學(xué)科交叉融合：催化科學(xué)儀器創(chuàng)新人才孵化

摘 "要 "基于國家對重大科研儀器的戰(zhàn)略需求以及社會(huì)對新時(shí)代大學(xué)生跨學(xué)科和雙創(chuàng)實(shí)踐能力的要求，提出一種以技術(shù)眾籌創(chuàng)新中心為核心的新模式，推動(dòng)科學(xué)儀器項(xiàng)目研制，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新人才孵化。通過學(xué)科交叉融合，包括知識、智力、優(yōu)勢和資源的融合，結(jié)合技術(shù)眾籌和成果導(dǎo)向的方式，培養(yǎng)具備自主性、務(wù)實(shí)性、創(chuàng)新性的學(xué)生，完成兼具技術(shù)創(chuàng)新、實(shí)踐應(yīng)用和工程管理的復(fù)合型人才的培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞 "學(xué)科交叉融合；技術(shù)眾籌；科學(xué)儀器；創(chuàng)新人才

中圖分類號：G642 " "文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2024）24-00-04

0 "引言

科學(xué)儀器在科研教學(xué)領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用，例如：光譜儀在天文學(xué)中可用于分析星體的化學(xué)成分和運(yùn)動(dòng)方式，在化學(xué)領(lǐng)域則被廣泛用于分析物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)和反應(yīng)機(jī)制；金相儀能夠以高分辨率觀察材料的微觀結(jié)構(gòu)，幫助科學(xué)家研究材料的性質(zhì)和行為，為新材料的設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供幫助；基因測序儀用于對基因組的測序，使科學(xué)家能夠深入了解生物體的遺傳信息，揭示基因與生物學(xué)功能之間的關(guān)系。光譜儀、金相儀和基因測序儀等科學(xué)儀器的開發(fā)研制都促進(jìn)了相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域的飛躍式發(fā)展。離開高精尖的科學(xué)儀器，科學(xué)研究和科學(xué)發(fā)現(xiàn)難以獲得高質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，更難以產(chǎn)出高質(zhì)量、高可靠度的科研成果[1-5]?，F(xiàn)階段我國對科學(xué)儀器設(shè)備的需求越來越大，科技基礎(chǔ)條件資源調(diào)查統(tǒng)計(jì)顯示，近年來我國科學(xué)儀器設(shè)備需求以年均16%的速度增長，對科學(xué)儀器設(shè)備研發(fā)、維護(hù)技術(shù)人員的需求越來越

大[6-9]。但當(dāng)下鮮有高校針對科學(xué)儀器設(shè)備研發(fā)的創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式開展研究，高校大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育與科學(xué)儀器研發(fā)人才短缺的矛盾日益突出。

科學(xué)儀器研發(fā)涉及學(xué)科門類多、技術(shù)門檻高，需要大量跨學(xué)科高層次復(fù)合人才協(xié)同完成。學(xué)科交叉融合是科學(xué)儀器研發(fā)的必經(jīng)之路，比如研發(fā)一臺(tái)掃描電鏡或透射電鏡就需要物理、光學(xué)、材料學(xué)、機(jī)械工程等相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域的團(tuán)隊(duì)協(xié)同作戰(zhàn)[10-14]。用好學(xué)科交叉融合這個(gè)催化劑，打破單一學(xué)科之間的壁壘，催化科學(xué)儀器創(chuàng)新人才的孵化，對高等教育高質(zhì)量發(fā)展具有重要意義。本文通過對科學(xué)儀器需求和科學(xué)儀器創(chuàng)新人才孵化的痛點(diǎn)分析，提出一種“技術(shù)眾籌式”的科學(xué)儀器項(xiàng)目研制引領(lǐng)創(chuàng)新人才孵化模式，意在突破傳統(tǒng)高校大學(xué)生跟隨導(dǎo)師做課題、學(xué)生科研不務(wù)實(shí)、成果不突出的教學(xué)方法，打破傳統(tǒng)的單一學(xué)科的知識、思維、方法論的育人模式，實(shí)現(xiàn)學(xué)生研究自主、科研務(wù)實(shí)、成果突出、學(xué)科交叉的復(fù)合能力的培養(yǎng)。

