(國防科技大學(xué)前沿交叉學(xué)科學(xué)院 湖南·長沙 410073)

一流大學(xué)源于一流學(xué)科，一流學(xué)科成就一流大學(xué)，學(xué)科建設(shè)是一所大學(xué)發(fā)展的核心和命脈。2015年10月，國務(wù)院正式發(fā)布《統(tǒng)籌推進(jìn)世界一流大學(xué)和一流學(xué)科建設(shè)總體方案》，明確提出要推動一批高水平大學(xué)和學(xué)科進(jìn)入世界一流行列或前列，高校要以學(xué)科為基礎(chǔ)，通過學(xué)科結(jié)構(gòu)和組織模式的改進(jìn)及創(chuàng)新，明晰發(fā)展方向，突出建設(shè)重點(diǎn)，建立更多頂尖學(xué)科，從而推動高校形成其自身優(yōu)勢及辦學(xué)特色。雖然經(jīng)過多年的不懈努力，國內(nèi)高校的學(xué)科建設(shè)水平不斷提升，但與發(fā)達(dá)國家的一流學(xué)科還有一定差距。本文以美國中佛羅里達(dá)大學(xué)光學(xué)學(xué)科建設(shè)為例，在介紹該校光學(xué)學(xué)科建設(shè)基本情況的基礎(chǔ)上，梳理出該校光學(xué)學(xué)科建設(shè)的經(jīng)驗(yàn)，以期為國內(nèi)院校推進(jìn)光學(xué)學(xué)科建設(shè)提供一些參考和借鑒。

1 基本情況

美國中佛羅里達(dá)大學(xué)在2017年U.S.News美國綜合型大學(xué)排名中僅列全美第171名，然而該校的光學(xué)與光子學(xué)學(xué)院卻是全美第一所光學(xué)與光子學(xué)領(lǐng)域的獨(dú)立學(xué)院，被譽(yù)為美國三大光學(xué)研究中心之一，其前身是創(chuàng)建于1987年的光學(xué)與激光教育研究中心（Center for Research and Education in Optics and Lasers,CREOL），目前可授予光子科學(xué)與工程學(xué)士學(xué)位、光學(xué)與光子學(xué)碩士和博士學(xué)位。

學(xué)院在基礎(chǔ)光學(xué)和應(yīng)用光學(xué)領(lǐng)域的貢獻(xiàn)在世界范圍獲得同行權(quán)威的贊譽(yù)，被公認(rèn)為是美國光學(xué)技術(shù)的孵化中心和光學(xué)工程創(chuàng)新人才的培養(yǎng)中心，是推動美國在光學(xué)和與光學(xué)相關(guān)領(lǐng)域發(fā)展的重要引擎，已經(jīng)成為全球著名的光學(xué)與光子學(xué)科學(xué)與工程的研究和教育機(jī)構(gòu)。學(xué)院教授中有美國光學(xué)學(xué)會會士27人，國際光學(xué)工程學(xué)會會士18人，美國物理學(xué)會會士9人；并且在美國激光協(xié)會、美國電氣與電子工程師協(xié)會光子學(xué)會等專業(yè)協(xié)會中占有董事會成員席位；累計(jì)出版專著26本，發(fā)表高水平論文4000余篇，被引用超過10萬次①。同時，學(xué)院著力推動成果轉(zhuǎn)化，創(chuàng)造發(fā)明專利近300項(xiàng)，孵化了27家基于光子科學(xué)與技術(shù)的公司企業(yè)，累計(jì)發(fā)展194家會員公司參與學(xué)院的教學(xué)建設(shè)與科學(xué)研究，為中佛羅里達(dá)地區(qū)光學(xué)與光子學(xué)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展做出了卓越貢獻(xiàn)。

光學(xué)與光子學(xué)學(xué)院現(xiàn)包含4個主要研究機(jī)構(gòu)，如圖1所示，分別為光學(xué)與激光教育研究中心（Center for Research and Education in Optics and Lasers,CREOL）、佛州尖端光子中心（Florida Photonics Center of Excellence,FPCE）、湯斯激光研究所（TownesLaserInstitute,TLI）以及尖端飛秒科學(xué)與技術(shù)研究所（Institute for the Frontier of Attosecond Science and Technology,iFAST），下屬29個實(shí)驗(yàn)室。

圖1：光學(xué)與光子學(xué)學(xué)院下屬研究機(jī)構(gòu)

