序言：寫作是分享個人見解和探索未知領域的橋梁，我們?yōu)槟x了1篇的學科交叉實驗室的建設與研究樣本，期待這些樣本能夠為您提供豐富的參考和啟發(fā)，請盡情閱讀。

在“大科學”時代，科學研究變得更加復雜、開放和交叉。在科技飛速發(fā)展和全球競爭日益激烈的形勢下，越來越多的科技創(chuàng)新產生于傳統(tǒng)學科的交界處。為適應大科學時代發(fā)展趨勢，國家實驗室作為一種新的科研活動組織模式應運而生[1]。國家實驗室作為科技創(chuàng)新體系的重要組成部分，可以解決經濟社會發(fā)展中的重大科技問題，也有利于開展多學科交叉項目聯(lián)合攻關。目前，北京中關村國家實驗室、昌平國家實驗室、懷柔國家實驗室和上海張江實驗室已經掛牌成立，正在凝練任務、聚集力量。科技發(fā)展日益呈現出多學科交叉的趨勢，國家實驗室作為開展基礎研究的重要基地，其目的之一就是促進學科交叉，而且國家實驗室也具有許多有利條件開展學科交叉研究[2]。

1國家實驗室開展學科交叉的基本認識

1.1學科交叉的概念

學科交叉是“學科際”或“跨學科”的研究活動。學科交叉是基于眾多學科之間的相互作用交叉形成的理論體系，進而構成交叉學科，眾多交叉學科又構成了交叉科學[3-4]。路甬祥院士認為，學科交叉產生了眾多交叉科學前沿，其結果導致的知識體系構成了交叉科學[5]。可見，學科交叉不等于交叉學科，交叉學科是多個學科相互滲透、融合形成的新學科，它來自被交叉的原有學科，但又不同于已有學科。近年來，隨著學科交叉不斷深入發(fā)展，其在解決社會問題、促進科技創(chuàng)新方面作用更加突出[6]。學科交叉已經成為當代科學發(fā)展的重要特征之一。交叉學科研究也得到了越來越多的重視，其“破除學科壁壘、突破學科界限、以重大問題為導向、以創(chuàng)新為知識生產方式、多維主體共同參與科學研究”的形式彌補了單一學科研究的不足，在一定程度上能夠避免各學科間的脫節(jié)現象[7]。在新的科學范式下，多技術跨界融合和多學科交叉會聚將會成為常態(tài)，并且不斷催生出新的學科前沿、新的科技領域和新的創(chuàng)新形態(tài)。兩個或多個學科的交叉點最有可能形成新的科學生長點，交叉領域獲得諾貝爾獎項的比例逐年增加。

1.2國家實驗室開展學科交叉研究的優(yōu)勢推動科技創(chuàng)新需要加強學科交叉，國家實驗室開展學科交叉研究具有以下幾方面的優(yōu)勢[8-9]。

（1）具有新型學科管理體制機制的優(yōu)勢。國家實驗室在組織管理、人員考評、利益共享和分配、資源配置方式等方面不同于現有科研機構，實行“聯(lián)合、流動、開放、競爭、合作”的運行機制，更有利于資源優(yōu)化組合、研究人員溝通交流、尋求交叉聯(lián)合等。

（2）具有搭建學科交叉研究平臺的優(yōu)勢。國家實驗室學科門類比較齊全、綜合性強，能將研究人員、資金和科學儀器設備等有機結合起來，為組織研究人員進行交叉學科研究、提高學科交叉研究水平搭建了良好平臺。

（3）具有整合科技資源的優(yōu)勢。國家實驗室作為多學科交叉融合的研究平臺，通過統(tǒng)籌、優(yōu)化、配置創(chuàng)新資源，在更高層面上組織學科交叉，提高了不同實驗室協(xié)同攻克瓶頸型、卡脖子型或戰(zhàn)略性等重大科學問題的能力。

（4）具有集聚學科交叉人才的優(yōu)勢。交叉學科相對單一學科而言，有利于突破人才培養(yǎng)的局限。國家實驗室憑借自身平臺優(yōu)勢，匯集了一批來自不同學科的高層次人才，為跨學科研究提供了良好的人才基礎。同時依靠實驗室的大科學裝置，擴大了拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)的空間，拓寬了交叉人才培養(yǎng)的路徑。

