多学科交叉融合的“新生工科”专业建设探析_王玲桃.pdf

第 45 卷第 3 期2023 年 6 月电气电子教学学报Journal of Electrical and Electronic EducationVol 45No 3Jun 2023收稿日期:2022-03-09;修回日期:2022-04-12基金项目:山西省高校教学改革创新项目资助(J2021088);山西省研究生教育教学改革研究课题资助(2021YJJG021);山西省高校教学改革创新项目资助(J2018051);山西省研究生教育教学改革研究课题资助(2020YJJG005)第一作者:王玲桃(1967)，女，博士，教授，主要从事先进输电技术、电磁场理论及其应用的研究和电气类专业的教学工作，E-mail:wan-glt8211 sina com多学科交叉融合的“新生工科”专业建设探析王玲桃薛太林(山西大学 电力与建筑学院，太原 030013)摘要:通过对 10 所案例高校“智能电网信息工程”专业在人才培养目标、专业特色、课程构成和主要课程等方面进行分析，提出了我国高校“新生工科”专业建设的要点，即明确人才培养目标及专业特色、注重教育教学资源的整合与开发、建立完善“新生工科”专业建设的动态调整机制、多方参与新生工科专业内涵建设、构建教师跨学科发展的新机制，希望能为高校“新生工科”的专业建设和高素质工程人才培养提供思路。关键词:多学科交叉融合;新生工科专业;专业建设;人才定位;跨学科教育中图分类号:G6420文献标识码:A文章编号:1008-0686(2023)03-0043-06Exploration on the Construction of New Produced EngineeringSpecialty with Multidisciplinary Cross and FusionWANG LingtaoXUE Tailin(School of Electric Power，Civil Engineering and Architecture，Shanxi University，Taiyuan 030013，China)Abstract:Based on the analysis and comparison of talents training objective，specialty characteristics，course composition，maincourses and so on of smart grid information engineering specialty in 10 case colleges and universities，this paper provides the keypoints of new produced engineering specialty construction in colleges and universities in China:to clarify the training objectivesand specialty characteristics，to pay attention to the integration and development of education and teaching resources，to establishand perfect the dynamic adjustment mechanism of new produced engineering specialty construction，to participate in the specialtyconnotation construction of new produced engineering from multi-party，and to build a new mechanism for interdisciplinary devel-opment of teachers It is hoped that this paper will provide some ideas