[8]。我校材料科学与工程专业通过与能源与电子信息材料专业及学校交通运输优势学科合作，以强化产学研合作、改革教学与实践模式、完善平台建设规章制度、深化专业导师队伍培养与建设为抓手，开展了新工科视域下符合新基建要求的智慧交通材料微专业实践教学体系建设，提出了微专业建设与发展理念，并通过搭建实践教学与工程技术支撑服务平台[9]，制定实践环节教学方法实施框架，探索出了一种面向智慧交通的道路材料专业科教融合新模式。
（三）通过沉浸式科研训练，实现学术育人
科研训练是落实科教融合的主要途径。美国教学心理学家布鲁姆的“学习分层理论”认为，学习分为6个层次：知识（knowledge）、领会（comprehension）、运用（application）、分析（analysis）、综合（synthesis）和评价（evaluation）[10]。其中，知识和领会属于浅层学习，只能产生低阶思维；运用、分析、综合、评价属于深层学习层面，能产生创新能力和批判思维等高阶思维。一般的课堂教学处于浅层学习层面，即知识和领会层面。而让学生参与科研，其学习将进入运用、分析、综合、评价等更深层面，这对培养学生的创新能力和批判思维具有极大的帮助作用。如国内外许多实证研究表明，学生的创新能力与其认知经历的多样性呈正相关。
我校材料科学与工程专业推行本科生学术导师制，从大一开始就遴选优秀中青年教师与企业导师对学生进行专业学习与职业规划指导。实验平台全方位、全机时向本科生开放，学生可以自由学习、预约和使用学院材料分析测试中心的仪器设备。基于学校中央高校专项基金本科生创新实践能力提升子计划及“互联网+”“挑战杯”等大学生创新创业平台等支撑体系，我校鼓励、引导、支持学生提前进入专业实验室，参与学术导师的真实项目（其中90%以上的选题来自国家或省部级课题研究成果），并与创新性实验综合设计与毕业设计相衔接，形成一条完整的“学术育人”链条，通过全周期、全方位的指导，让学生充分体会智慧交通对道路材料从业人员的素质和能力要求，激发学生的创新意识，培养学生的批判和创新能力、分析综合和结果导向的能力、理论联系实践的能力及团队合作能力。同时，针对行业实践性强的特点，我校与西安华泽道路材料有限公司、西安创联宏晟电子有限公司、陕西有色光电科技有限公司、青海省交通科学研究院、广西交通科学研究院等单位合作建设了稳定的生产研究与实训基地，可为学生实现从知识到能力的质的跨越提供平台和支撑。
（四）优化毕业设计过程与评价，提升自学能力
毕业设计是本科教学的最后一环，既担负着培养学生运用理论知识解决实际问题能力的责任，又是整个本科教学效果的综合检验，因此具有过程与评价的双重功能。对于科教融合的培养模式，毕业设计的评价功能将进一步突显[11-12]。同时，毕业设计对学生后续的深造或工作具有承上启下的作用，因此在毕业设计过程中，教师要格外注意培养学生自学和独立解决问题的能力。我校材料科学与工程专业针对毕业设计在科教融合中的多重功能，重点从以下四个方面入手对毕业设计的全过程进行了优化。
1.选题。题目均来自专业导师的真实项目，紧扣智慧交通前沿进展，精准提炼科学问题，特别注意信息新技术的应用，同时兼顾学生的兴趣爱好、知识水平和接受能力，力求在理论与实践、巩固与提高、基础与应用之间达到平衡。
2.实践。在毕业设计的实践过程中，要注意发挥学生的主观能动性，专业导师主要起启发、引导和把控研究方向的作用，同时要鼓励学生发散思维，引导学生运用多种方法、技术和工具解决遇到的问题。
3.监管。实行项目式管理，培养学生的问题导向意识和项目管理能力；进行全周期过程控制，建立监管台账，从而发挥学生在毕业设计中的主体作用。
4.考核。采用全周期过期评价与最终考核相结合的方式，使评价不仅是一个结果，还要成为驱动毕业设计不断向科教融合深化的动力，而最终成绩能评价科教融合的达成度。
五、结语
面对智慧交通对相关从业人员在应用信息新技术、学科交叉转化、自学及终身学习等方面的新要求、新标准，我校材料科学与工程专业挖掘了科教融合对智慧交通的发展深化、高校教师的价值实现和毕业生的职业发展的重要意义，并从教学内容、教学模式、科研训练和毕业设计四个方面对科教融合的具体途径进行了系列探索，希望能为国内同类专业建设提供一定的借鉴意义。
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