電子科學(xué)與技術(shù)學(xué)科研究生多學(xué)科交叉融合創(chuàng)新培養(yǎng)探索和實踐

摘要：電子科學(xué)與技術(shù)學(xué)科是未來信息技術(shù)的核心技術(shù)之一，已經(jīng)成為信息與通信工程、計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、控制科學(xué)與工程、儀器科學(xué)與技術(shù)等一級學(xué)科發(fā)展的基礎(chǔ)，因此學(xué)科交叉融合創(chuàng)新能力將扮演越來越重要的角色。本文從研究生培養(yǎng)出發(fā)，討論了電子科學(xué)與技術(shù)學(xué)科研究生多學(xué)科交叉融合創(chuàng)新的培養(yǎng)方法，并根據(jù)自身的研究課題進(jìn)行了探索和實踐，本文的成果對我國研究生培養(yǎng)有著一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：電子科學(xué)與技術(shù)；研究生；多學(xué)科交叉；創(chuàng)新

中圖分類號：G643 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）03-0123-03

一、引言

電子科學(xué)與技術(shù)是物理電子學(xué)、近代物理學(xué)、電磁場與微波技術(shù)、微電子學(xué)與固體電子學(xué)、電路與系統(tǒng)及相關(guān)技術(shù)的綜合交叉學(xué)科，已經(jīng)成為信息與通信工程、計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、控制科學(xué)與工程、儀器科學(xué)與技術(shù)等一級學(xué)科發(fā)展的不可或缺的根基。正因為電子科學(xué)與技術(shù)基礎(chǔ)知識面涵蓋的內(nèi)容較多、涉及的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，國內(nèi)目前多數(shù)學(xué)校為了能夠滿足覆蓋更多的應(yīng)用領(lǐng)域需求，在研究生的培養(yǎng)方案中多采用多個二級學(xué)科方式進(jìn)行擴(kuò)展，特別是一些專業(yè)性強(qiáng)的大學(xué)，例如電子科技大學(xué)的“電子科學(xué)與技術(shù)”一級學(xué)科包含5個二級學(xué)科，即物理電子學(xué)、微電子與固體電子學(xué)、電磁場與微波技術(shù)、電路與系統(tǒng)、電子信息材料與元器件學(xué)科。二級學(xué)科設(shè)置方法的最大優(yōu)點是能夠滿足目前國內(nèi)一些急需的人才需求，能夠在研究生學(xué)習(xí)中接觸到一些目前工程項目中存在的關(guān)鍵技術(shù)并研究其解決方案，具有極強(qiáng)的社會針對性，因此非常適合發(fā)展中國家專業(yè)性強(qiáng)的大學(xué)。隨著我國綜合實力的提升，科技發(fā)展日新月異，多數(shù)重大的科技創(chuàng)新均已經(jīng)不再局限于某一個二級學(xué)科的內(nèi)容，例如美國麻省理工技術(shù)評論2015年評選出來的十大科技創(chuàng)新中，與電子科學(xué)與技術(shù)相關(guān)的有Magic Leap、加州理工學(xué)院、HRL、麻省理工學(xué)院等開發(fā)的新陶瓷材料——納米構(gòu)架，通用汽車公司研發(fā)的汽車間通信，以及谷歌Project Loon等，都是多學(xué)科交叉融合的結(jié)果。自2012年起，我國也啟動實施了“2011計劃”，擬充分發(fā)揮高校多學(xué)科、多功能的綜合優(yōu)勢，聯(lián)合國內(nèi)外各類創(chuàng)新力量，通過建立一批協(xié)同創(chuàng)新平臺，形成“多元、融合、動態(tài)、持續(xù)”的協(xié)同創(chuàng)新模式與機(jī)制[1]。正是在這種發(fā)展趨勢下，部分綜合性大學(xué)提出了采用一級學(xué)科的招生制度——電子科技大學(xué)與技術(shù)專業(yè)，以追求重大的原創(chuàng)性成果，例如復(fù)旦大學(xué)等。然而我國目前部分基礎(chǔ)性的關(guān)鍵技術(shù)還未得到全面解決，電子科學(xué)及技術(shù)產(chǎn)業(yè)將在很長一段時間內(nèi)處于“三跑并存”的格局，即“跟跑”占一半多，“領(lǐng)跑加并跑”接近占一半。與世界領(lǐng)先國家相比，我國的技術(shù)整體處于中上水平[2]，因此對二級學(xué)科培養(yǎng)出來的專業(yè)性研究生仍舊有著重大需求。因此解決這種需求和創(chuàng)新之間的矛盾的最好方法就是在培養(yǎng)中提倡多學(xué)科交叉融合[3]，在工程應(yīng)用需求中實現(xiàn)創(chuàng)新與突破，以尋求新的經(jīng)濟(jì)增長點。創(chuàng)新是一個民族的靈魂，是一個國家興旺發(fā)達(dá)的不竭動力?？紤]到高校電子科學(xué)與技術(shù)學(xué)科研究生的培養(yǎng)目標(biāo)中包含了對創(chuàng)新能力的要求，因此研究生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)對我國電子信息及相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展有著重要意義。

