學科交叉融合：催化科學儀器創新人才孵化

摘 "要 "基于國家對重大科研儀器的戰略需求以及社會對新時代大學生跨學科和雙創實踐能力的要求，提出一種以技術眾籌創新中心為核心的新模式，推動科學儀器項目研制，實現創新人才孵化。通過學科交叉融合，包括知識、智力、優勢和資源的融合，結合技術眾籌和成果導向的方式，培養具備自主性、務實性、創新性的學生，完成兼具技術創新、實踐應用和工程管理的復合型人才的培養。

關鍵詞 "學科交叉融合；技術眾籌；科學儀器；創新人才

中圖分類號：G642 " "文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2024）24-00-04

0 "引言

科學儀器在科研教學領域發揮著重要作用，例如：光譜儀在天文學中可用于分析星體的化學成分和運動方式，在化學領域則被廣泛用于分析物質的分子結構和反應機制；金相儀能夠以高分辨率觀察材料的微觀結構，幫助科學家研究材料的性質和行為，為新材料的設計和應用提供幫助；基因測序儀用于對基因組的測序，使科學家能夠深入了解生物體的遺傳信息，揭示基因與生物學功能之間的關系。光譜儀、金相儀和基因測序儀等科學儀器的開發研制都促進了相關學科領域的飛躍式發展。離開高精尖的科學儀器，科學研究和科學發現難以獲得高質量的實驗數據，更難以產出高質量、高可靠度的科研成果[1-5]。現階段我國對科學儀器設備的需求越來越大，科技基礎條件資源調查統計顯示，近年來我國科學儀器設備需求以年均16%的速度增長，對科學儀器設備研發、維護技術人員的需求越來越

大[6-9]。但當下鮮有高校針對科學儀器設備研發的創新人才培養模式開展研究，高校大學生創新創業教育與科學儀器研發人才短缺的矛盾日益突出。

科學儀器研發涉及學科門類多、技術門檻高，需要大量跨學科高層次復合人才協同完成。學科交叉融合是科學儀器研發的必經之路，比如研發一臺掃描電鏡或透射電鏡就需要物理、光學、材料學、機械工程等相關學科領域的團隊協同作戰[10-14]。用好學科交叉融合這個催化劑，打破單一學科之間的壁壘，催化科學儀器創新人才的孵化，對高等教育高質量發展具有重要意義。本文通過對科學儀器需求和科學儀器創新人才孵化的痛點分析，提出一種“技術眾籌式”的科學儀器項目研制引領創新人才孵化模式，意在突破傳統高校大學生跟隨導師做課題、學生科研不務實、成果不突出的教學方法，打破傳統的單一學科的知識、思維、方法論的育人模式，實現學生研究自主、科研務實、成果突出、學科交叉的復合能力的培養。

1 "科學儀器需求和科學儀器創新人才孵化

的痛點分析

1.1 "單一學科下科學儀器需求與研發瓶頸

科學的進步需要借助科學儀器來實現，據不完全統計，歷屆諾貝爾科學獎中，72%的物理學獎、81%的化學獎、95%的生理學獎都依托高端科學儀器完成，科學儀器對于科學發現和科學研究至關重要[15]。然而科學儀器的研發往往需要物理、化學、機械、計算機等多個學科交叉融合，社會層面科學儀器研發技術人才儲備嚴重不足。而研發團隊知識背景單一化、傳統的學科化研究慣性，導致單一學科無法開展科學儀器的自主開發，例如，材料學科想要研發用于科學研究用的模具，由于其對于機械設計、加工工藝等知識的缺乏只能望而卻步。因此，伴隨著科學研究和人才培養對科學儀器設備的需求越來越大，單一學科下科學儀器需求與研發瓶頸問題日益突出。

