世界一流学科的特征探析

李　燕　陈　伟　张淑林　方　俊

2015年 10月，国务院正式发布《统筹推进世界一流大学和一流学科建设总体方案》，明确提出：到2020年，若干所大学和一批学科进入世界一流行列，若干学科进入世界一流前列；到2030年，更多的大学和学科进入世界一流行列，若干所大学进入世界一流大学前列，一批学科进入世界一流前列。2017年9月，教育部、财政部、国家发改委公布了我国世界一流大学和一流学科（简称“双一流”）建设高校及建设学科名单，共有137所高校入围。其中，一流大学建设高校 42所，一流学科建设高校95所。建设世界一流大学和一流学科，是新时期党中央、国务院作出的重大战略决策，对于提升我国教育总体发展水平、增强国家核心竞争力具有十分重要的意义。然而对于世界一流学科的内涵和特征，一直以来也是仁者见仁，智者见智。本文将以两个公认的世界一流学科，普林斯顿大学的物理学和麻省理工学院的化学为例分析世界一流学科的特征。

一、学科概念及内涵

学科是迄今为止人类所掌握的最重要的一种复杂知识系统形态。按照《辞海》的解释，学科是“教学的科目，学校教学内容的基本单位”，如生物、物理、数学等教学科目[1]。周光礼等认为：所谓学科就是指人们在认识客体的过程中形成的一套系统有序的知识体系[2]。伯顿·克拉克则认为，学科包括两种含义：一是作为一门门知识的“学科”；二是围绕这些“学科”而建立起来的组织[3]。米歇尔·福柯认为学科主要表现为一种规训制度，是生产论述的操控体系和主宰现代生活的种种操控策略与技术的更大组合[4]。综上所述，目前对于学科内涵的理解主要倾向于教学科目、知识体系或者学科组织、制度安排等。

二、世界一流学科的案例分析

鉴于理学基础学科具有国际可比性，再者考虑到文章篇幅，笔者选取物理、化学这两个学科作为分析对象。根据当前较有影响力的世界大学学科排名情况，本文具体以美国普林斯顿大学的物理学和麻省理工学院的化学为例，从学科历史、生源质量、人才培养、师资队伍、科研投入与产出等方面探究世界一流学科具有的特征。

1.案例学科的发展历史

普林斯顿大学的物理学学科可以追溯到 1832年，当时约瑟夫·亨利来到普林斯顿大学物理系，主导进行了一系列电磁感应实验，使物理学迅速处于美国第一个科学黄金时代的前沿。后来其校长詹姆斯·麦克科什在1873年聘请了著名的布兰克特和威廉·马吉，他们与亨利一起开创了普林斯顿大学物理学的新天地，从而使其成为世界理论物理学的重要中心之一。著名物理学家爱因斯坦就曾在这里任教。

麻省理工学院的化学学科从建校时即开始，由著名化学家威廉·巴顿·罗杰斯创立，经过赛勒斯·沃伦、詹姆斯·克拉夫茨、刘易斯·诺顿、威廉·沃克等著名化学家的不断努力逐渐完善。特别是凯斯时期（1922～1945年），麻省理工学院的化学取得了巨大成就，有8位教授先后获得了诺贝尔奖。随后是库伯时期（1945～1964年），这一时期引进了许多著名化学家，如无机和放射化学家查尔斯、物理化学家瑞查德、有机化学家乔恩等，从而使麻省理工学院化学学科迅速跻身世界前列[5]。

2.案例学科的生源情况

优质的生源是一所学校人才培养的重要先决条件。案例学科对生源的选拔均十分严格，录取率极低，而且均有相当比例的留学生（这些学生往往都是所在国家高校中的佼佼者），这样就保证了生源的高质量。

普林斯顿大学在招生规模上始终坚持“小而精”的精英教育方针。目前，该校物理系有223名学生，其中本科生94人，研究生129人。2016年秋季，本科生新生报到人数约为 24人，录取率为6.5%，其中12%为留学生。研究生新生报到人数为52人，录取率为12%，其中38%为留学生[6]。

