電子科學與技術學科研究生多學科交叉融合創新培養探索和實踐

摘要：電子科學與技術學科是未來信息技術的核心技術之一，已經成為信息與通信工程、計算機科學與技術、控制科學與工程、儀器科學與技術等一級學科發展的基礎，因此學科交叉融合創新能力將扮演越來越重要的角色。本文從研究生培養出發，討論了電子科學與技術學科研究生多學科交叉融合創新的培養方法，并根據自身的研究課題進行了探索和實踐，本文的成果對我國研究生培養有著一定的指導意義。

關鍵詞：電子科學與技術；研究生；多學科交叉；創新

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

一、引言

電子科學與技術是物理電子學、近代物理學、電磁場與微波技術、微電子學與固體電子學、電路與系統及相關技術的綜合交叉學科，已經成為信息與通信工程、計算機科學與技術、控制科學與工程、儀器科學與技術等一級學科發展的不可或缺的根基。正因為電子科學與技術基礎知識面涵蓋的內容較多、涉及的應用領域非常廣泛，國內目前多數學校為了能夠滿足覆蓋更多的應用領域需求，在研究生的培養方案中多采用多個二級學科方式進行擴展，特別是一些專業性強的大學，例如電子科技大學的“電子科學與技術”一級學科包含5個二級學科，即物理電子學、微電子與固體電子學、電磁場與微波技術、電路與系統、電子信息材料與元器件學科。二級學科設置方法的最大優點是能夠滿足目前國內一些急需的人才需求，能夠在研究生學習中接觸到一些目前工程項目中存在的關鍵技術并研究其解決方案，具有極強的社會針對性，因此非常適合發展中國家專業性強的大學。隨著我國綜合實力的提升，科技發展日新月異，多數重大的科技創新均已經不再局限于某一個二級學科的內容，例如美國麻省理工技術評論2015年評選出來的十大科技創新中，與電子科學與技術相關的有Magic Leap、加州理工學院、HRL、麻省理工學院等開發的新陶瓷材料——納米構架，通用汽車公司研發的汽車間通信，以及谷歌Project Loon等，都是多學科交叉融合的結果。自2012年起，我國也啟動實施了“2011計劃”，擬充分發揮高校多學科、多功能的綜合優勢，聯合國內外各類創新力量，通過建立一批協同創新平臺，形成“多元、融合、動態、持續”的協同創新模式與機制[1]。正是在這種發展趨勢下，部分綜合性大學提出了采用一級學科的招生制度——電子科技大學與技術專業，以追求重大的原創性成果，例如復旦大學等。然而我國目前部分基礎性的關鍵技術還未得到全面解決，電子科學及技術產業將在很長一段時間內處于“三跑并存”的格局，即“跟跑”占一半多，“領跑加并跑”接近占一半。與世界領先國家相比，我國的技術整體處于中上水平[2]，因此對二級學科培養出來的專業性研究生仍舊有著重大需求。因此解決這種需求和創新之間的矛盾的最好方法就是在培養中提倡多學科交叉融合[3]，在工程應用需求中實現創新與突破，以尋求新的經濟增長點。創新是一個民族的靈魂，是一個國家興旺發達的不竭動力。考慮到高校電子科學與技術學科研究生的培養目標中包含了對創新能力的要求，因此研究生的創新能力培養對我國電子信息及相關領域的發展有著重要意義。

二、研究生多學科交叉融合創新培養方法探索

本人是電子科學與技術下二級學科電磁場與微波技術專業的教師，主攻研究方向是微波毫米波電路設計。該專業經過多年的發展，傳統理論已經基本成熟，目前的主攻方向也均是一些多學科的交叉領域，因此特別注重對研究生多學科交叉的創新培養。

1.培養方式。目前多數高校全日制碩士研究生學制為3年，若因客觀原因不能按時完成學業者，可申請適當延長學習年限，但最長學習年限不超過四年。普通博士生的學習年限一般為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行課程學習，滿足所需學分的要求，并且學分直接和獎學金掛鉤，因此碩士研究生一年級通常無法進入教研室接觸課題，這對研究生創新培養來說是一大弊端。針對這種情況，本人對研究生一年級（簡稱研一）的要求需要進一步提升，具體內容包括：制定一個課題方向，并安排高年級學生指導，要求研一第一學期完成課題綜述報告，研一第二學期完成開題報告，并要求每周例會一次，其優點一方面可以加深所學課程的理解能力，另一方面可以在研一就完成研究課題的入門知識學習，為研二課題創新性研究提供充足的文獻閱讀量和專業基礎。

