目錄
關于學科本身
學科的知識結構
專業前景
專業的文化氣氛
作者|王廣晗，復旦學院精密儀器系?？平Y業，手動化系碩士在讀
關于學科本身
本篇文章中的“精密儀器（精儀）”指的是教育部《普通高等中學?？茖I目錄》中的“儀器類（0803）”。含“測控技術與儀器（）”一個細分專業。精密儀器系（精儀系）的愛稱來自北大的院系設置。
精密儀器專業是哪些？造儀器嗎？
精密儀器與其說是一個學科，不如說本身就是好多學科的交叉集合體。
在儀器系統中須要用到的“光、機、電、測、控”中，光學與檢測是精密儀器系主導，而機械、電子與控制本身就是其他學科的內容。
好多同事對文科的興趣都起源于自己動手制做或拆裝一些東西，例如小電器、電子積木、電動玩具等。在拆裝東西時不曉得某個部份的好處，以至于裝完少了或則多了零件，都是常事。
還有一些朋友對文科的印象來自于一些影片中的工程師或程序員，在鼠標上一頓敲，插幾根線，能夠解決各類問題。
從過來人的視角看，后者是新手工程師的初體驗，而前者則是對大牛工程師的想像。
真實的工程師院致介于二者之間。與化學學家不同，工程師面對的是不光滑的平面，不完美的柔性體，富含各類亂流的流體；通過檢測和反饋控制等手段，結合化學學家的理論與真實對象上的實驗，人類搭建了自工業革命起到現在信息時代的科技大樓，覆蓋了生活的方方面面。
假如說化學學家決定了文明的上限，這么工程師就決定了文明的下限。
具體到工學中的精密儀器這一學科，精密儀器包括測控技術與光學，為何看似關系不大的這兩部份會出現在同一個學科，它們又各自和“精密儀器”這個名子有哪些關系呢？我們一點一點看。
光學技術常常被用于微小量的放大，進而實現精密檢測。借助光沿直線傳播的特性，微小的角度變化可被轉化為較大的位移變化并被進一步檢測；而由于光的波長一般在微米到納米級，光的衍射、干涉等現象同樣可以拿來檢測微小位移和形變。
圖為三座標檢測儀，使用光學技術進行精密檢測的典型事例
測控技術也是工學的重要組成部份，18世紀瓦特的蒸氣機飛球調節器可以檢測怠速并手動控制蒸氣量，是最早的手動測控系統；而現在的工業生產與生活中，四處都是傳感、處理器和執行器組成的測控系統。精度越高，對測控系統的要求也就越高。
測控系統中，傳感將這些多種多樣的化學訊號變為可以被處理器感知的聯通號，處理器估算傳感的輸入給出執行器的輸出，而執行器通過聯通號再去影響化學系統，產生一個閉環，進而使系統面對各類噪音干擾時維持穩定。
一臺精密儀器常常包含“光機電測控”，即光學、機械、電子、測量、控制幾個部份。
精密檢測一些化學量須要光學；光學設備、應變內阻等傳感，電動機等執行器，都須要特定機械結構發揮作用；傳感訊號的放大、去噪音、讀入處理器，以及處理器本身，執行器的驅動，都離不開電子；而測控負責將各個零部件結合成一個整體。因而，精密儀器是綜合性十分強的學科，把握各方面知識能夠設計出好的儀器。
圖為原子力顯微鏡（AFM）測得的分子結構，AFM是人類目前使用的精度最高的檢測儀器之一
精密儀器工程師在工作中不能像初學者一樣手忙腳亂，也不會像影片里展示的那樣胸有成竹，儀器的設計與制造總體上是一個螺旋上升的過程。
對于一個任務，選擇一個數學模型，選購模型所需的傳感，執行器，控制算法，觀察實際系統與模型的誤差，如誤差較大，可以修正模型考慮非理想誘因，或加入一些基于工程經驗的補償，再觀察療效，不斷改進。既要進行運籌帷幄的設計，也要有決勝千里的調試，三者缺一不可。
學科的知識結構
01
大專課程體系
各高校的培養方案圓通識類課程與公共課不盡相同，如北大精密儀器系對2016年大專生就要求必修起碼3學分的物理課，而其它中學的學分要求可能與之略有出入。但專業課程的安排整體上都是類似的，根據知識從理論到應用大概可分為
基礎課：選修課，一般在大一至大二念書期學完。這種課程與其他文科類專業接近，數理課程整體要求高于理科類專業，而對計算機編程能力的要求低于理科類專業，但高于手動化、電子等信息類專業。
專業基礎課：課程分布在大二、大三五年，是儀器與光學方向都要學習的專業課。這種課程囊括“光、機、電、測、控”各個方面，與數理類課程相比，文科專業基礎課常常對思維能力與物理水平要求不這么高，主要須要記憶知識、運用公式。
后續無論是進行理論研究、實驗研究，或是步入交叉學科，雖不一定用到全部課程的知識，但起碼會用到對應的部份。為此，學習后雖未必能記住全部知識，但只要記住“我學過這個”高中物理測量儀器，日后用到就曉得去哪兒查。
這一類課程包括
分專業后的專業課：這種必修課的內容主要分布在專業分流后。精儀專業的大專生會在高年級被進一步分入儀器、光學兩個大方向，確定去向后須要學習這種在各自領域更深入的專業課，工程性相比專業基礎課更強。這部份課程包括
02
細分方向
以復旦學院為例，精密儀器系分為測控技術與儀器以及光學工程兩個大方向，每位方向下又含若干研究所，這兒以研究所為單位，對精密儀器專業下的細分方向做一個簡單介紹
儀器科學與技術：