二、研究生多學(xué)科交叉融合創(chuàng)新培養(yǎng)方法探索

本人是電子科學(xué)與技術(shù)下二級學(xué)科電磁場與微波技術(shù)專業(yè)的教師，主攻研究方向是微波毫米波電路設(shè)計。該專業(yè)經(jīng)過多年的發(fā)展，傳統(tǒng)理論已經(jīng)基本成熟，目前的主攻方向也均是一些多學(xué)科的交叉領(lǐng)域，因此特別注重對研究生多學(xué)科交叉的創(chuàng)新培養(yǎng)。

1.培養(yǎng)方式。目前多數(shù)高校全日制碩士研究生學(xué)制為3年，若因客觀原因不能按時完成學(xué)業(yè)者，可申請適當(dāng)延長學(xué)習(xí)年限，但最長學(xué)習(xí)年限不超過四年。普通博士生的學(xué)習(xí)年限一般為3—4年，一般博士研究生最長不超過6年。通常需要對碩士或者博士的一年級進(jìn)行課程學(xué)習(xí)，滿足所需學(xué)分的要求，并且學(xué)分直接和獎學(xué)金掛鉤，因此碩士研究生一年級通常無法進(jìn)入教研室接觸課題，這對研究生創(chuàng)新培養(yǎng)來說是一大弊端。針對這種情況，本人對研究生一年級（簡稱研一）的要求需要進(jìn)一步提升，具體內(nèi)容包括：制定一個課題方向，并安排高年級學(xué)生指導(dǎo)，要求研一第一學(xué)期完成課題綜述報告，研一第二學(xué)期完成開題報告，并要求每周例會一次，其優(yōu)點一方面可以加深所學(xué)課程的理解能力，另一方面可以在研一就完成研究課題的入門知識學(xué)習(xí)，為研二課題創(chuàng)新性研究提供充足的文獻(xiàn)閱讀量和專業(yè)基礎(chǔ)。

2.課程選擇。目前對于專業(yè)性強(qiáng)的高校課程設(shè)置種類比較多，而且多數(shù)是各個學(xué)院相互獨立設(shè)置的，互通性不強(qiáng)，這就導(dǎo)致課程的發(fā)展無法實現(xiàn)跨院系的機(jī)構(gòu)支持和資源保證[4]。對于按電子科學(xué)與技術(shù)一級學(xué)科招生的學(xué)校來說，其專業(yè)課的設(shè)置顯得不夠全面，無法覆蓋所有課題方向，因此合適的課程選擇對研究生的后續(xù)科研工作來說至關(guān)重要。本人按照給每個研究生定的科研方向為選擇，除了與課題相關(guān)的1—2門專業(yè)課程，還特別注重一些基礎(chǔ)課程的選擇，例如電磁場理論、量子力學(xué)、機(jī)械力學(xué)、熱力學(xué)等，以滿足多學(xué)科知識的交叉融合。