學(xué)院的研究領(lǐng)域涉及衍射與全息光學(xué)、光纖光學(xué)、阿秒科學(xué)、集成光子學(xué)與能源、高性能激光材料、激光等離子體、液晶顯示、中紅外光頻梳、納米光子器件、生物光子學(xué)、非線性光學(xué)、光學(xué)陶瓷、光通信、光學(xué)成像系統(tǒng)、量子光學(xué)、半導(dǎo)體激光、薄膜光電子學(xué)、超快光學(xué)等。該院在上述領(lǐng)域的許多科研成果被廣泛應(yīng)用于工業(yè)、通信、信息產(chǎn)業(yè)、生物與醫(yī)學(xué)、能源與照明以及太空科技。

2 光學(xué)學(xué)科建設(shè)的成功經(jīng)驗(yàn)

2.1 多學(xué)科交叉的教學(xué)模式

2.1.1 多學(xué)科背景的師資隊(duì)伍

光學(xué)與光子學(xué)具有天然的橫向?qū)W科交叉特性與優(yōu)勢，在通信、醫(yī)療、生命科學(xué)、量子計(jì)算、信號處理、能源與材料科學(xué)領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。光學(xué)與光子學(xué)學(xué)院和該校的理學(xué)院、工程與計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院、醫(yī)學(xué)院等院系和研究中心相互支撐，聯(lián)合進(jìn)行課題研究與技術(shù)革新，全面推進(jìn)中佛羅里達(dá)大學(xué)的科學(xué)研究與技術(shù)研發(fā)實(shí)力。學(xué)院能夠清楚地認(rèn)識和了解市場對復(fù)合型工程技術(shù)人才的培養(yǎng)需求，通過多學(xué)科深度交叉融合促進(jìn)人才培養(yǎng)水平的提升，更好地促進(jìn)了學(xué)院科研事業(yè)的發(fā)展和創(chuàng)新成果的轉(zhuǎn)換，并為社會生產(chǎn)力創(chuàng)造巨大價值。

光學(xué)與光子學(xué)學(xué)院現(xiàn)有在職教授53名，科研技術(shù)人員60名，研究生155名以及本科生90名，行政管理人員20名。學(xué)院的資深教授在其研究領(lǐng)域享有盛譽(yù)，分別獨(dú)立帶領(lǐng)學(xué)院36個研究小組，教授具有獨(dú)立招收科研技術(shù)人員和研究生的權(quán)力?？蒲屑夹g(shù)人員主要是指各實(shí)驗(yàn)室的研究員。目前，學(xué)院共有高級研究員4名、研究員22名、博士后助理研究員13名、助理研究員1名、訪問研究學(xué)者19名。20名行政管理人員中除院長、2名院長助理和1名副董事外，其余均為服務(wù)保障人員。

光學(xué)與光子學(xué)學(xué)院師資隊(duì)伍中包含了本院在職教授、其它學(xué)院的聯(lián)合教授和特邀教授三大類，這些教授畢業(yè)于不同的著名學(xué)府，專業(yè)學(xué)科背景多種多樣，涵蓋光學(xué)與光子學(xué)、物理學(xué)、數(shù)學(xué)、化學(xué)、醫(yī)學(xué)、電氣工程與計(jì)算機(jī)科學(xué)、電子工程、電子與計(jì)算機(jī)工程、材料科學(xué)與工程、X射線光子學(xué)等，為學(xué)院交叉學(xué)科體系的建設(shè)注入了強(qiáng)大的活力。在學(xué)院的特邀教授中，有來自軍火巨頭Lockheed Martin公司負(fù)責(zé)導(dǎo)彈與火力控制的機(jī)械工程師，有來自O(shè)penPhotonics等知名光學(xué)公司的總裁和技術(shù)主管，也有來自亞利桑那等綜合性大學(xué)的教授。這些特邀教授的參與擴(kuò)充了學(xué)院的人才隊(duì)伍，開闊了學(xué)生的學(xué)術(shù)視野，加強(qiáng)了學(xué)院的學(xué)術(shù)交流與合作能力。此外，學(xué)院十分尊重導(dǎo)師通過“導(dǎo)師管理項(xiàng)目”申請跨學(xué)科招生來實(shí)現(xiàn)對學(xué)生的培養(yǎng)，在管理體制層面上鼓勵交叉學(xué)科研究。