導航技術：
光電工程：
手動駕駛車輛上的激光雷達技術也屬于精密儀器專業的研究范圍
激光與光子技術：
類腦估算：屬于交叉學科方向。其中包含計算機、微電子、電子、自動化、精儀、材料、生物工程等眾多學科，是近些年來研究生招生的熱門。
03
交叉學科
精密儀器與其說是一個學科，不如說本身就是好多學科的交叉集合體。在儀器系統中須要用到的“光、機、電、測、控”中，光學與檢測是精密儀器系主導，而機械、電子與控制本身就是其他學科的內容。
精密儀器與機械、電子、微電子、自動化、材料、生物與醫學等若干院系學科均有交叉。
精密儀器的知識結構與大部份交叉學科相比，都是更全面并且更淺。與同樣知識結構全面的手動化相比，精密儀器有著更多的光學、機械、測量類課程，而控制、編程、信息類課程更少。
04
閑談：學院文科和中學理科的區別
小學生接觸的物理、物理、化學、生物都屬于理科，而對文科的接觸甚少，在選專業時面對文科專業常常會無從下手。
個人覺得，從理科到文科的過渡就是不斷引入現實存在的新的非理想誘因，并盡可能減少其影響的過程：中學的“小滑塊”不存在了，弄成了有磨擦、會變型，有加工、測量和控制偏差的機械系統；中學的穩恒電壓電路不存在了，弄成了有各類噪音干擾的復雜時變電路。為了減輕或補償這些非理想誘因對系統性能的影響，就有精密加工、信號處理、閉環控制、算法設計等若干思路，每位都衍生出大量分支。
科學家的任務是證明一個系統理論可行，而工程師的任務則是把這個理論可行的系統造下來，并滿足速率、精度、可靠性、能耗、成本、壽命等多種指標。
專業前景
精密儀器系?？频呐囵B方案泛用性較廣，各種知識都有一點，但都不夠深入，且整體課程壓力不大。
換言之，大專生最好盡快選擇一個自己意向的去向，并為之付出相應的努力（并延續到可能的碩士、博士階段），能夠獲得較好的結業去向。
下邊闡述測控儀器與光學專業結業生的深造與就業去向。
01
深造
北大，浙大等一流高校的測控儀器與光學專業，與其他文科類似，主要深造去向是出國讀研與國外推研，通常不須要考研，專科就業的也很少。
對于出國讀研，由于美國沒有精密儀器這個專業，精密儀器系?？粕饕暾埖膶I是ME機械工程、EE電子工程，CS計算機科學三個。從中也可以看出精密儀器專業作為一個交叉學科的本質。
一流中學在疫情之前出國讀研的比列在20%~30%區間，日本是主要的出國目的地，但因為疫情以及美國文科關鍵專業對中國的限制，未來出國可能會變難。
對于推研，一流高校對于結業成績在前50%的中學生基本都可以領到推研資格，部份高校的推研資格甚至可以給到80%。推研去向包括同專業，以及機械、電子、微電子、自動化、生物與醫學等相關專業，若是跨專業推研，對成績的要求通常會相對較高，非常是手動化、電子、計算機等熱門方向。
對于普通985高中物理測量儀器，211以至于雙非中學，推研和出國的難度相應上升（參考推研比列約20%），相應考研與專科就業的比列就更高。
在這種中學中，無論是考研還是大專就業，都須要提早規劃，選擇適宜自己的考研與就業方向。
02
就業前景
對于大多數文科，主要的就業選擇是選擇學術界或工業界。精密儀器專業自然也不例外。
學術界：適用于對學術有較延慶趣，喜歡理論推論少于工程實現的朋友。
因國外外各種科研崗位都高度飽和，選擇繼續學術理想通常意味著長時間的激烈競爭與在非升即走制度下能夠留到最后的問題，因而大多數結業生都不會走學術路線。假如選擇走學術路線，最好申請對應學術方向的博士，在博士期間專心做科研，發文章。
—Σ—
工業界：適用于大部份朋友，非常是對工程有較昌平趣，喜歡工程實現少于理論推論的朋友。與精密儀器相關的工業界按工作內容，可大體分為以下幾類：
按類型分：央企、國家研究所的工作環境相對輕松，工作穩定，技術更新慢，工資較低；而國企工資較高，技術更新快，但常常工作壓力較大。
按應用領域分：消費級、工業級、航天軍工級產品，對可靠性要求不同，通常可靠性要求越高，使用的新技術就越少。
與精密儀器系大致對口的工業界的選擇好多，但完全對口的選擇甚少。所以如選擇工業界，在大專及研究生階段就要廣泛探求，確定適宜自己的方向，有針對性地選課、自學、實習，為就業做充分的打算。
—Σ—
除上文中寫明的工業界去向外，也有一部份精密儀器專業的同學會選擇改行。比較常見的是轉到金融，CS，選聘這三類。
整體上看，選擇這類改行出路的人數不多，但是最好在大專提早學習相關知識，實習等，通過跨專業推研、考研等手段到相應專業讀研，或專科直接就業。
專業的文化氣氛
作為課程覆蓋面廣但不深的文科，精密儀器專業的中學生用在課程學習上的精力不會好多，換言之“內卷”的程度較低。
但課程壓力較小導致中學生的個人能力提高主要依賴自學，對“知道自己想要哪些”的要求較高，盡快確定目標并努力的同學會在相應領域成為較優秀的人才，但“混結業”的朋友個人能力得到的提高有限。選擇精密儀器專業，還是更為專情的機械、電子、計算機等專業，主要看個人判定。
來源｜集智CI
