电子科学与技术学科研究生多学科交叉融合创新培养探索和实践

摘要：电子科学与技术学科是未来信息技术的核心技术之一，已经成为信息与通信工程、计算机科学与技术、控制科学与工程、仪器科学与技术等一级学科发展的基础，因此学科交叉融合创新能力将扮演越来越重要的角色。本文从研究生培养出发，讨论了电子科学与技术学科研究生多学科交叉融合创新的培养方法，并根据自身的研究课题进行了探索和实践，本文的成果对我国研究生培养有着一定的指导意义。

关键词：电子科学与技术；研究生；多学科交叉；创新

中图分类号：G643 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）03-0123-03

一、引言

电子科学与技术是物理电子学、近代物理学、电磁场与微波技术、微电子学与固体电子学、电路与系统及相关技术的综合交叉学科，已经成为信息与通信工程、计算机科学与技术、控制科学与工程、仪器科学与技术等一级学科发展的不可或缺的根基。正因为电子科学与技术基础知识面涵盖的内容较多、涉及的应用领域非常广泛，国内目前多数学校为了能够满足覆盖更多的应用领域需求，在研究生的培养方案中多采用多个二级学科方式进行扩展，特别是一些专业性强的大学，例如电子科技大学的“电子科学与技术”一级学科包含5个二级学科，即物理电子学、微电子与固体电子学、电磁场与微波技术、电路与系统、电子信息材料与元器件学科。二级学科设置方法的最大优点是能够满足目前国内一些急需的人才需求，能够在研究生学习中接触到一些目前工程项目中存在的关键技术并研究其解决方案，具有极强的社会针对性，因此非常适合发展中国家专业性强的大学。随着我国综合实力的提升，科技发展日新月异，多数重大的科技创新均已经不再局限于某一个二级学科的内容，例如美国麻省理工技术评论2015年评选出来的十大科技创新中，与电子科学与技术相关的有Magic Leap、加州理工学院、HRL、麻省理工学院等开发的新陶瓷材料——纳米构架，通用汽车公司研发的汽车间通信，以及谷歌Project Loon等，都是多学科交叉融合的结果。自2012年起，我国也启动实施了“2011计划”，拟充分发挥高校多学科、多功能的综合优势，联合国内外各类创新力量，通过建立一批协同创新平台，形成“多元、融合、动态、持续”的协同创新模式与机制[1]。正是在这种发展趋势下，部分综合性大学提出了采用一级学科的招生制度——电子科技大学与技术专业，以追求重大的原创性成果，例如复旦大学等。然而我国目前部分基础性的关键技术还未得到全面解决，电子科学及技术产业将在很长一段时间内处于“三跑并存”的格局，即“跟跑”占一半多，“领跑加并跑”接近占一半。与世界领先国家相比，我国的技术整体处于中上水平[2]，因此对二级学科培养出来的专业性研究生仍旧有着重大需求。因此解决这种需求和创新之间的矛盾的最好方法就是在培养中提倡多学科交叉融合[3]，在工程应用需求中实现创新与突破，以寻求新的经济增长点。创新是一个民族的灵魂，是一个国家兴旺发达的不竭动力。考虑到高校电子科学与技术学科研究生的培养目标中包含了对创新能力的要求，因此研究生的创新能力培养对我国电子信息及相关领域的发展有着重要意义。

二、研究生多学科交叉融合创新培养方法探索

本人是电子科学与技术下二级学科电磁场与微波技术专业的教师，主攻研究方向是微波毫米波电路设计。该专业经过多年的发展，传统理论已经基本成熟，目前的主攻方向也均是一些多学科的交叉领域，因此特别注重对研究生多学科交叉的创新培养。

1.培养方式。目前多数高校全日制硕士研究生学制为3年，若因客观原因不能按时完成学业者，可申请适当延长学习年限，但最长学习年限不超过四年。普通博士生的学习年限一般为3—4年，一般博士研究生最长不超过6年。通常需要对硕士或者博士的一年级进行课程学习，满足所需学分的要求，并且学分直接和奖学金挂钩，因此硕士研究生一年级通常无法进入教研室接触课题，这对研究生创新培养来说是一大弊端。针对这种情况，本人对研究生一年级（简称研一）的要求需要进一步提升，具体内容包括：制定一个课题方向，并安排高年级学生指导，要求研一第一学期完成课题综述报告，研一第二学期完成开题报告，并要求每周例会一次，其优点一方面可以加深所学课程的理解能力，另一方面可以在研一就完成研究课题的入门知识学习，为研二课题创新性研究提供充足的文献阅读量和专业基础。

2.课程选择。目前对于专业性强的高校课程设置种类比较多，而且多数是各个学院相互独立设置的，互通性不强，这就导致课程的发展无法实现跨院系的机构支持和资源保证[4]。对于按电子科学与技术一级学科招生的学校来说，其专业课的设置显得不够全面，无法覆盖所有课题方向，因此合适的课程选择对研究生的后续科研工作来说至关重要。本人按照给每个研究生定的科研方向为选择，除了与课题相关的1—2门专业课程，还特别注重一些基础课程的选择，例如电磁场理论、量子力学、机械力学、热力学等，以满足多学科知识的交叉融合。