1 "科學(xué)儀器需求和科學(xué)儀器創(chuàng)新人才孵化

的痛點(diǎn)分析

1.1 "單一學(xué)科下科學(xué)儀器需求與研發(fā)瓶頸

科學(xué)的進(jìn)步需要借助科學(xué)儀器來實(shí)現(xiàn)，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，歷屆諾貝爾科學(xué)獎(jiǎng)中，72%的物理學(xué)獎(jiǎng)、81%的化學(xué)獎(jiǎng)、95%的生理學(xué)獎(jiǎng)都依托高端科學(xué)儀器完成，科學(xué)儀器對于科學(xué)發(fā)現(xiàn)和科學(xué)研究至關(guān)重要[15]。然而科學(xué)儀器的研發(fā)往往需要物理、化學(xué)、機(jī)械、計(jì)算機(jī)等多個(gè)學(xué)科交叉融合，社會(huì)層面科學(xué)儀器研發(fā)技術(shù)人才儲(chǔ)備嚴(yán)重不足。而研發(fā)團(tuán)隊(duì)知識背景單一化、傳統(tǒng)的學(xué)科化研究慣性，導(dǎo)致單一學(xué)科無法開展科學(xué)儀器的自主開發(fā)，例如，材料學(xué)科想要研發(fā)用于科學(xué)研究用的模具，由于其對于機(jī)械設(shè)計(jì)、加工工藝等知識的缺乏只能望而卻步。因此，伴隨著科學(xué)研究和人才培養(yǎng)對科學(xué)儀器設(shè)備的需求越來越大，單一學(xué)科下科學(xué)儀器需求與研發(fā)瓶頸問題日益突出。

1.2 "科學(xué)儀器創(chuàng)新人才孵化起點(diǎn)滯后，過程缺乏系統(tǒng)性

科學(xué)儀器領(lǐng)域由于起步晚、基礎(chǔ)弱，其創(chuàng)新發(fā)展的科技積累明顯不夠。儀器維護(hù)人員、實(shí)驗(yàn)工程師等復(fù)合人才雖然承擔(dān)了復(fù)雜性、系統(tǒng)性高的工作，但往往只被認(rèn)為是科研輔助人員，其社會(huì)認(rèn)可度不高，加之缺乏科學(xué)儀器創(chuàng)新人才的培養(yǎng)體制，社會(huì)上科學(xué)儀器開發(fā)且掌握儀器維護(hù)應(yīng)用的復(fù)合人才空前緊缺。各高校對于科學(xué)儀器創(chuàng)新人才的培養(yǎng)，無論是在教學(xué)、科研體系方面，還是在師資與人才培養(yǎng)方面，都缺乏相應(yīng)的培養(yǎng)體系和制度。以貴州師范大學(xué)機(jī)械與電氣工程學(xué)院為例，教師的知識背景幾乎都是機(jī)械學(xué)科，雖然有少數(shù)材料學(xué)科、計(jì)算機(jī)學(xué)科的教師，但也是獨(dú)自作戰(zhàn)。學(xué)院碩士研究生的培養(yǎng)方案還停留在以傳統(tǒng)教學(xué)為主，實(shí)踐相輔的層面，且實(shí)踐也多是機(jī)械學(xué)科的加工制造類、職業(yè)教育類，缺少交叉學(xué)科方面的培養(yǎng)環(huán)節(jié)。因此，創(chuàng)新科學(xué)儀器復(fù)合人才的培養(yǎng)，健全交叉學(xué)科人才培養(yǎng)機(jī)制，建立良好的先進(jìn)科學(xué)儀器研發(fā)氛圍迫在眉睫。

2 "學(xué)科交叉融合與技術(shù)眾籌的內(nèi)容及核心

思想

2.1 "學(xué)科交叉融合催化科學(xué)儀器創(chuàng)新人才孵化

本文所說學(xué)科交叉融合指通過不同學(xué)科之間學(xué)術(shù)思想的碰撞與思維方式的摩擦，對綜合性復(fù)雜問題和關(guān)鍵技術(shù)難題協(xié)同攻關(guān)，以滿足行業(yè)、社會(huì)對學(xué)科交叉、知識融合、技能集成的人才需求[16]。學(xué)科交叉融合在研制開發(fā)科學(xué)儀器的過程中，主要包括：1）知識融合，融合研制科學(xué)儀器過程中涉及的物理、化學(xué)、材料、光學(xué)等各學(xué)科技術(shù)知識；

2）智力融合，融合研制過程中各學(xué)科領(lǐng)域?qū)＜壹夹g(shù)人才和各企業(yè)高精尖工程師的認(rèn)識問題、解決問題的能力；3）優(yōu)勢融合，融合企業(yè)先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)和運(yùn)營管理的行業(yè)優(yōu)勢，融合各學(xué)科領(lǐng)域?qū)I(yè)優(yōu)勢；4）資源融合，將學(xué)校創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、企業(yè)研發(fā)中心、政府財(cái)稅等支持政策有機(jī)融合。形成知識融合、智力融合、優(yōu)勢融合、資源融合“四融合”的創(chuàng)新人才孵化機(jī)制，如圖1所示。

