地球化學(xué)和物理學(xué)交叉學(xué)科研究生培養(yǎng)模式探索

呂濤

[摘 要] 剖析學(xué)科交叉研究生培養(yǎng)的科學(xué)與現(xiàn)實(shí)意義，并以中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）地球化學(xué)和物理學(xué)研究生人才培養(yǎng)為例，分析兩者交叉培養(yǎng)的條件、必要性、可行性及重要意義。

[關(guān)鍵詞] 交叉學(xué)科;培養(yǎng)模式;地球化學(xué);物理學(xué)

當(dāng)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展越來(lái)越呈現(xiàn)出多學(xué)科相互交叉、相互滲透、高度綜合以及系統(tǒng)化、整體化的趨勢(shì)，學(xué)科交叉已經(jīng)成為當(dāng)代科學(xué)發(fā)展的主要特征。重大科學(xué)技術(shù)成果的取得，越來(lái)越依賴于不同學(xué)科之間的交叉與融合，許多有影響的科技成果往往都是在跨學(xué)科研究領(lǐng)域中取得的。在目前國(guó)內(nèi)的研究生教育中，單一學(xué)科培養(yǎng)模式已不能滿足當(dāng)代科技發(fā)展的需要。

一、我校地球化學(xué)和物理學(xué)學(xué)科發(fā)展歷史、現(xiàn)狀與特點(diǎn)

中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）地球化學(xué)是新中國(guó)成立后才引入我國(guó)的新興學(xué)科，地球化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)學(xué)科2002年獲得批準(zhǔn)，該學(xué)科點(diǎn)是推動(dòng)我國(guó)地球化學(xué)發(fā)展的主要力量之一。早在1955年，於崇文教授就在原北京地質(zhì)學(xué)院講授地球化學(xué)，1960年創(chuàng)立了“地球化學(xué)及地球化學(xué)勘探”專業(yè)。1981、1984年分別設(shè)立了地球化學(xué)碩士和博士學(xué)位授權(quán)點(diǎn)。1985、1988年分別成立了地球化學(xué)系和地球化學(xué)研究所。該學(xué)科點(diǎn)先后承擔(dān)了地質(zhì)礦產(chǎn)部領(lǐng)導(dǎo)的、涵蓋全國(guó)的地球化學(xué)教材和課程指導(dǎo)委員會(huì)，并主編了《地球化學(xué)》教材。1993年本學(xué)科點(diǎn)被地質(zhì)礦產(chǎn)部評(píng)為重點(diǎn)學(xué)科，1995年地球化學(xué)教研室被湖北省教委評(píng)為省優(yōu)秀教研室，“地球化學(xué)”課程兩次被評(píng)為省優(yōu)質(zhì)課程。根據(jù)國(guó)家建設(shè)和人才需求及學(xué)術(shù)帶頭人的學(xué)術(shù)專長(zhǎng)，20多年來(lái)已形成集中、穩(wěn)定、具有特色及先進(jìn)水平的研究方向。以於崇文院士為學(xué)術(shù)帶頭人的理論地球化學(xué)方向的特色是將數(shù)學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)和復(fù)雜性科學(xué)與地質(zhì)-地球化學(xué)相結(jié)合，長(zhǎng)期探索地球科學(xué)的基本問(wèn)題。以固體地球系統(tǒng)，特別是成礦系統(tǒng)的非線性和復(fù)雜性為研究對(duì)象，先后開(kāi)拓了具有前瞻性和探索創(chuàng)新性的三個(gè)研究領(lǐng)域：成礦作用非線性動(dòng)力學(xué)、成礦動(dòng)力系統(tǒng)的復(fù)雜性及地質(zhì)系統(tǒng)的復(fù)雜性。這些研究具有重要的科學(xué)和實(shí)踐意義及良好的發(fā)展前景。以張本仁院士為學(xué)術(shù)帶頭人的區(qū)域和造山帶地球化學(xué)研究方向是從地球動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)出發(fā)，以特有的地學(xué)-地球化學(xué)哲學(xué)觀與方法論為指導(dǎo)，將區(qū)域殼幔組成、結(jié)構(gòu)和演化、區(qū)域構(gòu)造分區(qū)與發(fā)展、殼幔相互作用深部過(guò)程及地幔柱活動(dòng)與大陸裂解動(dòng)力學(xué)等四方面相結(jié)合，開(kāi)展多側(cè)面、多途徑的造山帶綜合地球化學(xué)研究，進(jìn)而探索和解決當(dāng)前國(guó)際前沿的大陸動(dòng)力學(xué)問(wèn)題。近20多年來(lái)，該研究方向不斷開(kāi)拓創(chuàng)新，取得了國(guó)際先進(jìn)及部分國(guó)際領(lǐng)先的成果。目前，該專業(yè)研究方向還涉及資源勘查地球化學(xué)、成礦作用地球化學(xué)和環(huán)境地球化學(xué)。該學(xué)科將繼續(xù)集中力量開(kāi)展和深化理論地球化學(xué)、區(qū)域和造山帶地球化學(xué)方向的研究，加大為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展服務(wù)的力度，取得培養(yǎng)人才和科研成果的雙豐收。中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）物理學(xué)系源于1952年北京地質(zhì)學(xué)院物理勘查與探礦系的物理教研室，1987年建立物理系開(kāi)設(shè)物理學(xué)本科專業(yè)，2006年開(kāi)始招收物理學(xué)光學(xué)專業(yè)碩士研究生，2011年獲批物理學(xué)一級(jí)學(xué)科碩士授權(quán)點(diǎn)?，F(xiàn)有專任教師36人，其中教授10人，副教授18人，博士生導(dǎo)師2人;教師的博士化率超過(guò)80%，有一年及以上在國(guó)外學(xué)習(xí)研究經(jīng)歷的教師達(dá)到40%。物理學(xué)科立足于基礎(chǔ)物理的理論和實(shí)驗(yàn)研究，探索物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)、相互作用性質(zhì)和運(yùn)動(dòng)規(guī)律，形成較為完善的“本科—碩士”人才培養(yǎng)體系。

