序言：寫作是分享個人見解和探索未知領(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了1篇的學(xué)科交叉實驗室的建設(shè)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(xué)”時代，科學(xué)研究變得更加復(fù)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(chǎn)生于傳統(tǒng)學(xué)科的交界處。為適應(yīng)大科學(xué)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(yīng)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(jīng)濟社會發(fā)展中的重大科技問題，也有利于開展多學(xué)科交叉項目聯(lián)合攻關(guān)。目前，北京中關(guān)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(jīng)掛牌成立，正在凝練任務(wù)、聚集力量?？萍及l(fā)展日益呈現(xiàn)出多學(xué)科交叉的趨勢，國家實驗室作為開展基礎(chǔ)研究的重要基地，其目的之一就是促進(jìn)學(xué)科交叉，而且國家實驗室也具有許多有利條件開展學(xué)科交叉研究[2]。

1國家實驗室開展學(xué)科交叉的基本認(rèn)識

1.1學(xué)科交叉的概念

學(xué)科交叉是“學(xué)科際”或“跨學(xué)科”的研究活動。學(xué)科交叉是基于眾多學(xué)科之間的相互作用交叉形成的理論體系，進(jìn)而構(gòu)成交叉學(xué)科，眾多交叉學(xué)科又構(gòu)成了交叉科學(xué)[3-4]。路甬祥院士認(rèn)為，學(xué)科交叉產(chǎn)生了眾多交叉科學(xué)前沿，其結(jié)果導(dǎo)致的知識體系構(gòu)成了交叉科學(xué)[5]?？梢?，學(xué)科交叉不等于交叉學(xué)科，交叉學(xué)科是多個學(xué)科相互滲透、融合形成的新學(xué)科，它來自被交叉的原有學(xué)科，但又不同于已有學(xué)科。近年來，隨著學(xué)科交叉不斷深入發(fā)展，其在解決社會問題、促進(jìn)科技創(chuàng)新方面作用更加突出[6]。學(xué)科交叉已經(jīng)成為當(dāng)代科學(xué)發(fā)展的重要特征之一。交叉學(xué)科研究也得到了越來越多的重視，其“破除學(xué)科壁壘、突破學(xué)科界限、以重大問題為導(dǎo)向、以創(chuàng)新為知識生產(chǎn)方式、多維主體共同參與科學(xué)研究”的形式彌補了單一學(xué)科研究的不足，在一定程度上能夠避免各學(xué)科間的脫節(jié)現(xiàn)象[7]。在新的科學(xué)范式下，多技術(shù)跨界融合和多學(xué)科交叉會聚將會成為常態(tài)，并且不斷催生出新的學(xué)科前沿、新的科技領(lǐng)域和新的創(chuàng)新形態(tài)。兩個或多個學(xué)科的交叉點最有可能形成新的科學(xué)生長點，交叉領(lǐng)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(xué)科交叉研究的優(yōu)勢推動科技創(chuàng)新需要加強學(xué)科交叉，國家實驗室開展學(xué)科交叉研究具有以下幾方面的優(yōu)勢[8-9]。

（1）具有新型學(xué)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(xiàn)有科研機構(gòu)，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(xué)科交叉研究平臺的優(yōu)勢。國家實驗室學(xué)科門類比較齊全、綜合性強，能將研究人員、資金和科學(xué)儀器設(shè)備等有機結(jié)合起來，為組織研究人員進(jìn)行交叉學(xué)科研究、提高學(xué)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(xué)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(xué)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(xué)問題的能力。

（4）具有集聚學(xué)科交叉人才的優(yōu)勢。交叉學(xué)科相對單一學(xué)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(xué)科的高層次人才，為跨學(xué)科研究提供了良好的人才基礎(chǔ)。同時依靠實驗室的大科學(xué)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(xué)科交叉研究的經(jīng)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(lǐng)域重大科學(xué)問題，研究領(lǐng)域逐漸交叉、融合，整體上呈現(xiàn)出了跨學(xué)科、多領(lǐng)域的特征[10]。國家實驗室會根據(jù)研究項目需求，組建不同學(xué)科研究小組，開展學(xué)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(jìn)學(xué)科交叉融合的經(jīng)驗，在學(xué)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(xué)科交叉的建設(shè)與布局

