中医药高校学科交叉教育的发展现状和模式探讨——以医工结合教育为例

乔宏志，刘卓雅，祖强，狄留庆

(1.南京中医药大学药学院，江苏 南京 210023；2.南京中医药大学教务处，江苏 南京 210023)

2009年4月,美国麻省理工学院校长苏珊·霍克菲尔德(Susan Hockfield)在美国艺术与科学院科技政策论坛上提出人类生命科学正在经历第三次革命,它来自物理科学、生命科学和工程科学领域的大融合。她同时强调一流大学只有积极推动学科交叉,才能在第三次生命科学革命中立于不败之地[1]。我国老一辈科学家在20世纪80年代就预判了学科交叉的趋势,强调发展交叉学科的重要性[2-3]。进入21世纪,国家在积极推进世界一流大学和一流学科建设(简称“双一流”建设)的过程中也明确提出高校要打破学科壁垒、创新组织形式、推进学科交叉与科学范式转移、培养复合型科技创新人才。以医工结合为代表的新医科是现代医学的发展方向。2020年9月,国务院印发《关于加快医学教育创新发展的指导意见》,明确提出以新医科统领医学教育创新,大力推进“医工”等多学科深度交叉。在当前自然演化和人为设计双驱动的学科交叉浪潮下,中医药学科也必将承接多学科的汇聚与融合。如何让中医药学充分汲取现代科学最新成果,推动中医药学科与工程技术等学科的交叉创新发展是摆在中医药高校面前的新课题。

1 医工结合对中医药学科发展的重要意义

1.1 实现自主创新和科研范式转移的突破口

纵观人类科学史,颠覆性的创新成就往往诞生于多学科的交叉融合,新学科与新科研范式的形成也常常萌生于传统学科的边界区域。例如,科学家用化学方法研究生物学问题逐渐催生了化学生物学科。另一方面,创新成果的最终转化离不开工程学的融入与运用。从柳树皮中发现水杨酸到阿司匹林的产业化生产,从X射线的发现到电子计算机断层扫描成像的研制成功等无不体现着医工结合的强大生命力。中医药是中华民族独特的卫生资源和具有原创优势的科技资源,其具有的整体观思维和临床实践基础为现代科学、交叉科学提供了广阔的研究空间,是迸发原创理论和形成新科研范式的重要突破口。

1.2 培养复合型医学创新人才的孵化池

随着信息技术、人工智能为代表的新一代技术革命的迅猛发展,传统单一的医学教育已经无法适应新时代医学人才的培养要求[4]。“新医科”教育明确提出要培养适应全球工业革命4.0的卓越医学人才,实现医学从“生物医学科学为主要支撑的医学教育模式”向以“医工、医理等交叉学科支撑的医学教育新模式”转变。中医药传统的辨证论治和望闻问切技艺也迫切需要与现代科技结合,实现中医药“密码”的科学化解析和数字化集成,这有利于揭开中医药蕴含的科学内涵,推动中医药现代化、国际化发展。因此,医工结合教育有利于拓展医学生的学科维度,提升其发现、运用和改造知识的能力,是塑造复合型医学创新人才的重要途径。

1.3 提升中医药服务社会能力的助推器

受时代科技条件的限制,传统的中医诊疗方式和中药制作技艺往往比较宏观和粗放。例如,手工制粒搓丸工艺既无法保证中药品质的均一性也难以满足现代医疗的需求。借助计算机、信息技术等工程手段,中医诊疗逐渐趋向智能化和高科技化,中药的加工也开始向工业化、标准化方向发展,出现了诊疗机器人、智能煎药机等新型中医药装备。2021年,中医四诊仪首次运用在空间站任务中,通过“面舌脉诊”数据库实现中医天地诊断,为我国航天员健康护航,这极大地提升了中医药服务社会的能力。

2 中医药高校医工结合教育的现状和存在问题

医工结合代表着中医药学科发展的趋势,中医药高校承担着推进中医药学科发展和培养人才的重要使命,是新医科建设的主战场。目前中医药管理部门尚未就中医药医工结合实践出台具体的行动指南,这就要求中医药高校积极探索医工交叉教育模式,促进交叉创新人才的发展。但现阶段中医药高校在推进医工结合教育方面还存在着不少困难和问题。

