基于學科交叉融合的創新性實驗平臺建設

張建良，　盧慧芬，　趙建勇，　吳　越，　齊冬蓮

(浙江大學 電氣工程學院， 杭州 310027)

0　引　言

培養具有創新意識、創新能力、創新思維的創新型人才，在創新型社會發展中的作用日益重要。以往各類學科獨自發展和各自為戰的研究現狀已經不能夠適應當今學科交叉創新發展的需要。同時，開展跨學科的交叉培養體系研究，不但有助于拓寬學生的思維及視野，激勵教師的創新意識和動力，而且對當今高水平大學的學科協同發展和創新人才培養機制的完善具有重要的意義[1-5]。

近年來，我校在貫徹落實建設中國特色世界一流大學總體戰略過程中，圍繞一流學科建設目標，提出將學科交叉發展和創新型人才培養作為一項根本任務。在實施過程中，積極探索學科交叉融合和知識共享的有效途徑，堅持“分類統籌、一流牽引、主干強身、交叉驅動、生態優化”的學科建設指導原則，重點培植和優先發展交叉學科領域，努力營造形成學科交叉融合、資源成果共享、組織協調有序的學科發展新局面，促進學科交叉融合共享和拔尖創新人才培養的制度環境逐步完善[2-12]，在多項領域中逐步建成了一批具有浙大特色、相互支撐、協同發展的一流交叉學科，產出了一系列具有國際影響力的標志性交叉創新成果，學科綜合優勢進一步彰顯，學科整體水平和創新活力顯著提升。

學科交叉融合的推進實施，為實驗教學創新工作的開展創造了良好的氛圍，大大提高了實驗學科交叉融合后的整體教學水平。通過跨學院合作，以多種形式加強學科之間的交叉與融合，凝練實施了一批多學科交叉的重大實驗平臺和項目，實現以大項目大平臺帶動學科交叉匯聚發展的目的[2]。比如，電氣學院系統科學與工程系實驗室與建工學院土木水利工程實驗中心通過科研聯盟的形式，發揮多學科協同創新的示范作用，通過凝練交叉學科的突破方向，搭建交叉科研平臺，積極探索出一條交叉合作的機制[2,5,7,12]。

1　創新性實驗平臺的總體設計思路

在創新型社會發展中，學科交叉融合對培養具有創新意識、創新能力、創新思維的創新型人才具有至關重要的作用。因此，迫切需要改變以往各學科獨自發展的現狀，大力開展跨學科的交叉培養[6-8]，積極拓寬學生的思維及視野，激發教師的創新意識和動力，推動學科協同發展，不斷完善創新人才培養機制。

我校近年來在推進“雙一流”建設中，特別重視學科交叉研究和知識創新體系構建。包括電氣學院、建工學院等各個學院在培養和推動創新型人才培養方面，尤其重視以多樣化的創新研究平臺與學生成效激勵政策相結合，基于系統觀點整合關聯課程，構建內核寬泛精煉、外延交叉的課程體系，建立以探索性實驗為特色實驗教學體系，形成創新性項目研究為主體的創新實踐與創新能力培養機制[9-15]。

在學科交叉融合的大背景下，借助跨學科協作的強大硬件條件和技術力量，通過學科強強聯合和交叉，逐步構建跨學科創新性科研實驗平臺，不但為相關學科學生和實驗教學人員提供一個溝通和學習的平臺，而且有望解決在困擾各自學科技術或者應用方面的科研瓶頸，促進跨學科教學科研儀器平臺的研制，推動創新性和綜合性實驗教學在創新型人才培養中實施和應用。

首先通過相關專業教師的溝通和合作，綜合不同學科之間應用需求和專業理論知識，實現對現有試驗裝置和平臺儀器的缺陷、以及對現有試驗流程進行深入的特點分析和性能研究。進而基于跨學科協作與融合的思想，探索出一條實驗教學在高校創新實踐教學中的改革方式和實現途徑，有助于促進學科交叉融合的推進和科研實驗綜合創新水平的提高，為培養創新型人才和構建開放式一流學科體系奠定堅實的理論儲備和工程技術基礎。