1.2 "科學儀器創新人才孵化起點滯后，過程缺乏系統性

科學儀器領域由于起步晚、基礎弱，其創新發展的科技積累明顯不夠。儀器維護人員、實驗工程師等復合人才雖然承擔了復雜性、系統性高的工作，但往往只被認為是科研輔助人員，其社會認可度不高，加之缺乏科學儀器創新人才的培養體制，社會上科學儀器開發且掌握儀器維護應用的復合人才空前緊缺。各高校對于科學儀器創新人才的培養，無論是在教學、科研體系方面，還是在師資與人才培養方面，都缺乏相應的培養體系和制度。以貴州師范大學機械與電氣工程學院為例，教師的知識背景幾乎都是機械學科，雖然有少數材料學科、計算機學科的教師，但也是獨自作戰。學院碩士研究生的培養方案還停留在以傳統教學為主，實踐相輔的層面，且實踐也多是機械學科的加工制造類、職業教育類，缺少交叉學科方面的培養環節。因此，創新科學儀器復合人才的培養，健全交叉學科人才培養機制，建立良好的先進科學儀器研發氛圍迫在眉睫。

2 "學科交叉融合與技術眾籌的內容及核心

思想

2.1 "學科交叉融合催化科學儀器創新人才孵化

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

2）智力融合，融合研制過程中各學科領域專家技術人才和各企業高精尖工程師的認識問題、解決問題的能力；3）優勢融合，融合企業先進的生產技術和運營管理的行業優勢，融合各學科領域專業優勢；4）資源融合，將學校創新實驗平臺、企業研發中心、政府財稅等支持政策有機融合。形成知識融合、智力融合、優勢融合、資源融合“四融合”的創新人才孵化機制，如圖1所示。

2.2 "技術眾籌的核心內容和體現形式

技術眾籌是助力科學儀器創新人才孵化的重要途徑。首先，項目來源眾籌。以科學需求為引領，以各企業、各行業、各院所的迫切需求為源頭，選擇具有創新性、前瞻性的科學儀器進行立項研制。其次，研發團隊眾籌，包含導師隊伍眾籌和學生團隊眾籌。以眾籌的方式將相關院系擁有共同研究興趣的教師以及企業工程師組成雙師雙能型導師隊伍，將相關院系對自主探索、自我創新感興趣的學生眾籌組成學科交叉的學生團隊。最后，研發資源眾籌，對研發過程所需的技術平臺和資金來源等實行學校、企業、地方政府資源眾籌，為技術眾籌教育順利推進提供保障。

通過科學儀器項目研制的技術眾籌，一方面體現學生自主性的培養，學生可以選擇自己感興趣的課題進行研究，打破傳統的跟隨導師研究的局限

性；另一方面體現學生務實性的培養。首先，學生研究的課題來源于企業、行業切實的需求，通過課題的研制，能夠幫助企業、行業解決當下需求，意義重大；其次，有助于學生創新性的培養，科學儀器研制中多學科的交叉，使得學生能汲取到更多本專業之外的知識，且項目研制過程本著學生自我探索、自我創新的原則，更能促進學生創新能力的培養；最后，體現成果導向的培養，以研制科學儀器設備為成果導向，能夠激發學生創新創業的熱情，提高學生自主學習的積極性。最終通過技術眾籌教育促進科學儀器創新人才的孵化，如圖2所示。

3 "學科交叉融合“催化”科學儀器創新人

才孵化的模式探索

3.1 "技術眾籌創新中心建設

建立虛實結合的科學儀器創新人才孵化技術眾籌創新中心。所謂“虛”是指合理利用信息技術的超時空性、實時反饋性，建立經濟、高效的科學儀器研制需要的信息系統。科學儀器創新人才孵化技術眾籌創新中心實行每年研制科學儀器的預審制度，有效收集各學院、各行業對科學儀器的需求并及時發布任務。所謂“實”是指在有效利用學院現有創新實驗平臺和教學實驗室的基礎上，積極對接學校相關交叉學科學院的實驗室以及企業實驗室資源，創建更加穩定、健全的學科交叉創新實體平臺。為保證教學面向智能裝備領域的“技術眾籌”創新基地（以下簡稱基地）的有效運行，構建基地建設管理辦法、管理組織結構、科學儀器研制基金管理辦法、項目評審辦法、項目跟蹤制度以及成果轉化制度等規章制度。

