[编者按] 继2011年上半年推出“身边的感动”系列报道受到广泛好评后，从2011年10月起，我们推出了新栏目“学者笔谈”。本栏目将陆续推出一批我校有影响的学者，重点展示他们在人才培养、科学研究、服务社会和文化传承与创新等方面的观点和见解、思路和做法及理论和实践，旨在弘扬科学精神，激荡人文情怀，回归学术本位，浓郁学术气象，全面提升交大学术的影响力和传播力。

　　■ 科学仪器是科学技术发展的重要前提和根本保障。

　　■ 没有科学仪器创新，难有重大科研成果。应把科学仪器自主创新放在核心位置。

　　■ 鼓励和培育具有原创性学术思想的探索性科学器设备研制，为科学研究提供新颖手段和工具，带动学科发展，开拓研究领域，提升我国科学研究原始创新能力。

　　■ 营造有利于仪器创新的氛围，改革教学模式，培养年轻队伍。

　　在最近英国举办的第41届世界技能大赛上，国内相关专家在总结比赛失利原因时，发现“我们带去的量具的精度就不如别人——拿着精度不够的量具，如何能做出高精产品”。文汇报对此做了“做制造强国，我们需要补什么”的深度报道。这一报道，用具体的实例说明了仪器对中国从制造大国向制造强国转变的重要支撑作用。更进一步作为生产力之一的科学研究方面，俄国化学家门捷列夫说过：“科学研究是从测量开始的”，现代科学本身就起源于科学仪器的使用。如伽利略制作的可用于天文观测的望远镜，在1609 年～1610 年进行一系列天文观测，发现了月球表面上的高山、裸眼见不到的恒星、银河中个别的星星以及绕着木星运转的四颗卫星。他的新发现将天文学研究引入一个新时代。伽利略改良的望远镜成为早期一个重要的人眼延伸的仪器。这项现代科学仪器深刻地改变了科学的实践活动，开启了现代科学研究的新纪元。有人可能会说，许多理论学家的原创性科学研究是不依赖于任何仪器的，例如爱因斯坦的相对论。是的，少数进行理论研究的科学家在进行研究时并未使用任何仪器，比如爱因斯坦的狭义相对论。然而，狭义相对论的一个最基本的前提——光速不变，却是在基于测定光速干涉仪的“迈克耳逊——莫雷”实验的基础上建立的。显然，科学理论促进了仪器的发展, 而仪器的发展，又反过来促进了科学理论本身的进步。仪器的水平实际上决定了科学研究的水平，完全脱离现代科学仪器来搞科学研究，实际上寸步难行。

　　仪器不仅是科学研究的技术支撑，还是高等学校人才培养的重要保障。大型、精密、贵重的仪器设备在科学研究和教学实践中发挥越来越关键的作用。中国科学家的工作能力是一流的, 然而中国科学家对现代科学原创性的重大贡献却很少, 中国本土科学家甚至还没有获得过诺贝尔奖。这可能与教育、文化、经费等很多因素有关，但其中一个重要的原因就是我们长期以来忽视工具研究与开发，认为买来的仪器设备要比自己研制的，性价比高。这种认识直接导致了难以及时发现科学研究中的问题，科学创新举步维艰。这种倾向在研究生的培养中也有很显著的体现,如我们研究生、博士生毕业的条件对是否发表论文有明确规定，但对新型科学仪器的研究与开发却没有任何关注。研究和开发新型科学仪器化的时间很多，风险很大但论文又很少。一般情况学生下不愿意做，老师也不选。对比国外和中国的研究生培养, 国外导师支持学生根据自己的想法设计仪器设备作博士论文，学校也不将论文发表与学生的学位挂钩，就使学生敢于选择一些风险较大但可能对科学技术和国民经济发展产生重大影响的学术问题进行探索；而现在，越来越多的国内著名的院士专家清楚地意识到仪器的掌握与创新对于研究生创新能力培养以及科学创新的重要性，例如，在对于生命科学这一极其依赖于仪器创新的学科中, 高校纷纷开设了科学仪器分析这一选修课；国家基金委专门设立了自然科学而基金科学仪器基础研究专款，专门用于资助新原理科学仪器的探索研制。这些改变对于仪器研发乃至科技创新都有着重要的意义。

