跨學科建設的理念與實踐

當前世界各國科學與教育發展的一個重要趨勢是跨學科研究的興起。單一學科已經無法解決知識應用過程中面臨的現實任務。類似曼哈頓工程、星球大戰、人類基因組計劃、奔月工程等大科學大工程，其根本目標是解決復雜的大問題，進行大規模研究；其基本特點是投資強度大、多學科交叉、實驗設備昂貴。這樣的研究項目推動基礎科學、應用科學和工程技術的共同進步，在把握研究方向、突破技術難題等方面，必須依靠多個學科的交叉，必須依賴數千科學家和工程師的合作。本研究以美國的麻省理工學院、瑞典的林雪平大學、荷蘭的伏爾伏特理工大學為例，分別研究不同文化背景下的跨學科理念與實踐，對我國高校跨學科建設有一定的借鑒意義。

麻省理工學院數學學科的跨學科研究與跨學科教育

麻省理工學院數學學科發展強大的過程就是一個不斷被其他學科應用的過程。物理學領域量子力學和電機工程領域的研究，為麻省理工學院數學學科帶來了騰飛的機遇。在受量子力學和電機工程等學科的推動之前，麻省理工學院的數學學科僅被視作服務性的學科，是典型的弱勢學科。

從19世紀到20世紀早期，麻省理工學院的數學一直被作為測量和訓練學生心智的學科，主要體現為一門教學科目。數學是入學考試的重要科目，在19世紀末期，考試的重點是代數、平面幾何、立體幾何和三角幾何。20世紀早期，工程學開始促進數學學科在教學上的深入。與當時大多數大學相比，麻省理工學院對三角幾何的要求更為嚴格，強調將直角和斜角三角形應用于測量問題，以及強調對數的應用。1919年，麻省理工學院大一年級的數學課程主要增加了解析幾何以及微積分的初步概念，如笛卡兒坐標系和極坐標系，導數與積分在計算速率、面積和體積時的應用。但由于工程學的發展速度緩慢，受工程學刺激的數學學科水平一般。

量子力學的發展，對數學學科提出了更高的要求。量子力學于20世紀30年代發展成熟，開始對物理學家的數學功底提出了更高的要求。希特勒上臺以前，美國最好的物理學家都需要到歐洲去學習新的量子理論和近代數學。麻省理工學院物理學的發展促使數學系開設了量子代數論。這一課程的開設，使得麻省理工學院數學系從一個主要負責本科生通識教育課程的系發展成為美國公認的具有高水平研究能力的數學系。

同時，物理學和工程領域關于“電”的研究也極大地促進了數學與計算科學的發展。1924年開始，麻省理工學院電機工程系的教師們已經感受到計算對工程的重要性。麻省理工學院電機工程系教授范尼瓦爾·布什從學生時代就對運算機器產生了濃厚的興趣。在教授“電力傳輸”課程時布什發現，為了解決某一電力系統的穩定性問題，需要借助圖表和數學函數表連續工作好幾個月，求解特殊類型積分的過程嚴重地影響了研究進度。為此，布什經常和數學系的維納教授以及電機工程系的學生討論微積分的計算問題。數學和電機工程的跨學科合作，為布什帶來了靈感，他發明了模擬機，并歷經4次大的改進形成了微分分析儀。布什模擬機的出現，標志著信息革命的開始，也標志著數學與計算科學成為麻省理工學院的一個優勢學科。

林雪平大學跨學科研究實踐

瑞典林雪平大學（Linkoping University）建于1970年，是一所年輕的研究型大學。

林雪平大學以跨學科研究作為立校之本。在學校的主頁中，林雪平大學聲稱“林雪平大學有兩大標志：第一，跨越學系邊界，實現學科交叉與合作；第二，創業精神。”

與世界通行的做法不同，林雪平大學沒有按照學科設置院系，而是學校下屬四大學院，學院之下設系，系之下設研究分支，在研究分支之下是研究小組。學院屬于虛體，學校直接管理系，系是跨學科學術組織。2008年，林雪平大學共有14個系，包括：行為與學習科學，生物醫學工程，臨床與實驗醫學，計算與信息科學，文化與交流，電機工程，工程管理，數學，醫學與健康科學，物理學、化學與生物學，科學與技術，社會變化與文化研究，Tema研究所，社會與福利研究。在科研活動中，研究小組是最基層的科研組織，其最大特點是靈活性，它可以自由地選擇研究課題。