3.2 "學科交叉融合的雙師雙能型導師團隊和學生團隊建設

建立以研制科學儀器為導向的雙師雙能型導師團隊。首先，導師團隊成員要有跨學科的知識背景、學科交叉理念，并有較強的創新精神和合作溝通能力。其次，加強導師團隊能力的培訓，在尊重指導老師不同學科的特點、鼓勵個性化發展的同時，借助現有信息技術融會貫通的能力，積極推進跨行業、跨院校、跨院系合作計劃，提升導師團隊學科交叉能力。最后，各企業各高校鼓勵相關技術人才走出去、帶進來，打破單一學科的固有思維，掀起學科交叉研究熱潮。

組建一支多學科交叉的創新型學生團隊。首先，學生隊伍的選拔從機械、電氣、材料、大數據、人工智能等多個學科領域中選拔。其次，建設以碩士研究生為主，本科生為輔的可持續發展學生團隊。最后，在團隊內部秉承以老帶新、傳幫帶的梯隊培養機制。團隊成員打破傳統的學科專業壁壘，各學科的學生在參與研制科學儀器的過程中朝著一個目標共同努力，充分融合，互幫互助，合作共贏，力爭成為學科交叉型的復合型人才。

3.3 "輔修科學儀器研發證書創新人才孵化形式

科學儀器創新人才培養一般需要經過 1～2年的時間，通過科學儀器研發過程第二課堂的學習及研制科學儀器的實踐活動，獲得10學分及以上，其中必須有實踐活動4學分及以上。在完成學分的基礎上，在雙導師指導下，完成科學儀器研制過程的相關報告或論文撰寫，并通過雙導師共同答辯的大學生將被頒發輔修證書，輔修證書根據其在研發科學儀器中的職責分配分為設計類、工藝類、技能類、綜合類四類。

4 "案例與成果分析

以技術眾籌創新中心為載體，以科學儀器研制項目為抓手，以技術眾籌為手段推動學科交叉創新人才的孵化，具體技術路線如圖3所示。

截至目前，已實現諸如“樹苗栽種灌溉一體機”“面向無人駕駛的激光雷達和機器視覺相融合的障礙物檢測研究”“基于機器視覺的獼猴桃智能采摘機器人”“面向智慧農業設備的射頻能源自供電技術研究”等多個國家級/省級大學生創新創業項目的立項和開展，資助金額從4 000～10 000元不等。基地通過對多個科學儀器研發立項、實施過程監督以及項目完成結果驗收，取得了一定的建設成果。例如，獲“互聯網+”、貴州省數字建模設計大賽、貴州省青少年3D創意設計大賽等大賽省級獎勵40余項，學生在核心期刊發表論文10篇，其中SCI收錄3篇，EI收錄1篇，申請專利近15項。

面向科學儀器研發領域的“技術眾籌”創新中心作為貴州大學與貴州師范大學共創基地，依托貴州大學機械工程學院、貴州師范大學創新創業學院、機械與電氣工程及與其相近相關學科，利用其長期服務制造、汽車、航空航天、石油化工、農機等行業和區域經濟社會發展的學科優勢，充分發揮合作單位先進的生產技術和運營管理的行業優勢，以培養學科交叉科學儀器創新人才為目標，努力增強大學生的創新意識、創新能力和實踐能力。

5 "結束語

通過技術眾籌創新中心組織科學儀器研制項目實施過程中的多學科知識、資金政策、專家人才、學生隊伍等的“技術眾籌”，一方面實現了科學儀器研制成果的轉化，攻克了長期以來“卡脖子”的關鍵技術，滿足了國家對重大科學儀器的戰略需求；另一方面從學科交叉融合思想、發展思維打破了傳統單一學科的壁壘，有助于培養兼具技術創新、實踐應用和工程管理能力的復合型人才。

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