2.1 医工结合教育的关注度和认识还不足

作者利用中国知网数据库,以“医工结合”“医工融合”等为主题词检索了2008-2020年发表的相关文献成果。由图1可见,该领域的发文量整体呈逐年递增趋势,特别是2017年后增长迅速,这与学科交叉思想的普及和医工结合政策不断推出有关。在筛选出的共计157篇成果中,大多来自综合性或西医院校,中医药高校发表的成果数占比约5%,表明医工结合在中医药高校中的关注度还不高。

图1 2008-2020年间医工结合类教研成果的发表情况

按照成果的内容分类,这些研究成果可划分为教学、科研、临床、人才培养和政策观点分析5个方面(图2)。

图2 2008-2020年间医工结合类教研成果的主题分布

其中围绕医工结合的政策分析和观点评述类文章最多,这符合新教育理念和新政策诞生初期的客观规律;其次,关于医工结合的教育模式和教学方法也备受关注,而与之紧密联系的人才培养模式同样是业内讨论的焦点。统计数据中归属在临床和科研类别的文章较少,但这并不意味着相关实践工作的缺乏。相反,目前科研界有大量具有医工特色的创新研究正在实施中,其成果大多会以具体研究内容的形式呈现而未被本检索主题囊括。但从整体调研的情况看,国内中医药高校对医工结合教育尚未形成共识性系统架构,仍处于零散的个体研究和学术探讨阶段,特别是对医工结合的具体发展领域和对象还比较模糊,实施方案尚未成熟。

2.2 缺乏医工结合优势学科的支撑和人才储备

目前中医药高校拥有鲜明交叉学科特色的二级学院或独立研究机构还比较少,新兴交叉学科领军人才,特别是兼有医工双学位教育背景的人才队伍尚未配备和形成规模,导致医工结合教育和人才培养缺乏学科指引和支撑，这是目前制约医工结合教育发展的关键症结[5]。从学科设置和专业布局角度看,中医药高校学科单一,主干学科优势突出;工科基础薄弱,专业量少,且大多为传统工科专业,医工结合存在天然屏障;传统的院系组织形式进一步限制了学科间的交叉流动。作者调研了全国25所中医药高等院校工科专业的设置情况,共有125个学位点分布在16个专业中(对于同单位不同培养层次的相同专业仅统计1次)。其中制药工程专业的数量最多,其次是医学信息工程和中药制药专业(图3);带有交叉学科特色的专业有医学信息工程、生物医学工程、中医药信息学、智能医学工程，共占比为27%,其中智能医学工程为近年来才设立的新兴交叉专业，目前只有3所中医药院校开设。这些交叉专业涉及学科集中在医学、生物技术和信息技术领域,在装备制造、电子控制等领域基本无涉及,医工结合的覆盖面和深度仍有较大拓展空间。

图3 中医药院校工科专业设置情况

从地区分布看(图4),全国各地区中医药院校都设置了工科专业,其专业数量与学校规模和办学思路有关,并不能直接反映医工结合教育的质量和发展程度。从培养层次看,本科层次专业占绝大多数,约为91%,研究生层次工科专业仅有3个。考虑到中医药高校本科毕业生继续深造的方向仍主要集中在传统医药领域,因此医工结合类专业的高层次人才面临短缺,可能无法满足未来相关新兴交叉行业的需求。

