交叉学科到底是什么意思?

交叉学科:非炒饭式混搭,要的是“慢炖与融合”

丘成桐:“交叉科学研究不是“蛋炒饭”,学生时代就应有大师带领拓宽视野。”

01、丘成桐阐释交叉学科:跨学科的视野培养

交叉学科:非炒饭式混搭,要的是“慢炖与融合”

图片来源于网络

就在昨天(5月30日),文汇报刊文发布了最新消息:上海数学与交叉学科研究院已迎来48名全球顶尖学者的加盟,该研究院不仅立足中国,更是面向国际。其研究领域广泛,包括生命医学、人工智能、大数据处理、环境保护、物理、化学、经济以及金融等,尤其侧重于数学与生物医药、人工智能的交叉学科应用等领域。研究院旨在攻克重大科学难题,努力取得突破性的原始创新成果,立志打造具有全球影响力的科创中心和数学研究机构。

交叉学科:非炒饭式混搭,要的是“慢炖与融合”

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这一消息令人振奋,说明世界的科技创新发展步伐正在日益加快。此研究院名称中的“交叉”二字,凸显了交叉学科在现代科技革新中的核心地位~ 而如今,“交叉学科”早已成为我们学生科创领域的高频词汇和热门话题。

特别值得一提的是,这个宏伟的研究院正是由我们所熟知的杰出数学家丘成桐先生发起创立——作为菲尔兹奖的首位华人得主,丘成桐先生在数学领域取得了举世瞩目的成就,而该奖项也被誉为“数学界的诺贝尔奖”,其分量和影响力可见一斑。

上海数学与交叉学科研究院的成立,不仅标志着科学研究的新方向,也向我们学生和科创教育企业传递了一个重要的信号:科创已经成为未来的主流趋势,而交叉学科的研究将是这个趋势中绝对重要的一环!

在邱教授看来,真正的交叉学科研究对学者们提出了高标准的要求:不仅需要对本专业有深入透彻的理解,还应对其他相关学科保持足够的认识和敏锐的洞察力。

对于中学生而言,培养这种科创素质显得尤为重要。

中学生作为科学创新的后备力量,需要顺应时代提高自身的科创素养:在学习本学科知识的同时,积极拓展对其他学科的了解。通过参与多样化的科创活动,自己研发项目,都是可以逐步培养起跨学科思考的能力,学会从不同角度审视问题,进而提出创新性的解决方案。

这种跨学科的广博视野和融合能力,不仅能帮助学生在科创竞赛中脱颖而出,更为他们未来的学术研究和终身的成长发展打下坚实基础。

同时,邱教授也深感交叉科学研究的推广充满挑战,这说明我们当前的人才培养体系还存在一些亟待改进之处。而丘教授的深刻见解,无疑也为我们机构的科技教育指明了未来科学研究和人才培养的新方向。

这一方向,值得我们反复探索、不断努力实践,并持续完善教学方法,更好地来培养具备跨学科视野和创新能力的精英人才……

推动数学与其他学科的深度融合与发展,一直是丘成桐教授的坚定追求!而对于中学生科创领域,机构的期待便是让更多的中学生从交叉学科的科创中受益。丘成桐院士坦言,尽管我们探讨交叉科学研究已有数十年之久,但遗憾的是,至今仍有不少人未能真正理解其精髓,误以为交叉学科只是简单地将几个学科“拼凑”在一起。

然而,丘成桐教授曾公开明确指出,“交叉科学研究绝非炒饭式的随意混搭,它并非简单地将所有材料混合在一起就能产生神奇的效果。”相反,它需要的是学科之间精细的烹调与巧妙的融合,以实现真正的科技创新与突破!