2　創新性實驗平臺的組織實施

學科交叉融合的創新性實驗平臺因其具有多學科交叉的優勢，具有輻射面廣、擴展性強和要求性高的特點。考慮到跨學科實驗交叉融合開展歷史短，知識面廣和相關教學科研體系不完善的現狀，在組織實施中著重在以下幾個方面進行探索。

(1) 重視科研項目平臺建設，發揮學科交叉資源共享優勢。通過加強不同學科的多形式交叉融合，以多學科交叉的重大項目實施為契機，建設大項目融合平臺帶動學科交叉發展。以“科研聯盟”的思想形式凝練交叉突破口，以交叉科研平臺建設調動學科資源，探索建立交叉合作體制[6,15]。加快推進具有突出交叉學科特點的創新中心建設，著力建設實驗交叉實驗室和資訊數據支撐平臺，培育多學科交叉融合的創新團隊，利用各個學科的資源優勢和貫通，孕育多學科交叉的學術創新成果。

(2) 完善層次化課程體系建設，探索拔尖創新人才培養機制。充分利用交叉學科門類齊全、結構層次豐富等學科生態系統優勢，改革優化拔尖創新人才培養體系，加快學科交叉和資源共享課程體系建設。在研究生培養層次上，逐步完善交叉學科研究生的招生、培養以及多學科導師指導等管理制度；在本科生培養層次上，主要通過以學科交叉項目對高年級本科生開展遴選，逐步完善以研究生和高年級本科生為主要對象的多學科交叉融合培養機制[8-11]。

在實驗對象上，以學生為中心，允許自由選題和組團參與，并根據實驗難度和學生水平進行層次化分類；在實驗內容的設計上，以基本實驗知識、實驗技能、邏輯思維、創新科學思維的培養為立足點，面向不同專業和不同興趣特點的學生，獨立開出不同的實驗課程，既要顧及常規基礎性項目，而面向學有余力的高年級學生，開設創新型人才培養的綜合性和探究性項目；在實驗組織形式上，尋找符合知識交叉和創新探索規律的開展形式，目前主要采用科研興趣小組的方式，以課題為導向，以學生自主性探索為主導的實驗形式；在實驗考核方式上，區別對待基礎性實驗和綜合性、創新性實驗的考核要求，形成符合鼓勵基礎掌握和激勵探索未知的層次化考核機制。

(3) 改革參與學科交叉實驗平臺建設的教師考核體系。在交叉學科實驗平臺的實施過程中，必須充分調動教師這一重要角色的參與積極性和創新創造力。尤其是在實驗學科交叉方面，存在著交叉成果覆蓋面廣，實施周期長和實施結果具有極大不確定性等特點，因此必須尊重學科差異，完善專家交叉評議制度，改進學科業績評價標準，逐步建立促進跨學科合作的學術評價和成果共享機制。為了形成交叉學科融合發展的長效機制，有必要研究交叉學科教學科研人員的流動考評規則，不斷完善教師跨學科兼聘制度，鼓勵院系從政策上和職稱體系上支持教師開展跨學科實驗的教學科研工作。實驗學科交叉融合是一項長期的工作，必須完善參與創新性實驗平臺建設的教師考核體系，以推動教師參與交叉實驗研究的積極性和平臺建設的持續性[2,13,15]。

(4) 建立以交叉學科“科研聯盟”為特色的合作機制。近年來，學校實驗管理部門通過實施一批促進多學科交叉的重大實驗研究項目，鼓勵以大項目交叉帶動學科融匯發展，基于搭建以“科研聯盟”為特色的實驗學科改革思路，不斷凝練各個學科交叉的發展瓶頸和突破方向，著力搭建實驗學科的交叉科研平臺，鼓勵和探索建立學科之間的交叉合作機制。利用推進國家重大科技基礎設施項目建設為契機，大力建設學科融合科學實驗室和資訊數據支撐平臺，以科研帶動交叉需求，以項目提升融合水平，著力培育多學科交叉融合的創新團隊，激勵師生積極參加重大科學工程，鼓勵發表多學科交叉和國際合作的學術成果，逐漸探索出一條具有浙大特色的實驗學科交叉融合道路。