　　工欲善其事,  必先利其器

　　《论语》的这句名言很好的印证了仪器在科学研究中的作用。新的科学研究成果和发现，如信息论、控制论、系统工程理论，微观和宏观世界研究成果及大量高新技术如微弱信号提取技术, 计算机软、硬件技术、网络技术、激光技术、超导技术、纳米技术等均成为促进仪器仪表和测量控制科学技术发展的重要动力, 现代仪器仪表不仅单独成为高技术新产品, 而且集成新原理、新概念、新技术、新材料和新工艺等最新科技术成果的综合装置和系统层出不穷。科学技术的发展，决定了科学仪器和设备的水平，反之科学仪器和设备的进步也推动了科学技术的不断发展和创新。当今, 科学仪器和设备的水平在一定程度上就决定了科学技术的发展和创新的水平。科学仪器和设备是社会的科研能力的重要组成部分，既是一个国家科学大厦的物质支柱, 也是一个国家科学技术水平的主要标志。各种现代传感器和检测仪器在物理、化学、生物、医疗等领域的应用也越来越广泛，借助于仪器, 人类感知能力的敏感程度得到了提高，感受方式得到了延伸。发明更加灵敏、更加精确的科学仪器, 成为科学研究工作中的重要部分和支撑经济社会发展和安全的重要手段。

　　自主仪器创新 开拓科学疆土

　　科学仪器设备是科技创新和经济社会发展的基石和重要保障，一流的科学研究往往离不开一流的科学仪器。《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》明确提出要“重视科学仪器与设备对科学研究的作用，加强科学仪器设备及检测技术的自主研究开发”。当前是我国推进科学仪器自主创新的重大机遇期：国家领导人高度重视科学仪器研究开发工作；现实需求要求我国加强科学仪器自主研发；我国已具备大力推进科学仪器自主创新的基本条件，在政策、关键共性技术储备、人才队伍等方面已有基础。

　　仪器的研制通常涉及多个学科，如最原始的显微镜涉及光学和机械学科；带图像处理功能的显微镜，也综合了电子技术、材料科学、计算机和数学等领域知识。所以一个现代仪器的开发，通常是一个多学科研究人员的联合行为。这也是科学仪器的研究与开发需要国家设立重大科研仪器设备研制和开发专项来支持的重要原因之一。

　　仪器的研究，既需要善于将不同多学科知识融会贯通的大师，产生智慧的火花，同时也需要能工巧匠的工程师、技师，将想法变成现实；新仪器的开发，可能需要较长期的支持，但更需要巧妙的构思，解决研制的关键问题。仪器相关的研究一个重要特点是，不能只停留在理论分析和仿真阶段，还需要研制出样机。一台仪器的系统研制既需要软件调试，也需要硬件设计、加工等。特别是一些涉及生命科学的仪器，不仅涉及多个学科，也需要几代人的努力。如人工心脏的研究涉及到机械、电子、流体、控制、心脏外科、材料等多个学科。虽然早在1953年Gibbon在临床上成功地应用人工心肺机进行心内直视手术，但是到目前为止，人工心脏仍然有血栓、血液破坏等关键问题尚未解决，也只是在美国和欧洲等少数几个国家有成功临床应用的报道。所以仪器学科及其相关研究通常都需要更多的学者，及必要的研发与制造设备。

　　在对科学研究评价方面，新型的科学仪器样机的开发为相关研究提供了支撑，它与以新发现、新理论为基础发表研究论文具有同样甚至更高的科学和社会价值。当前，我国科学发展已进入到由量变到质变的关键时期，科研仪器设备研制水平成为制约我国基础研究国际地位的重要环节。在这种情况下，对不同学科的研究人员，建立适应于各自学科特点的研究评价机制，对科学仪器的研究与发展将会有重要的促进作用。

