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仪器科学与技术学科和相关学科的交叉发展

时间:2022-10-20 百科知识 版权反馈
【摘要】:仪器科学与技术是现代科技的重要学科之一,该学科的发展水平是衡量一个国家科技发展水平和综合国力的标准之一。仪器科学与技术学科在发展过程中,将涉及相近学科的基础和应用技术,与此同时也促进了相关学科的发展。仪器科学与技术学科在发展过程中,不仅要与近邻学科交叉发展,而且要与偏远学科交叉发展。引入或开设相关交叉学科课程,以促进仪器科学与技术学科和相关学科理论知识的融合,有力推动了学科建设与创新教育。

仪器科学与技术学科和相关学科的交叉发展

陈祥光1 丁天怀2

(1.北京理工大学化工与环境学院,北京100081;

2.清华大学精密仪器与机械学系,北京100084)

1 引言

仪器科学与技术是现代科技的重要学科之一,该学科的发展水平是衡量一个国家科技发展水平和综合国力的标准之一。仪器科学与技术包括两个二级学科(测试计量技术及仪器、精密仪器及机械)和一个本科专业(测控技术与仪器)。仪器科学与技术与现代科学技术的许多学科有着紧密的联系,它已经发展成为一门涉及光学工程、机械工程、信息与通信工程、控制科学与工程、计算机科学与技术等多学科交叉的新型综合性学科。打破“条块分割”的学科发展框架,与不同学科的相互交叉、渗透和综合已成为仪器科学与技术学科发展的一个重要趋势,也是学科知识创新的主要途径。

仪器科学与技术学科是工程性学科。多学科基础“交叉”与高新技术“集成”是学科的显著特点[1]

目前,我国仪器科学与技术学科基础理论研究不断深入,学科发展战略方向已经明确,学科教育教学体系日趋完善,仪器仪表行业不断壮大,科技产品的应用领域不断拓展。为了加快仪器科学与技术的发展,要在科技产品微型化、智能化、集成化、网络化等发展方向上紧跟国际发展步伐,以推动我国国民经济迅速向前发展[2]

仪器科学与技术学科已经具备较完整的基础理论和技术[3],其中主要包括传感器技术、检测计量技术、测控系统技术、信号与系统理论、自动控制理论、误差分析与数据处理理论等。仪器科学与技术学科的发展基础、行业背景和科技产品的应用领域关系如图1所示。

2 与近邻学科的交叉发展

仪器科学与技术学科在发展过程中,将涉及相近学科的基础和应用技术,与此同时也促进了相关学科的发展。例如,在研究光学测量仪器以及光电测试信息获取与传输过程中,要涉及光学工程学科的基础理论和应用技术等内容;在研究机械测量仪器的过程中,要涉及机械工程学科的仪器仪表结构设计的基础;在研究仪器仪表的测控原理和相关算法时,要涉及控制科学与工程学科的理论基础;在研究仪器仪表的信息通信过程中,要涉及信息与通信工程学科的应用基础;在研究电子测量仪器以及信号获取过程中,要涉及电子信息工程学科的理论和技术基础;在研究嵌入式仪器仪表以及数字信息的传送与处理过程中,要涉及计算机科学与技术学科的技术基础。仪器科学与技术学科的发展,与近邻学科的交叉如图2所示。

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图1 推动学科发展的基础与动力

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图2 与近邻学科的交叉发展示意图

3 与偏远学科的交叉发展

仪器科学与技术学科在发展过程中,不仅要与近邻学科交叉发展,而且要与偏远学科交叉发展。综合各学科的最新技术,在研究开发仪器仪表相关类型传感器、元器件的基础上,综合运用微弱信号传感、检测及融合技术,研究新一代智能化、微型化、集成化及网络化仪器仪表。与偏远学科的交叉发展示意图如图3所示。

