世界一流大学学科交叉发展特征及启示

    谌群芳 王苑 赵传贤

    

    摘? ? 要：学科间的交叉融合是自然科学发展的必然趋势，新兴交叉学科必将成为我国双一流学科建设的新增长点。文章以WEB OF SCIENCE（WOS）、Scopus、Incites和ESI等数据为依据，分析世界一流大学的整体学术影响力、交叉学科的学术影响力及国际合作等指标，并对浙江大学和斯坦福的医工信领域进行实证分析，研究世界一流大学学科交叉的共性发展特征，旨在为我国双一流学科建设提供参考。

    关键词：世界一流大学;学科交叉;学术影响力

    中图分类号：G640? ? ? ? ? 文献标识码：A? ? ? ? ? ?文章编号：1002-4107（2020）04-0052-04

    有统计显示，近百年来有40%以上诺奖获得者的研究领域属于交叉学科，而且这个比例呈升高趋势，近25年来交叉学科比例已达到49.07%[1]。在推进学科交叉发展方面美国大学具有较多领衔成功的范式。早在1960年，有组织的跨学科研究单位数量最多并雄居美国大学之首的是加州大学伯克莱分校。当时，曾被哈佛校长内森·普西描述为“围绕共同的兴趣，用于从不同学科和学系聚集学者的管理策略，是推动对符合领域研究的跨学科攻关的手段”[2]。该校成立于2001年的信息技术研究中心（CITRIS）就是一个典型的跨校跨学科研究创新中心，社会捐赠曾达1.7亿。美国杜克大学则是一所专门有个性化和特色的国际性大学，也是第一所成立跨学科项目管理办公室的大学（1998年）。

    这对国内科研文化的构建有着非常重要的启示，国内传统的科研氛围常常表现为一种各自为战的状态。事实上，学科交叉、学术交流和团结合作是获得创新性成果的关键，这就要求国内的科学机构必须建立起团队交叉合作文化氛围的新机制。信息技术学部的第一位臨床医生交叉学科院士顾瑛院士认为，学科交叉已经走出“小黑屋”，因为“信息学部包含的学科特别多，几乎没有一个学科是医学不需要的”[3]。

    科学家对Nature和Science论文数据为基础的研究发现，在绝大多数学科中，当有4—6个学科相互交叉的研究，其引文影响是最大的[4]。据Scopus data统计，目前49.1%的论文引用发生在生命科学与医学领域，27.6%发生在自然科学领域，16.5%发生在工程与技术领域。因此，本课题重点分析了世界一流大学（表1）的整体学术影响力、学科交叉的学科构成、学术影响力和发展趋势、国际合作影响力，总结探索成功高校的发展规律和运行机制，为中国高校双一流建设发展中学科交叉的内涵提升提供启示。

    一、世界一流大学的学术影响力

    课题组对比分析Incites十年学术指标趋势发现，学术指标排序越靠前，则学校的学术影响力越强。其中，牛津分项指标如十年论文总数，被引前10%、国际合作更是表现突出，进入前3名。哈佛在论文总数拥有绝对优势①。在H指数上具有突出表现的前三甲大学分别是美国的麻省理工、哈佛、斯坦福。在高被引和引文两项指标上美国五所大学拥有绝对影响力：麻省理工、加州理工、哈佛、普林斯顿和斯坦福。

    而关于ESI学术指标信息中，保持站队前三甲的有哈佛和霍普金斯大学，分别拥有3个指标的绝对优势（ESI总论文、总被引、TOP论文单篇被引），以工科见长的麻省理工和加州理工则拥有2个相同指标的领先优势（单篇被引和TOP论文单篇被引）。

    二、世界一流大学的交叉学科学术影响力

    （一）Incites交叉领域学术影响力指标分析

    从交叉学科论文总数、总被引量看，哈佛、麻省理工、牛津、斯坦福、哥大、帝国理工都保持了稳定的TOP优势，哈佛更是以绝对第一优势领先众多一流高校。清华大学高歌猛进，在单篇平均被引和TOP论文单篇被引两个指标上均闯入前5名，彰显了国内一流高校在世界一流大学征程中的竞争优势（其中清华大学TOP论文的单篇被引异军突起，主要是因为其中一篇交叉论文出现了高被引）。在Incites多学科平均单篇被引数分析中，麻省理工依旧拔得头筹，并且在世界一流高校中也是优势显著，实力强劲，世界一流大学的事实数据也完全体现了学科发展的马太效应[5]。