for the specialty construction of new produced engineeringand training of high quality engineering talentsKeywords:multidisciplinary cross and fusion;new produced engineering specialty;specialty setup;talent location;interdiscipli-nary education为主动应对新一轮科技革命与产业变革，新工科建设应转变观念，从适应产业需求转变为满足产业未来发展需求，多学科交叉融合，推动和引领未来产业和技术的发展1。“新工科”专业分为“新型工科”专业、“新生工科”专业和“新兴工科”专业，其中“新生工科”专业是指由多学科交叉融合产生，旨在提前布局、培养引领未来技术和产业发展的卓越科技人才的工科专业2 3。“新生工科”专业建设需要打破传统学科的界限，深入研究多学科交叉融合的相关性和科学性，找到多学科交叉融合的契合点，面对未来需求的动态变化，从发展的角度形成“新生工科”专业的放大效应4。因此，分析“新生工科”专业建设存在的现实问题，探寻“新生工科”专业建设的未来发展策略尤为重要。本文以“智能电网信息工程”专业为研究对象，在分析“新生工科”专业建设存在问题的基础上，结合电气工程、信息工程领域的发展，提出高校“新生工科”专业建设的要点。1新生工科专业建设的内涵要素大多数工程系统都是复杂系统，科技工作者既需要了解系统中各部分的工作原理，也需要了解这些部分之间的相互作用。现今社会大部分工作都是知识密集型的，而计算技术的发展更加剧了这种趋势，这就要求人们能够理解、运用和整合多学科的知识和方法5。“新生工科”专业建设应基于社会、科技和产业发展当前和未来的需要，促使这些学科在理论和技术等方面有机结合，因此，首先应明晰新生工科专业建设的内涵要素。1 1人才需求预测和“新生工科”专业设置高校应基于现有工科专业现状，研究和预测国家和区域新技术、新产业的发展方向，充分考虑产业升级和结构优化等对未来科技人才的需求，确定待建“新生工科”专业。教育部 2018 年批复的31 个新设工科专业中，“智能电网信息工程”“智能制造工程”等 7 个专业属于“新生工科”专业。以“智能电网信息工程”专业为例，该专业是依据国家发展战略性新兴产业，紧密结合国家智能电网建设对人才之急需，2010 年创建的一个以电气类、电子信息类等学科专业交叉融合的新的工科专业。目前我国正加快壮大新一代信息技术、新能源、航空航天等产业，推动互联网、人工智能等各领域深度融合，构建一批战略性新兴产业，这些均需要多学科交叉融合的“新生工科”专业人才。1 2培养目标和方案“新生工科”专业人才培养目标和方案需满足区域经济和产业发展的需要，符合学校的办学定位，并突破学科界限，形成多学科交叉融合的知识结构。“新生工科”专业应着眼于新技术、新产业未来发展的需要，做到满足产业需要与引领产业发展并重4。1 3课程体系现代工程问题涉及社会、科技、文化等不同领域的相关知识，因此“新生工科”专业培养的人才不仅要有良好的人文素养、相关专业的理论基础等，还应当具有涵盖构成“新生工科”专业各个学科专业的知识体系，拥有工程思维和创新实践能力，更要具备通过新知识、新技术的不断学习，解决未来可能面临的复杂工程问题的能力。这对“新生工科”专业的课程体系提出了更高的要求6。1 4师资队伍“新生工科”专业具有多学科交叉融合的特性，传统的师资队伍和学科结构不利于“新生工科”专业的人才培养。“新生工科”专业的师资队伍应由具有交叉学科专业背景的教师组成。教师除了有必备的专业知识外，还要能够根据交叉学科领域新技术、新产业的发展，更新自身的知识体系。2新生工科专业建设中存在的问题2 1培养目标趋同，专业特色凝练不足高校人才培养目标是对人才培养的总体设计和规划。鉴于可获得的文献，本研究以华北电力大学、天津大学、东北电力大学等 10 所案例高校为研究对象，通过对“智能电网信息工程”专业的人才培养目标和人才定位进行分析，将培养的人才分为复合型高级工程技术人才、高素质应用型人才、工程复合型人才、专门科技人才、高素质专门人才5 类。