交叉学科前沿概述讲课稿

交叉学科前沿概述

20世纪下半叶，各类交叉学科的应用和兴起为科学发展带来了一股新风，许多科学前沿问题和多年悬而未决的问题在交叉学科的联合攻关中都取得了可喜的进展。随着越来越多交叉学科的出现及其在认识世界和改造世界中发挥作用的不辩事实，交叉学科在科学领域中的生命力都得到了充分的证明。

一、交叉学科的概念

交叉学科是指由不同学科、领域、部门之间相互作用，彼此融合形成的一类学科群。其宽泛的含义也包括:边缘学科、综合学科、横断学科等在内。交叉学科既是一个学科概念，同时一又是一个历史范畴。从学科发展的历史长河来看，新学科的产生大都是传统或成熟学科相互交叉作用产生的结果。新学科在经历一段时一期的发展之后，将成为成熟的学科，进而有可能再与其他学科交叉作用发展而产生新的交叉学科。

1.交叉学科名词的起源

为了追溯“交叉学科”名词出现的时间，应该首先确定“交叉学科”的词源。形容词“跨学科的”( Interdisciplinary)是美国哥伦比亚大学心理学家伍德沃斯(R. S. Woodworth)于1926年首创的一个专门术语，用于指称超过一个学科范围的研究活动。在1926年新成立的SSRC(美国社会科学研究理事会)上，伍德沃斯建议说，理事会是几个学科的集合，要努力促进不仅仅是一个学科进行的研究，理事会的任务是促进被专业化所隔离的两个或多

个学科之间跨学科的综合研究。当时，Interdisciplinary就是SSRC 会议使用的记录文字，但未普及。1930年，SSRC在一份文件中正式使用了“跨学科的活动’，这样一种说法。1937年，《新韦氏大词典》、《牛津英语辞典》(增补本)首次收入“跨学科”一词。到了50年代，这一术语己在社会科学界被普遍使用，到了60年代，这个词变得时髦起来，自然科学家、教育学家等广泛使用，此后又相继出现了交叉学科研究(Interdisciplinary Researcher )，交叉学科理论(Interdisciplinarytheory )，交叉学科特征(Interdisciplinary characteristics)等，还出现了一些首字母组成的缩写词，如IDE(Interdisciplinary Education)、IDR(Interdisciplinary Research)、IDU(Interdisciplinary Union) ,IGPH(Interdisciplinary Graduate Progxarn in Humanity) ,IDS( Interdisciplinary Survey)。自20世纪60年代以来，国际上交叉科学研究日趋繁荣，各种交叉科学研究机构、研究中心和学术团体纷纷成立。1970年9月在法国召开了“大学的跨学科问题”国际学术讨论会，会后出版了文集《跨学科—大学中的教学和研究问题》，1976年，在英国创办了国际性的交叉科学杂志《交叉科学评论))( Interdisciplinary Science Review)，1980年，国际跨学科学陇会i1，式成立，以跨学科科研和跨学科竹理的研究为中心，迄今为止己经成功地组织了多次跨学科国际学术研讨会。范岱年先生早在1981年就指出，自然科学、社会科学之间存在着一条鸿沟。1984年，国务院通过了《关于科学工作的六条方针》，其中特别提到“自然科学中有

与社会科学交叉的学科，不要搞批判”，这是政府文件中第一次涉及“交叉学科问题”。1984年12月16—20日，中国社会科学研究生院和中国科学院研究生院，在北京召开了题为“现代自然科学和社会科学”的联席学术讨论会，探讨的主题之一就是自然科学和社会科学的结合和渗透问题。1985年4月，在钱学森、钱二强、钱伟长等学者的倡导下，中国科学技术培训中心会同中国科学技术协会所属的17个学会、研究会，在北京召开了全国首届交叉科学学术讨论会，提出了激动人心的口号:“迎接交叉科学的新时代!”。1986年，在天津创办了《交叉科学》杂志;1987年，光明日报出版社出版《交叉科学文库》第一辑。此后，有多部专论学科交叉、交叉科学的著作问世。目前对交叉学科进行理论研究的杂志卞要有《科学技术与辩证法》、《科学学研究》、《中国基础科学》、《软科学》与各大高校学报的社会科学学报也对交叉科学和交叉学科做了理论和实践上的探讨。

2.交叉学科的定义和内涵

对于交叉学科和交叉科学的定义，国内的学术界到日前都没有统一。这并不是指语言上的没有统一，而是对怎样的学科以及怎样融合才算交叉这个问题都没有定论。对于交叉学科和交叉科学，除了专门从事科学学研究的学者，其他学者从实践和方法论的角度来描述这两个概念的时候，都是混用的。钱学森早年就对交叉学科做了一个定义，“什么叫交叉学科?我认为，所谓交叉学科是指自然科学和社会科学相互交叉地带生长出的一系列新生