2美國國家實驗室開展學科交叉研究的經驗

“二戰(zhàn)”后美國國家實驗室快速發(fā)展，如勞倫斯伯克利實驗室（LawrenceBerkeleyNationalLaboratory，LBNL）、洛斯阿拉莫斯實驗室（LosAlamosNationalLaboratory，LANL）、阿貢國家實驗室（ArgonneNationalLaboratory，ANL）等，主動對接國家戰(zhàn)略需求，凝練前沿領域重大科學問題，研究領域逐漸交叉、融合，整體上呈現出了跨學科、多領域的特征[10]。國家實驗室會根據研究項目需求，組建不同學科研究小組，開展學科交叉研究。美國國家實驗室在長期的管理和實踐中，形成了許多值得借鑒的促進學科交叉融合的經驗，在學科交叉研究方面也取得了大量成果。

2.1注重國家實驗室學科交叉的建設與布局

美國國家實驗室主要開展基礎和應用基礎研究，研究領域廣泛，覆蓋科技創(chuàng)新的全鏈條，多學科交叉優(yōu)勢明顯。如布魯克海文國家實驗室（BrookhavenNationalLaboratory，BNL）擁有多個科學研究中心，中心研究方向涉及分子影像、核成像、同步輻射、計算科學等，為學科交叉提供了前提。橡樹嶺國家實驗室（OakRidgeNationalLaboratory，ORNL）主要在新能源、納米技術、復雜生物系統(tǒng)和先進材料等領域開展研究，尤其是在能源、環(huán)境等交叉領域取得了重要成果，解決了美國面臨的很多科學難題。多年來，美國國家實驗室不斷優(yōu)化結構，形成跨學科、多部門的綜合性大型實驗室，許多科研項目都是在不同部門共同支持下開展完成的[11]。如勞倫斯國家實驗室一直堅持多學科交叉合作，1931年1月第一臺回旋加速器的誕生標志著物理學和工程學合作的成功，這也是勞倫斯實驗室多學科交叉合作的開始，為實驗室以后開展學科交叉研究奠定了良好的基礎。

2.2優(yōu)化組織機構，促進學科交叉創(chuàng)新

不同科研組織機構的特點、形式各不相同。國家實驗室作為大型科研機構，為有效提高科研工作效率，產生更多成果，一般選擇跨學科、矩陣式組織結構。在美國，大型綜合性的國家實驗室一般采用矩陣式組織結構，既有利于實現學科之間、項目之間的交叉融合，也易于在科學家、工程技術人員、管理人員之間建立起密切的合作關系，促進科學交流。為促進協(xié)同創(chuàng)新，美國利用虛擬國家實驗室形成了多主體、跨學科的科研需求響應機制，促進信息共享、激發(fā)創(chuàng)新思想、提高創(chuàng)新能力[12]。在20世紀90年代末，桑迪亞國家實驗室（SNL）、勞倫斯伯克利國家實驗室（LBNL）和勞倫斯利弗莫爾國家實驗室（LLNL）共同組建了虛擬國家實驗室，通過多學科交叉融合研究和協(xié)同創(chuàng)新合作，經過多年努力突破了極紫外光刻技術，在集成電路領域取得了重要成果[13]。

2.3與緊密大學合作，培養(yǎng)交叉學科隊伍

在美國，從曼哈頓計劃開始，大學就一直是實驗室的重要合作伙伴。美國國家實驗室基礎研究的活力在很大程度上依賴于與大學的合作，如加州大學伯克利分校與勞倫斯實驗室、麻省理工學院與林肯實驗室等。加州大學化學系教授和物理學教授可以共同在勞倫斯實驗室開展科學研究，并歡迎其他學科的教授隨時加入研究項目，為實驗室形成多學科交叉合作研究平臺創(chuàng)造了機會[14]。綜合性大學多學科優(yōu)勢明顯，優(yōu)秀科研人才集聚，便于國家實驗室組建學科交叉研究隊伍。在管理方面，如美國國家高磁場實驗室考慮到有些項目學科交叉特性較強，允許研究人員可以承擔不同組的多個研究任務，例如，一位科研人員既可以是直流磁場設施的負責人，也可以擔任凝聚態(tài)研究組的負責人，從而增加了學科交叉的可能性。