2.2 跨學(xué)科融合的課程體系

據(jù)美國勞工部預(yù)計(jì)，到2024年全美將有3萬個新增光子學(xué)工程師崗位需求。為了滿足光學(xué)工程領(lǐng)域?qū)鈱W(xué)工程師的增長需求，光學(xué)與光子學(xué)學(xué)院從2013年開始設(shè)立光子科學(xué)與工程方向的學(xué)士學(xué)位，其課程體系由中光學(xué)與光子學(xué)學(xué)院和工程與計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院共同設(shè)計(jì)并實(shí)施，課程設(shè)置以光學(xué)與光子學(xué)課程為主，融入電子工程、生物學(xué)、工程學(xué)、材料學(xué)以及計(jì)算機(jī)科學(xué)等多學(xué)科融合培養(yǎng)。學(xué)院要求每名本科生完成128個教學(xué)學(xué)分，28個電氣工程職業(yè)培訓(xùn)學(xué)分和43個光學(xué)與光子學(xué)職業(yè)培訓(xùn)學(xué)分，并且大部分光子學(xué)專業(yè)課程都配備了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)課程。2016年秋季學(xué)期，本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室正式開放，其中配備了學(xué)生實(shí)驗(yàn)需要的實(shí)驗(yàn)平臺和基本測量儀器。該方向的學(xué)生在完成本科學(xué)習(xí)之后可以直接申請光子學(xué)工程師的任職崗位，也可以繼續(xù)光學(xué)與光子學(xué)領(lǐng)域的研究，獲得更高學(xué)歷學(xué)位。

表1：光學(xué)與光子學(xué)學(xué)院研究生課程體系

學(xué)院的研究生課程設(shè)置更加注重學(xué)科交叉融合，主要涵蓋的課程如表1所示。在研究生光學(xué)課程的設(shè)置中，學(xué)院尤其注重培養(yǎng)學(xué)生在理論和實(shí)踐中對前沿科學(xué)技術(shù)的掌握和創(chuàng)新。將基礎(chǔ)理論與工程實(shí)踐相結(jié)合，將光學(xué)與其它學(xué)科交叉融合思想是光學(xué)與光子學(xué)學(xué)院的基本教育理念。

跨學(xué)科融合的課程體系讓學(xué)生能夠運(yùn)用理論指導(dǎo)實(shí)踐，在實(shí)踐中重新認(rèn)識理論，支撐學(xué)生發(fā)展新技術(shù)。

3 產(chǎn)學(xué)研協(xié)同的研究導(dǎo)向

3.1 為軍服務(wù)注入創(chuàng)新動力

毋庸置疑，各類光學(xué)系統(tǒng)是下一個各國在國防領(lǐng)域角逐的主戰(zhàn)場，擁有能對某一地區(qū)的全方位獲取，并使用高寬帶和移動平臺進(jìn)行信息通信的能力是一項(xiàng)巨大的國防優(yōu)勢，光學(xué)與光子學(xué)技術(shù)可提供綜合支撐能力，已逐漸成為美國國防與國家安全必不可少的戰(zhàn)略技術(shù)。光學(xué)與光子學(xué)學(xué)院作為美國光學(xué)領(lǐng)域的佼佼者，在美國國防部下屬的大學(xué)附屬研究中心負(fù)責(zé)的諸多項(xiàng)目中發(fā)揮著重要作用，典型的是負(fù)責(zé)情報、監(jiān)測和偵查（intelligence,surveillance,and reconnaissance,ISR）控制的軍事傳感系統(tǒng)，這些項(xiàng)目的推進(jìn)增強(qiáng)了美軍應(yīng)對核威脅、化學(xué)威脅和生物威脅的能力。

同時，光學(xué)與光子學(xué)學(xué)院積極與Lockheed Martin等軍工企業(yè)合作，并積極參與美國空軍、陸軍的國防研究項(xiàng)目。例如，學(xué)院的科研人員在NASA下屬的高空火箭發(fā)射、新一代亞軌道飛行、NASACassini土星任務(wù)、NASA探險家等項(xiàng)目中發(fā)揮了重要作用。此外，歸屬NASA的湯斯創(chuàng)新科技設(shè)施（Townes innovative Science&Technology Facility,TISTEF）被光學(xué)與光子學(xué)學(xué)院用于研究和發(fā)展光電傳感技術(shù)，為美國陸軍、?？哲?、國防高級研究計(jì)劃局以及國防情報局等機(jī)構(gòu)提供高層次的技術(shù)支撐。