学科。”这个定义是我国较早的权威性定义，并明确的将两界间的学科交叉认为是交叉学科。乌家培认为，交叉学科是与单一科学相对应的综合性科学，两门以上的科学相互结合、彼此渗透的交叉，不仅分别存在于自然科学和社会科学各自的内部，而目还大量发生在自然科学与社会科学之间。其他的定义还有很多，但这两种定义是很有代表性的，直到今天还是得到很多学者的认同。不少学者认同钱学森的定义，科学学学者还将其规范化。从汉字词源的角度证明其科学性，因为“交叉”一词是指几个方向的不同线条互相穿过或多个事物间隔错杂，“自然科学或社会科学内部的不同学科由于其研究对象、研究方法等方面的相近性、相似性，它们之间的渗透、融合并不具有严格的交叉意义”。日前，将交叉学科等类似概念统一起来是日前科学学应该要做的一件事情。翻看国内各种理论探讨，有学者对交叉学科和交叉科学进行探讨的研究提到了交叉学科与跨学科学、边缘学科、新兴学科、比较学科、软科学、综合学科、横断学科、超学科等的比较，主张使用狭义的交叉学科定义，认为上面这些学科是完全不同的概念。但有许多学者认为这些学科各有重叠，或者就把交叉学科的内容包括比较学科边缘学科、软学科、综合学科赖断学科和超学科，而目是按照交叉层次的逐渐升高排列的，最低的是比较学科，最高的是超学科。目前，大多数学者是持一种广义交叉学科的观点。

国外对交叉学科研究和交叉学科合作的研究有很多，比如

Butler, Pahner, Drotar, Cech and Rubin, Watson, Morillo, et al, Rinia et al等等。尽管我国的交叉学科研究的实践成果甚多，但继国际《交叉科学评论》( Interdisciplinary Science。Review)作为全球交叉学科理论和实践作为科学研究导向正式面世之后，国内交叉学科的理论研究仍然寂寂无名，而还是停留在以交叉学科实践为主的阶段中，这无不让我们为交叉学科的发展感到一定的遗憾。

二、交叉学科的分类

在学科发展的过程中，理论方法的日益成熟。现实问题的复杂多样性导致了交叉学科的出现。当某一个学科的崭新的理论和现实问题难以用本学科的方法解决、需要借助其他相关学科联合攻关时，学科界限成为学科进一步发展的桎梏，相关的交叉学科开始形成。最初的学科交叉属于学科的“内部”交叉或学科间的“近距离”交叉，以此为基础，学科交叉的范围不断扩大为学科间的“远距离”交叉乃至学科的“界”交叉，这是形成成熟的交叉学科的必要过程。因此从应用的角度来看，目前的交叉学科大致可以分为以下几种类型:

1.学科的“内部”交叉

科学发展速度突飞猛进，使有些成熟学科的原有理论范围和研究方法迅速扩张，即使是在同一学科内，方向的精细使其内部紧密的关系开始疏离，甚至彼此很少有所了解。交叉学科的最基本的类型即是一个学科内的各个方向的内部交叉。当学科发展到

一定程度，子学科的建设呈现一定规模时，学科内部方向的融合交叉可以拓展更多的研究领域，提示整个学科的科学水平。如生物化学与分析化学的结合，都是在古典的化学学科内部的交叉合作。

2.学科间的“近距离”交叉

学科的“近距离”交叉是交叉学科中最多见的一种。由于研究的方法比较近似，学科内部的交义往往不被人们注意，毕竞学科内部不同方向的交叉是在同一个学科相同或相似的基本术语和理论方法框架下形成的，但学科的“近距离”交叉则是在不同子学科背景下的合作。如数学与统计学、数学和力学等的交叉，这均属于在一类的学科间的交叉。数学应用于其他学科是上个世纪科学发展的突出特点，定量的方法被广泛地应用于几乎所有的学科。自然科学自不必说，数学还应用于经济学人口学等社会科学，数量研究方法和高深的数学工具都取得了重大进展，成为20世纪70年代以来社会科学发展的大背景，社会科学开始成为像自然科学一样的“硬”科学。刘开云所说的“社会科学更应该奔向自然科学”，就是认识到了自然科学的科学逻辑严谨性，希望广大的社会科学工作者重视数学等方法论的学习，更好地促进社会科学各学科的发展，实现真正的科学整体化发展。