2.4依托大科學裝置開展前沿綜合交叉研究

大科學裝置具有突破技術發(fā)展瓶頸的強大支撐能力，為跨學科研究提供了最為有效的平臺。美國國家實驗室依托最先進的大科學裝置（如直線加速器相干光源（LCLS）、散裂中子源（SNS）、相對論重離子對撞機（RHIC）等）在交叉領域開展研究，促進了多學科交叉融合，取得許多突破性成果[15]。大科學裝置集群為不同學科交叉融合和科研人員之間協(xié)同工作提供了良好的平臺，有利于開展大跨度的多學科交叉研究。大科學裝置的資源稀缺性和公共屬性決定了其開放性，通過大科學裝置的開放共享可以促進實驗室與科研院所、高等學校、企業(yè)等的相互交流，有助于推動多種學術思想碰撞，發(fā)現更多的學科交叉點。

2.5加強實驗室開放，注重交流合作

學科交叉融合需要不同思想的碰撞、不同文化的交流。學術研究需要有更多探索新領域、新理論和新方法的勇氣，在科學共同體中形成一種有利于交叉科學發(fā)展的寬容環(huán)境，通過國家實驗室開展交流合作，營造自由探索的環(huán)境，促進學科交叉。美國國家實驗室通過開展學術座談會、互訪交流和交叉學科論壇等，促進不同學科之間的研究人員溝通與交流，為解決重大學科交叉問題提供思想源泉[16-17]。自由的學術氛圍、多學科的交叉合作和卓越的領導者是勞倫斯伯克利國家實驗室成功的關鍵。美國國防部從2015年開始，每兩年舉辦一次實驗室開放日，即“美國軍方科學大會”。通過舉辦實驗室開放日活動，向社會各界介紹國家實驗室的研究項目及技術轉移的成功實例，對外集中展示創(chuàng)新性成果，尋求技術研究合作伙伴等[18]。

3基于學科交叉的國家實驗室建設建議

3.1我國國家實驗室基本情況

我國國家實驗室建設經歷了多個發(fā)展階段，取得了一系列的成果。在強化國家戰(zhàn)略科技力量的背景下，國家實驗室建設正在進一步推進，同時也被賦予了“戰(zhàn)略科技力量”的使命，將在支撐我國科技自立自強方面起到重要作用[19]。目前已成功組建的部分國家實驗室包括懷柔實驗室、中關村實驗室、昌平實驗室、張江實驗室、合肥實驗室、鵬城實驗室等，幾家實驗室的基本情況如表1所示。

3.2國家實驗室開展學科交叉的建議

學科交叉促進了新興研究領域的發(fā)展，推動了基礎研究的創(chuàng)新與實踐，并賦予傳統(tǒng)研究領域新的內涵，兩者相互統(tǒng)一、相輔相成。從美國國家實驗室發(fā)展歷史來看，學科間的交叉融合促進了新興研究領域的興起，帶動了一批以學科交叉為特色的實驗室發(fā)展，如勞倫斯伯克利實驗室、林肯實驗室等均是促進多學科交叉融合的典范。結合我國國家實驗室發(fā)展實際情況，提出以下建議。

(1）加大學科交叉支持力度，引領原始創(chuàng)新。國家實驗室通過承接國家重大科研任務，聚焦學科交叉前沿，進行跨學科、大協(xié)作、高強度的協(xié)同攻關，實現更多顛覆性技術的突破。首先，國家實驗室在基礎前沿性的交叉科學研究方向上展開布局，圍繞國家重點領域的核心技術和關鍵問題凝練出國家實驗室重要任務，并在科研條件、人才配備、資金投入等方面予以支持。其次，在國家實驗室內部組建跨學科、綜合交叉的科研團隊，形成不同知識背景或研究方向的專業(yè)人員組合，加強協(xié)同合作，共同推進交叉科學發(fā)展。如懷柔國家實驗室所在的北京懷柔綜合性國家科學中心規(guī)劃建設5個大科學裝置和10余個交叉研究平臺（表2）。國家實驗室在聚焦主攻領域及重點子領域的基礎上，可充分利用現有交叉研究平臺，打破學科壁壘，推動多學科深度交叉融合，形成新的學科增長點。

