物理化学交叉学科创新人才培养模式探索

摘  要：党的二十大报告指出，要“加强基础研究，突出原创，鼓励自由探索”，前瞻性、战略性、系统性布局科技创新体系，构建关键核心技术攻关新型举国体制，着力造就拔尖创新人才，显著提升科技自立自强能力，到2035年实现高水平科技自立自强并进入创新型国家前列。物理化学交叉学科创新人才培养是实现这一目标的重要途径之一。该文以物理化学交叉学科创新人才培养模式探索为主题，结合物理化学交叉学科发展历程，以北京交通大学打造人才培养“四通”模式，深入推进教育教学综合改革为例，论述了物理化学交叉学科创新人才培养模式建设的思路和措施。

关键词：物理化学；交叉学科；创新人才；教育教学；培养模式探索

中图分类号：G640      文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2025）07-0077-04

Abstract： The report to the 20th National Congress of the Communist Party of China emphasizes the imperative to "strengthen basic research， prioritize original innovation， and encourage free exploration". It calls for forward-looking， strategic， and systematic planning in building a scientific and technological innovation system， establishing a new whole-nation mechanism for tackling key core technologies， and cultivating top-tier innovative talent. These efforts aim to substantially enhance China's capacity for scientific and technological self-reliance and self-strengthening， with the goal of achieving high-level sci-tech self-reliance and securing a leading position among innovative nations by 2035. Physical chemistry interdisciplinary innovative talents training is one of the important ways to realize this goal. This paper takes the exploration of innovative talents training mode of physical and chemical interdisciplinary disciplines as the theme， combines the development history of physical and chemical interdisciplinary disciplines， takes Beijing JiaoTong University （BJTU） to build the "Si Tong" mode of talents training， and pushes forward the comprehensive reform of education and teaching as an example， and discusses the ideas and measures for the construction of innovative talents training mode of physical and chemical interdisciplinary disciplines.

Keywords： physical chemistry; interdisciplinary; innovative talents; education and teaching; exploration of cultivation mode

党的二十大报告指出，要“加强基础学科、新兴学科、交叉学科建设”。同时，“十四五”规划提出，要加快建设自主创新国家，构建以国家实验室为引领的全国创新体系，加强基础研究和原始创新能力，提高关键核心技术自主可控水平。这些重要部署为物理化学交叉学科的发展提供了历史机遇和战略指引。物理化学交叉学科是物理学和化学的理论、方法和技术相结合，研究物质的结构、性质和变化规律的学科。物理化学交叉学科涵盖了多个前沿领域，如纳米科技、量子信息、生物医药和能源环境等，具有重要的基础性、前瞻性和战略性。物理化学交叉学科是推动科技创新和社会进步的重要力量，也是培养高层次创新人才的重要渠道。

一  物理化学交叉学科发展历程

物理化学是一门研究物质结构、性质、变化规律及其与能量关系的学科，它是物理学和化学的交叉融合产物，也是现代化学的基础。物理化学的发展历程可以分为以下几个阶段。

19世纪末至20世纪初，物理化学的诞生与发展。这一时期，物理学家和化学家开始合作研究气体、溶液、电解质等物质的性质和行为，建立了热力学、动力学、电化学等物理化学分支，为原子论和量子论的提出奠定了实验基础。代表人物有范特霍夫、阿伦尼乌斯、奥斯特瓦尔德和涅尔斯特等。

20世纪上半叶，物理化学的深入与拓展。这一时期，物理化学家利用原子和分子结构的概念，探索了化学反应的机理和动力学，发展了光化学、表面化学、胶体化学等新领域，为催化、高分子、生命等现象提供了理论解释。代表人物有阿伦尼乌斯、哈伯、朗缪尔等。

20世纪下半叶至21世纪初，物理化学的创新与突破。这一时期，物理化学家运用量子力学、统计力学、计算机等先进工具和方法，对复杂体系如固体、液晶、生物大分子等进行了深入研究，揭示了多相界面、超分子组装、分子识别等新现象和规律，为纳米科技、生物技术、新材料等领域提供了强有力的支撑。代表人物有德拜、汤森德、泽曼、卡罗瑟斯等。

