多学科交叉创新实践育人平台的构建与成效研究

摘要：文章以天津理工大学为例，深入探讨多学科交叉创新实践育人平台的构建路径及成效评估体系。提出“学科链—产业链—创新链”融合框架，依托数字化工厂、虚拟仿真平台及AI技术，构建“一核三翼”平台与“三真”项目制学习机制。研究发现，学科交叉面临制度性梗阻，提出“三维动态评价模型”与“双轨—双融”师资体系。平台显著提升学生创新能力与成果转化，典型案例包括粮仓虫害监测与海上风电腐蚀监测技术。研究为高等教育创新提供“天理范式”，强调系统化构建“学科-技术-产业”协同创新生态体系，培养复合型创新人才。

关键词：多学科交叉；实践育人；创新平台；评价体系；成果转化

【中图分类号】G40-057 【文献标识码】A 【论文编号】1009—8097（2025）01—0005—08 【DOI】10.3969/j.issn.1009-8097.2025.01.001

一、研究背景与意义：多学科交叉融合的时代需求与实践育人使命

随着第四次工业革命加速演进，人工智能与绿色能源等新兴领域对复合型人才提出更高要求，我国相继推出"新工科"和"新文科"战略，着力破解传统高等教育中"知识孤岛化"与"实践悬浮化"的结构性矛盾[1-3]。当前单一学科培养模式难以匹配智能科技、生物医药等新兴产业需求，地方高校尤为凸显知识结构孤立、实践教学脱节等困境[4-5]。基于全球顶尖高校70%以上科研突破源于跨学科协作的实证，天津理工大学依托"智能网联汽车工程技术中心"，整合机械、计算机等多学科资源，与龙头企业合作研发智能驾驶仿真系统，让学生在真实场景中贯通跨学科方法论，同步解决企业技术瓶颈与教育实践悬浮问题[6-8]。这种多学科交叉平台不仅实现教育供给侧改革与区域经济需求的精准对接，更验证了破除学科壁垒、培育创新能力的双重效能，为高等教育转型提供了"产教融合"的实践范式。

二、多学科交叉创新实践育人平台的理论框架构建与挑战

学科交叉的核心理念体现为通过打破学科界限实现知识、方法与资源的整合重构，其核心特征聚焦"三重构"：问题导向重构（从学科逻辑转向问题逻辑，如天津理工大学将"碳中和"目标拆解为能源技术、材料科学与政策设计的交叉课题）[9-10]、方法论重构（融合工程实验与数据建模等技术）及组织模式重构（建立跨学科协同机制）。然而系统性挑战依然显著：一是资源整合需破除数据标准与技术壁垒，二是数字孪生等前沿技术面临高成本与复杂性，三是评价体系需平衡学术深度与实践价值，四是人才培养与文旅数字化等新兴需求存在适配性断层。对此，天津理工大学基于Adner（2017）的"创新生态系统"理论构建三层次支撑框架[11]：基础设施层整合数字化工厂与5G+边缘计算技术，通过"天理交叉创新云"知识图谱降低设备闲置率41%；协同机制层实行双导师制，依托天津市首个智能制造虚拟仿真平台使生产线优化试错成本下降60%；技术融合层运用AI推送跨学科资源（如新能源电池研发匹配电化学课程）并借助区块链量化三维动态评价模型（学术创新性/技术转化度/社会影响力）[12]。这种"技术赋能-机制优化-价值创造"闭环通过虚实场景联动破解资源孤岛问题，其双轨双融师资机制更以可量化的制度设计重塑学科交叉组织架构，为青年教师构建明确的职业发展路径。