3.学科间的“远距离”交叉

正如前述，学科交叉的距离是不断扩大的。现在一些原本被人们认为毫无相关的学科，如数学与中文、人日学与物理学、医

学与地质学等等，也出现了学科交叉。这是因为学者在研究和探索过程中，有意或无意地发现原来相距很远的学科间有一种可以相互推理或者是互为所用的极妙关系。远距离的学科交叉往往会解决一些较为棘手和尖端的科学问题，以分析化学为例。20世纪初，物理化学的发展为分析化学提供了理论基础，使分析化学成为一门新兴交叉学科;一战后，物理学、电子学的发展进一步促进了分析化学的发展，70年代分析化学迎来了信息化时代。发展到现在，分析化学己经成为化学中最活跃的领域之一，特别是与生命科学、环境科学、高技术材料科学有关的交叉研究是分析化学中最热门的课题。分析化学从产生之日起就带有学科交叉的印记，时至今日更是一门交叉广泛的交叉学科。分析测试是一个国家生产和科学技术水平的眼睛，中国要实现可持续的科技发展，像分析化学这样的交叉学科的发展不可或缺。

4.学科的“界”交叉

我们以往所认识的交叉学科，无论如何都是在自然科学学界内或社会科学学界内的研究。近些年来，在两界间交叉合作也增多，使得科学完全融为一体，也使得科学成为一门真正的系统学，我国的科学研究也逐步体现出以“把握学科前沿，促进学科交叉”的导向。世界上的事物发展得越来越复杂，无论是不是交叉学科，科学在社会发展中都起到了重要的作用。从大局说起来，社会科学在这单所占的比重，绝不亚于自然科学。必须在思想上把社会科学和自然科学放在同等重要的地位，而目应当说社会科学更处

于一个领导的地位。整个社会对此应该有正确的认识。

以往的学科交叉在开始的阶段可以分辨出上述的清晰学科“近距离”或“远距离”的交叉。日前，学科交叉往往是以某个学科领衔，提出问题，共同攻关，这就是以学科门类为基础的学科交叉，如以人文科学为基础的、以社会科学为基础的、以自然科学为基础的等的学科交叉。交叉学科的发展是有机的、科学的，并不是毫无根据的随机组合。只有学科间的交叉能够形成新力，才能使交叉学科具有生命力，其发展也才真正地具有科学意义。

三、交叉学科前沿

1.纳米技术.

所谓纳米技术，是指在0.1~100纳米的尺度里，研究电子、原子和分子内的运动规律和特性的一项崭新技术。科学家们在研究物质构成的过程中，发现在纳米尺度下隔离出来的几个、几十个可数原子或分子，显著地表现出许多新的特性，而利用这些特性制造具有特定功能设备的技术，就称为纳米技术。

纳米技术是一门交叉性很强的综合学科，研究的内容涉及现代科技的广阔领域。1993年，国际纳米科技指导委员会将纳米技术划分为纳米电子学、纳米物理学、纳米化学、纳米生物学、纳米加工学和纳米计量学等6个分支学科。其中，纳米物理学和纳米化学是纳米技术的理论基础，而纳米电子学是纳米技术最重要的内容。

纳米是一个微小的长度单位，1纳米等于10亿分之一米。根

头发丝有7万到8万纳米。纳米技术这个词汇出现在1974年。纳米科学、纳米技术是在0。10到100纳米尺度的空间内研究电子、原子和分子运动规律及特性。纳米材料是纳米技术的重要的组成部分，也是国际上竞争的热点和难点。碳纳米管自从1991年被发现以来，就一直被誉为未来的材料。碳纳米管在强度上大约比钢强100倍，其传热性能优于所有已知的其它材料。碳纳米管具有良好的导电性，在常温下导电时，几乎不产生电阻。纳米陶瓷材料在1600摄氏度高温下能像橡皮泥那样柔软，在室温下也能自由弯曲。从1998年世界上第一只纳米晶体管制成，到1999年100纳米芯片问世，使20世纪最后10年世界上出现的“纳米热”进一步升温。

纳米技术应用前景十分广阔，经济效益十分巨大，美国权威机构预测，2010年纳米技术市场估计达到14400亿美元，纳米技术未来的应用将远远超过计算机工业。纳米复合、塑胶、橡胶和纤维的改性，纳米功能涂层材料的设计和应用，将给传统产生和产品注入新的高科技含量。专家指出，纺织、建材、化工、石油、汽车、军事装备、通讯设备等领域，将免不了一场因纳米而引发的“材料革命”现在我国以纳米材料和纳米技术注册的公司有近100个，建立了10多条纳米材料和纳米技术的生产线。纳米布料、服装已批量生产，象电脑工作装、无静电服、防紫外线服等纳米服装都已问世。加入纳米技术的新型油漆，不仅耐洗刷性提高了十几倍，而且无毒无害无异味。一张纳米光盘上能存几百部，上