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原帅等：交叉与融合下学科建设的思考 ——以北京大学为例

作者：　　来源：　　发布日期：2020-01-03　

原创： 中国高校科技

摘  要：学科广泛交叉、深度融合已经成为现代科学和工程技术发展的重大趋势，成为解决人类发展面临的重大挑战的关键方式。世界一流大学在推进学科交叉与融合实践中，普遍具有以解决重大科学挑战为使命、以合理组织管理架构为保障、以培养复合型人才为核心的特点。在分析北京大学学科交叉与融合探索与困境后，对标世界一流大学，提出我国高校未来学科建设的对策与展望，进一步加强基础研究，服务国家战略，构建有利于学科融合的体制机制，培养学科交叉复合型人才。

关键词：学科交叉与融合  世界一流大学  北京大学

以人工智能、大数据、物联网等为特征的第四次工业革命，给世界高等教育和科学技术发展带来根本性甚至是颠覆性的影响，知识更新快速迭代、科学技术交叉融合趋势明显、科研模式发生根本性变革，多学科交叉融合方能产生重大突破已经成为世界高等教育的共识。当前，我国正在推进“双一流”建设，如何适应新技术革命带来的变化，推进学科建设成为最具活力的科研创新组织，已成为高校和社会各界高度关注的重要课题。

交叉与融合是当今科学发展的必然趋势

随着知识生产模式的不断变革，学科知识逐渐从分化走向交叉、融合，单一的学科领域逐渐走向多学科、交叉学科、跨学科乃至超学科，学科的交叉与融合已成为科学发展的创新源泉和时代特征。

1.1知识发展内在规律驱动学科交叉与融合

学科与科学知识的分化密切相关，正是知识体系的高度细化一步步推动形成了名目繁多的学科。在古希腊时期，所有知识均包含于“哲学”范畴内。15世纪起，随着近代科学不断发展，人们对自然、社会与自身的认识不断深化，自然科学、社会科学等学科逐渐从哲学中分化出来。此后，随着人类认识和改造自然界能力的不断提升，知识体系开始膨胀并变得更为复杂，各分支学科不断发展，理学、工学、社会学、军事学、医学等新学科诞生，科学分化逐渐达到了相当精细的程度。至20世纪中叶，知识的发展出现了高度分化和高度综合的有机统一。一方面，知识的分门别类的研究比近代科学更精细、更深入；另一方面，横断学科、综合学科、交叉学科的出现使知识综合化、整体化的趋势更加突出。随着知识生产模式从传统知识生产模式走向跨学科知识生产模式、超学科知识生产模式，学科知识生产、创新异常繁荣，学科固有知识边界逐渐变得模糊。

知识单元之间存在着密切相关的联系，越来越精细化的知识分类必将导致单一体系知识无法满足科学发展和社会发展的需要。“分久必合”，知识综合化是发展的必然选择。因此可以说，知识内在发展规律驱动学科知识在不断分化的基础上再次趋向融合。

1.2重大科学挑战需要学科融合提出解决方案

学科融合是科学创新的突破点，关键核心技术突破和重大发现多来源于学科之间的深入交叉与融合。当前，人类面临着发展史上巨大的健康、能源、环境等危机，越来越多的复杂问题已经超越单一学科范畴，学科交叉与融合成为解决这些重大问题的重要手段。以对抗癌症、痴呆和老年病、传染病以及其他众多健康挑战为例，生命科学、医学、物质科学与工程学之间的深度交叉与融合，已经取得了许多关键核心技术突破，为医药健康等领域重大社会问题带来新的生物学解决方案。如，器官与人体组织的3D打印技术，整合生命科学、材料科学、电气和机械工程学、营养学等多学科知识，依靠生命科学了解如何在打印过程中维持细胞的活性，依靠材料科学寻找生物相容性支架来支撑细胞，依靠电气和机械工程科学设计并构建装置等。

如果说，知识的更新与发展是学科交叉与融合的内在动力，那么人类面临的种种重大科学挑战就是推动学科交叉与融合的外部动力。

1.3学科交叉与融合已经成为国际共识

随着纳米、生物、信息、认知等前沿科技的发展，越来越多的国际科研机构看到学科融合所产生的重要作用，认为学科融合是高水平的整合众多知识领域的思想、方法和技术，对于解决复杂问题及解答新兴学科中复杂知识问题都是一种关键策略。2001年底，美国商务部、美国国家科学基金会、美国国家科技委员会纳米科学工程与技术分委会联合发起的研讨会上，呼吁大力推进纳米科学与技术、生物技术、信息技术和认知科学四大新兴科技领域的协同与融合，“NBIC会聚技术”崛起，学科会聚作为知识生产的新趋势登上了历史舞台。2014年，美国科学院研究理事会发布《会聚观：推动跨学科融合——生命科学与物质科学和工程学等学科的跨界》，“会聚”从技术层面、科学层面上升到观念层面，提出要融合生命科学、健康科学、物质科学、数学，以及计算机科学、工程等众多专业领域的相关知识、工具和思维方式，构建一个全面综合的框架，用以应对多领域交叉的科学与社会挑战。学科会聚强调推翻学科之间的研究和发展壁垒，推动知识体系之间深入的交叉融合，已经成为国际共识。