3.必修环节。必修环节是研究生拓展知识的一部分要求，目前高校主要包括文献综述与选题报告、学术活动、社会/教学实践、资格考试（博士生）等。本部分内容对培养研究生的综合素质有着重要的帮助，因此本人鼓励学生参与这些工作，包括参加各种学术报告活动、一些竞赛或者教学活动，如果时间充裕，最好每个月或者每个学期在课题组开展一次相关工作的总结和交流。

三、研究生多学科交叉融合创新培养实践

针对自己的研究方向，本人开展了一些具体的培养实践，下面就以两个研究方向为例，分别是微波半导体器件建模和石墨烯高频纳米机电谐振器，来具体地描述一下研究生多学科交叉融合的创新实践内容和成果。

1.选课要求。微波半导体器件建模和石墨烯高频纳米机电谐振器是随着微纳半导体器件工艺的发展而出现的研究方向，特别是今年以来随着新兴微波半导体材料的发展和微纳系统的进一步需求，微波半导体器件建模和高频微纳器件也面临着一系列的挑战。该方向涉及了电路与系统、电磁场与微波技术、微电子与固体电子学、材料科学与工程、热力学和微纳制造等多个方向的内容。因此在选课时，要求学生掌握《电磁场理论》和《非线性微波电路与系统》两门本专业的课程，并选修《半导体器件物理》、《量子力学》、《热力学》和《微纳半导体器件制造》等课程。

2.多学科交叉思维培养。除了让学生了解与课题相关的课程知识外，还需要引导学生进行多学科内容的交叉思维，或者说多学科的交叉融合。以微波半导体器件建模方向为例，从最基础的材料和器件制备工艺出发，在《微纳半导体制造》课程上，让学生了解材料和制备工艺工程中哪些步骤会产生缺陷，产生缺陷之后对最终器件有什么影响，器件中存在的缺陷如何用数学语言描述，如何将数学语言嵌入到模型描述的整个器件性能中；学生在学习《半导体器件物理》的时候，需要了解器件工作时的一些特点，例如应力和热效应等；然后结合《非线性电路与系统》课程，了解这些效应对电路和系统的影响；最后结合《热力学》理论及其仿真技术，实现对器件在微波频段条件下的模型分析，达到建模的目的。如果半导体器件尺寸进入纳米量级，还必须考虑量子效应，如此《量子力学》课程就可以很好地结合到实际课题里面。

3.创新能力培养。多科学交叉思维是创新的重要基础，除了让学生学会多学科交叉思维，下一步就需要开展创新能力培养了。我们无法保证每一个门的教师都会注重学生的创新能力，因此最好的办法是在实践中培养其创新能力。实践教学是巩固理论知识和加深对理论认识的有效途径，是培养具有创新意识的高素质人才的重要环节，是理论联系实际、培养学生掌握科学方法和提高动手能力的重要载体[5]。因此对实际课题的实践是创新能力培养的最佳方式，由于研一课程工作量已经够大，所以创新能力的培养放到研二进行。开展创新能力培养的前提是让学生自己总结出目前的发展动态和仍需解决的关键技术。下面以石墨烯高频纳机电谐振器课题为例，简单描述一下创新能力培养的一个思路。由于该领域很新，而且涉及到很多门的学科内容，在了解了石墨烯材料的特性、高频机电谐振器的原理等基础理论后，很容易让学生找不到创新的方向。所以本人采用以点覆盖面的方法进行引导，首先寻找一篇该课题中与电子科学、与技术电磁场、与微波技术专业有关的高水评论文，要求学生细读之后，再一起讨论论文的创新点并进行讲解和点评；然后让学生通过和传统微机电谐振器的相互比较，让其发现纳机电谐振器还需要解决的问题，并通过所学课程的内容进行交叉创新。整个教研室的每一个学生经过如此培养之后，都会形成与自己研究方向相关的多学科知识。下一步将进一步加强学生间的相互交流，让其不受某一单一专业理论、技术和方法的约束，促使其他学科能够在同一平台中进行交流，这不仅有利于拓宽研究方向，还有利于学生思维和灵感的互动交流，有利于激起学生的创新思维火花，开拓视野，并丰富各自相关学科的发展理论与方法，有利于提升学生的创新能力，也从另一角度反哺了学科的建设[6]。

四、结论

阿尔伯特·爱因斯坦曾经说过“想象力比知识更重要”，未来10年科技的发展会向大脑解密、太空探索、大型多人在线数据、未来海洋、奇异物质以及工程进化[7]。电子科学与技术学科作为未来信息技术的核心技术之一，学科的交叉融合创新能力将扮演着越来越重要的角色。本文从研究生培养出发，探索了研究生多学科交叉融合的创新培养方法，并进行了实践验证，这对未来的研究生培养有着一定的意义。

参考文献：

[1]李想，徐跃杭.协同创新体系下研究生创新能力的培养[J].内蒙古教育：C，2015，（10）.

[2]陈磊.“10年后，科技与你这样相遇”[J].科技日报，2016，（08）.

[3]张媛艺.以多学科交叉培养为导向的高职法学教学改革研究[J].教育教学论坛，2015，（11）.

[4]高磊.研究型大学学科交叉研究生培养研究[D].上海交通大学博士学位论文，2014-06-12.

[5]苏玉荣.大学生创新能力培养模式研究[D].武汉理工大学硕士学位论文，2013-05.

[6]欧阳国桢，李翔宇.学科交叉重点实验室实证研究——以华南理工大学为例[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