3　創新性實驗平臺的案例分析

3.1　交叉創新實驗平臺建設的總體情況

在校實驗室與設備管理處的領導與資助下，電氣學院和建工學院通過跨學院合作的形式聯合推進重大實驗平臺和項目，成功實施了交叉創新實驗平臺的設計與建設，實現以大項目大平臺帶動學科交叉匯聚發展的目的，在實驗教學創新方面探索出一條交叉合作的機制。

電氣學院系統科學與工程學系實驗室和電機系實驗室長期致力于工業自動化領域的實驗研究，在自動控制領域理論知識扎實、工程實踐經驗豐富，在復雜工業系統控制上具有獨特的優勢，教學和科研處于國內高校一流行列。同時，建工學院土木水利工程實驗中心在國內率先開展混凝土耐久性的理論研究和工程實踐，在環境試驗領域具有扎實的理論和工程技術背景，已形成基本實驗裝置應用平臺和經驗豐富的設備維護人員相結合的軟硬件基礎。整個平臺建設與實施流程如圖1所示。

3.2　交叉創新實驗平臺建設的具體實施步驟

3.2.1理論交叉融合

在實施前期階段，主要關注理論交叉融合的研討。 經過電氣學院自動化專業教師與建工學院教師的溝通和合作，綜合建工試驗應用背景和自動控制的專業知識，通過對現有試驗裝置的缺陷和試驗過程進行深入的特點分析和性能研究，在廣泛調研以及查閱資料的基礎上，利用開展項目討論會等形式掌握國內外人工環境試驗裝置的研究現狀，通過橫向對比分析各種裝置的優缺點，吸取各種裝置的優良性能。同時組織建工和電氣學科師生針對各自學科的優勢和存在問題進行需求分析，以此為標準制定裝置的研發目標。基于交叉學科中各自專業特長，發揮各自學科的優勢，進行研究內容和實施形式的深入的探討，并根據研發目標，依據各學科研究重點的不同，統籌制定試驗裝置的總體設計框架。

圖1電氣與建工學科交叉融合創新實驗平臺建設實施流程圖

3.2.2實踐交叉融合

在實施的中期階段，主要開展實踐交叉融合的實施和推進。基于自動控制理論，梳理建工專業對試驗裝置的控制需求，利用PLC實現溫濕度控制、通風控制、潮汐控制、紅外燈控制子系統等底層控制單元的設計和開發，針對子系統的設計和調試過程中發現的問題，聯合建工與自動控制專業師生進行會商，修改完善前期設計，并反饋到相應的模塊開發過程，進行修正改進。

研究和分析建工試驗的用戶習慣和實驗流程，利用性能穩定的工控機開發符合建工師生操作習慣的系統級用戶監控界面，并考慮試驗流程和要求，設計高層控制單元，并通過工業現場總線與各個子系統控制單元進行環境參數傳感器數據的傳輸，以協調工序控制信號的反饋，實現對各個子系統工序的協同和優化。

綜合各個子系統模塊進行系統聯調，組成一套完整的試驗裝置，進一步發現和解決前期設計中的相關問題，并反饋到相應的模塊開發過程，進行修正改進。進而在試驗平臺上進行試驗裝置的相關試驗項目，以此驗證該裝置的設計正確性和運行可靠性。

3.2.3組織實施交叉融合

在實施的后期階段，主要利用學習交流會的形式，不斷總結和改進創新實驗平臺在推進過程中的組織實施經驗。通過交叉科研平臺建設調動交叉學科資源，探索建立科研與實驗教學的交叉合作體制；注重培養高年級本科生和研究生在學科交叉和資源融合過程中的創新思維和實踐能力，總結實施過程中的問題和優勢，改革優化拔尖創新人才培養體系；完善參與創新性實驗平臺建設的教師考核體系，逐步建立促進跨學科合作的學術評價和成果共享機制。

4　結　語

通過整合和優化各個學科的現有資源，構建跨學科交叉融合的創新性實驗平臺，不但為交叉學科師生提供一個知識綜合應用和實踐的機會，而且有助于促進實驗學科資源的融合共享，有助于不斷完善拔尖創新人才培養機制。在平臺建設過程中，通過不斷探索學科交叉融合的實施規律和方法，有助于在多個學科領域建成一批具有浙大特色、相互支撐、協同發展的一流交叉實驗學科，培育一批具有國際影響力的標志性交叉創新成果。

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