三、国内外多学科交叉创新实践育人平台的研究进展与经验借鉴

1国内研究进展与典型案例

我国在多学科交叉创新实践育人平台的建设方面已形成三种典型模式：一是以学科交叉为驱动力的平台建设[13-14]：东华大学通过教育部协同育人项目构建了"三维创新实践平台"，整合了机械与设计学科资源，平均每年支持超过20项跨学科科研项目，项目覆盖材料科学、文化创意产业等领域。华中科技大学机械科学与工程学院胡友民教授团队于2024年5月启动“面向学科交叉创新人才培养的数字孪生教学实践平台与资源建设”项目。该项目整合机械工程、生命科学、建筑与城市规划学院资源，依托物联网传感器、PHM（故障预测与健康管理）技术构建虚实结合的教学场景，并通过自适应学习系统动态推荐教学资源，实现个性化培养目标‌。二是医工交叉领域的实践突破[15-16]：西安交通大学"外科梦工场"以临床需求为导向，推动医工交叉研究，成功开发了80项医疗成果，并构建了"医学+X"课程体系，荣获国家级教学成果奖。河北省中医院成功将人工智能技术融入中医病理图像分析领域，此举极大地推动了中西医结合的创新步伐与发展进程。三是产教融合的生态系统构建[17]：浙江大学凭借'数智创新与管理'工程博士项目，成功孵化出'山主机器人'等一系列创业项目，同时荣获省部级科技进步奖的殊荣〔2024〕。清华大学深圳国际研究生院借助送餐机器人、陶泥3D打印等创新项目式课程，有效促进了技术与产业需求的深度融合与精准对接（2023）。

2国际经验与国内借鉴路径

课程整合与资源协同：美国麻省理工学院（MIT）实施"Convergence"计划，实现生物工程、计算科学与社会学的跨学科融合，以培养能够应对气候变化等复杂问题的复合型人才。德国亚琛工业大学建立"工业4.0实践中心"，与企业合作开发数字孪生教学系统，学生直接参与宝马、西门子等企业的生产线优化项目[11-12]。

技术赋能与评价创新：新加坡国立大学利用区块链技术记录跨学科合作贡献，解决成果归属争议，并通过"动态学分制"实现课程模块的灵活组合。英国帝国理工学院设立"交叉学科成果转化基金"，要求项目必须包含至少两个学科团队，且30%的经费用于商业化验证。

国际与国内实践表明，多学科交叉创新实践育人平台的成功需关注三大核心要素：一是需求导向的顶层设计，如西安交大以临床问题引领医工交叉，MIT依据社会重大挑战设定课程目标，表明平台建设需围绕真实产业与社会需求；二是技术与机制的协同赋能，如华中科大的"数字孪生平台"与新加坡的区块链技术应用，凸显了技术工具在资源整合与制度优化中的作用；三是动态适配的评价体系，如德国校企协同机制与英国成果转化基金，表明灵活的评价与激励机制是破解学科交叉制度性障碍的关键。

四、天津理工大学多学科交叉创新实践育人平台的实践路径与特色

天津理工大学以"学科链-产业链-创新链"三链融合理念为引领，构建"一核三翼"多学科交叉创新实践平台，其核心载体数字化工厂（投资1.2亿元，集成工业互联网平台、数字孪生与5G+边缘计算技术）与虚拟仿真平台（融合AR/VR与AI算法）通过技术赋能实现教学-产业全流程对接：在数字化工厂中，学生运用数字孪生优化生产线方案使试错成本降低60%，典型案例包括与长城汽车合作的智能驾驶仿真系统（与其"车辆仿真测试方法"专利协同迭代）；虚拟仿真平台则支撑机械专业通过AR手术模拟系统实现跨学科学习效率提升40%。教学模式方面重构"基础通识+交叉模块+项目实战"三级课程体系，新增"工程伦理"等必修课强化系统思维，其中"智能网联汽车"模块整合电子信息、工业设计与公共管理学科，并与华为"鲲鹏生态"认证标准对接。项目制学习采用"三真"驱动机制（真实问题/场景/评价），如与天津渤海化工合作的工业废水处理项目，跨学科团队获3项发明专利，近三年学生在"中国智能制造挑战赛"中78%国家级奖项为跨学院组队成果。政产学研协同通过"揭榜挂帅"制度实现精准对接：跨学科团队融合毫米波雷达与AI算法解决粮仓虫害监测难题（精度98.5%，年减损万吨级），材料与海洋工程团队开发的光纤传感系统使海上风电运维成本降30%。成果转化层面设立亿元级基金，"手术机器人定位系统"获5000万融资进入临床阶段，并与政府共建"跨学科人才认证中心"颁发智能装备工程师证书（纳入"海河英才"计划），形成"技术研发-产业应用-人才输送"的闭环生态。