麻省理工学院化学系有328名学生，其中本科生53人，研究生275人。这些学生来自22个国家和美国各地的104所高等院校。2016年秋季，本科新生报到人数约为26人，录取率为9%，其中16%为留学生。研究生新生报到人数为45人，录取率为13%，其中42%为留学生[7]。

3.案例学科的人才培养情况

（1）课程设置。普林斯顿大学物理专业的本科课程结构为：通识课+专业基础课+专业核心课+自由选修课的模式。在通识课中十分重视伦理与道德、历史分析、文学与艺术等人文类课程的教育。学校采取本硕博一体化课程设计，对课程进行层层分级，从100级至500级①100级课程主要介绍学科、培养学生学习能力；200级课程主要介绍核心理论；300级课程侧重将所学理论知识应用到某一领域的技能学习；400级课程主要培养学生把知识应用在真实环境中；500级课程主要为讨论课，成立学习小组，提高科研能力。。100～300级的课程主要面向本科生，400～500级课程主要针对研究生开设。物理学科在课程结构中采取嵌入交叉学科课程模块来促进学生的跨学科训练。如本科生的7门核心课程中必须包含两门数学类课程（300级以上）和一门其他跨学科课程（400级以上），见表1。

表1　普林斯顿大学物理专业本科课程

麻省理工学院化学专业的本科课程结构为：校级必修课+系学位课程+自由选修课三部分，见表2。同时对所有在校本科生提出了理工与人文兼取的通识教育要求。理学学士的人文类课程占课程的比例至少达到47%。在学校“手脑并重”教育理念的影响下，其化学学科非常重视学生实验课程的训练，要求实验课数量比例必须不低于系学位必修课总数量的 61%[8]。

表2　麻省理工学院化学专业本科课程

（2）跨学科训练。普林斯顿大学物理系非常重视跨学科学生培养，鼓励学生参与多学科联合的项目，如“工程物理”项目，以工程应用科学学院为主，由6个工程部门（化学和生物工程、土木与环境工程、计算机科学、电气工程、机械和航空航天工程、运筹和金融工程）和物理系共同参与。麻省理工学院化学系研究生的科研活动大多是在跨学科的实验室开展的。研究生一般被要求在不同的实验室间进行轮流。跨学科的科研训练使得该校化学专业毕业生能够适应未来职业不断变化的需求。

（3）学习环境。普林斯顿大学物理系有11个物理学领域的研究团队，每个团队都有资深的教授、青年教师和研究生组成，团队还经常有意识地吸收本科生参与科研计划。在物理系，本科生参与科研的气氛非常浓厚，经常参与一些在其他大学要到研究生阶段才能展开的研究项目。另外，物理系教师和研究生的比例是1:2，这就保证了教师有充分的时间和精力指导学生，学生将有更多的机会与诺贝尔奖获得者、美国国家科学院院士等学术泰斗进行近距离交流。麻省理工学院位于全球最活跃的生命科学产业中心。在学校周围，有100多家大型制药公司和生物技术公司。地理位置的优势为该校化学系的师生提供了产学研结合的机会。学校也建立了许多研究所，为化学系学生的研究提供了平台支持，如怀特黑德生物医学研究所、科赫研究所综合癌症研究、布罗德研究所、弗朗西斯苦磁铁实验室等。

（4）国际交流。普林斯顿大学物理系有许多国际合作或独立的项目可供学生申请。如在量子物理、量子信息、多体理论和基本原子物理学等领域的学生，有机会被推荐至德国马普量子光学研究所，跟随在量子物理、信息和光学作出了贡献的西克拉教授（2013年沃尔夫物理学奖获得者）进行量子耗散系统或拓扑相和相变的研究[9]。同样，麻省理工学院化学系也给学生提供了去国外学习和交流的机会，如学生可以申请到伦敦帝国理工学院、牛津大学、东京大学等大学的化学研究部门（实验室）进行一年的交换生学习。还可以直接申请到国外的大学就读，如澳大利亚的悉尼大学、澳大利亚新南威尔士大学、中国的清华大学等直接接收 MIT的学生入学。还可以申请参加海外留学项目或国际研究计划，如每年有超过 80名学生参加麻省理工—法国联合培养项目。