3.必修環(huán)節(jié)。必修環(huán)節(jié)是研究生拓展知識的一部分要求，目前高校主要包括文獻(xiàn)綜述與選題報告、學(xué)術(shù)活動、社會/教學(xué)實踐、資格考試（博士生）等。本部分內(nèi)容對培養(yǎng)研究生的綜合素質(zhì)有著重要的幫助，因此本人鼓勵學(xué)生參與這些工作，包括參加各種學(xué)術(shù)報告活動、一些競賽或者教學(xué)活動，如果時間充裕，最好每個月或者每個學(xué)期在課題組開展一次相關(guān)工作的總結(jié)和交流。

三、研究生多學(xué)科交叉融合創(chuàng)新培養(yǎng)實踐

針對自己的研究方向，本人開展了一些具體的培養(yǎng)實踐，下面就以兩個研究方向為例，分別是微波半導(dǎo)體器件建模和石墨烯高頻納米機(jī)電諧振器，來具體地描述一下研究生多學(xué)科交叉融合的創(chuàng)新實踐內(nèi)容和成果。

1.選課要求。微波半導(dǎo)體器件建模和石墨烯高頻納米機(jī)電諧振器是隨著微納半導(dǎo)體器件工藝的發(fā)展而出現(xiàn)的研究方向，特別是今年以來隨著新興微波半導(dǎo)體材料的發(fā)展和微納系統(tǒng)的進(jìn)一步需求，微波半導(dǎo)體器件建模和高頻微納器件也面臨著一系列的挑戰(zhàn)。該方向涉及了電路與系統(tǒng)、電磁場與微波技術(shù)、微電子與固體電子學(xué)、材料科學(xué)與工程、熱力學(xué)和微納制造等多個方向的內(nèi)容。因此在選課時，要求學(xué)生掌握《電磁場理論》和《非線性微波電路與系統(tǒng)》兩門本專業(yè)的課程，并選修《半導(dǎo)體器件物理》、《量子力學(xué)》、《熱力學(xué)》和《微納半導(dǎo)體器件制造》等課程。

2.多學(xué)科交叉思維培養(yǎng)。除了讓學(xué)生了解與課題相關(guān)的課程知識外，還需要引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行多學(xué)科內(nèi)容的交叉思維，或者說多學(xué)科的交叉融合。以微波半導(dǎo)體器件建模方向為例，從最基礎(chǔ)的材料和器件制備工藝出發(fā)，在《微納半導(dǎo)體制造》課程上，讓學(xué)生了解材料和制備工藝工程中哪些步驟會產(chǎn)生缺陷，產(chǎn)生缺陷之后對最終器件有什么影響，器件中存在的缺陷如何用數(shù)學(xué)語言描述，如何將數(shù)學(xué)語言嵌入到模型描述的整個器件性能中；學(xué)生在學(xué)習(xí)《半導(dǎo)體器件物理》的時候，需要了解器件工作時的一些特點，例如應(yīng)力和熱效應(yīng)等；然后結(jié)合《非線性電路與系統(tǒng)》課程，了解這些效應(yīng)對電路和系統(tǒng)的影響；最后結(jié)合《熱力學(xué)》理論及其仿真技術(shù)，實現(xiàn)對器件在微波頻段條件下的模型分析，達(dá)到建模的目的。如果半導(dǎo)體器件尺寸進(jìn)入納米量級，還必須考慮量子效應(yīng)，如此《量子力學(xué)》課程就可以很好地結(jié)合到實際課題里面。