美國國家實驗室主要開展基礎(chǔ)和應(yīng)用基礎(chǔ)研究，研究領(lǐng)域廣泛，覆蓋科技創(chuàng)新的全鏈條，多學(xué)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(xué)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(xué)等，為學(xué)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(shù)、復(fù)雜生物系統(tǒng)和先進(jìn)材料等領(lǐng)域開展研究，尤其是在能源、環(huán)境等交叉領(lǐng)域取得了重要成果，解決了美國面臨的很多科學(xué)難題。多年來，美國國家實驗室不斷優(yōu)化結(jié)構(gòu)，形成跨學(xué)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(xué)科交叉合作，1931年1月第一臺回旋加速器的誕生標(biāo)志著物理學(xué)和工程學(xué)合作的成功，這也是勞倫斯實驗室多學(xué)科交叉合作的開始，為實驗室以后開展學(xué)科交叉研究奠定了良好的基礎(chǔ)。

2.2優(yōu)化組織機構(gòu)，促進(jìn)學(xué)科交叉創(chuàng)新

不同科研組織機構(gòu)的特點、形式各不相同。國家實驗室作為大型科研機構(gòu)，為有效提高科研工作效率，產(chǎn)生更多成果，一般選擇跨學(xué)科、矩陣式組織結(jié)構(gòu)。在美國，大型綜合性的國家實驗室一般采用矩陣式組織結(jié)構(gòu)，既有利于實現(xiàn)學(xué)科之間、項目之間的交叉融合，也易于在科學(xué)家、工程技術(shù)人員、管理人員之間建立起密切的合作關(guān)系，促進(jìn)科學(xué)交流。為促進(jìn)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(xué)科的科研需求響應(yīng)機制，促進(jìn)信息共享、激發(fā)創(chuàng)新思想、提高創(chuàng)新能力[12]。在20世紀(jì)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(xué)科交叉融合研究和協(xié)同創(chuàng)新合作，經(jīng)過多年努力突破了極紫外光刻技術(shù)，在集成電路領(lǐng)域取得了重要成果[13]。

2.3與緊密大學(xué)合作，培養(yǎng)交叉學(xué)科隊伍

在美國，從曼哈頓計劃開始，大學(xué)就一直是實驗室的重要合作伙伴。美國國家實驗室基礎(chǔ)研究的活力在很大程度上依賴于與大學(xué)的合作，如加州大學(xué)伯克利分校與勞倫斯實驗室、麻省理工學(xué)院與林肯實驗室等。加州大學(xué)化學(xué)系教授和物理學(xué)教授可以共同在勞倫斯實驗室開展科學(xué)研究，并歡迎其他學(xué)科的教授隨時加入研究項目，為實驗室形成多學(xué)科交叉合作研究平臺創(chuàng)造了機會[14]。綜合性大學(xué)多學(xué)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(xué)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(xué)科交叉特性較強，允許研究人員可以承擔(dān)不同組的多個研究任務(wù)，例如，一位科研人員既可以是直流磁場設(shè)施的負(fù)責(zé)人，也可以擔(dān)任凝聚態(tài)研究組的負(fù)責(zé)人，從而增加了學(xué)科交叉的可能性。

2.4依托大科學(xué)裝置開展前沿綜合交叉研究

大科學(xué)裝置具有突破技術(shù)發(fā)展瓶頸的強大支撐能力，為跨學(xué)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(jìn)的大科學(xué)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(lǐng)域開展研究，促進(jìn)了多學(xué)科交叉融合，取得許多突破性成果[15]。大科學(xué)裝置集群為不同學(xué)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(xué)科交叉研究。大科學(xué)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(xué)裝置的開放共享可以促進(jìn)實驗室與科研院所、高等學(xué)校、企業(yè)等的相互交流，有助于推動多種學(xué)術(shù)思想碰撞，發(fā)現(xiàn)更多的學(xué)科交叉點。

2.5加強實驗室開放，注重交流合作

學(xué)科交叉融合需要不同思想的碰撞、不同文化的交流。學(xué)術(shù)研究需要有更多探索新領(lǐng)域、新理論和新方法的勇氣，在科學(xué)共同體中形成一種有利于交叉科學(xué)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(jìn)學(xué)科交叉。美國國家實驗室通過開展學(xué)術(shù)座談會、互訪交流和交叉學(xué)科論壇等，促進(jìn)不同學(xué)科之間的研究人員溝通與交流，為解決重大學(xué)科交叉問題提供思想源泉[16-17]。自由的學(xué)術(shù)氛圍、多學(xué)科的交叉合作和卓越的領(lǐng)導(dǎo)者是勞倫斯伯克利國家實驗室成功的關(guān)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(xué)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(shù)轉(zhuǎn)移的成功實例，對外集中展示創(chuàng)新性成果，尋求技術(shù)研究合作伙伴等[18]。

3基于學(xué)科交叉的國家實驗室建設(shè)建議

3.1我國國家實驗室基本情況

我國國家實驗室建設(shè)經(jīng)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(shè)正在進(jìn)一步推進(jìn)，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(guān)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(xué)科交叉的建議