2.2 "技術(shù)眾籌的核心內(nèi)容和體現(xiàn)形式

技術(shù)眾籌是助力科學(xué)儀器創(chuàng)新人才孵化的重要途徑。首先，項(xiàng)目來源眾籌。以科學(xué)需求為引領(lǐng)，以各企業(yè)、各行業(yè)、各院所的迫切需求為源頭，選擇具有創(chuàng)新性、前瞻性的科學(xué)儀器進(jìn)行立項(xiàng)研制。其次，研發(fā)團(tuán)隊(duì)眾籌，包含導(dǎo)師隊(duì)伍眾籌和學(xué)生團(tuán)隊(duì)眾籌。以眾籌的方式將相關(guān)院系擁有共同研究興趣的教師以及企業(yè)工程師組成雙師雙能型導(dǎo)師隊(duì)伍，將相關(guān)院系對自主探索、自我創(chuàng)新感興趣的學(xué)生眾籌組成學(xué)科交叉的學(xué)生團(tuán)隊(duì)。最后，研發(fā)資源眾籌，對研發(fā)過程所需的技術(shù)平臺(tái)和資金來源等實(shí)行學(xué)校、企業(yè)、地方政府資源眾籌，為技術(shù)眾籌教育順利推進(jìn)提供保障。

通過科學(xué)儀器項(xiàng)目研制的技術(shù)眾籌，一方面體現(xiàn)學(xué)生自主性的培養(yǎng)，學(xué)生可以選擇自己感興趣的課題進(jìn)行研究，打破傳統(tǒng)的跟隨導(dǎo)師研究的局限

性；另一方面體現(xiàn)學(xué)生務(wù)實(shí)性的培養(yǎng)。首先，學(xué)生研究的課題來源于企業(yè)、行業(yè)切實(shí)的需求，通過課題的研制，能夠幫助企業(yè)、行業(yè)解決當(dāng)下需求，意義重大；其次，有助于學(xué)生創(chuàng)新性的培養(yǎng)，科學(xué)儀器研制中多學(xué)科的交叉，使得學(xué)生能汲取到更多本專業(yè)之外的知識，且項(xiàng)目研制過程本著學(xué)生自我探索、自我創(chuàng)新的原則，更能促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)；最后，體現(xiàn)成果導(dǎo)向的培養(yǎng)，以研制科學(xué)儀器設(shè)備為成果導(dǎo)向，能夠激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的熱情，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性。最終通過技術(shù)眾籌教育促進(jìn)科學(xué)儀器創(chuàng)新人才的孵化，如圖2所示。

3 "學(xué)科交叉融合“催化”科學(xué)儀器創(chuàng)新人

才孵化的模式探索

3.1 "技術(shù)眾籌創(chuàng)新中心建設(shè)

建立虛實(shí)結(jié)合的科學(xué)儀器創(chuàng)新人才孵化技術(shù)眾籌創(chuàng)新中心。所謂“虛”是指合理利用信息技術(shù)的超時(shí)空性、實(shí)時(shí)反饋性，建立經(jīng)濟(jì)、高效的科學(xué)儀器研制需要的信息系統(tǒng)?？茖W(xué)儀器創(chuàng)新人才孵化技術(shù)眾籌創(chuàng)新中心實(shí)行每年研制科學(xué)儀器的預(yù)審制度，有效收集各學(xué)院、各行業(yè)對科學(xué)儀器的需求并及時(shí)發(fā)布任務(wù)。所謂“實(shí)”是指在有效利用學(xué)院現(xiàn)有創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和教學(xué)實(shí)驗(yàn)室的基礎(chǔ)上，積極對接學(xué)校相關(guān)交叉學(xué)科學(xué)院的實(shí)驗(yàn)室以及企業(yè)實(shí)驗(yàn)室資源，創(chuàng)建更加穩(wěn)定、健全的學(xué)科交叉創(chuàng)新實(shí)體平臺(tái)。為保證教學(xué)面向智能裝備領(lǐng)域的“技術(shù)眾籌”創(chuàng)新基地（以下簡稱基地）的有效運(yùn)行，構(gòu)建基地建設(shè)管理辦法、管理組織結(jié)構(gòu)、科學(xué)儀器研制基金管理辦法、項(xiàng)目評審辦法、項(xiàng)目跟蹤制度以及成果轉(zhuǎn)化制度等規(guī)章制度。