此外，該院的光學(xué)傳感等技術(shù)成果強(qiáng)力支撐美軍陸軍研究實(shí)驗(yàn)室的模擬訓(xùn)練中心成為國際公認(rèn)的先進(jìn)模擬仿真技術(shù)研究中心，其研究成果有效提升了美軍模擬訓(xùn)練水平。此外，還有許多教授帶領(lǐng)的實(shí)驗(yàn)室和研究小組在定向能、激光防護(hù)、光學(xué)戰(zhàn)略材料、目標(biāo)識別和保密通信等涉及國家安全領(lǐng)域的研究正在深入影響美國乃至世界的軍事力量變革。

3.2 合作研究激發(fā)創(chuàng)新活力

光學(xué)與光子學(xué)學(xué)院通過積極的合作研究促進(jìn)光學(xué)學(xué)科研究領(lǐng)域的活力。例如，光學(xué)與光子學(xué)學(xué)院和佛羅里達(dá)州太陽能中心是重要的合作伙伴。該中心是美國最大的州立能源研究機(jī)構(gòu)，在光伏、太陽能熱電系統(tǒng)、節(jié)能建筑、制冷技術(shù)、氫燃料電池、太陽能設(shè)備的檢測和鑒定等方面享有贊譽(yù)。光學(xué)與光子學(xué)學(xué)院作為太陽能中心的重要參與者，通過光學(xué)手段解決了許多與光學(xué)和材料相關(guān)的技術(shù)問題，大幅降低了太陽能的利用成本，推動固態(tài)照明技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，滿足國家對可持續(xù)能源的旺盛需求。

同時，光學(xué)與光子學(xué)學(xué)院積極參與巴內(nèi)特生物醫(yī)學(xué)科學(xué)院的前沿醫(yī)學(xué)研究，以推進(jìn)生物醫(yī)學(xué)運(yùn)用光子學(xué)、生物信息學(xué)和納米科學(xué)來解決跨學(xué)科問題的發(fā)展，研究內(nèi)容涵蓋了從實(shí)驗(yàn)室到臨床診治等諸多方面。再如，該院與計(jì)算機(jī)成像中心合作，基于光子學(xué)技術(shù)的醫(yī)學(xué)進(jìn)行了實(shí)時成像技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用，通過科研手段幫助醫(yī)療人員快速診斷、準(zhǔn)確治療和修復(fù)人體的病變組織。

此外，來自該院的專家在佛州納米科技中心從事和發(fā)展適應(yīng)未來工業(yè)要求的納米技術(shù)研究，研究內(nèi)容涵蓋綠色能源、功能性納米材料、計(jì)算機(jī)/數(shù)學(xué)模擬法、量子動力學(xué)、納米生物成像、納米電子學(xué)與納米物理學(xué)，以及集成元件發(fā)展等方面，上述科研活動的開展也極大的光學(xué)學(xué)科的發(fā)展提供了源源不斷的動力。

3.3 校企聯(lián)盟實(shí)現(xiàn)互利共贏

據(jù)報道，在美國致力于光學(xué)與光子學(xué)的上市公司創(chuàng)造了大于10%的政府收入（約3萬億美元），提供的工作崗位占到上市公司的6%，為美國提供了740萬個就業(yè)崗位，佛州在其中占有相當(dāng)比例。

光學(xué)與光子學(xué)學(xué)院成立之初就在工商業(yè)界建立了眾多的合作伙伴關(guān)系，通過聯(lián)合項(xiàng)目、經(jīng)營許可、股份分配以及產(chǎn)業(yè)孵化等方式實(shí)現(xiàn)技術(shù)向產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)化。學(xué)院現(xiàn)擁有70家會員公司，如 Northrop Grumman、Newport、Tektronix、Thorlabs等，并簽訂了大量的合作項(xiàng)目。通過持續(xù)地向合作企業(yè)轉(zhuǎn)讓學(xué)院教授、科研技術(shù)人員和學(xué)生的技術(shù)發(fā)明，學(xué)院幫助佛羅里達(dá)州建立、吸引和留住光科技企業(yè)以及與光學(xué)有關(guān)的產(chǎn)業(yè)，增強(qiáng)企業(yè)的技術(shù)能力，降低技術(shù)研發(fā)成本，提升新技術(shù)和新產(chǎn)品開發(fā)的效率，推動地區(qū)經(jīng)濟(jì)繁榮和國家技術(shù)型企業(yè)的發(fā)展。