    （二）WOS交叉学科趋势分析

    十年趋势对比分析中，国内三所高校无论是H指数还是平均被引均与世界一流高校之间存在显著差距。例如，以浙江大学为例，H指数是71，世界一流高校均值为224，平均被引是11.67，世界一流高校均值是63。在世界一流大学中，哈佛、麻省理工和斯坦福是遥遥领跑者。

    总体而言，国内三所一流高校在多学科交叉领域发文有一定数量，但存在若干空白区域，部分学科领域尚未形成稳定学术成果，提高交叉学科影响力尚有较大空间。港科大的发展就是一个很好的例证，它从2011年91—100名提升到2014年51—60名，正是跨学科交叉科研进入国际舞台带来的回报[6]。课题组同时用SPSS软件系统进行了相关性分析，结果发现国内三所TOP高校有显著的优势或提升优势，但是与声誉指标却存在非正比提速，与国外一流高校存在显著性差距。研究发现国内TOP高校在交叉学科发展领域十年学术影响力指标中尚未体现声誉的影响，因此，交叉学科发展领域应该具有较好的声誉提升契机。为此，课题组对十五所高校交叉学科学术影响力指标（浙大交叉学科学术影响力尚未上ESI榜）进行两两相关分析，发现论文总量与总被引、TOP papers数、TOP单篇被引数的相关性极强，但与单篇被引次数、单篇高被引数之间存在弱相关，甚至与后者存在负相关。所有学科总体相关性分析一致的是，TOP papers数、TOP单篇被引数这两个指标因素分别与其他指标之间存在强相关或极强相关性，相关系数均达到甚至高于0.5。其中，多学科交叉领域THE声誉相对于QS和Incites声誉，则表现出与六个学术指标因素存在更强的正相关性。这也是目前我国TOP高校中学术影响力中涉及质的指标较弱导致的THE排名相对较弱的主要原因。学校规模越小，一流高校的学科交叉影响越显著。例如，在只有哈佛1/7规模的加州理工学科交叉同样能处于世界一流地位（世界第五），原因在于该校非常注重交叉学科建设方向（全校40个专业产生了50多个交叉学科研究中心）。

    （三）世界一流大学国际合作状况分析

    国际合作论文是提高论文质量的重要途径之一，而且国际合作可以很好地体现学科交叉水平，国际化也是亚洲大学提升排名的关键[7]，对双一流大学建设具有重要意义。其中，浙江大学十年Incites统计国际合作论文比率为23.45%，低于世界一流高校的均值37.7%，而北京大学却在国际合作中正在逐步接近世界一流大学平均水平。国际合作论文的趋势一方面说明了国际化进程的步伐，另一方面也从侧面充分反映了国内顶尖高校与世界一流大学之间的追跑距离。

    从国际合作13所世界一流高校前5位合作机构看，哈佛进入了除自身外12所世界一流高校的合作名单，这说明：与世界顶级高校为伍不仅是我们双一流建设国际化目标，也是世界一流高校的统一发展特征。在合作前10的机构中，普林斯顿、哥大、耶鲁、宾大4所高校与超过5所以上的世界一流高校进行多学科交叉的密切合作，共同产生有影响力的学术成果。有10所高校的多学科领域合作前10机构均有医学，其中哈佛和麻省理工与5所以上的医学机构进行紧密合作，这与美国20世纪80年代开始大力推进BIO+X计划有密切关系。清华大学和北京大学的合作前10机构也有哈佛，但均未进入前五合作机构，所以国际合作影响力和深度尚显不足。

    （四）ESI多学科交叉影响力分析

    对比分析ESI世界排名，多学科交叉总被引前10高校中，世界一流高校占据6席，分别是哈佛、麻省理工、牛津、哥大、斯坦福、帝国理工。在多学科交叉单篇平均被引前10的研究机构中，则体现出了研究组织的显著特征，论文署名均以跨学科的研究机构或研究组织为主，区别于单一的署名方式。有6个研究机构与生物医学领域形成了跨学科交叉，其中美国哈佛—麻省理工的博德研究所是具有领衔影响力的跨校多学科合作典范。

    三、学科交叉的研究领域实证分析

    （一）WOS多学科交叉的领域分析

    WOS数据显示，在各个研究领域内有交叉产生的多学科（+）研究方向，分别是材料+、化学+、物理+、地球科学+、工程+、人文+、心理+，此外，还有单独的计算机跨学科方向。对这些论文对比进行分析发现，材料是最容易产生交叉的学科，国内三所高校均超过世界一流高校均值，甚至达到翻倍，清华大学更是接近4倍。在化学、地球科学领域产生的交叉成果，北京大学优势明显。浙江大学在工程、化学、材料三个领域均有一定的优势地位，但是在人文、心理领域尚未产生有影响力的学术成果。