二、我校地球化學(xué)和物理學(xué)學(xué)科研究生培養(yǎng)

中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）地球化學(xué)專業(yè)開(kāi)設(shè)如下研究生學(xué)位課程：科技英語(yǔ)寫作與交流;中國(guó)特色社會(huì)主義理論與實(shí)踐研究;自然辯證法概論;跨一級(jí)學(xué)科公共選修課;研究方向文獻(xiàn)綜述與論文寫作;環(huán)境地球化學(xué);同位素地球化學(xué);微量元素地球化學(xué);數(shù)理統(tǒng)計(jì);數(shù)學(xué)物理方程;數(shù)值分析;多元統(tǒng)計(jì)分析;大型儀器分析基礎(chǔ)與實(shí)踐等。中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）物理學(xué)專業(yè)開(kāi)設(shè)如下研究生學(xué)位課程：科技英語(yǔ)寫作與交流;中國(guó)特色社會(huì)主義理論與實(shí)踐研究;自然辯證法概論;跨一級(jí)學(xué)科公共選修課;研究方向文獻(xiàn)綜述（碩士）;材料設(shè)計(jì);導(dǎo)波光學(xué);非線性光學(xué);高等光學(xué);高等量子力學(xué);固體物理;激光光譜學(xué)原理與技術(shù);粒子物理學(xué);量子場(chǎng)論;量子統(tǒng)計(jì);實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法;微弱信號(hào)測(cè)量;物理實(shí)驗(yàn)探測(cè)技術(shù)與應(yīng)用;現(xiàn)代光電技術(shù)。由上述可見(jiàn)，兩個(gè)專業(yè)研究生培養(yǎng)學(xué)位的課程除了公選課相同外，物理學(xué)中許多學(xué)位課程如材料設(shè)計(jì)與地球化學(xué)專業(yè)樣品材料處理、制備有交叉，非線性光學(xué)、光譜學(xué)原理與技術(shù)、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法、微弱信號(hào)測(cè)量、物理實(shí)驗(yàn)探測(cè)技術(shù)與應(yīng)用等課程設(shè)置均與地球化學(xué)分析有學(xué)科交叉或?qū)瘜W(xué)分析有重要支撐作用，這些課程專業(yè)的學(xué)習(xí)可為地球微區(qū)化學(xué)分析提供物理學(xué)的思路、方法和技術(shù)，有助于開(kāi)展新型地球微區(qū)化學(xué)分析，促進(jìn)地球化學(xué)學(xué)科進(jìn)步。