對學(xué)院而言，校企聯(lián)盟的模式使得教員和學(xué)生有機(jī)會接觸企業(yè)項(xiàng)目，能夠?qū)⒆钚碌难芯砍晒瓦M(jìn)展轉(zhuǎn)換成產(chǎn)品，并通過與企業(yè)工程師的交流深入了解市場對技術(shù)的需求，激發(fā)了創(chuàng)造力并增強(qiáng)了研究的目的性和針對性，而且能夠享用公司企業(yè)捐贈的最新儀器和資金。更進(jìn)一步，有利于學(xué)院對人才培養(yǎng)方案的跟進(jìn)與調(diào)整，也能夠盡早對將要畢業(yè)的學(xué)生做出評價并向其提供職業(yè)選擇指導(dǎo)，增加畢業(yè)生的就業(yè)率。

目前，光學(xué)與光子學(xué)學(xué)院特別關(guān)注通信和信息處理、先進(jìn)制造和精密探測、能源生產(chǎn)與高效技術(shù)、國家醫(yī)療保健等現(xiàn)代技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展和成果轉(zhuǎn)化，相關(guān)技術(shù)研究和成果轉(zhuǎn)化方向如表2所示。

表2：光學(xué)與光子學(xué)學(xué)院的技術(shù)研究與成果轉(zhuǎn)化方向

4 啟示與展望

4.1 營造良好的學(xué)科交叉生態(tài)

在學(xué)科發(fā)展中，不同學(xué)科間的交叉融合往往能夠催生新的理論、新的學(xué)科和新的技術(shù)，成為創(chuàng)新的源泉，中佛羅里達(dá)大學(xué)光學(xué)與光子學(xué)學(xué)院的成功再一次印證了這一點(diǎn)。對國內(nèi)高校而言，要想營造良好的學(xué)科交叉氛圍，首先要培育學(xué)科交叉的研究載體，通過整合優(yōu)勢資源創(chuàng)新學(xué)科管理模式，例如國防科技大學(xué)成立的前沿交叉學(xué)科學(xué)院和上海交通大學(xué)成立的交叉科學(xué)研究所都是不錯的嘗試；其次要抓好學(xué)科交叉的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，建好多學(xué)科背景的導(dǎo)師隊(duì)伍和課程體系，通過多學(xué)科教學(xué)資源和科研資源共享，培養(yǎng)出學(xué)科背景厚實(shí)且實(shí)踐能力突出的復(fù)合型人才；最后要突破體制機(jī)制的壁壘，建立于學(xué)科交叉相適應(yīng)的評價體系和獎勵機(jī)制，在科研項(xiàng)目申請、重點(diǎn)學(xué)科評審和科研成果認(rèn)定等工作中對學(xué)科交叉進(jìn)行客觀有效的評價。

4.2 建設(shè)產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新聯(lián)盟

當(dāng)前，學(xué)科發(fā)展愈發(fā)呈現(xiàn)出系統(tǒng)性和復(fù)雜性的特點(diǎn)，建設(shè)產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新聯(lián)盟可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈、人才鏈和創(chuàng)新鏈的深度融合，能夠在協(xié)同育人、協(xié)同創(chuàng)新和優(yōu)化資源配置等方面發(fā)揮積極的作用，能夠?yàn)閷W(xué)科的深度發(fā)展提供源頭活水。產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新聯(lián)盟也更符合當(dāng)前供給側(cè)改革的要求，產(chǎn)業(yè)部門作為需求側(cè)，通過掌握市場發(fā)展動向提出人才和技術(shù)方面的需求，大學(xué)作為供給方，要依托優(yōu)勢學(xué)科，主動服務(wù)于國家戰(zhàn)略需求和區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要，激發(fā)創(chuàng)新驅(qū)動內(nèi)生動力，引導(dǎo)政府機(jī)構(gòu)豐富支持學(xué)科發(fā)展工具箱，通過共建研發(fā)中心和技術(shù)成果轉(zhuǎn)化等手段促進(jìn)產(chǎn)業(yè)部門經(jīng)濟(jì)繁榮。新的需求又會催生新的供給，只有這樣大學(xué)的學(xué)科發(fā)展和人才培養(yǎng)工作才能更加聚焦，更加有的放矢，從而實(shí)現(xiàn)在人才培養(yǎng)和科技創(chuàng)新上的同頻共振。

注釋

① http://www.creol.ucf.edu/About/.[EB/OL].[2018-01-20].