可以看到，各类高校人才培养目标和定位有一定的趋同性(见表 1)。专业特色是人才培养特色的体现。没有专业特色，就很难吸引到优质生源，专业建设水平提升就会存在困难。许多高校以其行业特色作为其专业特色。表1 列出一些高校“智能电网信息工程”专业的专业特色。华北电力大学、三峡大学、东北电力大学、南京工程学院等是电力行业特色鲜明的高校。此类高校依据国家发展战略性新兴产业的需要建设“智能电网信息工程”专业，也继续以“电力行业背景”作为其专业特色。电子科技大学、天津大学、南京理工大学等高校则基于本校优势学科，以敏锐的前沿视角定位其专业特色。专业特色的形成主要得益于学校的历史积淀、学科优势、校园文化的协同发展，是一个循序渐进的系统工程，需要学科团队找准方向，长期跟踪、深耕和凝练 7。2 2教育教学资源划分不利于专业建设我国高校主要以传统学科建制划分教育资源，而“新生工科”专业建设的历史不长，很多高校没有独立稳定的组织形式，专业归属类别也不相同。由表 2 可知，不同高校“智能电网信息工程”专业所属院系不尽相同。大部分高校“智能电网信息工程”专业归属电气类，如华北电力大学、天津大学、合肥工业大学等高校，“智能电网信息工程”专业与电气类其他专业在同一院系;也有一些高校“智能电网信息工程”专业归属自动化类，如南京理工大学“智能电网信息工程”专业属于自动化类，因此归属于自动化学院。有时，行政归属会造成开设课程的一些问题，如“电磁场”是电气类专业重要的专业基础课，但电子科技大学、南京理工大学、南京邮电大学等许多高校的“智能电网信息工程”专业并未开设。尽管“新生工科”专业从属于某一学院，但只是由该学院负责组织与管理，还必须有相关学院共同参与建设。“新生工科”专业的教师来自不同的学科专业，在缺乏政策、制度等保障的条件下，“新生工科”专业的教育资源难以获得长效、深度的发展。课程体系及其构成是达成培养目标和反映人44电气电子教学学报第 45 卷表 1高校智能电网信息工程专业人才培养目标、定位及专业特色比较学校培养目标人才定位专业特色华北电力大学从事电气工程与信息工程领域相关的生产制造、工程设计、系统运行、系统分析、技术开发、教育科研、经济管理等方面工作复合型高级工程技术人才国家级特色专业，入选国家一流本科专业“双万计划”电子科技大学具有电气工程方面的专业知识和技能，又有自动化和信息技术的基础知识和基本技能，专业面宽，适应性强，具备解决既有强电又有弱电的宽口径专业问题的能力面向“互联网+”国家战略需求的复合型精英人才以智能电网为背景，以电气工程为基础，引入信息技术与控制技术，充分利用电子科技大学雄厚的电子信息学科支撑体系，形成具有强弱电结合、软件与硬件结合、设备与系统结合、设计与运行结合的复合型专业特点南京理工大学从事“智能电网信息工程”专业相关的智能用电、智能电网调度与控制、智能化变电站、分布式发电、微网等系统及其装备的研究、设计、开发和应用集成复合型高级工程技术人才和工程管理人才掌握电力系统通信技术、信息采集和处理的基本理论与技术，熟悉智能电网的发展动态、电力系统生产和运行规律与特点，受到卓越工程师高级训练，可以从事网络化、信息化、智能化电气系统领域从事生产制造、工程设计、系统运行、系统分析、技术开发、教育科研等方面工作东北电力大学在电力系统的信息采集与处理、电力系统通信、电力系统自动控制与监测、计算机与网络技术等方面有专长，能够在电气工程领域从事工程设计、系统运行、实验分析、运行与维护、技术开发、项目管理等工作高素质应用型人才以现代信息论为基础，以智能电网建设与发展为导向，强调专业基础与行业知识学习并进，理论课程与实践环节教学并重，应用能力与科研素养并举，注重信息通信技术与电力系统的深度结合，为我国智能电网产业的发展输送急需的科研、管理、生产等人才天津大学培养适应国家能源战略转型、支撑智能电网创新发展、掌握智能电网信息工程关键技术、引领智慧能源理念与模式变革的新时代卓越人才;具有全球化视野、跨学科知识结构、实际工程项目经验、可持续创新能力的人才。