世界一流高校推进学科交叉与融合的特征

哈佛大学、麻省理工学院、约翰霍普金斯大学、卡内基梅隆大学等世界知名高校都十分重视推动学科融合，通过设立跨学科研究计划、跨学科研究机构、跨学院系等多种组织模式将生命科学、医学、工程学、信息学等领域力量整合起来，取得了众多突破性成果。综合来看，这些高校在推进学科交叉与融合上大致有以下特征。

2.1以解决重大科学挑战为主题

从研究主题来看，世界一流高校在推进学科交叉与融合中，普遍围绕只有通过“会聚”方法才能解决的核心问题来确定使命，关注现实需求，致力于解决区域乃至全球面临的重大问题。如，加州大学洛杉矶分校（UCLA）重大挑战计划关注现实需求，致力于解决区域乃至全球面临的重大问题，其中可持续洛杉矶重大挑战计划更是针对洛杉矶区域的能源与环境问题寻求解决之道，通过科研创新和技术转移为洛杉矶市提供服务，进而推向全国其他城市，大学与区域在发展中获得了双赢。抑郁症重大挑战计划则聚焦21世纪全球健康最重大的挑战，关注抑郁症的起源、新的筛查与诊断方法、新的治疗与干预措施，提高社会对抑郁症的认识，从而为抑郁症群体提供更有针对性的帮助，减轻抑郁症带来的社会、经济负担。这些学科融合计划以解决重大科学挑战为主题，其所设立的目标看起来宏大而遥远，但也许正是在这样目标的感召下，各学科顶尖团队的力量才能团结、整合在一起，不断取得突破性成果。

2.2以灵活体制机制为保障

从体制机制来看，世界一流高校推进学科交叉融合的形式并不相同，有的采用松散的学术计划模式，有的采用相对独立的组织实体模式。但是不管哪种模式，各高校均选择了较为灵活的体制机制，从学校层面到学院自身，通力配合、良好互动。如，哈佛大学工程与应用科学学院院内不设传统的系，学院的专任教师可以根据研究兴趣参与或成立一个或多个研究小组，学院教师之间可以相互合作，也可以与哈佛大学其他学院的学者合作。目前，该院聚焦应用数学、应用物理、计算机科学、电子工程、材料科学与工程、材料科学与机械工程、生物工程等领域。同时，学校设立系间委员会（Inter-departmental Committees），赋予其招聘和推荐员工晋升的资源和权力，从而形成灵活而又快速响应的组织结构来支持理科与工程科学跨学科的教师招聘、晋升和科研。约翰霍普金斯大学则采取跨学院建系的组织模式，其生物医学工程学系同时建立在约翰霍普金斯大学工程学院与医学学院中，分别向两个学院院长报告工作。这一模式整合了生物学、医学和工程学研究，实现了从基础科学到转化医学的发展，同时为学生提供了全面的参与研究的机会，使得约翰霍普金斯大学生物医学工程方向发展成为领域内的佼佼者。

2.3以培养复合型人才为根本

从人才培养模式来看，如何打破院系壁垒、学科壁垒，培养学科基础宽厚、富有创新精神和实践能力的超学科人才，是世界一流高校普遍关注的焦点。如，哈佛大学、麻省理工学院于1970年联合建设健康科学技术学院，将工程、科学和临床医学的研究和教育工作结合起来，开创了一种新的探索生命和疾病、培养卓越生物医学工程与医药科学家的理念与流程。它打破阻碍跨学科教育和合作研究的壁垒，把实验室中的创新性研究带到临床医疗，同时，将临床数据与经验带回实验室促进研究创新与人才培养，从而形成从“实验室”到“病床”，从“临床医生”到“基础科学家”“工程学家”的互动环路，注重临床教育，培养出精通医学语言和文化，具有实际医疗经验，深度了解医学、工程学知识，基础理论扎实，并且具有卓越实践能力的新一代的医师、科学家和工程师。这种独特的环境，不仅为学生提供了物质科学、工程学、临床医学等基础学术训练，同时，也提供了在哈佛大学医学院和附属教学医院中的学习和研究机会。这一案例说明，在多学科交叉融合的良好环境中培养学生的创新能力，是培养复合型人才的最有效途径。