例如,结合材料科学与工程学科中的最新研究成果,研究开发微纳米传感器,设计高灵敏度的痕量检测微系统;运用化学工程与技术学科的相关基础知识,研究开发(液相和气相)色谱分析仪、质谱分析仪、电化学分析仪、多相流分析仪等;运用环境科学与工程学科的相关基础知识,研究开发气体分析仪系列、水文地质分析仪系列、环境污染监测仪等;运用兵器科学与技术学科的相关基础知识,研究开发爆轰机理(能量)探测仪、飞行器运动特性分析仪等;运用交通运输工程学科的相关基础知识,研究开发车辆(民用和军用)传感器、振动特性测量分析仪等;运用生物医学工程学科的相关基础知识,研究开发生物传感器、医学分析仪器系列、医学治疗仪器系列等;运用矿业工程学科的相关基础知识,研究开发地质矿藏分布探测仪、矿井气体多参数测定仪、冶金矿产分析测试仪器仪表等;运用船舶与海洋工程学科的相关基础知识,研究开发船舶(民用和军用)仪器仪表、海洋探测与分析仪器等。与理、工、农、林、医等学科交叉,研究开发相关的新型仪器仪表,使仪器科学与技术学科不断发展壮大,使其交叉和应用范围覆盖绝大多数学科领域。

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图3 与偏远学科的交叉发展示意图

4 学科专业发展方向的拓展

既然众多学科领域的发展离不开仪器仪表,而仪器科学与技术学科的发展与这些学科有交叉,那么就要建立具有特色的学科专业,在自身发展的同时,又促进和推动相关学科的发展。然而,与相关学科交叉发展仪器科学与技术学科专业,需根据各院校的发展特点、行业背景综合考虑。当与偏远学科交叉时,需考虑教学计划,以适当安排该交叉学科的基础知识。因此,各院校可根据自己的实际情况,有侧重、有特色地在有限的学时内安排教学计划,以实现测控技术与仪器专业人才培养的多样性[4],推动仪器科学与技术学科向纵深发展。学科有交叉,就能有创新;有创新,就能办出特色。在此,以测控技术与仪器专业为例,列举若干个方向(如图4所示),仅供参考。

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图4 建立特色本科专业方向

5 不同专业方向的相关课程设置

分析近年来高校学科评估的结果,某一学科专业的发展壮大与其行业背景和发展方向是有密切联系的。因此,设置专业方向既能明确发展目标,又能使学科专业做强、做大,具有国内和国际竞争力。测控技术与仪器本科专业教育内容、课程设置和实践环节安排,是围绕着信息的获取、处理、传输和控制主线来确定的。而对于具有专业特色方向的,其知识结构框架如图5表示(仅供参考)。

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图5 专业特色方向课程设置示意图

6 结论

智能仪器仪表的研制不仅仅只涉及一个学科,而是多学科交叉发展的产物。它通过与相关学科或边缘学科的交叉,建立一批有特色、有发展前景的学科专业方向,为创新人才的培养打下了坚实的基础。引入或开设相关交叉学科课程,以促进仪器科学与技术学科和相关学科理论知识的融合,有力推动了学科建设与创新教育。综上所述,可归纳如下几点。

(1)仪器科学与技术最明显的特点就是多学科交叉,特别是与一些新兴学科的交叉与融合,拓展本科生、研究生的知识面,培养学生的创新能力,提高学生的就业率;

(2)打破“条块分割”学科的发展框架,加强与其他相关学科的交叉,拓宽学科研究领域,寻找学科发展的新动力;

(3)开设一些交叉、边缘学科基础课程,夯实学科发展的基础理论,增添创新教育的新内容,提倡交叉、融合、跨跃发展的新思路。

参考文献

[1]胡小唐.以抓质量工程为抓手,推进仪器科学与技术创新教育[C].2009年仪器科学与技术本科教学研讨会,长春,2009.

[2]中国科学技术协会主编,中国仪器仪表学会编著.仪器科学与技术学科发展报告[M].北京:中国科学技术出版社,2007.

[3]金国藩.我国当代仪器仪表的发展[J].电气时代,2009(10):35-38.

[4]仪器科学与技术教学指导委员会.高等学校仪器科学与技术学科测控技术与仪器专业本科教学规范[C].2007年仪器科学与技术学科本科教学研讨会,成都,2007.

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