從各系的名稱可以看出，林雪平大學中大多數系的研究內容很難劃入某單一學科中去。與其說林雪平大學不是按照學科門類組織學術活動的不如說它是按照自身對科學分類的獨特理解進行組織研究的。相對于其他大學，它采用一個較為寬泛的學科門類劃分方式，各個系都遵循一定的跨學科組織原則。

以學校的物理學、化學與生物學系為例。它建于1970年，目前，物理學、化學與生物學研究人員總數保持在300位左右，并且每年大約有100位訪問學者。在300名較為固定的研究者中，有教授約40人，研究生約130人。作為基層研究組織，研究小組有正常的產生和退出機制，這是林雪平大學學術組織制度的一個特色。1993年，物理學、化學與生物學之下的研究小組共有13個，到2006年增加到了24個。以Chemistry分支之下的Chemical Engineering小組為例，在1993年是沒有這個小組的，在2000年和2005年又建立了起來，2006年，Chemical Engineering小組解散，其成員加入Chemistry分支的其他研究小組中去。

由物理學、化學與生物學系的研究方向可以看出，林雪平大學的系涉及的研究范圍非常廣泛，并且下屬的研究小組擁有較大的研究自由。在十多年時間里，研究小組的數量增長了1倍以上。

伏爾伏特理工大學跨學科研究實踐

伏爾伏特理工大學是荷蘭最大的理工大學。它擁有13個跨學科研究中心，其研究主題分別是：計算機科學與技術；地球：觀測、生態、工程；信息通信技術；生命科學與技術；材料科學；機電和微系統；人流和物流；納米技術；可持續能源；可持續工業過程；水：環境、循環、基礎設施和管理；可持續城市建設；下一代基礎設施等。

以伏爾伏特理工大學的水研究中心為例。水研究中心的研究主題為“水：環境、循環、基礎設施和管理”。建設水研究中心的研究力量包括信息技術學院的微電子系和機械、海運和材料工程學院的醫學技術和機電系。另外微電子系的電子元件、技術和材料實驗室，電子儀器實驗室，醫學技術和機電系的人機系統研究小組，結構優化和計算力學研究小組，微機電系統和制備技術研究小組，也共同參與建設水研究中心。

水研究中心圍繞醫學和（生物）化學儀器設備，土壤、水和空氣監測，工業監測和能耗監測，運輸和物流監測4個方面進行跨學科合作研究并采用如下一些舉措促進跨學科合作：

一是加強內部關系和內部學術交流。水研究中心建立了項目理事會，組織年會和專題會議，開設了網站，為參與建設的兩個系共5個實驗室和研究小組創造了交流平臺。

二是設立基金，建立資源共享制度。伏爾伏特理工大學提供給各個跨學科研究中心需要的公共實驗設施，設立種子基金和研究中心基金，鼓勵跨學科研究。種子基金一般由中心成員申報；研究中心基金則是面向全校的，志在鼓勵研究中心和其他院校之間的跨學科合作研究。

三是拓展外部關系。水研究中心注重提高知名度，經常組織年會以增加媒體曝光頻率。研究中心制定了國內國際科研合作方案，注重把研究者推向國際。

跨學科研究學術組織獲得成功的內部機理

在跨學科研究方面，大學有著資源優勢和固有缺陷。優勢在于學科門類齊全，為跨學科研究奠定了普通研究所所不具備的學科基礎。劣勢在于強調學者個人的學術自由，教師難免各自為政，有很多教師滿足于個人申請課題、單打獨斗，這一現狀使得高校在組織實施大科學、大工程研究時舉步維艱。

不僅在中國，美國、法國、日本等西方國家的高校也面臨研究力量過于分散這一組織難題，各國的研究型大學相繼成立了跨學科中心、高等研究院等跨學科組織。較早組織跨學科研究的麻省理工學院、斯坦福大學等，雖然不乏失敗的經歷，但總體上看，重大科技成果還是主要依靠跨學科研究產生的。

我國的文化背景有利于大學揚長避短，克服大學跨學科研究的固有缺陷。西方國家主要采用地方分權制度，教師中盛行自由主義和個人主義，在組織跨學科的大科學大工程時，往往需要耗費巨大的行政成本。我國的集體主義文化背景濃厚，教師的集體意識和團隊合作能力較強，這些特征都有利于我國大學集中人力、物力和財力，開展跨學科的大項目研究。因此，可以大膽預言，跨學科研究極有可能成為我國大學趕超西方大學的一條捷徑。既然西方國家能很好地開展跨學科的研究，我國高校應該更有信心完成質量更高、規模更大的跨學科研究。