以新落成的上海数学与交叉学科研究院为例,它不仅在数学领域进行深入研究,还积极探索数学与生物医药、人工智能等多元领域的交融合作。这种交叉融合的研究方式为科学难题的解决注入了新的思路,同时也为原始创新成果的出现打下了牢固的基石。

交叉学科:非炒饭式混搭,要的是“慢炖与融合”

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为了顺应当下科创的发展趋势,机构持续致力于提升学生的科创素养,不断提高中学科技教育质量。我们帮助学生深化对交叉学科知识的理解与应用,并为其提供前沿的科创教育和项目创新的机会。

学科间的壁垒常常会成为束缚学生想象力和创新精神的枷锁,阻碍学生深入探索科学问题。为了助力学生打破这些束缚,我们以更宽广的视野来引导他们审视科学问题,进而激发他们的创新思维

为此,我们精心设计了交叉学科融合类的项目,旨在让学生通过实践,培养跨学科融合的能力,从而成为新时代具备高度创新能力的科创人才。

02、细烹慢炖:机械电子中,数学的融合应用

丘成桐教授不仅在数学领域取得了杰出的成就,还积极推动数学与其他学科的交叉融合:他也极力倡导数学与其他学科的交融与合作。在众多的学科中,机械电子工程作为一个融合了机械、电子、控制和计算机技术的交叉学科,与数学的关系尤为密切。

机械工程主要研究如何设计、制造、运行和维护机械系统。这还涉及对物理现象、材料特性和力学原理的深入理解。而数学学科在这一过程中,发挥着举足轻重的作用。无论是进行基础的力学分析、材料性能计算,还是进行复杂的系统设计优化、控制算法开发,都需要运用到数学知识。

电子工程,这个集结了多种技术精髓的领域,其核心在于如何高效地整合机械和电子系统,以实现更高级的功能和性能。而数学,作为这一领域不可或缺的基础,为其提供了坚实的理论支撑和精准的分析工具。

在中学生科创活动中,机械工程与数学的结合项目非常具有挑战性。这类项目不仅要求学生具备扎实的数学基础,还需要他们具备较强的动手思考能力。

对于数学能力强且喜欢动手思考的学生而言,参与机械工程类的科创项目的研发是一个非常合适的选择。这类项目不仅能够充分展现学生的学术水平和实力,更能在实践过程中锻炼学生的动手能力和解决问题的能力——当学生看到自己的思考和努力最终转化为一个实实在在的科创成果时,那种成就与满足感将是对他们努力和才华的最好肯定。

科创项目一:智能小车的设计与制作

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学员A设计一个能够自主导航、避障的智能小车。这个项目将涉及机械设计、电子电路搭建、控制算法编写等多个方面。

数学应用

几何学:在设计小车结构和运动轨迹时,需要运用几何知识来确定各部件的相对位置和运动关系。

代数与微积分:在编写控制算法时,需要运用代数和微积分知识来建立小车的运动模型,并进行优化。

科创价值

这个项目能够锻炼学生的动手能力、创新思维和团队协作能力。同时,通过实践应用数学知识,学生能够更深入地理解数学在机械电子工程中的应用价值。

科创项目二:机械臂控制系统开发

交叉学科:非炒饭式混搭,要的是“慢炖与融合”

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学员B开发一个能够精确控制机械臂运动的控制系统。这个项目将涉及机械臂的机械设计、传感器数据采集、控制算法实现等方面。

数学应用

矩阵运算:在机械臂的运动学建模中,需要运用矩阵运算来描述机械臂的姿态和位置。

微分方程:在控制算法的实现中,需要运用微分方程来描述机械臂的动态特性,并设计出稳定的控制策略。

科创价值

通过这个项目,学生可以了解到机械臂控制系统的基本原理和实现方法,提升对机械电子工程的理解。同时,这个项目也能够培养学生的逻辑思维能力和编程能力。

在机械电子工程中,数学的应用广泛而深入。从基础的机械设计、电子电路分析,到复杂的系统建模、控制算法开发,每一个环节都离不开数学的支持。

另外,数学与电子机械之间的关联还有非常多的相互作用。比如在我们项目中的机械设计阶段,数学中的力学原理和优化方法可以帮助工程师精确地计算出机构的运动轨迹和受力情况,从而确保设计的合理性和可靠性。在电子电路分析中,数学则提供了有效的手段来分析和预测电路的性能。

交叉学科:非炒饭式混搭,要的是“慢炖与融合”

电子机械臂图,来源网络

此外,在系统的控制方面,数学更是发挥着至关重要的作用。控制算法的开发和优化需要深厚的数学功底,如线性代数、微分方程和最优控制理论等。这些数学知识不仅可以帮助学生设计出稳定、高效的控制策略,还可以提升系统的动态性能和抗干扰能力。