我国的物理化学交叉学科发展始于20世纪初，经历了从萌芽到成长再到壮大的过程。主要有以下几个特点：首先，与国家建设和社会需求紧密结合。中国的物理化学交叉学科发展始于民国时期，当时一批留洋归来的科学家如吴有训、冯友兰等在北京大学、清华大学等高校开设了物理化学课程，并参与了国防工业和农业生产的研究。新中国成立后，物理化学交叉学科得到了迅速发展，为原子弹、氢弹、人造卫星等重大工程提供了重要支撑。改革开放以来，物理化学交叉学科与国家战略需求紧密结合，为能源环境、信息技术、生命健康等领域作出了重要贡献。其次，与国际前沿水平不断接轨。中国的物理化学交叉学科发展始终保持着与国际前沿水平的接轨和对话。早在民国时期，吴有训就曾与美国著名物理化学家德拜进行过多次通信，并邀请他来华讲学。新中国成立后，中国科技界积极引进国外先进技术和设备，并派出大批留学人员，与国际同行进行合作交流。改革开放以来，中国的物理化学交叉学科在国际学术期刊上发表了大量高水平论文，并获得了多项国际奖项和荣誉。此外，与多学科的交叉融合不断深化。中国的物理化学交叉学科发展始终保持着开放和创新的精神，与其他学科如数学、计算机、生物和材料等进行了广泛的交叉融合，形成了一批新兴的交叉领域，如计算物理化学、生物物理化学、材料物理化学等。这些交叉领域不仅拓展了物理化学的研究范围和深度，也为其他学科的发展提供了新的思路和方法[1]。2020年，国家自然科学基金委员会成立了交叉科学部， 随后国家学位委员会正式将“交叉学科”列为第14个学科门类，并设立了“国家安全学”“集成电路科学与工程” 两个一级学科。中国社会科学院增选院士，交叉学科领域成为关注的焦点[2]。

二  物理化学交叉学科发展的驱动因素

（一）  科技发展的需求

随着科技发展的不断深入，越来越多的科学问题和技术难题需要从多个角度和层次进行研究和解决。例如纳米材料的制备、表征和应用需要综合运用物理、化学、材料等多个领域的知识和技术[3]；量子计算机的设计、实现和优化需要结合量子力学、信息论、计算机等多个领域的理论和方法[4]；生命过程的探索、调控和模拟需要融合生物、化学、物理等多个领域的原理和手段[5]。这些问题和难题都超出了单一学科的范畴，需要物理化学交叉学科的综合攻关。

（二）  知识创新的动力

随着知识积累的不断增加，单一学科内部的知识空间越来越拥挤，知识边界越来越模糊，知识创新越来越困难。而在不同学科之间，尤其是在物理与化学之间，存在着许多未知领域和未解之谜，为知识创新提供了广阔的空间和潜力。例如在纳米尺度下，物质呈现出许多奇异而有趣的现象，如量子效应、尺寸效应、表面效应等，这些现象既挑战了传统的物理和化学理论，也为新的物理和化学规律的发现提供了机会[6]；在生命系统中，物质的组织和功能受到多种物理和化学因素的影响，如温度、压力、电场、磁场和光照等，这些因素既制约了生命系统的稳定性和适应性，也为生命系统的调控和改造提供了手段[7]。

（三）  人才培养的要求

随着社会发展的不断进步，对人才的需求也不断提高，不仅要求人才具有扎实的专业基础，还要求人才具有广阔的视野，能够跨学科、跨领域、跨界别进行思考和创新。物理化学交叉学科作为一种新型的学科形态，能够为人才培养提供一种新的思路和途径。通过物理化学交叉学科的教育和训练，人才可以掌握物理和化学两个基础学科的知识体系和方法技能，同时也可以开拓物理和化学之间的交叉领域，形成自己的特色和优势。这样的人才不仅能够在物理化学交叉学科内部进行创新，也能够在其他相关领域进行创新。

三  物理化学交叉学科发展存在的不足

（一）  基础研究不够深入，原始创新能力不足

物理化学交叉学科的基础研究是探索物质的本质规律，为应用基础研究和技术创新提供理论支撑和方法指导。我国物理化学交叉学科的基础研究虽然取得了一些进展，但与国际前沿水平还有较大差距。我国物理化学交叉学科的基础研究主要存在以下问题：一是缺乏对重大科学问题和前沿领域的深入探索，缺少具有国际影响力的原创性成果；二是缺乏对基础理论和方法的系统性和创新性研究，缺少具有自主知识产权的核心技术；三是缺乏对基础研究与应用基础研究、技术创新的有效衔接，缺少具有市场竞争力的产业化成果。

（二）  应用基础研究不够广泛，关键核心技术缺乏突破

物理化学交叉学科的应用基础研究是将物理化学交叉知识和技术应用于解决实际问题和需求，为技术创新和产业发展提供科技支撑和动力。我国物理化学交叉学科的应用基础研究主要存在以下问题：一是缺乏对国家战略需求和社会经济需求的紧密对接，缺少具有重大意义和影响力的应用基础研究项目；二是缺乏对关键核心技术的突破性攻关，缺少具有自主可控和领先优势的关键核心技术；三是缺乏对应用基础研究成果的有效转化，缺少具有高附加值和高效益的产业化成果。

（三）  人才队伍不够强大，高层次创新人才缺乏引领

物理化学交叉学科的人才队伍是物理化学交叉学科发展的核心要素。高层次创新人才是物理化学交叉学科发展的重要推动力。我国物理化学交叉学科的人才队伍主要存在以下问题：一是缺乏具有国际水平的、能够在物理化学交叉领域开展原始创新和引领方向的领军人才；二是缺乏具有国际竞争力的、能够在物理化学交叉领域攻克关键核心技术和解决现代化需求的骨干人才；三是缺乏具有国际合作能力的、能够在物理化学交叉领域参与国际科技交流和合作的合作人才。