仪器科学与技术专业介绍
（一）学科概况
仪器是对客观存在进行观测、测量、检测、计量、监测和控制的装置或系统，是人类认识世界的工具，是信息的源头。
在人类早期认识自然、生产实践和社会活动中，仪器及其相关测量技术发挥着重要作用，促进了生产力发展和社会进步。古代的测量器具尽管简单，却具备了测量单位、标准量、被测量与标准量比对等测量的基本性，形成了朴素的测量方法，产生了以测量量值与被测量值转换关系为基础的测量仪器。普通贸易中使用天平的最早迹象在公元前1350年；我国氏族社会已有“结绳记事”和“契木计时”的记载；大禹治水使用了准绳与规矩；公元前221年，我国秦朝已形成量值统一的度量衡制度和器具；“寸影千里”利用平行光投影相似现象实现超视距测量；日晷利用太阳的投影方向测定并划分时刻；浑天仪利用浑仪测量天体的球面坐标，利用浑象演示天象，是我国古代重要的天体观测仪器；《汉书·律历志》记载用“累黍定尺”和“黄钟律管”定义长度，其中“黄钟律管”用发出固定音高之长确定长度标准，与今天采用光波波长定义长度基准的基本原理惊人地相似等。
1875年国际米制公约建立，初步形成了以米和千克等为基本计量单位及相应的计量标准器、测量仪器、量值溯源方法及测量理论，衍生出测量误差理论和计量学等，学科的基本内涵逐渐明确。随着近代测量科学与仪器技术在基础科学研究、工程技术测量和生产应用中的支撑地位愈加显著，学科的基础性、系统性和重要性更加突出，逐渐发展成为近代科学体系中的重要学科领域之一。门捷列夫指出：“科学是从测量开始的”，“测量是科学的基础”，“没有测量就没有科学”。仪器科学与技术学科是最活跃和最具生命力的前沿学科领域之一。学科的重大突破性进展和新原理仪器发明直接或间接地推动了许多重大前沿科学问题的突破，五次世界科学中心的形成都有重要科学仪器的贡献，诺贝尔奖成果更突出地体现了新仪器推动突破重大科学问题的作用。截止到2022年，历届诺贝尔物理学、化学、生理学和医学奖共389项，获奖科学家641人，其中因测量科学研究成果或直接发明新原理仪器而获奖的项目42项(约占10.8％)、共64人(约占10％)，如激光干涉仪、质谱仪、心电图机、相位差显微镜、综合孔径射电天文望远镜、CT断层扫描仪、电子显微镜、扫描隧道显微镜、原子钟、核磁共振成像仪、超分辨荧光显微镜、冷冻电镜等，借助各种先进高端仪器完成的物理学奖占72％、化学奖占81％、生理学和医学奖占95％。仪器科学与技术学科与众多相关学科形成了密切的交叉融合关系，学科广泛交叉与深度融合越来越成为现代仪器技术，特别是高端仪器发展的趋势。一方面，物理学、化学、生命科学等基础学科和新一代信息技术等前沿学科的重大进展及重大科学问题突破不断推动仪器科学与技术跨越式发展。另一方面，解决相关学科发展过程中遇到的难题为发明新原理仪器明确了需求，如分子及原子结构的真实性与可操作性研究需求催生了扫描隧道显微镜和原子力显微镜的发明和广泛应用；基因结构和活体细胞三维结构及形态与病理学、药理学之间的关系研究催生了高空间分辨率层析共焦显微镜的发明和发展应用等。
进入新时代，仪器科学与技术迈入以量子计量和智能化为标志的新阶段，产业变革形势紧迫，信息技术发展迅猛，新器件、新材料、新工艺换代加快，推动了仪器新理论、新观念、新思想、新方法、新体系、新形态的产生、发展和完善。量子传感与精密测量精度突破人类认知极限；国际单位制量子化正在改变传统的溯源方式和量传体系；人工智能、深度学习、移动互联等深度融入测量过程，强化仪器“数据-信息-知识-智慧”一体化；三维异质/异构微系统集成，大幅提升仪器功能、性能和适应性。如原子钟、量子绝对重力仪、原子磁力计、原子陀螺仪、智能制造现场综合信息感知与应用、重大装备全生命周期健康状态感知、生命参数的多模态成像感知、柔性传感与可穿戴测量、云边端分布式测量体系、柔性可重构测量体系、面向服务需求的测量体系等。
（二）学科内涵