三、地球化學(xué)專業(yè)和物理學(xué)專業(yè)研究生交叉培養(yǎng)初步實(shí)踐

地球化學(xué)是研究地球及其各圈層的物質(zhì)組成、元素間的化學(xué)作用及化學(xué)演化的科學(xué)，是地球化學(xué)中的一門新興學(xué)科。準(zhǔn)確測(cè)定地質(zhì)樣品微量元素和同位素組成是揭示地質(zhì)體形成及地質(zhì)事件演化的基本前提。微量元素含量或比值可作為各種成巖、成礦物理化學(xué)條件的靈敏指示劑或示蹤劑。將激光剝蝕技術(shù)與質(zhì)譜分析技術(shù)相融合的激光剝蝕電感耦合等離子體質(zhì)譜（LA-ICP-MS）能夠原位、微區(qū)、高空間分辨率、低檢出限、無(wú)污染、高效快速地測(cè)定固體地質(zhì)樣品主、微量元素和同位素組成。而物理學(xué)是建立在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上的研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)、物質(zhì)相互作用和運(yùn)動(dòng)規(guī)律的自然科學(xué)。如前文所述，我校地球化學(xué)專業(yè)和物理學(xué)專業(yè)研究生學(xué)位課程除了公共課外，有許多專業(yè)課相互交融，專業(yè)知識(shí)交叉性較強(qiáng)。對(duì)于一名物理專業(yè)的研究生而言，選修好物理類專業(yè)課如高等量子力學(xué)、量子場(chǎng)論、量子統(tǒng)計(jì)后，非線性光學(xué)有助于理解LA-ICP-MS分析系統(tǒng)中激光器基頻激光輸出及二倍頻、三倍頻工作基本原理;導(dǎo)波光學(xué)專業(yè)課有助于理解激光被地質(zhì)樣品（晶體和非晶體）吸收、反射、散射的基本規(guī)律;固體物理學(xué)專業(yè)課有助于理解地質(zhì)樣品的晶體結(jié)構(gòu)特征及分類;高等光學(xué)專業(yè)課有助于理解激光剝蝕系統(tǒng)中激光束的擴(kuò)束、整形及聚焦系統(tǒng)設(shè)計(jì)及工作特征;激光光譜學(xué)原理與技術(shù)有助于理解激光激發(fā)原子光譜的原理以及如何采集原子光譜測(cè)量地質(zhì)樣品中微量元素及同位素的測(cè)量方法;物理實(shí)驗(yàn)探測(cè)技術(shù)與應(yīng)用有助于理解質(zhì)譜儀（ICP-MS）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、工作原理及測(cè)試原理;實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法有助于開(kāi)發(fā)新型ICP-MS輸出數(shù)據(jù)的采集、處理、優(yōu)化;微弱信號(hào)測(cè)量有助于理解如何提高ICP-MS分析元素的測(cè)試精確度和準(zhǔn)確度、擴(kuò)大測(cè)試元素同位素的類型;量子場(chǎng)論及量子統(tǒng)計(jì)專業(yè)課有助于理解光子與樣品內(nèi)的原子及核外電子相互作用規(guī)律以及發(fā)生元素分餾效應(yīng)的微觀物理化學(xué)機(jī)制;但物理專業(yè)研究生涉足地球化學(xué)研究要有基本的地球化學(xué)方面的知識(shí)，因此，交叉學(xué)科培養(yǎng)過(guò)程中必須選修地球化學(xué)專業(yè)的重要基礎(chǔ)課程如環(huán)境地球化學(xué)、同位素地球化學(xué)、微量元素地球化學(xué)，了解主、微量元素及同位素在地質(zhì)學(xué)研究中的作用及地位，發(fā)揮自身專業(yè)優(yōu)勢(shì)，利用物理學(xué)的基本思路、手段和方法為地球微區(qū)化學(xué)分析提供新的測(cè)試技術(shù)或方法，解決地球科學(xué)中問(wèn)題，促進(jìn)地球微區(qū)化學(xué)的發(fā)展和進(jìn)步。

四、結(jié)束語(yǔ)

開(kāi)展地球化學(xué)和物理學(xué)研究生交叉培養(yǎng)具有重大科學(xué)與現(xiàn)實(shí)意義。從哲學(xué)層面看，是人類認(rèn)知能力和實(shí)踐水平發(fā)展的必然結(jié)果;從科學(xué)研究角度看，是取得創(chuàng)新成果的重要基礎(chǔ);從個(gè)人發(fā)展角度看，可以有效促進(jìn)人的全面發(fā)展，提升科研創(chuàng)新能力。從現(xiàn)實(shí)角度講，交叉學(xué)科培養(yǎng)是研究生教育質(zhì)量提高的客觀需要，因?yàn)榻徊鎸W(xué)科的發(fā)展有利于研究生知識(shí)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，交叉學(xué)科的建設(shè)有利于研究生創(chuàng)新意識(shí)的形成，多學(xué)科集成有利于研究生科技創(chuàng)新方法的培養(yǎng)。

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