徐 凱, 楊飛鳳, 何周陽, 吳仕勛

(重慶交通大學(xué) 信息科學(xué)與工程學(xué)院， 重慶 400074)

0 引 言

當(dāng)今，科學(xué)技術(shù)不斷革新以及信息化程度不斷提高，人類社會正由數(shù)字時代走向智慧時代[1]。智慧時代具有4個特征：物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算和人工智能。物聯(lián)網(wǎng)是一個極具潛力的產(chǎn)業(yè)，需要大量的高素質(zhì)人才[2]，目前國內(nèi)一些高校對物聯(lián)網(wǎng)碩士生培養(yǎng)模式大多是計算機與通信等方面的復(fù)合人才，離物聯(lián)網(wǎng)人才的培養(yǎng)要求還有一定距離；在當(dāng)前大數(shù)據(jù)時代，大數(shù)據(jù)平臺開發(fā)、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)安全等專業(yè)人才的供需矛盾十分突出。據(jù)國內(nèi)大數(shù)據(jù)權(quán)威專家估算，未來5年我國大數(shù)據(jù)人才缺口將高達130萬左右，云計算人才的缺口則更大；人工智能技術(shù)人員是“少而精”的人群，國內(nèi)該專業(yè)人才明顯不足，尤其是深度學(xué)習(xí)的高端人才嚴(yán)重供不應(yīng)求，制約了我國人工智能行業(yè)的發(fā)展。

在當(dāng)前智慧時代下，物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算和人工智能的高層次人才十分匱乏。

1 現(xiàn)狀與背景分析

隨著社會經(jīng)濟發(fā)展，信息技術(shù)與與交通運輸深度融合的趨勢日益明顯。在交通運輸部印發(fā)的2017-2020年推進智慧交通發(fā)展的計劃中，重點強調(diào)了“基礎(chǔ)設(shè)施智能化、運輸服務(wù)智能化、決策監(jiān)管智能化”等內(nèi)容。這些內(nèi)容包含了加快大數(shù)據(jù)、云計算等現(xiàn)代信息技術(shù)的集成創(chuàng)新與應(yīng)用，利用各類大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)和平臺，提高綜合交通出行信息服務(wù)水平；依托行業(yè)數(shù)據(jù)資源交換共享，構(gòu)建綜合交通運輸大數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)，提高綜合交通運輸智能決策能力。

然而在當(dāng)前智慧時代下，上述交通信息類人才則更為緊缺，其主要原因有：

(1) 在交通行業(yè)中，當(dāng)前高層次信息技術(shù)人才的儲備量不足，難以滿足智慧時代下交通信息技術(shù)迅猛發(fā)展的需求。智慧時代下信息知識更新快，新技術(shù)使用多，對交通從業(yè)者的專業(yè)素質(zhì)要求很高。比如，單純負(fù)責(zé)交通物聯(lián)網(wǎng)軟、硬件的基礎(chǔ)工程師，要求相對要低一些，對信息類的本科生進行相應(yīng)培訓(xùn)即可完成。而對負(fù)責(zé)交通主網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)的終極工程師，其層次要求就比較嚴(yán)格了。又如，高層次的云端工程師除了掌握基本的計算機知識外，還需熟懂云架構(gòu)、云API、DDos攻擊等針對性技能，需要對其進行系統(tǒng)、全面的培養(yǎng)。而現(xiàn)有從事交通信息研究人員的知識水平和經(jīng)驗都亟待提高和更新。

(2) 由前述分析可知，社會對物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算和人工智能的高層次人才匱乏尚且如此，則在交通行業(yè)中，對既懂前沿信息技術(shù)，又懂交通的復(fù)合型高層次人才就更為稀缺[3]。

(3) 智慧時代下交通信息類高層次的人才培養(yǎng)應(yīng)該是一套系統(tǒng)化的解決方案。雖然國內(nèi)一些交通行業(yè)高校在研究生培養(yǎng)過程中開設(shè)了與上述相關(guān)的專業(yè)，但不少高校卻面臨著缺乏相應(yīng)的實踐教學(xué)平臺，無法獲取交通行業(yè)大數(shù)據(jù)、無法模擬云實操環(huán)節(jié)，缺乏場景化和實戰(zhàn)化，對學(xué)生的培養(yǎng)主要以理論為主，從而導(dǎo)致與產(chǎn)業(yè)的結(jié)合度不夠。

