以學科融合催化創新面向未來培養時代新人

中國科學院院士，天津大學地球系統科學學院院長劉叢強天津大學新媒體與傳播學院院長陸小華天津大學機械工程學院院長，國家重點研發項目首席科學家王延輝天津大學藥物科學與技術學院院長，國家重點研發項目首席科學家劉秀云

　　花堤靄靄，柳岸青湖，天津大學校園中彌漫著向上向前的氛圍。教育、科技、人才是全面建設社會主義現代化國家的基礎性、戰略性支撐?？萍际堑谝簧a力、人才是第一資源、創新是第一動力。在新質生產力成為熱詞的2024，在建設教育強國的重要一年，天大學者們以海棠邀約，談學術、談融合、談發展，探討如何以學科交叉融合創新作為催化劑，為明天的中國和世界培養后天所需人才，為天大建設世界一流高校建言獻策。
　　主持人：為什么校園中的花最美？因為這里綻放的是青春，孕育的是希望。今天我們頭腦風暴的關鍵詞是“交叉融合”。學科交叉融合是當前科學技術發展的主要趨勢。近年來，天津大學一直在促進理工、醫工、文理、文工交叉融合，培育新的學科增長點。比如研究古建，地科院與建筑學院合作，利用孢粉檢測、元素檢測等，能穿越千年，回望當時的環境、氣候。在去年揭曉的國家級教學成果獎中，天大的新工科建設取得了特等獎。再比如地球系統科學、計算法學、計算傳播學等都是學校新的學科增長點。
　　劉院士您作為一個研究地球系統科學的學者，您如何理解交叉融合，如何理解“系統”？學科的交叉融合對科技發展有怎樣的戰略意義？
　　劉叢強：這是當前科技界教育界熱議的話題，涉及到多學科，交叉學科、跨學科融合研究，不同的科學家，不同的群體，對此理解有差異。
　　多學科英文是multidisciplinary；交叉學科interdisciplinary research；跨學科transdisciplinary research，在理解這三個名詞時，大家還有模糊的地方。近幾年又出現了一個新詞，叫Convergence research，也就是大家講的融合，我們在研究或者解決科學問題、思考科學問題時，都會涉及到這一系列的科學理念和思維。
　　今天我們想講的是跨學科融合研究即Convergence research，與其他說法有內涵差異。打個比喻，多學科就像做一盤沙拉，蘿卜、白菜、土豆，只要一混起來，材料和材料之間的界限仍然比較清晰。學科交叉融合研究，是在科學問題上，在方法上將不同學科融在一起，解決新的科學問題。就像東北的亂燉，把這個亂燉的菜端到桌子雖然還分辨出來這里面有土豆，有雞肉，有牛肉，但是它界限已經模糊了，味道也是全新的混合味道?，F在我們在科學研究當中很多跨門類的大學科還沒有完全融在一起開展真正的融合研究，產生新的學科、新的科學理論和研究方法。
　　在我們地學里，海洋科學、大氣科學、地質學、地理學，這些一級學科，有交叉，但實際上還不夠，因為這些學科還在一個大的門類里面，現在真正要關注的是跨門類的學科交叉研究，比如把自然科學跟社會科學結合起來去研究我們現在高度關注的社會可持續發展問題。一方面我們需要認識自然系統，另一方面要認識社會系統，將二者共同構成的整體系統進行研究，才能解決我們現實中面臨的各種系統性的問題。這個應該算跨學科或者說融合的研究，簡單講，就是把不同學科的理論、方法、手段綜合運用來解決單一領域不能解決的科學問題，這種學科交叉研究將產生新的學科或研究領域。
　　地球系統科學應該是經典的跨學科領域融合研究。整個地球是一個大的系統，這一系統中有生命系統、社會系統和地質系統。要維持整個地球系統穩定運行、維持人類的可持續發展，不只要認識自然界的問題，還要認識社會系統怎么運行。
　　之所以現在大家都在大力推進系統科學或者學科交叉融合研究，是因為科學研究發展必然走向學科交叉融合和大科學研究。隨著科學發展，今天我們的社會組織、社會生產力以及活動方式都變得復雜和更有組織性，任何一個問題都是一個系統性的，并不是簡單要素的簡單綜合。
　　比如全球變暖問題，氣候變化實際上不只是氣候要素變化的問題，還會影響到世界地緣政治的變化，影響到國家與國家之間的關系，甚至會因為氣候變化引起戰爭等。想要解決這些問題，都需要我們用學科交叉融合的新的研究范式去研究解決。做學科交叉融合的研究，是我們未來科學發展的必然趨勢。
　　主持人：但學科交叉不同于交叉學科，不能用傳統的學科建設思維來推進學科的交叉融合。學科交叉是一種思想，是學術發展趨勢，需要有新的組織形態做依托。陸老師，在發展新質生產力的今天學科的交叉融合有怎樣的戰略意義，如何擴大交叉融合的效應？