（5）毕业生情况。2012～2016年，普林斯顿大学物理学历届毕业生数量整体呈增长趋势，见图1。该校物理学科的杰出毕业生中有8位诺贝尔物理学奖获得者[10]。其中包括第一位在同一领域两次（1956年和 1972年）获得诺贝尔奖的美国物理学家约翰·巴丁和引力波的发现者之一莱纳·魏斯（2017年诺贝尔物理学奖获得者）；8位麦克阿瑟奖获得者，如第一位获得菲尔兹奖的物理学家爱德华·威滕（1982年获得麦克阿瑟奖）。著名校友还包括：学校现任校长克里斯托弗·伊斯格鲁布、著名武器控制专家德维尔、美国物理学会的创始人威廉姆·弗朗西斯·马吉、第一个编写曼哈顿计划的亨利·斯密斯和被称为“哈勃太空望远镜之父”的莱曼·斯皮策等。

图1　2012～2016年普林斯顿大学物理学科学位授予情况

2012～2016年，麻省理工学院化学学科历届毕业生数量整体呈增长趋势，其人才培养结构一直以博士生为主，见图 2。该校化学学科的杰出毕业生中有6位诺贝尔化学奖获得者，如在有机合成的理论和方法学方面有突出贡献的有机化学家伊利亚斯·詹姆士·科里、被称为现代有机合成大师的罗伯特·伯恩斯·伍德沃德。著名校友还包括生物无机化学的创始人斯蒂芬·利帕德、美国第一个获得化学学士学位的女性艾伦·瑞查兹、宇航员凯瑟琳恩、前任美国中央情报局局长、国防部副部长约翰·多伊奇和全球第一家生物技术公司——基因泰克的创办人之一的罗伯特·斯万森等。

图2　2012～2016年MIT化学学科学位授予情况

4.案例学科的师资队伍情况

普林斯顿大学物理系有教师73人，其中教授32人。在任教师中包括6位诺贝尔物理学奖获得者[11]、12位麦克阿瑟奖获得者、4位ESI高被引学者和11位美国国家科学院院士。如提出定域化概念，对无序系统提出过自旋玻璃、玻璃的隧道中心、吸引中心等理论概念的菲利普·沃伦·安德森，发表了150多篇高质量论文，被引超过30000次的高被引学者哈桑等优秀的物理领域学者。该校物理学科的历任教师中有 11人获得过诺贝尔物理学奖，如物理学家阿瑟·麦克唐纳、瓦尔·菲奇、詹姆斯·沃森·克罗宁等。教师队伍中还曾包括提出标量—张量场论的物理学家罗伯特·迪克，创造并发展了“基本粒子物理学标准模型”的山姆·特蕾曼和第一位从事原子弹理论研究，也是“黑洞”概念的提出者约翰·惠勒。

麻省理工学院化学系目前有 35位教师，教授23人，其中诺贝尔化学奖得主1人、高被引学者7人、美国国家科学院院士10人、美国艺术与科学学院院士15人和国家科学奖章获得者2人[12]。该校化学学科历任教师中有11位曾获得诺贝尔化学奖。如发现超铀元素的麦克米，开创了催化不对称氧化反应研究的巴里·夏普莱斯。教师队伍里还曾包括著名化学家、发明家阿瑟·阿莫斯·诺伊斯，酸碱电子理论提出者吉尔伯特·牛顿·路易斯，曾任美国化学协会主席的詹姆斯·弗莱克诺里斯等化学学科领军人才。

5.案例学科的科研投入与产出

（1）科研投入。美国私立研究型大学的经费来源主要为政府拨款、科研项目经费、校友捐赠、投资性收入、企业资助、学费等。2016年普林斯顿大学科研经费总数为3.1亿美元，位居美国第76位，其物理学科经费为 0.4亿美元，位居美国大学物理学科科研经费排行第12[13]。2016年麻省理工学院科研经费总数为9.5亿美元，位居美国第14位[14]，其化学学科科研经费 0.3亿美元，位居美国大学化学学科科研经费排行第9[15]。