我校計算機科學(xué)與技術(shù)一級學(xué)科碩士點成立于2007年，歸屬于信息科學(xué)與工程學(xué)院。在智慧交通大發(fā)展時期，對計算機學(xué)科研究生培養(yǎng)存在的問題和面臨的困境日益突出。在面臨的諸多問題中，需要重點解決以下兩個問題：

(1) 在有限的資源條件下，如何構(gòu)建并實施與智慧時代相吻合的課程、實踐和能力培養(yǎng)體系？

(2) 如何及時跟蹤最前沿信息技術(shù)，培養(yǎng)出具有“智慧交通特色”+“創(chuàng)新能力”的碩士研究生？

綜上分析，在智慧交通迅速發(fā)展的形式下，信息技術(shù)人才出現(xiàn)緊缺的現(xiàn)象在所難免。而我校作為重慶市在交通行業(yè)的高校，對智慧交通方向上的研究生培養(yǎng)卻沒有一套系統(tǒng)完善的課程、實踐和能力培養(yǎng)體系。因此，以計算機科學(xué)與技術(shù)碩士點為切入，探討并實施如何盡快地培養(yǎng)出一支符合社會需求、具有智慧交通特色、專業(yè)素質(zhì)高且能力強的專業(yè)人才團隊，已成為新形勢下學(xué)校所面臨的一項緊迫課題。

2 總體解決思路

我校的傳統(tǒng)優(yōu)勢學(xué)科是與交通行業(yè)相關(guān)的土木工程、水利工程和交通運輸，這是學(xué)校的根基和優(yōu)勢所在。在當(dāng)前智慧交通大發(fā)展的形勢下，學(xué)校在戰(zhàn)略發(fā)展中，將傳統(tǒng)優(yōu)勢學(xué)科與新增長點學(xué)科相結(jié)合，把智慧交通定位為新興發(fā)展方向之一。

從本質(zhì)上講，智慧交通是互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展到一定程度，向交通建設(shè)蔓延和深入的結(jié)果。作為交通與互聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合的智慧交通建設(shè)，分析互聯(lián)網(wǎng)大腦架構(gòu)的基本原理，這對于如何建設(shè)智慧交通具有重要的啟示。圖1所示為基于互聯(lián)網(wǎng)大腦架構(gòu)的智慧交通。

圖1 基于互聯(lián)網(wǎng)大腦架構(gòu)的智慧交通

由圖1可見，智慧交通建設(shè)體系就是互聯(lián)網(wǎng)大腦架構(gòu)的縮小版。智慧交通具有自己的交通感覺神經(jīng)系統(tǒng)(物聯(lián)網(wǎng)建設(shè))，交通中樞神經(jīng)系統(tǒng)(云計算建設(shè))，交通智慧產(chǎn)生與應(yīng)用(大數(shù)據(jù)與人工智能建設(shè))。交通物聯(lián)網(wǎng)重點突出傳感器感知的概念，具備網(wǎng)絡(luò)線路傳輸，信息存儲和處理等功能；大腦中樞神經(jīng)系統(tǒng)的特征與云計算定義非常吻合，它將互聯(lián)網(wǎng)的核心硬件層、軟件層和信息層統(tǒng)一起來，為互聯(lián)網(wǎng)各虛擬神經(jīng)系統(tǒng)提供支持和服務(wù)；利用物聯(lián)網(wǎng)傳感器每時每刻感應(yīng)的實時信息[4]，從網(wǎng)絡(luò)大數(shù)據(jù)中挖掘出其所蘊含的信息、知識甚至是智慧，最終達到利用大數(shù)據(jù)的目的； 深度學(xué)習(xí)算法的出現(xiàn)，對大數(shù)據(jù)訓(xùn)練可以有效提高人工智能水平[5]。因此，上述過程可描述為，通過交通物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)生、收集海量數(shù)據(jù)存儲于云平臺，再通過大數(shù)據(jù)分析，甚至更高形式的人工智能為人類的生產(chǎn)和生活提供更好的服務(wù)。

