基于学科交叉融合的创新性实验平台建设

张建良，　卢慧芬，　赵建勇，　吴　越，　齐冬莲

(浙江大学 电气工程学院， 杭州 310027)

0　引　言

培养具有创新意识、创新能力、创新思维的创新型人才，在创新型社会发展中的作用日益重要。以往各类学科独自发展和各自为战的研究现状已经不能够适应当今学科交叉创新发展的需要。同时，开展跨学科的交叉培养体系研究，不但有助于拓宽学生的思维及视野，激励教师的创新意识和动力，而且对当今高水平大学的学科协同发展和创新人才培养机制的完善具有重要的意义[1-5]。

近年来，我校在贯彻落实建设中国特色世界一流大学总体战略过程中，围绕一流学科建设目标，提出将学科交叉发展和创新型人才培养作为一项根本任务。在实施过程中，积极探索学科交叉融合和知识共享的有效途径，坚持“分类统筹、一流牵引、主干强身、交叉驱动、生态优化”的学科建设指导原则，重点培植和优先发展交叉学科领域，努力营造形成学科交叉融合、资源成果共享、组织协调有序的学科发展新局面，促进学科交叉融合共享和拔尖创新人才培养的制度环境逐步完善[2-12]，在多项领域中逐步建成了一批具有浙大特色、相互支撑、协同发展的一流交叉学科，产出了一系列具有国际影响力的标志性交叉创新成果，学科综合优势进一步彰显，学科整体水平和创新活力显著提升。

学科交叉融合的推进实施，为实验教学创新工作的开展创造了良好的氛围，大大提高了实验学科交叉融合后的整体教学水平。通过跨学院合作，以多种形式加强学科之间的交叉与融合，凝练实施了一批多学科交叉的重大实验平台和项目，实现以大项目大平台带动学科交叉汇聚发展的目的[2]。比如，电气学院系统科学与工程系实验室与建工学院土木水利工程实验中心通过科研联盟的形式，发挥多学科协同创新的示范作用，通过凝练交叉学科的突破方向，搭建交叉科研平台，积极探索出一条交叉合作的机制[2,5,7,12]。

1　创新性实验平台的总体设计思路

在创新型社会发展中，学科交叉融合对培养具有创新意识、创新能力、创新思维的创新型人才具有至关重要的作用。因此，迫切需要改变以往各学科独自发展的现状，大力开展跨学科的交叉培养[6-8]，积极拓宽学生的思维及视野，激发教师的创新意识和动力，推动学科协同发展，不断完善创新人才培养机制。

我校近年来在推进“双一流”建设中，特别重视学科交叉研究和知识创新体系构建。包括电气学院、建工学院等各个学院在培养和推动创新型人才培养方面，尤其重视以多样化的创新研究平台与学生成效激励政策相结合，基于系统观点整合关联课程，构建内核宽泛精炼、外延交叉的课程体系，建立以探索性实验为特色实验教学体系，形成创新性项目研究为主体的创新实践与创新能力培养机制[9-15]。

在学科交叉融合的大背景下，借助跨学科协作的强大硬件条件和技术力量，通过学科强强联合和交叉，逐步构建跨学科创新性科研实验平台，不但为相关学科学生和实验教学人员提供一个沟通和学习的平台，而且有望解决在困扰各自学科技术或者应用方面的科研瓶颈，促进跨学科教学科研仪器平台的研制，推动创新性和综合性实验教学在创新型人才培养中实施和应用。

首先通过相关专业教师的沟通和合作，综合不同学科之间应用需求和专业理论知识，实现对现有试验装置和平台仪器的缺陷、以及对现有试验流程进行深入的特点分析和性能研究。进而基于跨学科协作与融合的思想，探索出一条实验教学在高校创新实践教学中的改革方式和实现途径，有助于促进学科交叉融合的推进和科研实验综合创新水平的提高，为培养创新型人才和构建开放式一流学科体系奠定坚实的理论储备和工程技术基础。