3.2 "學(xué)科交叉融合的雙師雙能型導(dǎo)師團(tuán)隊(duì)和學(xué)生團(tuán)隊(duì)建設(shè)

建立以研制科學(xué)儀器為導(dǎo)向的雙師雙能型導(dǎo)師團(tuán)隊(duì)。首先，導(dǎo)師團(tuán)隊(duì)成員要有跨學(xué)科的知識背景、學(xué)科交叉理念，并有較強(qiáng)的創(chuàng)新精神和合作溝通能力。其次，加強(qiáng)導(dǎo)師團(tuán)隊(duì)能力的培訓(xùn)，在尊重指導(dǎo)老師不同學(xué)科的特點(diǎn)、鼓勵(lì)個(gè)性化發(fā)展的同時(shí)，借助現(xiàn)有信息技術(shù)融會(huì)貫通的能力，積極推進(jìn)跨行業(yè)、跨院校、跨院系合作計(jì)劃，提升導(dǎo)師團(tuán)隊(duì)學(xué)科交叉能力。最后，各企業(yè)各高校鼓勵(lì)相關(guān)技術(shù)人才走出去、帶進(jìn)來，打破單一學(xué)科的固有思維，掀起學(xué)科交叉研究熱潮。

組建一支多學(xué)科交叉的創(chuàng)新型學(xué)生團(tuán)隊(duì)。首先，學(xué)生隊(duì)伍的選拔從機(jī)械、電氣、材料、大數(shù)據(jù)、人工智能等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域中選拔。其次，建設(shè)以碩士研究生為主，本科生為輔的可持續(xù)發(fā)展學(xué)生團(tuán)隊(duì)。最后，在團(tuán)隊(duì)內(nèi)部秉承以老帶新、傳幫帶的梯隊(duì)培養(yǎng)機(jī)制。團(tuán)隊(duì)成員打破傳統(tǒng)的學(xué)科專業(yè)壁壘，各學(xué)科的學(xué)生在參與研制科學(xué)儀器的過程中朝著一個(gè)目標(biāo)共同努力，充分融合，互幫互助，合作共贏，力爭成為學(xué)科交叉型的復(fù)合型人才。

3.3 "輔修科學(xué)儀器研發(fā)證書創(chuàng)新人才孵化形式

科學(xué)儀器創(chuàng)新人才培養(yǎng)一般需要經(jīng)過 1～2年的時(shí)間，通過科學(xué)儀器研發(fā)過程第二課堂的學(xué)習(xí)及研制科學(xué)儀器的實(shí)踐活動(dòng)，獲得10學(xué)分及以上，其中必須有實(shí)踐活動(dòng)4學(xué)分及以上。在完成學(xué)分的基礎(chǔ)上，在雙導(dǎo)師指導(dǎo)下，完成科學(xué)儀器研制過程的相關(guān)報(bào)告或論文撰寫，并通過雙導(dǎo)師共同答辯的大學(xué)生將被頒發(fā)輔修證書，輔修證書根據(jù)其在研發(fā)科學(xué)儀器中的職責(zé)分配分為設(shè)計(jì)類、工藝類、技能類、綜合類四類。

4 "案例與成果分析

以技術(shù)眾籌創(chuàng)新中心為載體，以科學(xué)儀器研制項(xiàng)目為抓手，以技術(shù)眾籌為手段推動(dòng)學(xué)科交叉創(chuàng)新人才的孵化，具體技術(shù)路線如圖3所示。

截至目前，已實(shí)現(xiàn)諸如“樹苗栽種灌溉一體機(jī)”“面向無人駕駛的激光雷達(dá)和機(jī)器視覺相融合的障礙物檢測研究”“基于機(jī)器視覺的獼猴桃智能采摘機(jī)器人”“面向智慧農(nóng)業(yè)設(shè)備的射頻能源自供電技術(shù)研究”等多個(gè)國家級/省級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目的立項(xiàng)和開展，資助金額從4 000～10 000元不等?；赝ㄟ^對多個(gè)科學(xué)儀器研發(fā)立項(xiàng)、實(shí)施過程監(jiān)督以及項(xiàng)目完成結(jié)果驗(yàn)收，取得了一定的建設(shè)成果。例如，獲“互聯(lián)網(wǎng)+”、貴州省數(shù)字建模設(shè)計(jì)大賽、貴州省青少年3D創(chuàng)意設(shè)計(jì)大賽等大賽省級獎(jiǎng)勵(lì)40余項(xiàng)，學(xué)生在核心期刊發(fā)表論文10篇，其中SCI收錄3篇，EI收錄1篇，申請專利近15項(xiàng)。