仪器科学和技术学科研究对客观存在进行观测、测量、检测、计量、监测和控制的理论和方法，开发和制造相关仪器延伸感官、拓展思维和体能，为人类观察自然现象、认识自然规律提供科学手段，为人类健康、环境安全、生产和社会活动及其法制化提供技术保障。学科的研究对象概括为四个方面：一是以认识世界为目的，通过发明测量方法和仪器，发现自然现象，认识自然规律，从量的属性角度揭示客观世界的内在规律。二是对客观对象进行定量测量，获取准确一致和可靠的数据，实现量值传递和溯源。三是对生产过程进行监测和控制，保证生产过程的可靠性，指导工艺水平提升，控制产品质量，提高生产效率。四是对人类生命健康状况进行检测，对生存环境、安全状况及各类社会活动进行监测，作为人类了解自身健康、环境与社会安全状况和保障情况的技术手段。
仪器科学与技术学科以数学、物理学、化学、生命科学等为基础，与量子力学、微电子学、功能材料科学、信息科学与技术、智能科学与技术及相关工程学科深度交叉融合，其理论体系由传感理论与传感器设计方法、测量方法学、多源数据融合理论、仪器系统协同设计理论和优化方法、仪器精度理论、仪器可靠性理论、计量学等构成。
仪器科学与技术学科的知识基础主要包括：自然科学知识基础，如数学、物理学、化学、生命科学等。人文社会科学知识基础，如科学技术史、哲学、政治经济学等。技术科学知识基础，如应用光学、物理光学、精密机械学、电子技术基础、计算机技术基础、信号与信息处理技术、控制理论与技术等。专业知识基础，如传感技术、传感器设计、仪器与测控系统建模、测量技术、测量误差与不确定度理论、误差补偿与误差修正方法、仪器系统协同设计、智能仪器集成设计、深度学习与多源数据合、数据显示与交互技术、柔性传感与可穿戴测量、可重构测量体系设计、仪器精度理论、量值传递与溯源方法等。
构建学科知识基础体系应突出学科交叉融合的特点、适应行业发展需求，根据学科方向差异有所侧重，合理取舍和拓展，有利于支撑测量新观念新方法、仪器新形态新体系的产生和应用。
仪器科学与技术学科不断对实验科学、技术科学和工程科学领域的大量测量科学问题和技术问题等深化认识，以理论分析、实验研究、数值仿真分析为基础，在解决问题的过程中进行理论和方法创新，形成了本学科独特的研究方法论，主要包括：
1.测量系统协同设计方法。大型高端仪器和测量系统的设计目标是实现测量的高精度、多参量和高效率，必须以仪器系统的原理设计为基础，采用多学科方法与理论逐一分析与估算各测量特性的满足度和偏差，结合各分系统、技术单元、功能单元的指标裕度、技术潜力、成本代价等进行协同设计，经反复综合平衡、性能兼顾、取舍妥协，逐步解决多种性能间的矛盾、消除多种功能间的耦合、平衡精度与效率的关系、协调性能产出与投入成本等，提出最优设计方案。
2.测量性能整体优化的系统分析方法。大型高端仪器和测量系统是一个多观测对象、多误差源、多种变化规律和多重复合作用的复杂系统，具有环境条件复杂、多干扰源、补偿误差困难、多变量耦合、建模困难等特征，必须针对具体的测量问题，综合运用系统分析、分类归纳、分层解耦、直接监测与间接测算结合、精确补偿与经验数据结合、误差分离与误差抑制结合等方法，获取大量数据，精确评估各不确定因素的影响，判断各测量学特性的偏差，经反复测算与权衡，形成最优测量方案。
3.仪器性能的溯源性评估方法。对测量仪器性能的评估必须满足计量学特性的要求，其中核心内容是能否满足测量不确定度要求。采用规范的计量学方法逐一对仪器系统中的各传感单元、监测单元和测量单元进行溯源性分析与评估，以最终确认仪器的整体功能和性能满足设计要求。
（三）学科范围
仪器科学与技术学科包括四个二级学科：
精密仪器技术与工程
主要面向精密工程、微纳制造与测试、高端装备制造、相关观测与实验探究等领域，以光电转换、机电转换、光机电转换及其它效应为手段，以精确获取被测量信息为目标，探索、研究、设计和研制新原理、高性能精密测量仪器、专用精密测试仪器与试验仪器等。
