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，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”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，上千部电影，而一张普通光盘只能存两部电影。纳米技术正在改善着、提高着人们的生活质量。

2.人工智能

人工智能(Artificial Intelligence) ，英文缩写为AI。它是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。 目前能够用来研究人工智能的主要物质手段以及能够实现人工智能技术的机器就是计算机, 人工智能的发展历史是和计算机科学与技术的发展史联系在一起的。除了计算机科学以外, 人工智能还涉及信息论、控制论、自动化、仿生学、生物学、心理学、数理逻辑、语言学、医学和哲学等多门学科。人工智能学科研究的主要内容包括：知识表示、自动推理和搜索方法、机器学习和知识获取、知识处理系统、自然语言理解、计算机视觉、智能机器人、自动程序设计等方面。

研究范畴：自然语言处理，知识表现，智能搜索，推理，规划，机器学习，知识获取，组合调度问题，感知问题，模式识别，逻辑程序设计，软计算，不精确和不确定的管理，人工生命，神经网络，复杂系统，遗传算法 人类思维方式。 

应用领域： 智能控制，专家系统，机器人学，语言和图像理解，遗传编程，机器人工厂。

人工智能自二十世纪七十年代以来被称为世界三大尖端技术之一（空间技术、能源技术、人工智能）。也被认为是二十一世纪（基因工程、纳米科学、人工智能）三大尖端技术之一。这是因为近三十年来它获得了迅速的发展，在很多学科领域都获得了广泛应用，并取得了丰硕的成果，人工智能已逐步成为一个的分支，无论在理论和实践上都已自成一个系统。

3. 基因工程

基因工程（genetic engineering）又称基因拼接技术和DNA重组技术，是以分子遗传学为理论基础，以分子生物学和微生物学的现代方法为手段，将不同来源的基因按预先设计的蓝图，在体外构建杂种DNA分子，然后导入活细胞，以改变生物原有的遗传特性、获得新品种、生产新产品。基因工程技术为基因的结构和功能的研究提供了有力的手段。

基因工程是在分子生物学和分子遗传学综合发展基础上于本世纪70年代诞生的一门崭新的生物技术科学。一般来说，基因工程是指在基因水平上的遗传工程，它是用人为方法将所需要的某一供体生物的遗传物质--DNA大分子提取出来，在离体条件下用适当的工具酶进行切割后，把它与作为载体的DNA分子连接起来，然后与载体一起导入某一更易生长、繁殖的受体细胞中，以让外源遗传物质在其中"安家落户"，进行正常复制和表达，从而获得新物种的一种崭新的育种技术。 这个定义表明，基因工程具有以下几个重要特征：首先，外源核酸分子在不同的寄主生物中进行繁殖，能够跨越天然物种屏障，把来自任何一种生物的基因放置到新的生物中，而这种生物可以与原来生物毫无亲缘关系，这种能力是基因工程的第一个重要特征。第二个特征是，一种确定的DNA小片段在新的寄主细胞中进行扩增，这样实现很少量DNA样品"拷贝"出大量的DNA，而且是大量没有污染任何其它DNA序列的、绝对纯净的DNA分子群体。科学家将改变人类生殖细胞ＤＮＡ的技术称为“基因系治疗”（germlinetherapy），通常所说的“基因工程”则是针对改变动植物生殖细胞的。无论称谓如何，改变个体生殖细胞的ＤＮＡ都将可能使其后代发生同样的改变。

4.太赫兹技术

太赫兹波(又称THz波、T射线)通常是指频率在0. 1～10 THz (1 THz = 1012 Hz)范围内的电磁辐射,在电磁波谱上位于微波和红外线之间。THz频段是一个非常有科学价值但尚未被完全认识和利用的最后一个电磁辐射区域。许多年来,由于缺乏切实可行的THz波产生方法和检测手段,人们对THz波段的特性知之甚少,以致于该波段被称为电磁波谱中的“THz空隙”。

太赫兹波段位于电子学与光子学的交界处,用传统的电子学和光学方法均难以产生和检测太赫兹波。20世纪90年代以后,激光技术、量子阱技术和化合物半导体等技术的发展,为太赫兹辐射提供了稳定、可靠的激发光源。由超快激光技术发展出来的太赫兹时域光谱技术( THz - TDS)为太赫兹波的研究提供了有效的手段,因此20世纪末对于太赫兹波段的研究取得了很大的进展。由于太赫兹的频率很高，所以其空间分辨率也很高；又由于它的脉冲很短(飞秒)，所有具有很高的时间分辨率。太赫兹成像技术及太赫兹波谱技术由此构成了太赫兹应用的两个主要关键技术。同时，由于太赫兹的能量很小，不会对物质产生破坏作用，所以与X射线相比更具优势。尽管目前太赫兹波科学技术还远未成熟,但是其重要的理论研究价值和广泛的应用前景已经引起了学术界的普遍关注和极大兴趣,对于该波段的研究已成为21世纪科学研究最前沿的领域之一。  

目前，国际上对太赫兹辐射已达成了如下共识，即太赫兹是一种新的、有很多独特优点的辐射源；太赫兹技术是一个非常重要的交叉前沿领域，给技术创新、国民经济发展和提供了一个非常诱人的机遇。   

5.仿生制造

仿生制造是21世纪初先进制造领域中的新的学科前沿，是快速制造和组织工程的一个前沿分支和交叉学科，其突出特点是创新性，正是这一点，体现了它的无穷魅力和强大的生命力。