对于我们中学生来说,研发机械电子相关的交叉学科科创项目,挑战与成就并存:这类项目不仅要求我们具备坚实的数学基础,更注重我们的动手实践能力和创新思维。

交叉学科:非炒饭式混搭,要的是“慢炖与融合”

智能小车图,来源网络

通过亲身的学习和实践,我们能够更深刻地体会到数学在机械电子领域的实际应用价值,并在实践中锻炼跨学科思维和解决问题的能力。这是一次全方位的科创能力提升的机会,让学生学会在挑战中不断成长~

所以,机械电子与数学之间的交叉融合不仅推动了两个学科的发展,也为培养具有创新精神和实践能力的同学提供了展示自己能力的机会。参与科创孵化的项目,不仅能够激发学生的创造力,培养他们的科学精神和实践能力,还能拓宽他们的视野,增强综合素质。

而机构在多元科研项目中,除了以上所提及的电子工程、机械工程之外,另外热门的领域诸如人工智能、计算机、无人机、音乐、体育等,我们也有非常丰富的项目案例。还有环保、清洁能源、建筑、医疗健康、障碍辅助技术、教育学习工具等多元新课题,都等着我们的学生来深度挖掘这些课题的潜力与价值!

03、多元且个性化的交叉学科融合创造类项目展示

科技+音乐

节奏之光:全自动架子鼓练习装置与MIDI技术的融合应用

同学在家中使用全自动架子鼓练习装置,感受到了轻松愉快地练习架子鼓的乐趣......

全自动架子鼓练习装置适用于各种需求和水平的学生,旨在帮助初学者培养节奏感和轻松练习曲目。

通过导入MIDI格式的曲目,学生可以跟随音律之光指引的鼓点位置进行练习。这个装置结合了MIDI技术、震动反馈和多线程技术,使得练习过程更加轻松愉快。

科技 + 人文

古韵互动:沉浸式诗词学习与虚拟诗人交流体验

在一个充满古风气息的虚拟环境中,学生们可以与古代诗人进行实时互动......

当学生向诗人提问时,系统会通过大模型技术生成智能回应,并利用唇语迁移技术让诗人的形象朗读回答。学生们可以向诗人请教诗歌创作技巧、了解诗人生平或探讨诗歌背后的寓意。

这种沉浸式体验不仅让学生们对古诗文产生浓厚兴趣,还能让他们在与古代诗人的交流中更好地理解和欣赏古诗文的魅力,提高自身的人文素养。

科技 + 运动

高精度投篮体验与技能提升研究与应用

这个研究适用于篮球练习设施、运动中心等环境,适用于个体锻炼、集体练习和赛前准备等各种场合......

通过应用YOLOv8手势感知和人体检测技术,它可以在篮球练习设施、运动中心等场所为使用者提供个性化的投篮训练方案。

全面的篮球锻炼功能使得这款设备不仅能够协助使用者提高投篮技能,还可以帮助他们提高反应迅速性和灵活性。通过与机器互动,使用者可以在短时间内进行大量投篮练习,从而迅速提高准确率和投篮技巧。

此外,这款篮球投掷机器还具备数据分析功能,可以记录使用者的投篮次数、命中率和进步情况。这些数据可以帮助教练和运动员更加深入地了解他们的表现,从而制定更有效的训练计划。

科技 + 虚拟现实

古建筑数字化保护与沉浸式虚拟导览的互动体验

用户可以身临其境地欣赏古建筑的美景,探索古建筑的每个角落......

在这个基于WebGL引擎的在线三维模型网站中,用户可以身临其境地欣赏古建筑的美景。通过点击、旋转、缩放等操作,用户能自由探索古建筑的每个角落,获取详细信息。网站还提供虚拟导游功能,让用户根据兴趣进行个性化导览。

这一沉浸式、趣味盎然的古建筑在线体验,让用户更直观地了解古建筑的风貌和历史,激发好奇心与探索欲望,大大增强了用户的浏览体验。

【竞赛报名/项目咨询请加微信:mollywei007】

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