　　陸小華：現代科學發展到現在，只憑一個個單一學科已經很難來解決我們所面對的很多復雜問題。因此無論我們視它為一種研究范式，還是把它視為是一種思維方式和解決問題的方法，我們都需要多學科交叉融合創新。多學科交叉融合創新給解決問題既提供了多種工具，也提供了多種技術、多種學科結合在一起所產生的特別力量。
　　為什么關注學科交叉融合，因為以學科交叉融合的方式去學習，去解決問題，對學生來說不僅可以從多角度解決問題，更重要的可以刺激他的想象力，刺激他從多個維度去思考問題。從多個維度思考問題，才能與今天這個社會的需求相匹配。從科學研究的角度來說，它一定是一個新的研究范式，從這個社會來說，它一定是一個新的解決問題的路徑和方式。從這個意義上說，從宏觀到中觀到個體，都是非常有用的。
　　比如生成式人工智能的出現，到今天Sora視頻模型出現，就是通過多種路徑多種方式實現了一個過去人們難以想象的東西。
　　今天我們為什么要討論用學科交叉的方式去研究，因為這是解決問題的方法，是我們應對現實世界和拓展未來世界的一種有效手段。從這個意義上來說，不只是在高校里去討論學科交叉，每個人都需要以多種眼光，以多維的思維，以多個學科的知識去面對現實世界，不要用某一種規則去約束自己的想象力，也許我們就能夠為中國，為人類社會解決過去難以想象的問題。
　　主持人：新工科，機械這個傳統學科做得風生水起，機械學院作為具體實踐者，王老師您覺得交叉融合，如何融？我們在交叉融合的實踐中取得了哪些成果？
　　王延輝：天津大學是新工科教育的首倡者，機械學院在“天大方案”和“天大模式”框架下，顧佩華院士、王天友副校長、孫濤書記以及一批優秀青年教師投入其中，在機械大類新工科的創新人才培養方面做了大量的工作，也取得了很好的成果。
　　我理解新工科跟交叉融合是密不可分的，沒有交叉融合也就沒有新工科。機械是一個傳統的學科，但現在的機械遠遠不是大家原來想象中的樣子?，F在的機械是融合了機械、控制、電氣、信息、材料，甚至包括海洋學等等，是多學科融合在一起的一個大學科。
　　針對學科新特色，機械學院在課程設計中，一方面面向未來人才培養需求，跨學科設計培養方案，課程設計上進行主動交叉融合；另一方面建設了一批交叉教學實踐平臺，比如智能制造教學實踐研究平臺等。只要老師們在這個平臺上工作，就必須交叉，只要來工作，自然就產生了融合。這么做，學生知識的廣度、深度都大大增強了。
　　例如，學院開設的新工科課程“設計與建造”，采用項目制、模塊化方法，將12門課程融合在一起，從大一到大四分為4個階段。僅僅大一第一階段，就有來自5個學科的30多個老師共同授課，在這種教育模式下學生的收獲更大了。學生的綜合能力提升了很多，2023年學院參與到新工科的學生中，本科生就申請了15項發明專利，獲得共青團中央機器人大賽特等獎等各類創新創業競賽榮譽63項，走出了3家由學生自主創立的國家級高新技術企業。
　　主持人：秀云老師，我讀過一篇舊文，是你在劍橋大學讀博時寫給《劍河風》的一篇文章，里面記述了您在劍橋打破學科藩籬進行科研與學習的往事，您對交叉融合有怎樣的理解與建議？在您的科研與教學的實踐中有哪些能分享的經驗嗎？
　　劉秀云：社會進步，需要交叉學科人才。學科交叉是多學科融合去解決一個問題，比如我現在做的一個手術，需要機械的手術機器人的幫助，需要醫生從病理切片來看需要做哪一塊組織，需要考慮某些菌群是不是會影響術后感染……甚至這個手術有新技術的突破，想要讓更多的患者受益，還需要媒體的加入。這是多學科交叉來解決問題的概念。
　　社會發展到現在，學科邊界越來越模糊了，做機械的也在做手術機器人，做材料的也在做生物科學相關工作，未來我們的學科可能會更加融合，界限更加模糊。
　　以前我們每個人都是一個特定工種，比如造一個汽車，我做螺絲釘，他做方向盤，但社會發展到新階段，很多的基礎性工作，機器人、人工智能就能完成，我們人類可能更多的是要參與頂層設計，進行復雜問題的探索和思考。所以，未來肯定是一個交叉融合人才的時代。
　　您剛才說到《劍河風》的文章，那應該是十幾年前寫的，劍橋是書院制，天大醫學院瑞恒書院也是這一模式。去年天大把生命科學、藥學和醫學院合并成醫學部的布局，也是在向這一方向靠攏。我們當時是在學院里，學院是沒有學科的概念的。學生吃飯、娛樂、生活、甚至泡圖書館都在學院里，所以每天晚上吃飯的時候，旁邊坐著的同學有數學的、物理的、經濟的和管理的，交流過程中能夠聊到很多有趣的思想和文化。在系里你的專業可以縱向延伸，我當時在臨床神經科學系，我有三個導師，都是來自這個領域的科學家，我們開組會的時候，醫生、護士、工程師、數據師全都在，因為要解決一個大問題，需要各方面攜手合作。