北京大学学科交叉与融合的实践与探索

北京大学学科门类齐全，人文社会科学、理学、工学、医学等基础学科实力雄厚，为学科交叉与融合奠定了良好基础。近年来，北京大学为了促进学科交叉与融合，在体制机制方面进行了一系列的探索和实践。

3.1自主设置交叉学科

国家施行学位制度以后，北京大学是首批获得博士和硕士学位授予权的单位。从1981年首批学位授权开始，受国家学科目录调整影响，北京大学获得的学位授权学科也经历了授权、拆分、合并、撤销、增列等动态调整过程。北京大学有效学科涵盖11个学科门类，51个一级学科（不含自设交叉学科），29种专业学位。近年来，为了推动学科交叉与融合，促进交叉学科人才培养，北京大学设置备案了中国学、数据科学、整合生命科学和纳米科学与技术等4个自主设置交叉学科，在校内按照一级学科管理。这4个交叉学科涉及自主设置二级学科22个，占全校二级学科总数（包括国家学科目录二级学科、学校依照规定自主设置的二级学科、不设二级学科的授权一级学科）的21%。目前，这些交叉学科已经探索出切实可行的研究生培养方案。通过培养，使得学生在自身的研究领域具有系统而广博的理论基础，同时具有较强的创新能力和独立从事科研的能力。如整合生命科学在培养方案中，采用多层次、模块化、结构化、开放式的课程体系；同时，明确研究生录取时不定研究方向，通过第一学年进行实验室轮转后，确定指导教师。通过轮转环节，为学生提供交叉学习机会，了解多领域研究方法和技术，在明确认知的情况下选择未来研究方向。

3.2布局校级学科交叉研究平台

合理的组织管理架构有利于保障研究顺利开展。为促进新兴交叉学科的发展，扶持新的学科生长点，在传统院系之外，北京大学面向量子材料、新型碳材料、分子医学、生物医学成像、纳光电子等若干前沿技术研究领域建设了多个校级学科交叉研究平台（校内也称实体研究机构）。这些校级学科交叉平台以学科交叉、前沿探索为宗旨，具有独立的人事聘任、财务、固定场地、设备和统一标识等管理权限；但在管理体制上区别于传统院系，采用了更为灵活的体制机制。最重要的特点是，这些校级学科交叉研究平台负责人均为国际上本领域的领军人才，并能不断吸引世界前沿领域杰出青年学者加入团队，不断产生有影响力的成果。如由美国国家科学院院士、美国国家医学院院士、美国艺术与科学院院士、美国物理化学和生物物理界最高奖获得者谢晓亮教授担任主任的北京大学生物医学前沿创新中心（BIOPIC），汇聚了数学、物理、化学、生物、计算机、工程科学、医学等多学科科研力量，瞄准生命医学的最前沿，在单细胞多组学测序技术、长非编码RNA高通量功能性筛选等方面做出了突破性成果，为人类的生殖健康和癌症诊断治疗做出了重要贡献。

3.3启动临床医学+X战略

医学的进步需要物质科学、工程学的知识支撑、技术支撑，而医学的进步也将进一步促进物质科学、工程学的发展。大数据时代的精准医疗，分子成像、器官成像到全身成像，融合发育生物学、生物工程和临床创新的3D生物打印技术，无不彰显医学与工程学科相互交叉、融合、渗透在解决人类健康挑战方面的重要作用。北京大学拥有强大的基础学科和雄厚的医学资源，2016年起，学校提出临床医学+X战略，旨在充分利用和发挥临床和基础的双重优势，建立临床医疗与基础研究之间更直接的联系。临床医学+X战略包括跨学部建立新体制机构、集群聘任、临床医学+X专项、临床医学+X青年专项、临床科学家计划等多项重要举措。以临床医学+X青年专项为例，主要支持临床医院从事临床医学研究的青年医生，与北京大学从事基础学科研究的青年科研人员，在现有工作基础上，开展合作研究，利用基础学科方法和技术解决临床问题，鼓励问题导向的创新性研究，鼓励基础科研成果转向临床应用、解决问题。

下一步对策与展望

经过多年建设，北京大学学科交叉与融合取得长足发展，产生了一批突破性成果。但是，也应看到，学科交叉与融合依然受到科层结构、科研评价、缺乏学术带头人等多个层面的束缚和制约，学科壁垒明显，科学研究普遍存在分散、封闭、资源共享不足的状况。未来，增量建设已不适应当前资源紧俏、“双一流”建设任务急迫的时代特点，我国研究型大学跨学科建设要想再上新台阶，必须要转变思想，内涵式发展。对标世界一流高校，为更好推进我国高校学科交叉与融合，提出以下建议。