學(xué)科交叉促進(jìn)了新興研究領(lǐng)域的發(fā)展，推動了基礎(chǔ)研究的創(chuàng)新與實踐，并賦予傳統(tǒng)研究領(lǐng)域新的內(nèi)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(xué)科間的交叉融合促進(jìn)了新興研究領(lǐng)域的興起，帶動了一批以學(xué)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(jìn)多學(xué)科交叉融合的典范。結(jié)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(xué)科交叉支持力度，引領(lǐng)原始創(chuàng)新。國家實驗室通過承接國家重大科研任務(wù)，聚焦學(xué)科交叉前沿，進(jìn)行跨學(xué)科、大協(xié)作、高強度的協(xié)同攻關(guān)，實現(xiàn)更多顛覆性技術(shù)的突破。首先，國家實驗室在基礎(chǔ)前沿性的交叉科學(xué)研究方向上展開布局，圍繞國家重點領(lǐng)域的核心技術(shù)和關(guān)鍵問題凝練出國家實驗室重要任務(wù)，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(nèi)部組建跨學(xué)科、綜合交叉的科研團(tuán)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(jìn)交叉科學(xué)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(xué)中心規(guī)劃建設(shè)5個大科學(xué)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(lǐng)域及重點子領(lǐng)域的基礎(chǔ)上，可充分利用現(xiàn)有交叉研究平臺，打破學(xué)科壁壘，推動多學(xué)科深度交叉融合，形成新的學(xué)科增長點。

(2）靈活搭建組織架構(gòu)，促進(jìn)跨學(xué)科項目合作。國家實驗室承擔(dān)的任務(wù)往往是大型復(fù)雜的多學(xué)科交叉項目，需要建立多主體、跨學(xué)科的科研需求響應(yīng)機制。為適應(yīng)國家實驗室完成復(fù)雜性任務(wù)的需求，可以構(gòu)建“核心+基地+網(wǎng)絡(luò)”的體制機制，提高實驗室運行效率。“核心+基地+網(wǎng)絡(luò)”是指以國家實驗室為核心開展重大科學(xué)問題、核心關(guān)鍵技術(shù)的研究；以研究基地、中試基地和成果轉(zhuǎn)化基地等分擔(dān)某些研究子項目，放大和熟化一些科研成果；按需整合相關(guān)領(lǐng)域科研院所、高校、優(yōu)勢企業(yè)等資源形成網(wǎng)絡(luò)，通過協(xié)作攻關(guān)、優(yōu)勢互補，實現(xiàn)實驗室跨部門、跨機構(gòu)、跨領(lǐng)域協(xié)調(diào)、集中力量干大事的初衷。國家實驗室從項目類型或?qū)W科交叉的角度組建研究小組（或團(tuán)隊），形成多學(xué)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(guān)。為完成緊急大型學(xué)科交叉科研項目，國家實驗室可從其他實驗室或大學(xué)抽調(diào)科研人員，臨時組建研發(fā)團(tuán)隊，根據(jù)任務(wù)明確分工，共同推進(jìn)項目完成。

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

(4）增加學(xué)術(shù)交流，促進(jìn)多學(xué)科領(lǐng)域交叉創(chuàng)新。在重大科研項目協(xié)同攻關(guān)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(dá)到取長補短的效果。不同領(lǐng)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(xué)科的研究方法運用到本學(xué)科，有利于產(chǎn)生新的邊緣學(xué)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(jīng)建成或正在建設(shè)的部分大科學(xué)裝置。充分發(fā)揮大科學(xué)裝置優(yōu)勢，結(jié)合國家實驗室戰(zhàn)略目標(biāo)和任務(wù)設(shè)定，聚焦重點交叉研究領(lǐng)域開展科研活動，推動國家實驗室、大科學(xué)裝置與前沿交叉研究平臺深度融合，形成能夠支撐跨領(lǐng)域、交叉性、綜合性的前沿技術(shù)研發(fā)能力。

4結(jié)語

美國國家實驗室成功的重要原因之一是重視多學(xué)科的交叉與融合，提前在科學(xué)前沿和交叉學(xué)科領(lǐng)域進(jìn)行布局，其成功經(jīng)驗為我國依托國家實驗室推進(jìn)學(xué)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(jìn)國家實驗室建設(shè)，要充分發(fā)揮國家實驗室對學(xué)科交叉的促進(jìn)作用，培養(yǎng)、集聚一批復(fù)合型交叉人才，加快高水平科研成果產(chǎn)出，助力實現(xiàn)科技高水平自立自強。

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作者:西桂權(quán) 劉光宇 李輝 單位:北京市科學(xué)技術(shù)研究院 科技情報研究所