精密仪器技术与工程研究智能感知技术，测量方法学，仪器精度理论，精密仪器设计方法，精密仪器共性关键技术，精密仪器集成技术，精密仪器制造工艺，精密加工/测量一体化装备技术，微纳测量技术，大型高端专用仪器技术，空天地海等专用仪器技术及极端条件测试技术，高端智能装备或系统的综合/无损测试、检测、诊断与预测技术，测试与试验仪器技术等。
测试计量技术及仪器
主要面向几何量、力学量、电学量、光学量、热学量、声学量、时间频率、电离辐射等各种测量对象，以追求量值的统一为目标，探索、研究新测量原理、方法以及量值溯源和传递方法，研制和开发新仪器和计量标准装置，研制和开发新颖的测试系统，建立校准和测试比对方法。测试计量技术及仪器研究智能感知技术，测量方法学，计量学，误差理论与数据处理方法，仪器精度理论，测控系统设计方法，测控系统共性关键技术，智能测控系统集成技术，生产现场制造/测量一体化装备技术，测控系统架构优化技术，量值溯源与传递技术，计量仪器校准与比对技术，扁平化溯源体系实现技术等。
科学仪器技术与工程
主要面向基础科学、前沿探索、科学实验，以发现自然现象、认识自然规律、揭示物性及物性作用规律为目标，研究探索从尺度、模态、结构、成分、物性作用等维度对观测参量进行表征的方法，极限精度测试机理及其实现方法，研制开发科学试验用仪器及核心技术、关键部件、应用软件等。
科学仪器技术与工程研究新感知机理与传感技术，量子、声、光、磁、力、核等测量与分析仪器技术，先进的分析前处理技术与装置，物质原子、分子级检测技术，原位、实时、在线、高灵敏度、高通量、高选择性分析技术，微全分析、检测技术，显微测量技术及仪器，地球物理探测技术及仪器，遥测遥感技术及仪器等。
生物医学仪器及技术
主要面向疾病预防、诊断、治疗、康复过程，面向生命健康监测、辨识、调控过程，以实现生命与运动、疾病与健康、人与环境、人与自然相互关系的定量化、微观化描述为目标，研究探索基于磁、电、声、光、力、热等物理场作用的生物效应及其表征方法，生物分子与组织成分的识别方法，从分子、基因、细胞、组织、器官和系统层次认识生命现象，揭示生命规律及其变化特征，研制开发生物医学仪器、生物医学测量技术、生物信息处理与融合技术、人与环境的信息交互技术、关键部件、应用
软件等。
生物医学仪器及技术研究生物传感技术，生物芯片技术，柔性传感技术，生物医学光子学，生物医学电子学，医学影像仪器与图像处理技术，医用机器人技术，人体功能信息检测技术与仪器，脑与认知能力测试技术与仪器，医学大数据分析技术，微弱信号检测与处理技术，微创和无创测量技术，生化检验技术及仪器，人-机工程运用技术，远程医学监测技术及系统，人类健康智能服务技术，医学虚拟现实技术等。
（四）培养目标
1.硕士学位：热爱仪器事业，具有远大理想和高度的社会责任感，崇尚自主创新和工匠精神，有志于服务科技进步和社会发展。掌握本学科领域坚实的基础理论和系统的专门知识，了解本学科领域的发展方向及技术进步，具有严谨求实的科学作风，具备独立进行工程技术开发和实验研究的初步能力，能从事本学科或相近学科的科研、教学、工程开发和技术管理工作。
2.博士学位：热爱仪器事业，具有远大理想和高度的社会责任感，崇尚自主创新和科学精神，有志于服务科技进步和社会发展。掌握本学科领域坚实宽广的基础理论和系统深入的专门知识，系统了解本学科领域的发展方向及国际学术研究前沿，具备国际学术交流的能力，具有严谨求实的科学作风，具备独立从事科学研究工作的初步能力，并在某一方面取得创新性成果或做出具有科学价值的贡献，能胜任本学科或相近学科的科研、教学、工程开发或技术管理工作。
（五）相关学科
本学科的相关学科：光学工程、信息与通信工程、智能科学与技术、材料科学与工程、电子科学与技术、机械工程、控制科学与工程、生物医学工程等。
硕士学位基本要求
（一）获本一级学科硕士学位应掌握的基本知识
1.测量技术的概念、基本原理及运用