3.創(chuàng)新能力培養(yǎng)。多科學(xué)交叉思維是創(chuàng)新的重要基礎(chǔ)，除了讓學(xué)生學(xué)會多學(xué)科交叉思維，下一步就需要開展創(chuàng)新能力培養(yǎng)了。我們無法保證每一個門的教師都會注重學(xué)生的創(chuàng)新能力，因此最好的辦法是在實踐中培養(yǎng)其創(chuàng)新能力。實踐教學(xué)是鞏固理論知識和加深對理論認(rèn)識的有效途徑，是培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識的高素質(zhì)人才的重要環(huán)節(jié)，是理論聯(lián)系實際、培養(yǎng)學(xué)生掌握科學(xué)方法和提高動手能力的重要載體[5]。因此對實際課題的實踐是創(chuàng)新能力培養(yǎng)的最佳方式，由于研一課程工作量已經(jīng)夠大，所以創(chuàng)新能力的培養(yǎng)放到研二進(jìn)行。開展創(chuàng)新能力培養(yǎng)的前提是讓學(xué)生自己總結(jié)出目前的發(fā)展動態(tài)和仍需解決的關(guān)鍵技術(shù)。下面以石墨烯高頻納機(jī)電諧振器課題為例，簡單描述一下創(chuàng)新能力培養(yǎng)的一個思路。由于該領(lǐng)域很新，而且涉及到很多門的學(xué)科內(nèi)容，在了解了石墨烯材料的特性、高頻機(jī)電諧振器的原理等基礎(chǔ)理論后，很容易讓學(xué)生找不到創(chuàng)新的方向。所以本人采用以點覆蓋面的方法進(jìn)行引導(dǎo)，首先尋找一篇該課題中與電子科學(xué)、與技術(shù)電磁場、與微波技術(shù)專業(yè)有關(guān)的高水評論文，要求學(xué)生細(xì)讀之后，再一起討論論文的創(chuàng)新點并進(jìn)行講解和點評；然后讓學(xué)生通過和傳統(tǒng)微機(jī)電諧振器的相互比較，讓其發(fā)現(xiàn)納機(jī)電諧振器還需要解決的問題，并通過所學(xué)課程的內(nèi)容進(jìn)行交叉創(chuàng)新。整個教研室的每一個學(xué)生經(jīng)過如此培養(yǎng)之后，都會形成與自己研究方向相關(guān)的多學(xué)科知識。下一步將進(jìn)一步加強(qiáng)學(xué)生間的相互交流，讓其不受某一單一專業(yè)理論、技術(shù)和方法的約束，促使其他學(xué)科能夠在同一平臺中進(jìn)行交流，這不僅有利于拓寬研究方向，還有利于學(xué)生思維和靈感的互動交流，有利于激起學(xué)生的創(chuàng)新思維火花，開拓視野，并豐富各自相關(guān)學(xué)科的發(fā)展理論與方法，有利于提升學(xué)生的創(chuàng)新能力，也從另一角度反哺了學(xué)科的建設(shè)[6]。

四、結(jié)論

阿爾伯特·愛因斯坦曾經(jīng)說過“想象力比知識更重要”，未來10年科技的發(fā)展會向大腦解密、太空探索、大型多人在線數(shù)據(jù)、未來海洋、奇異物質(zhì)以及工程進(jìn)化[7]。電子科學(xué)與技術(shù)學(xué)科作為未來信息技術(shù)的核心技術(shù)之一，學(xué)科的交叉融合創(chuàng)新能力將扮演著越來越重要的角色。本文從研究生培養(yǎng)出發(fā)，探索了研究生多學(xué)科交叉融合的創(chuàng)新培養(yǎng)方法，并進(jìn)行了實踐驗證，這對未來的研究生培養(yǎng)有著一定的意義。

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[7]http：//www.iftf.org/our-work/people-technology/technology-horizons/the-future-of-science/.

Experimental Study of Multidisciplinary Field Cross Based Innovation for Graduate Student in the Major of Electronic Science and Technology

XU Yue-hang

（University of Electronic Science and Technology，Chengdu，Sichuan 611731，China）

Abstract：As one of the core technology of information technology in the future，electronic science and technology has become the foundation of information and communication engineering，computer science and technology，control science and engineering，instrument science and technology level of the development of the discipline of indispensable.As a result，interdisciplinary integration innovation ability will play a more and more important role.This article embarks from the graduate education，and discusses training of multidisciplinary filed cross innovation method for the postgraduate electronic science and technology.A method has proposed and experimental is done based on my own research project.The results of paper will helpful for graduate education in our country.

Key words：electronic science and technology；graduate student；multidisciplinary field cross；innovation