基于互聯(lián)網(wǎng)大腦架構(gòu)的智慧交通是一個十分復(fù)雜的系統(tǒng)，其關(guān)鍵核心是交通神經(jīng)元和交通神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)。人、車輛，公路，橋梁和鐵路等都以交通神經(jīng)元的方式加入到智慧交通網(wǎng)絡(luò)中。通過這些交通神經(jīng)元的互動、聚合和鏈接，交通物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)與人工智能建設(shè)才能真正運轉(zhuǎn)起來。借此，可以聯(lián)想到在計算機學(xué)科的研究生培養(yǎng)中，倘若從技術(shù)上將智慧交通建設(shè)涉及到的物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)和人工智能知識融入到對計算機研究生培養(yǎng)的教學(xué)改革中。并從宏觀、微觀和不同階段上，把握住對研究生培養(yǎng)的內(nèi)在聯(lián)系和規(guī)律，這將是研究生教學(xué)改革中一次有意義的舉措和創(chuàng)新。

通過上述分析并從中得到啟示，確定教學(xué)改革的總體解決思路：重構(gòu)基于互聯(lián)網(wǎng)大腦架構(gòu)的分層遞進式智慧交通課程體系，搭建計算機學(xué)科研究生“三大創(chuàng)新實踐平臺”，即交通物聯(lián)網(wǎng)與智能信息處理、交通大數(shù)據(jù)與云計算、軌道交通智能控制創(chuàng)新實踐平臺。優(yōu)化課程鏈、實踐鏈和能力鏈，形成“三鏈融合”的交通復(fù)合型人才培養(yǎng)綜合實踐體系，依托智慧交通發(fā)展大好形勢，圍繞“特色”做文章，同時解決好研究生基礎(chǔ)理論的錘煉與行業(yè)背景的強化二者之間的協(xié)調(diào)問題。

3 “分層遞進、三鏈融合”實踐教學(xué)體系的構(gòu)建與實施

3.1 重構(gòu)互聯(lián)網(wǎng)大腦架構(gòu)的“3+X”分層遞進式智慧交通課程體系

此前，缺乏一套能夠適應(yīng)智慧交通時代發(fā)展需求的課程體系。具體表現(xiàn)在：課程設(shè)置適時性差、課程結(jié)構(gòu)比例不均衡，課程體系缺乏多維化、立體化和個性化[6]。過多強調(diào)學(xué)科自身知識體系和課程內(nèi)容完整性，沒有突出學(xué)科與交通行業(yè)背景之間的聯(lián)系，對學(xué)生智慧交通素養(yǎng)的培養(yǎng)重視不夠。

研究生課程體系是一個復(fù)雜的非線性系統(tǒng)，擺脫固有線性思維羈絆，借鑒和應(yīng)用復(fù)雜性研究思維模式對其展開研究[7]。因此，新確立的指導(dǎo)思想是：在課程設(shè)置上突出智慧交通特色，豐富選修課程，為學(xué)生提供滿足其個性需求的新型學(xué)習(xí)方式[8]。圖2所示是重構(gòu)的基于互聯(lián)網(wǎng)大腦架構(gòu)的“3+X”分層遞進式智慧交通課程體系。

圖2 >基于互聯(lián)網(wǎng)大腦架構(gòu)“3+X”分層遞進式智慧

交通課程體系設(shè)置

圖2中“3+X”的“3”，是指結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)大腦架構(gòu)，凝練出3個符合當(dāng)前智慧交通發(fā)展研究方向：交通物聯(lián)網(wǎng)與智能信息處理、交通大數(shù)據(jù)與云計算和軌道交通智能控制；所謂的“X”，是以3個智慧交通研究方向為牽引，將X門信息與交通應(yīng)用課程作為學(xué)生自修選用。以形成計算機在交通中應(yīng)用特色化、學(xué)生培養(yǎng)個性化的網(wǎng)狀知識結(jié)構(gòu)[9]。

同時，突出課程結(jié)構(gòu)的整體性、開放性、前瞻性和動態(tài)性等特點[10]，注重層次，采用低、中、高分層遞進方式，形成與交通行業(yè)契合度高的課程體系。