图4 中医药院校工科专业地区分布

2.3 产学研转化链和培养体系尚未形成

当前高校与市场对接的困局仍然存在,学术研究和产业发展、临床需求不匹配的格局仍未彻底改变。尽管很多高校在宏观层面提及医工结合的趋势和重要性,但是在关系医工结合落地性的产学研转化链方面仍鲜有成熟的破局举措和可复制案例。在高校培养体系方面,存在对交叉学科理解不深入,相关培养环节缺失的问题[6]。医工结合教育重在思维意识的培养和实践能力的提升，但现有培养方案往往是在原课程基础上添加部分工程技术课程,缺乏工程实践机会,不同学科知识间的渗透较差,难以使学生形成医工融合思维和过硬的技术能力。此外,以还原论为哲学基础的现代医学是伴随着理工学科教育和新技术升级发展起来的,其与理工科结合时具有更好的认同感和实践交叉区域。而传统中医药学建立在独特的中医哲学体系下,脱胎于民间实践的总结,更多体现系统论思维指导下的经验传承,相关治法治则尚缺乏可量化的评价体系,这给中医药高校开展医工结合教育提出了新的挑战。为了打破这一困局,2018年教育部公布的首批“新工科”研究与实践项目中,有3所中医药高校入选“医工结合类项目群”,分别围绕中药制药、中医工程、中医药与工学交叉融合人才培养开展实践探索。

3 中医药高校开展医工结合教育的模式探讨

3.1 创新组织形式强化医工结合学科发展

医工结合作为生命科学变革的产物,不应单纯理解为传统医科和工科的叠加,而应站在多学科汇聚背景下新学科的孕育和相关产业升级换代的维度去理解和决策。医工结合的范畴很广泛,不同性质的高校会赋予其不同的内涵[7]。因此首先需要明确中医药院校医工结合的目标领域,以便结合自身特点设计适宜的实施方案。现阶段要想发展好医工结合教育,首先要强化医工交叉学科的硬实力,造就一批符合学科交叉特点和中医药特色的新兴学科高地,以此为医工结合教育提供扎实基础。

根据学科演变规律和科技新进展中反映出的医工交叉地带,适合中医药高校特点的医工结合领域包括生物传感与医学显像技术、循证医学大数据采集分析系统、适合中医诊疗特点的医用机器人和智能诊疗系统、高通量新药筛选与研发系统、中药现代装备智能制造等。这些交叉领域涉及计算机、人工智能、机械工程、电子与电气工程、信息工程、控制工程等相关工学专业,全部在中医药院校开设既不经济也不现实。因此需要创新组织形式,引入医教产研协同的多层次、多领域合作办学机制,积极开拓适合医工结合教育发展的措施和配套方案。在这方面,国内外某些地区和单位的一些实践经验可供借鉴。

3.1.1 校内资源整合

对于交叉学科基础较好的高校,可以在原有专业布局条件下,通过校内资源整合推动医工结合等新兴学科和专业的发展,创新组织形式,实现新旧教育模式的转换。例如南京大学化学与生物医药研究院就是整合了化学化工学院、生命科学学院、医学院、现代工程与应用科学学院、模式动物研究所等校内多个二级单位优势资源形成的学科交叉机构,该机构人员实行双聘制,避免校内资源竞争,同时联合药石科技、鼓楼医院、鹰盟资本等“南大系”单位打通学科交叉与“产学研金用”全程链条。

3.1.2 校际合作模式

目前实施的“双一流”建设强化了高校的传统优势学科,这有利于促进高校特色化发展,避免“大而全”的同质化无序竞争。但除了少数学科设置齐全、优势专业众多的综合性“一流”高校外,大多数高校的学科特色或优势不能覆盖医工等交叉领域,因此单纯依靠校内资源发展交叉学科的基础条件不足。这就需要在做强自身优势专业的情况下,顺应学科交叉趋势有针对性地“走出去”与其他高校优势专业开展互补合作。在此背景下,校际之间可以双边或多边战略联盟方式,通过柔性结合或直接建立研究院实体推动医工结合学科及专业的发展。例如南京医科大学、中国药科大学和东南大学三校结合自身学科优势开展医药工交叉学科建设和人才培养,探索了建立医工交叉创新研究院和校际联合基金等合作模式。