    （二）浙江大学和斯坦福的医学与信息学科交叉合作状况

    课题组使用Scopus作为数据（2017年）来源，以浙江大学和斯坦福的医学学科为研究对象，借助Elservier科研绩效评估平台SciVal对比，着重分析了医学与信息交叉领域的竞争优势，发现除综合实力显著优势外，斯坦福在交叉学科上同样具有较强的发展潜力，相关交叉学科的竞争优势文献规模总体大于浙江大学，但部分年均增长为负。因此，未来潜力较大的是交叉学科实力。在医学与信息学科交叉中，斯坦福竞争优势方向是浙江大学的两倍，集中在生物医学工程、计算机科学，其中突出竞争优势（DC）和潜在竞争优势（EC）也是浙江大学的两倍。浙江大学发文规模领先，且各竞争优势均呈现出发文增长的趋势（年均增长6.8%），但是交叉学科的突出竞争优势和潜在竞争优势都不如斯坦福。两所学校在脑机交互这个领域，具有一定的参考性发展启示：斯坦福拥有一个规模超大的显著竞争优势（DC），而浙江大学在该领域则存在较大潜在竞争优势（EC），2019年浙大推出的“双脑计划”未来一定会加速推进突出竞争优势。进一步对比分析了两所学校6个学术指标（论文篇均被引、FWCI、高被引论文百分比、TOP10%期刊论文百分比、被引次数排名前5%和被引次数排名前1%百分比）结果，斯坦福六项表现均远超浙大，实力强劲。

    （三）交叉学科发展现状调查

    课题组从交叉合作的运行机制、学科特征、交叉学科的发展瓶颈等问题出发，设计了调查问卷，调查对象是2016年以来浙江大学参与医工信交叉合作有关的教师。调查问卷重点针对开展交叉合作的成功因素和制约因素进行了问卷，收到有效问卷108人，对这些回答进行数据统计分析，结果显示，90%以上的学者认为有必要开展交叉学科发展，且认为它将是世界一流大学的新兴增长点，且有主观交叉合作愿望，但更希望来自于自上而下的学校动作。50%以上认为成果归属、晋升、资源归属等考核机制为交叉成功的主要原因。在运行机制核心要素重要程度要素中，60%以上认为人事与组织模式是第一核心要素。

    对比分析成功要素与制约要素调查结果，同样的，考核制度成为最重要的因素，但是对于科研经费的要求上，成功因素调查结果认为项目的导向性要重于资金的保障程度，在制约要素中，认为沟通的重要程度也要大于资金的保障性。这跟浙江大学近年来年均科研经费已高达40亿以上，且国家加强科研经费管理有一定的密切关系。

    在认为全世界交叉学科发展最好的世界一流大学随机调查结果中，50%以上被调查者的认知达到了相对一致性，麻省理工、斯坦福、哈佛、伯克利、加州理工名列前五。

    四、启示

    创新的源泉往往来自于基础研究、交叉研究。世界一流大学多数创新技术最后的成功商业化，或者说能具备一定社会意义，都不是某一个单一技术，而是多学科的交叉。在学科发展中，现有学科的边缘或者交叉融合点往往会催生新的理论、新的学科和新的技术，一些自然科学和社会科学相互交叉产生的新兴学科往往具有非常大的发展活力和应用前景，例如，人工智能研究涉及控制论、信息论、计算机科学、生物学、仿生学、心理学、数理逻辑、哲学等许多学科[8]，一定会催生出新兴学科，比如地理学，内部交叉催生出计量地理学、生物地理学等8种学科[9]，外部交叉催生出人类地理学、城市地理学等20种学科。但是这些特征在双一流学科建设目录中往往无法超前出现，因为教育部二级学科分类也是越来越细（不含军事达370多个），WOS学科分类也是越来越细，学科交叉势必就能体现出越来越大的影响力。林克椿通过21世纪初物理学与生命科学的交叉进一步分析论证了学科间的融合是自然科学发展的必然趋势[10]。世界一流高校的高学术影响力其实相当一部分是来自于学科交叉的贡献值，但我國高校交叉学科发展在双一流学科建设方面的助力体现还微乎其微，国内三所高校在多学科交叉领域论文存在一些空白区域，部分学科领域尚未形成学术成果，要提高交叉学科学术声誉尚有较大空间，也是大有可为。因此，加强交叉学科布局，未来一定可以为双一流学科建设尤其国际学术声誉提供新兴增长点[11]，学科交叉的春天已经到来。Michael Szell等通过研究诺贝尔跨学科论文发现，一项学术成果的发表和它获得诺贝尔奖之间的平均延迟时间大约是20年，21世纪到了承认杰出跨学科研究的关键时刻[12]。