(1) 底層“厚基礎(chǔ)”。 奠定自然科學(xué)、工程基礎(chǔ)等寬厚基礎(chǔ)課程，每門課學(xué)時按原有的研究生培養(yǎng)方案執(zhí)行。

(2) 中層“重優(yōu)化”。優(yōu)選專業(yè)公共基礎(chǔ)信息與交通課程，每門課均為36學(xué)時，2學(xué)分，將其作為今后3個方向的必修課程。同時3個不同方向的信息基礎(chǔ)課程讓學(xué)生自修，形成“必修+自修”的基礎(chǔ)鋪墊。

(3) 高層“強牽引”。以3個智慧交通研究方向為牽引，3個方向獨立，以3門信息核心課程和2門交通應(yīng)用課程為主，形成“自修為主，選修為輔”格局，構(gòu)建在有限課時條件下結(jié)構(gòu)合理、動態(tài)靈活的課程體系[11]。

3.2 搭建基于智慧交通的計算機學(xué)科“三大創(chuàng)新實踐平臺”

研究生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是研究生教育的靈魂。在綜合考慮交通行業(yè)需求、各專業(yè)方向研究特點，以及學(xué)科帶頭人專長等諸多因素基礎(chǔ)上，搭建了基于智慧交通的計算機學(xué)科研究生“三大創(chuàng)新實踐平臺”，讓學(xué)生在創(chuàng)新實踐中實現(xiàn)從改進方案到提出新方法的過渡[12]。平臺的體系架構(gòu)見圖3。

圖3 >計算機科學(xué)與技術(shù)研究生“三大實踐創(chuàng)新平臺”體系架構(gòu)圖

平臺圍繞交通信息發(fā)展前沿技術(shù)，不斷整合、優(yōu)化和凝練，確定出3個與計算機學(xué)科內(nèi)涵密切相關(guān)的“計算機信息+智慧交通”的研究方向：交通物聯(lián)網(wǎng)與智能信息處理、交通大數(shù)據(jù)與云計算和軌道交通智能控制創(chuàng)新實踐平臺。創(chuàng)新平臺采用教授負(fù)責(zé)制，其研究內(nèi)容分別如下：

(1) 交通物聯(lián)網(wǎng)與智能信息處理創(chuàng)新實踐平臺。圍繞橋梁等交通基礎(chǔ)設(shè)施，開展智能感知、自組織傳感網(wǎng)絡(luò)、智能化時間序列處理、多源異構(gòu)海量信息融合及智能決策等方面的技術(shù)研究，在智能傳感技術(shù)與裝置、海量數(shù)據(jù)智能分析理論、遠(yuǎn)程集群化監(jiān)測平臺方面形成突出的特色和優(yōu)勢。

(2) 交通大數(shù)據(jù)與云計算創(chuàng)新實踐平臺。開展大數(shù)據(jù)環(huán)境下的高速鐵路和城市軌道交通客運的多源信息大數(shù)據(jù)采集與集成、客流智能分析與預(yù)測、客運大數(shù)據(jù)輔助決策支撐技術(shù)。采用虛擬化的云計算技術(shù)，整合服務(wù)器、存儲、網(wǎng)絡(luò)等硬件資源，達到對海量交通信息處理、分析和挖掘目的，實現(xiàn)智能交通公共信息服務(wù)平臺、出行地理信息智能導(dǎo)航的服務(wù)。

(3) 軌道交通智能控制創(chuàng)新實踐平臺。圍繞軌道交通信息與自動化領(lǐng)域，開展城市軌道交通列車運行仿生智能控制、列車多目標(biāo)優(yōu)化控制、列車控制與行車調(diào)度一體化節(jié)能控制理論與方法等方面的技術(shù)研究。深入研究模糊、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、進化理論和群集智能算法在列車運行控制中應(yīng)用。