所谓仿生制造就是以制造过程与生命之间存在的相似性为基础，研究现代制造科学向生命现象学习。仿生制造是快速制造技术的一个分支，是传统制造技术与生命科学、信息科学、材料科学等领域结合并采用生物制造造或以制造生物活体为目标的一种制造方法，下图为仿生制造流程图。

预计在十年左右的时间里人体主要器官如骨骼、皮肤、肝脏、肾脏等的组织工程诱导成形技术难关将被攻克并逐步形成规模化产业，仿生制造这一结合了材料、成形、生物、医疗等多学科的产业将使众多由于疾病、衰老、事故、战争等导致的器官缺损的完全治愈成为可能，它将给越来越多的患者带来健康和幸福。

6.能电子技术

能源技术和电子技术合一为一形成了一个新的学科领域，称为能电子技术。能电子技术以节能技术为核心，将环境保护、新能源、微电子技术和新材料、新设备等研究领域紧密联系在一起。

能源技术和电了技术的研究对象覆盖了预防地球温暖化、多媒体技术、轻量便携式电了设备等实用前沿领域，如目标锁定在世界上体积最小、最轻量电池的无定形新材料的研究与开发等.当然，这仅是能源技术和电子技术中心课题研究的一个典型代表.

能电子技术发展涉及到多学科领域.在能电子技术中，电力电子技术作为发展的基础领域占有突出的位置.它是将强电(能源、电气)和弱电(电子电路)结合，采用系统控制工程、新材料、新设备和电化学等基础新技术，通过尖端领域(如机器人、环保、微电子、可靠性处理等)而发展起来的一门新学科.

7.云计算技术

云计算概念是由Google提出的，这是一个美丽的网络应用模式。狭义云计算是指IT基础设施的交付和使用模式，指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需的资源；广义云计算是指服务的交付和使用模式，指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需的服务。这种服务可以是IT和软件、互联网相关的，也可以是任意其他的服务，它具有超大规模、虚拟化、可靠安全等独特功效。

云计算（Cloud Computing）是网格计算（Grid Computing ）、分布式计算（Distributed Computing）、并行计算（Parallel Computing）、效用计算（Utility Computing）、网络存储（Network Storage Technologies）、虚拟化（Virtualization）、负载均衡（Load Balance）等传统计算机技术和网络技术发展融合的产物。它旨在通过网络把多个成本相对较低的计算实体整合成一个具有强大计算能力的完美系统，并借助SaaS、PaaS、IaaS、MSP等先进的商业模式把这强大的计算能力分布到终端用户手中。Cloud Computing的一个核心理念就是通过不断提高“云”的处理能力，进而减少用户终端的处理负担，最终使用户终端简化成一个单纯的输入输出设备，并能按需享受“云”的强大计算处理能力！ 

8.物联网

物联网是新一代信息技术的重要组成部分。物联网的英文名称叫“The Internet of things”。顾名思义，物联网就是“物物相连的互联网”。这有两层意思：第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物体与物体之间，进行信息交换和通信。因此，物联网的定义是：通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物体与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。

从物联网本质上看，物联网是现代信息技术发展到一定阶段后出现的一种聚合性应用与技术提升，将各种感知技术、现代网络技术和人工智能与自动化技术聚合与集成应用，使人与物智慧对话，创造一个智慧的世界。物联网技术被称为是信息产业的第三次性创新。物联网的本质概括起来主要体现在三个方面：一是互联征，即对需要联网的物一定要能够实现互联互通的互联网络；二是识别与通信特征，即纳入物联网的“物”一定要具备自动识别与物物通信（M2M）的功能；三是智能化特征，即网络系统应具有自动化、自我反馈与智能控制的特点。

9.高超声速技术

高超声速一般是指流动或飞行的速度超过5倍声速，即马赫数（Ma）大于或等于5。自20世纪60年代以来，以火箭为动力的高超声速技术已广泛应用于各类导弹和空间飞行器，而目前世界各国正在积极发展另一类以吸气式发动机为动力的高超声速飞行器技术。吸气式高超声速飞行器飞行时不需要像火箭那样自身携带氧化剂，可以直接从大气中吸取氧气，因而它的航程更远、结构重量更轻、性能更优越。实际上，吸气式高超声速技术的发展始于20世纪50年代，通过几十年的发展，美国、俄罗斯、法国、德国、日本、印度、澳大利亚等国自20世纪90年代以来已在高超声速技术方面陆续取得了重大进展，并相续进行了地面试验和飞行试验。高超声速技术已经从概念和原理探索阶段进入了以高超声速巡航导弹、高超声速飞机、跨大气层飞行器和空天飞机为应用背景的先期技术开发阶段。

目前，美国的高超声速技术走在世界前列，其中X-51“乘波者”高超声速飞行器特别引人关注。X-51采用普惠公司制造的空气式超音速燃烧冲压引擎，可提供超过200秒的动力冲压支持，使飞机在短时间内提速至5马赫。之前最长的动力冲压时间来自美国航空航天局所制造的试验机X-43——可提供12秒的动力支持。这种发动机是首台采用液体碳氢燃料而不是氢燃料用于飞行的超燃冲压发动机。利用X-51的高超声速技术，将可以发展远程敏捷全球打击武器。下载本文