　　主持人：交叉融合本身是項探索工程。在具體的實踐中，大家覺得交叉融合的難點在哪里？有哪些具體的建議？
　　陸小華：在學科交叉推進實踐過程中，在交叉科學人才的培養過程中，我認為特別需要一種人——翻譯。在我過去的工作實踐中，我經常充當這樣的人，把搞文科的、搞新聞傳播的人們的需求翻譯給各個學科的工程師們聽，再把工程師們的表達翻譯給搞新聞報道的領導和同志們聽。為什么需要翻譯呢？因為大家在講同一個詞時，不同學科、領域的人們可能理解并不一樣，內涵并不相同。這個翻譯過程就需要借助另外一個學科去解決難題。
　　比如我現在所在的天津大學新媒體與傳播學院，是一個學科交叉融合“濃度”比較高的學院。既培養新聞傳播的碩士，也培養電子信息的碩士、博士、工程博士。一般兩個學院之間學科交叉需要從學校層面做頂層設計，在我們新媒體學院不需要這樣。我們學院是走廊里就可以學科交叉，會議室里就在學科融合，不同學科的人坐在一個屋里在說同一個問題，不同學科的人都要試圖用對面學科、身邊這個人的學科能聽懂的方式去表達。大家尋找共同關注的問題，共同研究的課題，找到破解問題的方法。在今天這個時代，我們希望有大師，但是我們不能祈求每一個學科交叉點上都有一個大師引領。促進學科交叉融合創新，解決交叉融合問題的關鍵之一，我理解是要當好翻譯，把不同學科的東西努力翻譯給另外一個學科，把我聽懂的其他學科對一個問題的討論觀點方法翻譯給我所在學科的同伴聽，用這樣的方法來推進交叉融合。
　　劉叢強：陸老師說了溝通與翻譯的問題，其實已經把學科融合交叉研究最難的地方講得很清楚了。
　　融合研究，涉及的科學問題不光是自然科學之間的各方面，也有社會科學的一些方面，跨度很大，是由重大科學問題或社會問題的研究來引領的。
　　大家都知道未來的科學重大發現將在學科交叉領域。但自己去學所有領域知識是不現實的，要找不同領域的學者合作研究，互相了解，深度交流，協同解決問題。這在組織實施的過程當中當然有很多難點。
　　真正要做好學科融合研究，除了要找到真正的學科交叉的科學問題，我們在組織模式，研究范式，甚至在國家的資助機構的資助模式上都得跟進改變，才有可能達到比較理想的融合研究。
　　比如我國基金委成立了交叉科學部。
　　過去我們遇到的一個復雜課題，比如，學醫的要做一些環境健康的問題研究，結果申請書就不知道是向地學部還是向醫學部提交?，F在基金委成立了交叉科學部，應該能較好地解決這個問題。交叉科學部負責解決單一學科，單一科學門類不能解決的科學問題研究的科學項目申請。促進學科交叉融合，從選題，從語言的溝通以及組織方式，機構機制的改革等方面都是需要的，難點很多。
　　交叉科學部不僅是涉及領域最多的學部，也是面臨挑戰最多的一個學部。
　　王延輝：我從具體執行層面上，談談個人體會。交叉融合做起來很難。在目前的學科設置體系下，不同學科都有各自獨立的一套體系，知識結構、思維方式和研究方法都相對獨立，界限明顯，打破這些壁壘本身就是一個難點。在具體執行當中，參與到交叉融合的老師，怎么客觀評價他們做出的貢獻，調動他們的積極性，這也很難。
　　舉個例子，比如為了提高育人成效，一門課要達到一個很好的效果，肯定需要多學科的知識融合在一起，老師就需要做出幾倍的努力，課程體系需要重新設計，要調動或者協同各個學科的資源。硬件資源，數據資源和師資資源，都需要調動起來，這是一個復雜的管理與協調問題。人員管理和資源協調做起來確實是有難度，這是我在執行層面的一些體會。
　　后續我們將繼續基于校級跨學科培養平臺，構建跨學科交流和合作的物理空間和虛擬環境。推行模塊化、選修制的課程體系，允許甚至鼓勵學生跨學科學習，設立跨學科學位項目和課程集群。引進和培養具有跨學科背景的教師隊伍，組織定期的跨學科研討會和工作坊，促進學術交流與合作。通過制度激勵和保障，進一步推動學科間的深度融合和創新發展。
　　劉秀云：我覺得面對交叉學科人才培養或者學術體系架構建設方面，一是要面向現在，二是要面向未來。面向現在，學科交叉融合需要大平臺，在大平臺的基礎上凝聚大團隊，解決大問題。面對越來越復雜的科學問題需要更多的交叉性的科研大平臺和國家的重點實驗室。大平臺把多學科都囊括進來，給更多的支持。面向未來，主要是人才培養。面向未來培養時代新人，對于老師的教課方式，對于學科知識的融會貫通都提出了特別大的挑戰，這就需要調動各個學院的資源，從學校層面進行頂層設計。