（2）科研产出。一是原创性科学发现。普林斯顿大学物理学科的原创性成果包括：约瑟·亨利发现了电流自感现象，其在各种电器设备和无线电技术中有广泛的应用。为了纪念亨利，用他的名字命名了自感系数和互感系数的单位，简称“亨”。亨利还发现了电磁感应的现象，比法拉第早一年，为改进发电机打下了基础；1936年，尤金·维格纳提出支配核子中质子和中子相互作用原理；瓦尔·菲奇发现中性 K介子蜕变基本守恒定律的破坏；邓肯·霍尔丹揭示了拓扑概念如何用于理解一些材料中发现的小磁体链的特性，并与戴维·索利斯共同分享了2016年诺贝尔物理学奖。麻省理工学院化学学科的原创性成果包括：约翰·克拉克希恩成功化学合成了青霉素；弗兰克·阿尔伯特·科顿创立了原子簇化学领域；吉尔伯特·路易斯提出了逸度和活度的概念，对于真实体系用逸度代替压力，用活度代替浓度；史蒂芬·布赫瓦尔德等人发现了布赫瓦尔德·哈特维希反应。

二是高质量的学术论文。高质量的学术论文是一个学科科研成果的重要体现，一般以论文被引次数来衡量。根据ESI最新数据统计，普林斯顿大学物理学科论文总被引次数全球排名第24；麻省理工学院化学学科论文总被引次数全球排名第13[16]。在2017年QS全球学科排名中，普林斯顿大学物理学科论文篇均引用率得分 93.6，排名第 3。麻省理工学院化学学科论文篇均引用率得分95.9，排名第10。在2017年US News & World Report全球学科排名中，在论文总被引次数排名中，普林斯顿大学物理学科排名第12，麻省理工学院化学学科排名第7。

三、世界一流学科的特征分析

从以上对普林斯顿大学物理学科和麻省理工学院化学学科的介绍分析中我们可以看出：两校的一流学科都有着悠久的发展历史和积淀深厚的文化传统，有良好的学术声誉、高质量的学术成果和完善的人才培养体系，广受欢迎的毕业生。而这些取决于卓越的教师队伍、优质的生源、有效的学科管理体制、充足的经费保障、国际化和自由探索的学术环境等。总体而言，世界一流学科的特征可概括为以下六点：

一是创新引领。世界一流学科的学科方向往往具有前沿性、交叉性、引领性，而且是紧跟时代发展的，从而能够推动该学科领域不断创新发展。二是大师云集。一流学科的水平很大程度上取决于学科队伍的水平。世界一流学科必然拥有卓越的师资队伍和众多学术大师。世界一流的学科必定拥有众多有国际影响和声望的专家学者。三是英才辈出。人才培养是一所大学的根本使命。世界一流大学的一流学科往往能培养出各领域的精英和领军人才。其优秀毕业生得到社会各界的认可。四是成果卓著。世界一流学科必定作出了许多具有原创性、突破性的研究成果。这些成果或发现，往往推进了学科的发展，促进了社会的进步，给国家、社会经济各方面带来显著的效益。五是声誉斐然。一流的学科必定拥有良好的学科声誉。学科声誉一般包括学术声誉、教学声誉、就业声誉等。一流学科不仅在同行专家中口碑良好，同时也得到社会各界的赞誉，从而能够吸引最优秀的生源。六是积淀深厚。世界一流学科都不是一蹴而就的，它是在长期的发展中一点点积累而来的，即拥有悠久的学科历史、深厚的文化底蕴。同时，在学科发展过程中也积累了优越的学科条件，形成了自由宽松的学术氛围。

随着我国“双一流”建设的大幕拉开，一流学科建设已经成为各高校的核心建设任务和目标。然而相比于那些公认的世界一流学科，我国大学的学科在诸多方面还存在相当的差距，如学术大师缺乏、原创性科研成果较少、经费投入不足等。因此，全面了解和理解世界一流学科的特征，借鉴国外一流学科建设经验，对加快我国一流大学和一流学科的建设步伐具有重要的现实意义。