4.1进一步加强基础研究

基础研究是科学之本和创新之源，对科技创新具有重要的源头供给和引领作用。从多学科交叉融合的知识生产逻辑来看，基础学科是其重要理论基础，直接决定着学科交叉与融合的深度与广度。从世界一流大学学科建设的基本经验来看，凡是学科交叉与融合发展水平高的学校，无不拥有强大的基础研究后盾。

当前，新一轮科技革命和产业变革兴起，国际竞争向基础研究竞争前移，一些基本科学问题孕育重大突破。我国高校要大力加强基础学科建设水平，为更广泛、更深层次的学科交叉与融合创造条件。一是要加强基础研究布局，推动基础学科与应用学科协调发展，促进自然科学、人文社会科学、医学、工程科学等不同学科之间的交叉融合；要围绕国家战略急需的基础前沿领域和关键核心技术重大科学问题，超前部署，强化重大原创性研究。二是要给予基础研究长期稳定的支持，稳定队伍，创造良好的学术氛围，让基础科学研究者有用武之地而无后顾之忧；同时，也需要聚焦具有比较优势的领域，突出重点，有所为、有所不为。三是要推进重大科技基础设施建设，随着气候模拟、宇宙探索、基因测序、新药研制等重大问题处理规模的逐渐增大，简单实验条件已经无法满足科学探索，非常规的极端实验条件对于取得新突破越来越重要，依托重大科技基础设施开展科学前沿问题研究，才能加快提升科学发现，支撑重大科技突破。

4.2服务国家战略，解决重大科学挑战

大学是原始性创新成果的重要源头。服务国家重大战略需求是综合性大学寻求新的突破和发展的最佳选择，也是大学健康、快速发展的科学取向。当前，癌症、传染病和免疫疾病、器官移植等依然是人类健康的最大挑战，新能源、新材料、人工智能、量子信息等依然是制约我国科技发展的关键核心技术。改善人类生命质量、提升国家科技竞争力，迫切需要学科交叉与融合提出解决方案。目前，国内很多高校已经在此方面开展实践。如清华大学瞄准国家重大需求成立高技术实验室，北京大学启动临床医学+X战略，上海交通大学大力支持转化医学发展，复旦大学推动临床交叉平台建设等等。未来，我国高校还要继续发挥学科和人才优势，以服务国家战略、解决全球重大问题为发展方向和源动力，围绕人类面临的重大挑战问题搭建科研平台。加强学科融合，联合攻关，推进解决国家经济发展中“卡脖子”的核心问题，力争实现重大突破。此外，还要关注社会现实需求，积极探索与政府、企业、科研院所等多方共建的新型研发组织模式，推进产学研跨界融合。

4.3构建有利于学科融合的体制机制

从世界一流高校促进学科融合经验来看，灵活的体制机制是学科交叉与融合的重要保障。当前，我国高校学科交叉与融合依然受到科层结构、科研评价等的制约。未来，必须要构建利于深入融合、协同发展的组织模式，打破学科壁垒。一是要充分利用好自设学科，加强主动布局意识，凝聚学科方向，避免重复设置。二是要采取更为灵活的组织模式，可以问题和学科为线索，建立“矩阵式”实体学科特区；可以科研计划的形式，组织相关学科力量；也可以借鉴世界一流高校基于学科群建立系所的方式，拓宽系所设置的学科口径，为学科交叉融合提供组织保障。近年来，国内也有很多高校设置了“学部”，将具有相似学科性质的院系组建在一起，整合不同学科优质资源，构建不同学科沟通桥梁，在促进学科交叉融合方面发挥作用。三是要推动科研评价机制改革，改变传统以学科为基础的单一的评价标准，充分调动各类研究人员的工作积极性，如在交叉学科研究成果中，可以探索根据不同研究者贡献大小而配比得分的评价模式，为交叉研究提供适合的土壤。

4.4培养多学科交叉融合的复合型人才

科技革命与教育深度融合，全面影响了大学的教育。传统的知识生产分类方式已经发生了本质的变化，依据传统学科思维构建的大学教育更加无法满足科技、社会的发展变化。哈佛-麻省理工健康科学与技术研究院“实验台”和“病床”深度交叉融合的人才培养模式，极大扩展了学生的学科知识、科学研究方法和研究范围，为我国高校复合型人才培养提供了思路。未来，我国高校要完善交叉学科特色化培养方案，注重改革教学过程、教学内容、教学实践，为学生提供整合性跨学科训练；要加强导师队伍建设，创新管理模式，为跨院系、跨学科、跨专业培养人才提供组织保障。