工程复合型人才立足国家能源战略转型重大需求，以智能电网为行业背景，依托电气工程、控制科学与工程、信息与通信工程三个一级学科，培养智能电网及相关行业的工程复合型人才南京邮电大学具备从事智能电网系统分析、设计、应用开发和经营管理能力专门科技人才涉及智能电网中的新能源发电技术、智能电网信息安全技术、智能用电等主要方面，注重信息技术在智能电网工程领域的应用重庆邮电大学在电力信息通信与电气工程领域内从事电网状态采集装置、能源网络通信设备和电力生产信息处理装备的部件或系统的设计、开发、制造、维护、管理、营销等工作一专多能型技术人才突出电力信息通信与电力生产的深度融合，以智能配用电为主合肥工业大学在网络化、信息化、智能化电气系统领域从事生产制造、工程设计、系统运行、系统分析、技术开发、教育科研等方面工作专门工程技术人才本专业以弱电为主，强电与弱电结合，软件与硬件兼备;在电网信息智能感知、传输、处理和应用技术等方向具有鲜明特色三峡大学在网络化、信息化、智能化电气系统领域从事生产制造、工程设计、系统运行、系统分析、技术开发、教育科研等方面工作“高素质、强能 力、应 用型”高级工程技术人才依据国家发展战略新兴产业，紧密结合国家智能电网建设之急需而开设的一个新兴交叉学科专业南京工程学院能够从事电气工程与信息领域相关的生产制造、工程设计、系统运行、系统分析、技术开发、教育科研、经济管理等方面工作复合型高级工程技术人才才培养特色的体现。由表 2 可知，“智能电网信息工程”专业的课程体系主要包括通识教育课程、公共基础课程、专业基础课程、专业核心课程和其他开放课程(包括选修课程、多元化教育课程、专业拓展课程、创新拓展类课程等)。总体而言，通过十多年的建设，“智能电网信息工程”专业已经形成了各具特色、侧重不同的课程体系，这些课程从科技、产业和社会发展的角度对多学科知识进行了科学合理的选择和融合，形成了全新的人才培养知识体系，为“新生工科”专业人才提供了宽广的专业基础。各高校“智能电网信息工程”专业主干课程基本一致，但其他开放课程差异较大，一些高校存在优势学科资源在专业特色建设方面开发不足的问题。如南京邮电大学可以融合信号与信息处理、电子科学与技术等优势学科，重庆邮电大学可以融合信息与通信工程、计算机科学与技术等优势学科，就可以开发“智能电网信息工程”专业在电网信息智能分析和处理方面的专业特色。54第 3 期王玲桃，等:多学科交叉融合的“新生工科”专业建设探析表 2高校智能电网信息工程专业课程构成、专业主要课程及所在院系比较学校课程构成专业主要课程所在院系华北电力大学公共基础课程+大类平台课程(工程基础课程、专业类基础课程)+专业核心课程模拟电子技术基础、数字电子技术基础、自动控制理论、电路理论、电机学、电力电子技术、微机原理与接口技术、电磁场与电磁波、数字信号处理、信号与系统、通信系统原理、电力系统分析、电力系统继电保护原理、发电厂电气部分、电力系统自动化、嵌入式系统、智能电网信息通信技术等电气与电子工程学院电子科技大学公共必修课+通识教育课+学科基础课程+专业教育课+多元化教育课程电路分析基础、信号与系统、微型计算机系统原理及接口技术、通信原理与智能电网通信技术、传感器与检测技术、电机学、信息理论与电力信息技术、新能源发电与并网技术、电力系统分析、自动控制原理、电力电子技术、电力系统自动化等机械与电气工程学院南京理工大学通识教育课+学科教育课+专业基础课+专业选修课+通识教育选修课电路、模拟电子线路、数字逻辑电路、电机学、电力系统分析、电力电子技术、软件技术基础、控制工程基础、智能电网信息技术、智能变电站技术、嵌入式系统设计与应用基础等自动化学院东北电力大学公共必修课+主干课程(含专业课群组:通信课群组、电力系统课群组)电路分析、电磁场、模拟电子、数字电子、信号与系统、通信原理、嵌入式系统原理、电机学、自动控制原理、电气工程基础、电力系统暂态分析、电力系统继电保护、C 