　　重构教学模式 改进仪器设备

　　仪器科学的性质决定其注定是一个需要多学科广泛基础的学科。以前读本科时，感到仪器学科的学生上课的学时数，比同系的其他专业学生多很多。但到攻读博士学位时，发现还是不够用，需要自学一些跨度比较大的课程。从多年来的研究工作中，感到仪器类学生的培养，不仅需要更多宽泛的基础，同时还需要某一部分学科的精深。因为没有宽泛的基础，很难对仪器的设计有一个整体的把握；同时没有一个特定精深学科的知识，就无法锁定研究领域，提出要解决的问题。这就需要仪器科学类的学生选课既要广，光、机、电相关的知识都是必要的基础，同时还需要根据学生的兴趣对某一特定的领域重点学习。如对某种智能材料、物理，或化学原理进行系统学习。本科是打基础的关键时间，决定了学生以后的发展。在学制固定的条件下，对仪器科学专业的学生，可考虑侧重基础的教学模式。

　　虽然计算机仿真研究实验对课堂教学内容的理解有重要的帮助作用，但作为一个仪器科学与技术专业的学生来说，这还远远不够。学生不能只会计算机仿真和使用现有仪器设备，还能根据需要自己设计与研发科研仪器。所以仪器科学学科的学生，不仅要求有较宽的理论知识面，还要求具有较强的动手实践能力，在力所能及的范围内，自己研制一些简单的机构和测试电路等。

　　新型仪器研制中涉及到一些内容，并不一定在教师自己熟悉的领域。使用新型的仪器，可以发现新的现象。所以一个研究小组能否不断有新的成果，必须注意研究生独立工作和分析问题能力的培养。鼓励学生有不同的想法，只要小组讨论中想法不被否定，就给学生机会去验证想法。引导学生用事实说话，用从公开发表的文献，或实验结果，通过逻辑分析来支持自己的论点。

　　每个同学都有自己的兴趣和特长。教师培养学生的一个重要任务，就是要协助学生将自己的闪光点找出来。仪器学科涉及的面很宽，对不同专业背景、兴趣与特长不同的学生，总是能有适合不同学生的研究任务。对教师来说：应保证让每个学生积极参与到具体的研究课题中，以锻炼其理论与实践相结合的能力，并根据同学的研究进展，及时调整研究内容，使同学能在不断地成功中，培养自信心，培养一种对未来工作的热情。

　　学者小传

　　杨明，上海交通大学电子信息与电气工程学院仪器科学系教授、博士生导师。1990年在西安交通大学电磁测量与仪表专业获硕士学位，1996年在天津大学精密机械及仪器专业获博士学位，1996年到1998年在南京航空航天大学超声电机研究中心做博士后研究。作为Research Fellow, 2002年到2005年在英国利兹大学从事应用于人工心脏肌肉超声器件研究。

　　2005年回国工作以来，主要从事精密医疗仪器、超声电机及检测技术等方面的研究工作。具体有：（1）针对现有搏动式人工心脏尺寸较大、较重，不易植入的问题，探索研究超声致动人工心脏辅助。研制出具有以接近人体心跳频率的搏动，运转稳定、低噪声、不受电磁干扰影响、尺寸更小的搏动式人工心脏血泵原理样机。在体外模拟循环测试中，研制的人工心脏原理样机可达到临床心室辅助的生理要求。目前正在进行相关动物模型的实验研究；（2）针对超声电机输出功率较小的问题，研究超声电机的功率提升技术。在矩形板超声电机上，利用双频驱动技术实现超声电机输出特性的大幅度提高；（3）针对与血液接触人工心脏血泵的血栓非血接触直接心室辅助，研制出气动的直接心室辅助装置的原理样机。在这些研究中，已授权中国发明专利12件，获得国家自然科学基金资助4项（其中一项为国家自然科学基金科学仪器基础研究专款），上海市浦江计划人才项目1项，高技术863项目1项。