2.課程選擇。目前對于專業性強的高校課程設置種類比較多，而且多數是各個學院相互獨立設置的，互通性不強，這就導致課程的發展無法實現跨院系的機構支持和資源保證[4]。對于按電子科學與技術一級學科招生的學校來說，其專業課的設置顯得不夠全面，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科研工作來說至關重要。本人按照給每個研究生定的科研方向為選擇，除了與課題相關的1—2門專業課程，還特別注重一些基礎課程的選擇，例如電磁場理論、量子力學、機械力學、熱力學等，以滿足多學科知識的交叉融合。

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

三、研究生多學科交叉融合創新培養實踐

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

1.選課要求。微波半導體器件建模和石墨烯高頻納米機電諧振器是隨著微納半導體器件工藝的發展而出現的研究方向，特別是今年以來隨著新興微波半導體材料的發展和微納系統的進一步需求，微波半導體器件建模和高頻微納器件也面臨著一系列的挑戰。該方向涉及了電路與系統、電磁場與微波技術、微電子與固體電子學、材料科學與工程、熱力學和微納制造等多個方向的內容。因此在選課時，要求學生掌握《電磁場理論》和《非線性微波電路與系統》兩門本專業的課程，并選修《半導體器件物理》、《量子力學》、《熱力學》和《微納半導體器件制造》等課程。

2.多學科交叉思維培養。除了讓學生了解與課題相關的課程知識外，還需要引導學生進行多學科內容的交叉思維，或者說多學科的交叉融合。以微波半導體器件建模方向為例，從最基礎的材料和器件制備工藝出發，在《微納半導體制造》課程上，讓學生了解材料和制備工藝工程中哪些步驟會產生缺陷，產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學語言描述，如何將數學語言嵌入到模型描述的整個器件性能中；學生在學習《半導體器件物理》的時候，需要了解器件工作時的一些特點，例如應力和熱效應等；然后結合《非線性電路與系統》課程，了解這些效應對電路和系統的影響；最后結合《熱力學》理論及其仿真技術，實現對器件在微波頻段條件下的模型分析，達到建模的目的。如果半導體器件尺寸進入納米量級，還必須考慮量子效應，如此《量子力學》課程就可以很好地結合到實際課題里面。

3.創新能力培養。多科學交叉思維是創新的重要基礎，除了讓學生學會多學科交叉思維，下一步就需要開展創新能力培養了。我們無法保證每一個門的教師都會注重學生的創新能力，因此最好的辦法是在實踐中培養其創新能力。實踐教學是鞏固理論知識和加深對理論認識的有效途徑，是培養具有創新意識的高素質人才的重要環節，是理論聯系實際、培養學生掌握科學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新能力培養的最佳方式，由于研一課程工作量已經夠大，所以創新能力的培養放到研二進行。開展創新能力培養的前提是讓學生自己總結出目前的發展動態和仍需解決的關鍵技術。下面以石墨烯高頻納機電諧振器課題為例，簡單描述一下創新能力培養的一個思路。由于該領域很新，而且涉及到很多門的學科內容，在了解了石墨烯材料的特性、高頻機電諧振器的原理等基礎理論后，很容易讓學生找不到創新的方向。所以本人采用以點覆蓋面的方法進行引導，首先尋找一篇該課題中與電子科學、與技術電磁場、與微波技術專業有關的高水評論文，要求學生細讀之后，再一起討論論文的創新點并進行講解和點評；然后讓學生通過和傳統微機電諧振器的相互比較，讓其發現納機電諧振器還需要解決的問題，并通過所學課程的內容進行交叉創新。整個教研室的每一個學生經過如此培養之后，都會形成與自己研究方向相關的多學科知識。下一步將進一步加強學生間的相互交流，讓其不受某一單一專業理論、技術和方法的約束，促使其他學科能夠在同一平臺中進行交流，這不僅有利于拓寬研究方向，還有利于學生思維和靈感的互動交流，有利于激起學生的創新思維火花，開拓視野，并豐富各自相關學科的發展理論與方法，有利于提升學生的創新能力，也從另一角度反哺了學科的建設[6]。

四、結論

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

參考文獻：

[1]李想，徐躍杭.協同創新體系下研究生創新能力的培養[J].內蒙古教育：C，2015，（10）.

[2]陳磊.“10年后，科技與你這樣相遇”[J].科技日報，2016，（08）.

[3]張媛藝.以多學科交叉培養為導向的高職法學教學改革研究[J].教育教學論壇，2015，（11）.

[4]高磊.研究型大學學科交叉研究生培養研究[D].上海交通大學博士學位論文，2014-06-12.

[5]蘇玉榮.大學生創新能力培養模式研究[D].武漢理工大學碩士學位論文，2013-05.

[6]歐陽國楨，李翔宇.學科交叉重點實驗室實證研究——以華南理工大學為例[J].科技管理研究，2015，（2）：69-72.

[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