语言程序设计、电力电子技术、数字信号处理技术、电机控制技术、电力系统通信、电气与电子测量技术等电气工程学院天津大学通识教育+专业教育电路基础、信号与系统、自动控制原理、模拟电子技术基础、数字电子技术、通信原理、电磁场理论、智能电网基础、电网信息物理系统、电力物联网技术、传感器及网络、计算机网络、人工智能技术、大数据技术电气自动化与信息工程学院南京邮电大学通识教育类+专业教育类(专业基础课程、专业课程)+创新拓展类课程电路、信号与系统、模拟电子线路、数字电路与逻辑设计、电机学、电力电子技术、电力系统分析、智能电网信息工程导论、嵌入式系统及应用、智能输配电技术、智能电网安全技术等自动化学院、人工智能学院重庆邮电大学通识教育+学科专业教育+个性化教育传感器与自动检测技术、自动控制原理 A、智能电网技术、电力电子技术、电力系统分析、电力通信技术及应用、智能配用电技术自动化学院合肥工业大学主要课程+特色课程+选修专业课程模块+辅修专业课程模块电路理论、模拟与数字电子技术、自动控制原理、电机及拖动基础、信号分析与处理、电力电子技术、供配电工程、电力系统稳态分析、智能电网技术、物联网技术与应用、分布式供电与接入技术、电网智能调度与控制技术、无线通信原理与应用电气与自动化工程学院三峡大学通识课程(通识核心课程、素质拓展课程)+专业课程(专业基础课程、专业核心课程、专业拓展课程)电路原理、电子技术基础、电力系统信号分析与处理、工程电磁场、单片机原理及应用、新能源发电技术、自动控制理论、智能电网通信原理、电力系统分析基础、智能电网技术、输变电工程项目管理、电机学、电力电子技术、电力系统暂态分析等电气与新能源学院南京工程学院通识与公共基础课程+工程技术基础课程+专业教育课程+素质教育课程电路、模拟电子技术、数字电子技术、电机学、微机原理及应用、通信原理、计算机网络技术、数据库技术、智能电网及智能用电技术、电力系统暂态分析、发电厂电气部分、电力系统继电保护、电网信息采集技术、变电站监控技术、智能电网调度技术、信息论与编码、嵌入式系统、新能源发电与并网技术、电力设备的在线监测与故障诊断等电力工程学院2 3专业培养方案不能及时更新在十多年的建设过程中，尽管“智能电网信息工程”专业的培养方案也在根据国家发展需求进行调整，但由于新技术、新产业的发展周期缩短，构成“新生工科”专业的某些学科可能已被新的学科替代，课程的调整、交叉及前沿性课程的构成很难64电气电子教学学报第 45 卷做到与时俱进。“新生工科”专业的学科构成和人才培养方案的调整已经不仅是高校自身的事情，应该融入相关学科专业、行业产业、科研院所等单位的多方合作，体现多方协同育人、柔性的培养方案。2 4师资队伍建设机制有待完善学科专业的发展离不开师资。“新生工科”专业具有多学科交叉融合的特点，根据交叉学科和行业的需求，“新生工科”专业的教师，应该具备较强的跨学科适应能力。目前，高校工科教师普遍拥有较高的学历，具备本学科专业扎实的专业基础与科研能力，但是缺乏工程实践能力和工程应用经历，对于交叉学科专业知识、技术和产业发展关注不够，拥有多学科背景和工程经验的专业教师严重不足。3新生工科专业建设的要点通过以上分析可知，“新生工科”专业建设需要从人才培养方案的优化、专业特色的凝练、教育教学资源的整合、专业培养方案的柔性化和师资队伍建设等方面协同推进。3 1明确人才培养目标及专业特色“新生工科”专业的人才培养目标，首先必须是多学科专业科学合理的交叉融合，不能是原有多个专业培养目标的简单组合;其次，满足服务区域经济和产业行业发展的需要，符合自身的办学定位;最后，兼顾新技术和新产业发展的需要。专业建设应根据学校的办学历史、学科优势、校园文化等情况，凝练出本校“新生工科”专业的特色。如华北电力大学追踪电网发展对人才的需求，根据智能电网技术发展的需要，将电气、现代信息技术、智能化技术等相关专业进行融合，形成“智能电网信息工程”专业的专业特色，为电力行业培养具备解决智能电网信息工程领域复杂问题能力的复合型高级工程技术人才;电子科技大学利用雄厚的电子信息学科支撑体系，形成了强电弱电结合、软件与硬件结合的“智能电网信息工程”专业的专业特色。3 2注重教育教学资源的整合与开发就“新生工科”专业人才培养而言，由于涉及多个学科专业，实施专业培养方案需要跨院系、跨专业的理论和实践教学资源。因此，跨学科专业教学资源的有效利用极为重要。应覆盖更宽广的学科专业，有利于多学科专业的交叉融合。