三大創(chuàng)新實踐平臺的優(yōu)勢體現(xiàn)在：① 以智慧交通信息為結(jié)合點，創(chuàng)新平臺之間相互合作，采用“網(wǎng)狀模式”實現(xiàn)學(xué)生之間、學(xué)生與導(dǎo)師之間思維的融合與創(chuàng)新[13]。② 將“固定式”硬件和“可移動式”軟件相結(jié)合。將研究重點集中在智慧交通大數(shù)據(jù)挖掘、深度學(xué)習(xí)等深層次的軟件上。發(fā)揮學(xué)生創(chuàng)造靈感，讓實踐教學(xué)不再局限于有形的實驗室，無形擴展了教學(xué)活動的時間和空間，成為“可移動式”創(chuàng)新平臺。③ 將校內(nèi)實訓(xùn)基地及校外企業(yè)實踐的“基礎(chǔ)培養(yǎng)”與科研創(chuàng)新平臺在“點上提高”有機結(jié)合，實現(xiàn)優(yōu)勢互補。

3.3 “三鏈融合”交通復(fù)合型人才培養(yǎng)實踐體系的實施

重構(gòu)的課程、實踐和能力“三鏈融合”人才培養(yǎng)綜合實踐體系見圖4，對研究生培養(yǎng)進一步凸顯出“計算機信息+智慧交通”特色。

圖4 >課程、實踐和能力鏈“三鏈融合”的交通復(fù)合型人才培養(yǎng)綜合實踐體系架構(gòu)

課程鏈、實踐鏈與能力鏈“三鏈融合”，是指構(gòu)建新的智慧交通課程與實踐體系，利用工程、創(chuàng)新實踐提高學(xué)生多種能力的互動機制。該人才培養(yǎng)綜合實踐體系通過每一學(xué)期循序漸進方式實現(xiàn)，具體實現(xiàn)方式如下：

首先將課程體系前移，第1學(xué)期完成自然科學(xué)、信息與交通專業(yè)公共基礎(chǔ)課程，培養(yǎng)學(xué)生人文素質(zhì)、理工基礎(chǔ)、自學(xué)能力；第2學(xué)期完成3個方向信息基礎(chǔ)與核心課的選修或自修，同時將校內(nèi)基地實訓(xùn)貫穿于該學(xué)期；第3學(xué)期自修3個方向交通應(yīng)用課程，同時參與校外企業(yè)實踐，利用高校與企業(yè)雙方共贏方式保證其長效穩(wěn)定運行。在第2、3學(xué)期實現(xiàn)學(xué)生動手與工程能力培養(yǎng)；第4、5學(xué)期利用“三大實踐創(chuàng)新平臺”，通過項目研究實現(xiàn)學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)，即Sternberg實踐理論中“塑造環(huán)境的能力”培養(yǎng)[14]。

上述“三鏈融合”交通復(fù)合型人才培養(yǎng)綜合體系具有動態(tài)性、層次性和深度融合性，課程鏈、實踐鏈既規(guī)范又時常動態(tài)更新，保證其“血液新鮮”；能力鏈實現(xiàn)從自學(xué)能力、動手能力、工程應(yīng)用能力到最高層創(chuàng)新能力的分層遞進[15]；“三鏈”中的底、中、高各層之間相互對應(yīng)并匹配。

4 結(jié) 語

通過多年努力，該人才培養(yǎng)教學(xué)實踐體系獲得顯著成效：① 以三大創(chuàng)新實踐平臺為支撐，學(xué)院獲得“重慶市公共交通運營大數(shù)據(jù)工程技術(shù)研究中心”授牌，并擁有“大型結(jié)構(gòu)安全壽命監(jiān)測技術(shù)”市級科研創(chuàng)新團隊。② 平臺帶頭人主持了“大數(shù)據(jù)環(huán)境下城市路網(wǎng)交通多模式擁堵預(yù)測及容錯控制研究”等國家自然科學(xué)基金項目、交通部西部建設(shè)和省部級項目17余項。獲國家科技進步二等獎1項，省部級科研成果獎8項?！耙阅芰轵?qū)動的地方高校計算機類專業(yè)人才培養(yǎng)模式創(chuàng)新與實踐”獲得省部級教學(xué)成果二等獎。③計算機學(xué)科培養(yǎng)了獲國家級獎學(xué)金的優(yōu)秀研究生8人次，在“挑戰(zhàn)杯”全國大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品中獲重慶賽區(qū)特等獎，立項國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目5項。