3.1.3 校企合作模式

随着国内科技型企业的迅猛发展,产业研发中心逐渐由科研院所向科技企业转移,涌现了一大批具有核心技术和研发能力的企业,其中不乏涉足医药行业的高科技企业,这就为校企开展医工结合合作提供了条件。2015年北京中医药大学与华大基因签署合作协议,拟在中医药科学和现代组学创新性结合的新医学研究及新型健康管理应用方面开展合作,加速中医药“新医学”研究成果的转化应用和产业化发展;2020年南京中医药大学与康缘药业以共建产业学院为契机,围绕产业学院实践实训基地建设、推进大学生创新创业项目、设立开放创新课题、推进新课程及创新教材等内容开展校企合作;在2020世界人工智能大会上,腾讯正式宣布进军AI新药研发,凭借其在数据库、算法、算力的核心技术赋能新药创制，疫情期间为清华大学和中山大学两个药物研究团队提供云计算服务,加速其药物和疫苗的研发。

3.1.4 校企地合作模式

为构建集群化产业生态,推动产教研协同发展,以政府、高校科研院所和相关企业为主体联合打造的新型研发机构和产业园区是实现学科交叉效益最大化的一种有效形式。该模式最具代表性的案例是美国硅谷的高科技产业区。近年来,在国内教育资源比较发达、产业集中度较高的地区也逐渐形成一些特色产业带,例如上海张江生物医药科技产业基地、苏州生物纳米科技园、中国(南昌)中医药科创城等,这些产业区的建设为高校开展医工结合教育提供了学科、人才、实践基地和就业渠道等多环节的支持。

3.2 将医工结合教育嵌入长学制培养体系

国家对“新医科”人才培养的定位是能够适应以人工智能为代表的新一代技术革命,能够运用交叉学科知识解决医学领域前沿问题的高层次医学创新人才。要使医药类学生同时具备多学科交叉背景,特别是掌握多学科交叉思维和技能,靠短学制内增加几门相关课程是很难实现的。因此,在现有长学制医学教育中嵌入医工结合培养体系是较易实现的模式。早在2002年上海交通大学就开始探索“4+4”模式,尝试在理工科学习背景下开展医学教育[8]。此外,探索医工特色高校间医工双学位的联合培养模式更符合交叉型人才的培养规律和目前高校特色化发展的实际。在课程方面,尽管各院校增加了数理、大数据等理工课程,但均未开设多学科交叉课程,这不利于培养学生的学科交叉思维和具象认识。因此,应挖掘从事交叉学科研究、特别是具有不同一级学科教育背景的教师组成交叉学科教师队伍,积极开展交叉学科课程建设,不断探索和优化适合新时代中医药高校医科学生的课程培养体系。

3.3 强化创新创业实践在医工结合教育中的作用

高校教育与市场需求脱节是制约高等教育质量和毕业生服务社会能力的一大弊病,这背后有复杂的结构性深层次原因。但就现阶段,单纯靠书本知识的传授已然无法适应社会对创新性、复合型、灵活性人才的需求。在构建起医教产研协同多层次、多领域合作办学体系的基础上,依托交叉优势学科大力开展大学生创新创业实践,将前沿性、产业化的思维和实践机会带给学生,有利于拓宽学生的知识获取渠道,转变灌输式的传统课堂教学模式,培养学生发现问题、提出问题、解决问题的能力,在实践中强化医工结合的认识观和方法论。目前,以“互联网+”“挑战杯”“创青春”等为代表的大学生创新创业实践活动蓬勃开展,为弥补传统教育短板提供了有益渠道[9]。此外,随着资本市场进入创新创业实践领域,以知识产权为核心的早期投资与孵化形式将逐渐丰富,这必将改变高校的现有市场定位和职能,有利于加速产教研融合和医工结合教育的发展。

4 结语

2021年5月,第四届未来中医药论坛形成的“成都共识”中明确提出,多领域多技术跨界融合是实现中医药高质量发展的必然路径和技术保障[10]。通过跨界融合,突破新技术,研制新装备,加快实现科技创新自立自强,推动中医药产业高质量发展,培育新业态,重塑产业新格局是中医药未来发展的主攻方向。中医药高校作为推动中医药事业发展的主力军,承担着强化学科软实力、优化学科布局、培养和输送中医药高质量人才的重任。在这一过程中,准确把握生命医学科技变革规律,提早研判未来学科和人才需求走向,努力构建适宜医工结合等新兴交叉学科和人才发展的教育生态,方能为中医药国家战略的实施提供保障。