(2）靈活搭建組織架構，促進跨學科項目合作。國家實驗室承擔的任務往往是大型復雜的多學科交叉項目，需要建立多主體、跨學科的科研需求響應機制。為適應國家實驗室完成復雜性任務的需求，可以構建“核心+基地+網絡”的體制機制，提高實驗室運行效率。“核心+基地+網絡”是指以國家實驗室為核心開展重大科學問題、核心關鍵技術的研究；以研究基地、中試基地和成果轉化基地等分擔某些研究子項目，放大和熟化一些科研成果；按需整合相關領域科研院所、高校、優(yōu)勢企業(yè)等資源形成網絡，通過協(xié)作攻關、優(yōu)勢互補，實現實驗室跨部門、跨機構、跨領域協(xié)調、集中力量干大事的初衷。國家實驗室從項目類型或學科交叉的角度組建研究小組（或團隊），形成多學科交叉合作的方式，有助于發(fā)揮群體優(yōu)勢開展聯(lián)合攻關。為完成緊急大型學科交叉科研項目，國家實驗室可從其他實驗室或大學抽調科研人員，臨時組建研發(fā)團隊，根據任務明確分工，共同推進項目完成。

(3）加強與大學的合作，培養(yǎng)交叉復合型人才。高校具有人才集中、學科門類相對綜合的特點，是交叉人才培養(yǎng)的重要基地。國家實驗室可以從學科融合的角度，積極引進學科交叉人才、培養(yǎng)復合型人才，共同推動多學科交叉研究的發(fā)展。通過對美國國家實驗室的成功經驗分析可以看出，實驗室發(fā)展與大學密不可分。我國正在建設的幾個國家實驗室周邊區(qū)域內擁有大量的創(chuàng)新型大學和研究所，為開展學科交叉研究提供了資源（表3）。國家實驗室在主要的學科領域或新興的交叉學科領域布局優(yōu)勢明顯，通過與大學各學科間人員的相互交流和合作，支持具有學科交叉性質的研究隊伍，擴大研究廣度，增加研究深度，提高跨學科合作成功的可能性。發(fā)揮國家實驗室培養(yǎng)學科交叉團隊的重要作用，將研究和教育結合起來，通過高質量完成學科交叉項目培養(yǎng)復合型人才、“T型”研究人才等。

(4）增加學術交流，促進多學科領域交叉創(chuàng)新。在重大科研項目協(xié)同攻關過程中，國家實驗室不同部門研究人員及不同實驗室人員之間的相互交流與合作，可以達到取長補短的效果。不同領域的研究人員之間通過交換意見，能夠激發(fā)創(chuàng)新思維，把其他學科的研究方法運用到本學科，有利于產生新的邊緣學科，創(chuàng)造出新的理論知識。表4列出北京懷柔、上海張江、安徽合肥等地的國家實驗室已經建成或正在建設的部分大科學裝置。充分發(fā)揮大科學裝置優(yōu)勢，結合國家實驗室戰(zhàn)略目標和任務設定，聚焦重點交叉研究領域開展科研活動，推動國家實驗室、大科學裝置與前沿交叉研究平臺深度融合，形成能夠支撐跨領域、交叉性、綜合性的前沿技術研發(fā)能力。

4結語

美國國家實驗室成功的重要原因之一是重視多學科的交叉與融合，提前在科學前沿和交叉學科領域進行布局，其成功經驗為我國依托國家實驗室推進學科交叉融合、提升科技創(chuàng)新能力提供了借鑒。目前，我國正在推進國家實驗室建設，要充分發(fā)揮國家實驗室對學科交叉的促進作用，培養(yǎng)、集聚一批復合型交叉人才，加快高水平科研成果產出，助力實現科技高水平自立自強。

參考文獻

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作者:西桂權 劉光宇 李輝 單位:北京市科學技術研究院 科技情報研究所