面向科學(xué)儀器研發(fā)領(lǐng)域的“技術(shù)眾籌”創(chuàng)新中心作為貴州大學(xué)與貴州師范大學(xué)共創(chuàng)基地，依托貴州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院、貴州師范大學(xué)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)學(xué)院、機(jī)械與電氣工程及與其相近相關(guān)學(xué)科，利用其長期服務(wù)制造、汽車、航空航天、石油化工、農(nóng)機(jī)等行業(yè)和區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的學(xué)科優(yōu)勢，充分發(fā)揮合作單位先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)和運(yùn)營管理的行業(yè)優(yōu)勢，以培養(yǎng)學(xué)科交叉科學(xué)儀器創(chuàng)新人才為目標(biāo)，努力增強(qiáng)大學(xué)生的創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力。

5 "結(jié)束語

通過技術(shù)眾籌創(chuàng)新中心組織科學(xué)儀器研制項(xiàng)目實(shí)施過程中的多學(xué)科知識、資金政策、專家人才、學(xué)生隊(duì)伍等的“技術(shù)眾籌”，一方面實(shí)現(xiàn)了科學(xué)儀器研制成果的轉(zhuǎn)化，攻克了長期以來“卡脖子”的關(guān)鍵技術(shù)，滿足了國家對重大科學(xué)儀器的戰(zhàn)略需求；另一方面從學(xué)科交叉融合思想、發(fā)展思維打破了傳統(tǒng)單一學(xué)科的壁壘，有助于培養(yǎng)兼具技術(shù)創(chuàng)新、實(shí)踐應(yīng)用和工程管理能力的復(fù)合型人才。

6 "參考文獻(xiàn)

[1] 梁玲玲，孫立桐，武思宏，等.基于專利分析的科學(xué)儀

器產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究[J].分析儀器，2023（6）：61-67.

[2] 韓鳳芹，陳亞平.我國科研儀器進(jìn)口依賴的原因分析與對

策建議[J].世界科技研究與發(fā)展，2022，44（3）：314-321.

[3] 楊振磊.我國科研儀器領(lǐng)域研究熱點(diǎn)與前沿探索[J].實(shí)

驗(yàn)室研究與探索，2020，39（4）：253-258.

[4] 許歡.科研儀器設(shè)備是實(shí)現(xiàn)科學(xué)創(chuàng)新的必要條件[J].中

國纖檢，2021（6）：54-56.

[5] 鄒自明.“科研儀器與設(shè)施”專題序言[J].世界科技研

究與發(fā)展，2022，44（3）：283-286.

[6] 袁勇，付國春，戴靈豪，等.加快推進(jìn)國產(chǎn)科研儀器“

進(jìn)口替代”的思考[J].分析測試技術(shù)與儀器，2022，

28（1）：62-67.

[7] 陳盼，陳寧，亓云濤，等.浙江省國產(chǎn)科研儀器發(fā)展現(xiàn)

狀分析及對策[J].分析測試技術(shù)與儀器，2022，28（1）：

57-61.

[8] 黃媛，韋瑋.研究所科研儀器設(shè)備管理探討[J].中國設(shè)備工程，2021（2）：43-44.

[9] 代小佩.中國科學(xué)院院士楊學(xué)明：一定要強(qiáng)調(diào)科學(xué)儀器

的重要性[N].科技日報(bào)，2022-09-19（5）.

[10] 蔣建科.用好學(xué)科交叉這個(gè)“催化劑”[N].人民日報(bào)，

2022-09-05（19）.

[11] 羅生全.學(xué)科交叉的源動(dòng)力與創(chuàng)新發(fā)展機(jī)制[J].南京社會(huì)科學(xué)，2022（9）：140-146.

[12] 符曉波. 中國科學(xué)院院士焦念志：解決重大科學(xué)問題離不開學(xué)科交叉[N].科技日報(bào)，2022-10-16（7）.

[13] 黃婭.多學(xué)科交叉研究生培養(yǎng)模式探究[J].科技風(fēng)，

2022（28）：52-54.

[14] 馬煥靈.論學(xué)科交叉的發(fā)展樣態(tài)與行動(dòng)策略[J].南京社會(huì)科學(xué)，2022（9）：147-155.

[15] 孫占久，王超，呂晶淼.促進(jìn)國產(chǎn)科研儀器發(fā)展的策略

研究[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2022，41（6）：296-300.

[16] 李姿雨，方鳳玲.系統(tǒng)思維視域下大數(shù)據(jù)與思想政治教

育有效融合研究[J].思想教育研究，2022（3）：50-55.