五、挑战与优化策略：多学科交叉创新实践育人平台的现存问题与对策

学科交叉领域面临三大挑战[18-19]：一是‌产学脱节与资源分散，高校实习实践与产业需求错位，跨学科资源整合不足，学生难以接触真实产业场景‌，部分平台因缺乏校企协同机制，未能形成技术研发、人才培养与产业需求的闭环‌。二是学科壁垒阻碍深度融合，传统院系划分导致跨学科协作困难，课程体系以单一学科知识为主，缺乏系统性交叉设计‌。例如，机械、电子信息与生命科学等学科的融合依赖临时性项目，未形成稳定协作机制。三是评价机制与师资结构失衡，教师评价体系偏重学术论文，忽视实践教学与产业服务贡献，跨学科教学团队建设滞后‌，学生创新能力评价标准单一，难以反映多学科交叉实践成果‌。

为应对挑战，建议：一是‌构建虚实结合的实践平台，参考天津理工大学新工科实践平台模式，融合工业互联网、数字孪生等技术，打造“虚（仿真系统）-实（物理设备）-数（数据平台）-监（实时监控）”四位一体的跨学科实践场景，破解产学资源分散难题‌。二是‌推行项目制教学模式，以产业真实问题为导向设计教学项目（如智能搬运系统研发），贯穿机械设计、算法开发、供应链优化等环节，通过多学科协作提升学生系统性思维能力‌，并建立PDCA质量闭环，动态优化项目流程‌。三是深化产教融合机制，校企共建双创基地（如天津理工大学与滨海创投合作的孵化器），引入企业真实需求榜单，推动科研成果作价入股与市场化转化‌，通过“揭榜挂帅”制度激励师生对接产业技术痛点‌。四是重构评价体系与师资结构，实施教师分类评价机制，单列“产业服务贡献”考核指标，设立跨学科教学团队专项津贴‌，同步推行“智能装备系统工程师”等跨学科人才认证，衔接“海河英才”等政策，强化人才培养与区域产业发展的适配性。

‌七、结论与展望：多学科交叉创新实践育人平台的未来发展方向

多学科交叉创新实践育人平台的未来发展方向应系统化构建"学科-技术-产业"三位一体的协同创新生态体系，整合人工智能、量子信息、生物工程等前沿科技与人文社科学理框架，推进以复杂问题为导向的虚实融合实践场景建设，运用数字孪生技术搭建自演化的跨学科项目库与案例矩阵。在运行机制层面，建立基于动态知识图谱的智能匹配系统，实现学科资源与产业需求的精准耦合，依托区块链技术构建可溯源的创新成果转化通道，完善以能力增值为导向的多维评价体系，突破传统学科评估的线性思维定式。在组织形态上，培育"导师+工程师+创客"混编指导团队，形成产学研用深度嵌套的"创新联合体"，并通过构建全球开放创新网络节点，对接联合国可持续发展目标（SDGs），形成国际示范效应的实践范式。同时，前瞻性布局神经教育学与认知科学的底层支撑作用，开发适应超学科学习范式的智能教辅系统，最终形成自组织、自适应的创新教育生态系统，培养具有系统思维、跨界整合能力和全球视野的复合型创新人才，破解人类面临的重大复杂问题。

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基金项目： 天津理工大学教学基金项目（YB24-32）

作者简介：赵喆，男，硕士研究生，初级工程师，新能源材料与器件，透射电子显微镜。

通信作者：张瑞娥，女，硕士研究生，无，新能源材料与器件。