“新生工科”专业人才培养应根据学校现有学科专业、师资队伍及研究方向，构建多学科交叉融合的培养方案，集中力量在 3 4 个学科专业内进行整合，将最新的科研成果和专业技术转化到课程体系中，助力人才培养目标的实现7。如华北电力大学、天津大学、合肥工业大学等高校的“智能电网信息工程”专业所在学院由多个学科组成，整合了电气类和电子信息类、自动化类等专业，将智能电网发展的前沿动态转化到专业建设中。高校在电气工程硕士研究生的培养过程中，也可以根据各院系专业的研究方向和专业特色构建多学科交叉融合的培养方案。如山西大学多年来在电气工程硕士研究生的培养过程，将与电气类相关的电子信息类、计算机类、自动化类等专业深度交叉融合，探索出新工科背景下多学科交叉融合的电气工程硕士研究生人才培养方案。3 3建立新生工科专业建设的动态调整机制为顺应新经济发展的需求，“新生工科”专业建设应该把握“工业互联网”“人工智能”“数字化转型”的机遇，未雨绸缪，构建高质量的新工科专业。首先是预测未来新型工程人才的需求，面向未来技术与产业，提前布局“新生工科”专业。高校应组建一支由校内相关专业资深教师、相关研究机构及行业专家构成的专家团队，通过分析研究国家发展战略、相关专业产业发展规划及前沿动态、高等教育未来发展趋势，结合区域经济对相关专业产业人才的需求，在深入分析现有学科专业及其产学研现状的基础上，针对行业产业未来发展方向，确定学校拟建的“新生工科”专业6，8。其次是动态调整现有工科专业结构。建立“新生工科”专业的动态调整机制，合理调整“新生”专业与“传统”专业的规模，根据专业人才需求变化动态调整构成“新生工科”专业的学科及其它开放课程，激发办学活力，为专业的可持续发展获得动力6。通过对 10 所案例高校“智能电网信息工程”专业建设的研究，华北电力大学、电子科技大学等高校能够根据国家发展战略、产业发展规划及时调整人才培养方案。3 4构建教师跨学科发展的新机制教师队伍建设是“新生工科”专业建设的核心工作。高校必须探寻此类专业师资队伍建设的新思路，构建教师跨学科发展的新机制9。充分考虑“新生工科”专业教师学科专业、学缘结构、工程背景、年龄结构等因素，根据交叉学科和行业要求，可以选聘具有多学科背景和工程背景的优秀教师及工程学者作为专职教师，也可以吸引企业的优秀工程师作为兼职教师，推动教师队伍向74第 3 期王玲桃，等:多学科交叉融合的“新生工科”专业建设探析多学科、多层次发展。建立高校教师与科研机构、行业企业人才双向流动的人才流动制度，通过与科研机构、行业企业保持密切交流，提升教师运用多学科知识、方法与工程经验解决复杂工程问题的能力。完善“新生工科”专业建设的教学评价激励机制，提高教师参与“新生工科”专业多学科交叉融合教学改革的积极性。4结语“新生工科”专业的建设时间不长、经验积累有限、成果不多，随着我国高等工程教育改革的不断深化，很多深层次问题将浮出水面，需要相关教师进一步梳理脉络，把握时代发展背景，谋划“新生工科”专业的未来发展。参考文献 1 黄英，李保国，雷菁，等 新工科的专业核心能力探索及课程体系构建 J 大学教育，2020(5):20 22 2 林健 面向未来的中国新工科建设 J 清华大学教育研究，2017(2):26 35 3 林健 新工科建设:强势打造“卓越计划”升级版J 高等工程教育研究，2017(3):7 14 4 林健 多学科交叉融合的新生工科专业建设 J 高等工程教育研究，2018(1):32 45 5 郝莉，冯晓云，宋爱玲，等 新工科背景下跨学科课程建设的思考与实践 J 高等工程教育研究，2020(2):33 42 6 李鑫 新工科交叉学科专业建设研究D 武汉:武汉理工大学，2018:14 16 7 张海生，张瑜 多学科交叉融合新工科人才培养的现实问题与发展策略J 重 庆 高 教 研 究，2019(6):81 93 8 王玲桃，薛太林 地方高校多学科交叉融合的新生工科专业建设的思考与探索J 中国电力教育，2021(10):53 54 9 龚胜意，应卫平，冯军“新工科”专业建设的发展理路与未来走向J 黑 龙 江 高 教 研 究，2020(4):24 2884电气电子教学学报第 45 卷