2　创新性实验平台的组织实施

学科交叉融合的创新性实验平台因其具有多学科交叉的优势，具有辐射面广、扩展性强和要求性高的特点。考虑到跨学科实验交叉融合开展历史短，知识面广和相关教学科研体系不完善的现状，在组织实施中着重在以下几个方面进行探索。

(1) 重视科研项目平台建设，发挥学科交叉资源共享优势。通过加强不同学科的多形式交叉融合，以多学科交叉的重大项目实施为契机，建设大项目融合平台带动学科交叉发展。以“科研联盟”的思想形式凝练交叉突破口，以交叉科研平台建设调动学科资源，探索建立交叉合作体制[6,15]。加快推进具有突出交叉学科特点的创新中心建设，着力建设实验交叉实验室和资讯数据支撑平台，培育多学科交叉融合的创新团队，利用各个学科的资源优势和贯通，孕育多学科交叉的学术创新成果。

(2) 完善层次化课程体系建设，探索拔尖创新人才培养机制。充分利用交叉学科门类齐全、结构层次丰富等学科生态系统优势，改革优化拔尖创新人才培养体系，加快学科交叉和资源共享课程体系建设。在研究生培养层次上，逐步完善交叉学科研究生的招生、培养以及多学科导师指导等管理制度；在本科生培养层次上，主要通过以学科交叉项目对高年级本科生开展遴选，逐步完善以研究生和高年级本科生为主要对象的多学科交叉融合培养机制[8-11]。

在实验对象上，以学生为中心，允许自由选题和组团参与，并根据实验难度和学生水平进行层次化分类；在实验内容的设计上，以基本实验知识、实验技能、逻辑思维、创新科学思维的培养为立足点，面向不同专业和不同兴趣特点的学生，独立开出不同的实验课程，既要顾及常规基础性项目，而面向学有余力的高年级学生，开设创新型人才培养的综合性和探究性项目；在实验组织形式上，寻找符合知识交叉和创新探索规律的开展形式，目前主要采用科研兴趣小组的方式，以课题为导向，以学生自主性探索为主导的实验形式；在实验考核方式上，区别对待基础性实验和综合性、创新性实验的考核要求，形成符合鼓励基础掌握和激励探索未知的层次化考核机制。

(3) 改革参与学科交叉实验平台建设的教师考核体系。在交叉学科实验平台的实施过程中，必须充分调动教师这一重要角色的参与积极性和创新创造力。尤其是在实验学科交叉方面，存在着交叉成果覆盖面广，实施周期长和实施结果具有极大不确定性等特点，因此必须尊重学科差异，完善专家交叉评议制度，改进学科业绩评价标准，逐步建立促进跨学科合作的学术评价和成果共享机制。为了形成交叉学科融合发展的长效机制，有必要研究交叉学科教学科研人员的流动考评规则，不断完善教师跨学科兼聘制度，鼓励院系从政策上和职称体系上支持教师开展跨学科实验的教学科研工作。实验学科交叉融合是一项长期的工作，必须完善参与创新性实验平台建设的教师考核体系，以推动教师参与交叉实验研究的积极性和平台建设的持续性[2,13,15]。

(4) 建立以交叉学科“科研联盟”为特色的合作机制。近年来，学校实验管理部门通过实施一批促进多学科交叉的重大实验研究项目，鼓励以大项目交叉带动学科融汇发展，基于搭建以“科研联盟”为特色的实验学科改革思路，不断凝练各个学科交叉的发展瓶颈和突破方向，着力搭建实验学科的交叉科研平台，鼓励和探索建立学科之间的交叉合作机制。利用推进国家重大科技基础设施项目建设为契机，大力建设学科融合科学实验室和资讯数据支撑平台，以科研带动交叉需求，以项目提升融合水平，着力培育多学科交叉融合的创新团队，激励师生积极参加重大科学工程，鼓励发表多学科交叉和国际合作的学术成果，逐渐探索出一条具有浙大特色的实验学科交叉融合道路。