在此背景下，我國大學必須合理地組織校內研究力量，既保障教師的學術自由，又有效地引導學科之間進行合作，構建多種組織形式，允許多種研究環境并存，促使學校的核心競爭力表現為一支或者幾支科研集團軍的戰斗力，打造多學科交叉與合作的集團軍。

很多高校在組織跨學科研究時，注重以強勢學科帶動弱勢學科，以中心學科帶動邊緣學科，整合分散的力量，以項目維持跨學科研究組織的可持續發展。但這些跨學科組織的運行并不成功，甚至完全失敗。一個重要的原因在于，參與跨學科研究的各個學科組織，不僅不能密切合作，甚至相互排斥。

總結各種跨學科研究模式可以發現，成功的跨學科研究實踐需要重點回答以下兩個突出問題：

一是某些跨學科學術組織為什么不能產生新的學科或者不能促進舊學科的發展。跨學科研究要進入實質性的運作并且取得成功，必須具有明確的目標和一定的研究領域，形成一套新的研究方法。這種研究問題域和方法，被稱為范式。如果跨學科研究的目的是要形成學科建設成就，那么它就需要范式的指引與規訓。范式，為各個學科提供具有一定邊界的研究領域，避免盲目地各自為戰。在數學領域，量子代數論是在量子力學范式的影響下發展起來的。在生物與生命科學領域，直到DNA結構的發現，MIT才得以順利地整合數理化各個領域的研究力量，使其集中于生物與生命科學的研究。

一個新的學科，“新”的含義主要表現為：要么開創了新的研究對象，要么革新了研究方法。跨學科研究相對于單一學科研究的優勢，或者跨學科研究存在的理由，主要表現為研究對象或者研究方法的更新。一般而言，成功的跨學科研究都是經過處理復雜的、系統的研究對象，結合多個學科研究方法然后形成一套系統的新方法。在麻省理工學院，從地質學到天體物理學，從化學工程到生物與生命科學，都經歷了這樣一個過程。而將自然科學研究方法應用于人文社會科學研究，也幫助后起的麻省理工學院人文社會科學占據了一席之地。從這些人文學科誕生之日起，麻省理工學院人文社會科學的特色就是采用定量的、數學的分析方法解決實際問題，在這一思路指導下，麻省理工學院為人文社會科學的發展增加了新的思路和氣象。

二是跨學科學術組織為什么不能可持續發展。某些跨學科研究活動已經有較為明確的范式，既明確了研究問題域，又明確了研究方法和研究工具，但這種跨學科研究失敗的一個重要的原因就是缺乏可持續發展的外部條件。很多失敗的案例，不是因為跨學科研究領域沒有潛力，而是因為經費不足、學術帶頭人行政能力不足、成員動機錯誤等原因造成。在現代大學辦學資源有限的情況下，很多學校無法獨立承擔跨學科研究的消費。項目因素已經演變為制約跨學科學術研究的一個內部因素。

如果跨學科學術組織的組建是為了服務現代社會大生產，那么它必須有一定數量和較大規模的潛在項目。如果缺少具體的目標和難題，跨學科學術組織是難以真正有效地運行起來。跨學科研究同研究項目結合，是促進跨學科學術組織可持續發展的重要方式。如果沒有足夠的信心和資源來持續地支持某一項跨學科研究，那么，跨學科研究形成實體組織的過程一般應當同大項目相結合。麻省理工學院雷達實驗室的建設經驗表明，大項目的牽引對于跨學科學術組織的可持續發展具有決定性的作用。一方面，項目經費是組織可持續運行的物質保障；另一方面，項目區別于純粹的自由探索，項目對研究的實效性和成本提出了較高的要求。圍繞應用前景，項目提供方不斷對學術研究提出要求和建設性意見，避免學術研究鉆進象牙塔。正如麻省理工學院所總結的：“在雷達實驗室，組織的每一個層次都能通過軍官或者美國科學與研究發展局國防研究委員會中的軍官與陸海軍保持近距離接觸。陸海空三軍對軍用科研項目的評判僅僅基于技術的有效性。” 在項目面向市場的過程中，研究應盡量控制成本，避開虛無的目標。只有同項目結合，或者展示出一定的項目前景，跨學科研究才不會因為無人買單而被迫中止。

(作者單位：北京化工大學)

[責任編輯：張 雯]