测量技术主要包括测量的基本概念、基本测量理论、基本测量原则和测量方法，能针对处于一定被测环境下被测量的具体特性，进行测量方案比较，选择、优化、确定具体测量方案。
2.测量信息处理理论与技术
测量信息处理理论与技术主要包括对针对被测量的传感技术，微弱传感信号的前端处理与转换技术，多源数据融合技术，误差理论与数据处理技术，利用现代信息技术改善仪器和测控系统性能的方法和实现方法。
3.仪器与测控系统设计技术
仪器与测控系统设计技术主要包括仪器和测控系统方案选择与设计方法，传感器设计方法，仪器单元设计方法，仪器集成设计技术，仪器误差补偿技术，仪器性能测试技术，利用现代信息技术构建新体系、新结构仪器和测控系统等。
（二）获本一级学科硕士学位应具备的基本素质
1.学术素养
热爱所从事的科研工作，尊重科学规律，重视科学实验，具有探索真理、刻苦钻研、勇于创新的精神，具有从事本学科工作的才智和涵养。
具有严谨的学术态度，实事求是，提出并完成具有新意的仪器或其核心技术单元的原理设计，搭建相应的样机或装置，组织严谨的实验验证，客观全面地展示实验结果。
具有远大理想和高度的社会责任感，了解研究领域相关的知识产权、工程伦理、标准规范等知识，有志于服务科技进步和社会发展。
2.学术道德
恪守学术道德规范，客观评价本人贡献，尊重他人的著作权和知识产权，严禁各种形式的学术不端行为。学风严谨，踏实刻苦，实事求是，遵守国家各项法律法规和道德规范。
（三）获本一级学科硕士学位应具备的基本学术能力
1.知识获取能力
能独立查阅科学文献，并进行归纳总结，了解研究方向的现状和发展趋势。
能利用各种方式和渠道学习所需的学科基础知识、专业知识、相关学科知识和研究方法，并能运用所学知识和研究方法解决研究工作中遇到的问题。
坚持唯物论与辩证法等方法论，学习逻辑思维方法，具有知识更新和终身学习能力。
2.科学研究能力
掌握本研究方向的基本研究方法，能正确评价和利用本研究方向已有研究成果，能运用科学理论和方法，完成仪器或测量系统单元的工程设计和研制，解决工程实际问题。具有获取科学实验数据并进行合理分析的能力，熟悉仪器工程领域技术标准、行业相关政策、法律和法规。
3.工程实践能力
具备开展本学科方向学术研究或技术开发的能力。能运用所学专业知识，确定仪器或单元系统原理方案，承担仪器或单元系统工程设计任务。能熟练使用实验仪器设备、现代化信息工具和工程软件，具有搭建实验装置并完成科学实验的能力。具备一定的组织协调能力和工程实践能力。
4.学术交流能力
具备良好的学术表达和交流能力。能准确表达学术思想，回应专家和同行的提问，阐明研究工作的思路和方案。能阅读本学科相关领域的外文资料，具有一定的跨文化交流能力。
5. 其他能力
具有强健的体魄、良好的心态和心理素质，能承受压力和挑战，适应社会发展；能化解矛盾和问题，营建有利于团结协作和事业发展的环境。
（四）学位论文基本要求
1.规范性要求
硕士学位论文符合国家相关学术著作出版规范及培养单位的相关规定；结构合理、层次清晰、语言流畅；原理阐述正确；实验方法合理、实验数据可信；引文合理、文献出处确切；公式、符号、单位和图表等符合技写作规范。
2.质量要求
硕士研究生在导师指导下独立完成硕士学位论文，学位论文是学位评定的主要依据。文献综述应在搜集、阅读相关研究文献的基础上，经过归纳总结、分析鉴别，对研究问题在一定时期内所取得的研究成果、存在问题及发展趋势等进行客观的陈述和评论，正确反映研究领域发展过程和国内外现状，为论文选题提供依据和支撑。
从仪器科学与技术学科特点出发，根据国家发展需求，结合个人知识背景和研究兴趣，选择在仪器领域有学术价值、对科技进步、国家安全、国民经济和社会发展等有应用前景的主题开展研究工作。
能聚焦研究领域的科学问题或工程技术问题，对其作用机理、行为、规律和效应等有独到的认识，建立较完善的理论模型。能提出具有创新性、或部分创新性、或有新意的解决方案或方法。能设计、研制仪器系统或单元原理样机，开展工程应用，或搭建相应的实验装置，完成相关实验验证。