3　创新性实验平台的案例分析

3.1　交叉创新实验平台建设的总体情况

在校实验室与设备管理处的领导与资助下，电气学院和建工学院通过跨学院合作的形式联合推进重大实验平台和项目，成功实施了交叉创新实验平台的设计与建设，实现以大项目大平台带动学科交叉汇聚发展的目的，在实验教学创新方面探索出一条交叉合作的机制。

电气学院系统科学与工程学系实验室和电机系实验室长期致力于工业自动化领域的实验研究，在自动控制领域理论知识扎实、工程实践经验丰富，在复杂工业系统控制上具有独特的优势，教学和科研处于国内高校一流行列。同时，建工学院土木水利工程实验中心在国内率先开展混凝土耐久性的理论研究和工程实践，在环境试验领域具有扎实的理论和工程技术背景，已形成基本实验装置应用平台和经验丰富的设备维护人员相结合的软硬件基础。整个平台建设与实施流程如图1所示。

3.2　交叉创新实验平台建设的具体实施步骤

3.2.1理论交叉融合

在实施前期阶段，主要关注理论交叉融合的研讨。 经过电气学院自动化专业教师与建工学院教师的沟通和合作，综合建工试验应用背景和自动控制的专业知识，通过对现有试验装置的缺陷和试验过程进行深入的特点分析和性能研究，在广泛调研以及查阅资料的基础上，利用开展项目讨论会等形式掌握国内外人工环境试验装置的研究现状，通过横向对比分析各种装置的优缺点，吸取各种装置的优良性能。同时组织建工和电气学科师生针对各自学科的优势和存在问题进行需求分析，以此为标准制定装置的研发目标。基于交叉学科中各自专业特长，发挥各自学科的优势，进行研究内容和实施形式的深入的探讨，并根据研发目标，依据各学科研究重点的不同，统筹制定试验装置的总体设计框架。

图1电气与建工学科交叉融合创新实验平台建设实施流程图

3.2.2实践交叉融合

在实施的中期阶段，主要开展实践交叉融合的实施和推进。基于自动控制理论，梳理建工专业对试验装置的控制需求，利用PLC实现温湿度控制、通风控制、潮汐控制、红外灯控制子系统等底层控制单元的设计和开发，针对子系统的设计和调试过程中发现的问题，联合建工与自动控制专业师生进行会商，修改完善前期设计，并反馈到相应的模块开发过程，进行修正改进。

研究和分析建工试验的用户习惯和实验流程，利用性能稳定的工控机开发符合建工师生操作习惯的系统级用户监控界面，并考虑试验流程和要求，设计高层控制单元，并通过工业现场总线与各个子系统控制单元进行环境参数传感器数据的传输，以协调工序控制信号的反馈，实现对各个子系统工序的协同和优化。

综合各个子系统模块进行系统联调，组成一套完整的试验装置，进一步发现和解决前期设计中的相关问题，并反馈到相应的模块开发过程，进行修正改进。进而在试验平台上进行试验装置的相关试验项目，以此验证该装置的设计正确性和运行可靠性。

3.2.3组织实施交叉融合

在实施的后期阶段，主要利用学习交流会的形式，不断总结和改进创新实验平台在推进过程中的组织实施经验。通过交叉科研平台建设调动交叉学科资源，探索建立科研与实验教学的交叉合作体制；注重培养高年级本科生和研究生在学科交叉和资源融合过程中的创新思维和实践能力，总结实施过程中的问题和优势，改革优化拔尖创新人才培养体系；完善参与创新性实验平台建设的教师考核体系，逐步建立促进跨学科合作的学术评价和成果共享机制。

4　结　语

通过整合和优化各个学科的现有资源，构建跨学科交叉融合的创新性实验平台，不但为交叉学科师生提供一个知识综合应用和实践的机会，而且有助于促进实验学科资源的融合共享，有助于不断完善拔尖创新人才培养机制。在平台建设过程中，通过不断探索学科交叉融合的实施规律和方法，有助于在多个学科领域建成一批具有浙大特色、相互支撑、协同发展的一流交叉实验学科，培育一批具有国际影响力的标志性交叉创新成果。

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