中外大学学科结构对比及改进建议

[摘 要] 基于大数据分析和可视化技术，构建了德克萨斯大学奥斯汀分校（简称Austin）、德克萨斯A & M大学（简称TAMU）及中国S大学的学科结构图，比较分析了三所高校的学科发展水平及结构，归纳总结了世界一流石油高校的交叉学科发展经验。定量分析了中外大学石油工程学科与其他学科的交叉融合程度，并提出了一种发掘潜力交叉学科的新方法，对S大学服务国家能源重大战略需求、发展交叉学科和建设世界一流学科提出了若干建议。

[关键词] 学科结构;交叉学科;能源安全;中外大学

[中图分类号] G647 [文献标识码] A [文章编号] 1674-9324（2022）13-0014-04 [收稿日期] 2022-01-24

2021年11月，国务院学位委员会增设了交叉学科门类，印发了《交叉学科设置与管理办法（试行）》的通知，为交叉学科的发展创造了新的历史机遇，但是，如何根据国家和社会发展需求科学合理优化设置交叉学科方向，是“双一流”建设大学和学科在新一轮“双一流”建设中亟须解决的问题。

交叉学科相关定性研究比较常见，但是从交叉学科定量研究角度看，目前的研究主要集中于单一学科或几个学科的科学研究知识结构分析，侯海燕等学者利用学科共现分析方法，识别出了生物医学工程领域学科交叉的结构衍化特征[1]，谢成等学者利用关键词“共现技术”研究了图书情报学、经济学与管理学等学科之间的关联程度[2]，这类研究局限于微观的学科知识结构层面，对学科建设管理部门适应国家重大需求、优化学科布局具有一定的参考价值。

Leydesdorff和Rafols在全学科层面基于论文引用关系构建了全球学科知识图谱，刘宇仙等学者则基于共期刊关系构建了中国科学全学科科学骨架图[3，4]，对于优化学科布局提供了全球和国家层面上的学科结构参考，但是没有具体到学校规划层面。景民昌等学者研究了化学工程领域QS世界前50名大学的学科结构和特征[5]，但未能分析高校整体的学科结构和交叉学科的发展方向。

综上，为“把能源的饭碗端在自己手里”提供高层次创新人才与科技支撑，为行业特色高水平大学建设世界一流学科提供决策参考，本文在吸收借鉴前人研究成果的基础上，采用大数据分析及可视化技术，精确构建了中外三所代表性大学的学科结构谱图，从定量的角度分析了油气上下游产业链和新能源领域的交叉学科发展方向，对行业特色高水平大学发展交叉学科提出了若干建议。

一、一流能源大学引领国家能源创新发展

大学作为科技第一生产力、人才资源第一资源和创新第一发展动力的重要结合点，是国家创新体系的重要组成部分，一个国家能源大学的发展对其能源科技创新发展至关重要。世界上主要能源大国均开设有石油特色鲜明的大学，比如沙特的特法赫德国王石油与矿产大学、俄罗斯的俄罗斯国立石油天然气大学、Austin、TAMU及中国的S大学等。

此外，包括斯坦福大学、卡尔加里大学、帝国理工学院在内的世界顶尖高校均开设有石油工程专业，目前，全世界石油高校超过200所，其中通过ABET（工程技术评审委员会）认证的石油工程专业项目有40个。Austin、TAMU在2020年美国新闻周刊（US News）公布的美国石油工程专业排名中，分别位居第一、第二位，在2021年QS全球石油工程学科排名中分列第二、第四位，本文选取了三所在石油工程学科领域具有突出优势的中外大学作为研究对象。

石油与天然气工程学科建设是我国实现能源科技自强自立的重要支撑，目前有3所高校的石油与天然气工程学科进入世界一流学科建设名单，分别是中国石油大学（北京）、中国石油大学（华东）及西南石油大学。该学科与其他学科方向之间的联系是国家突破能源关键核心技术与前沿理论的重要发展路径，因此，非常有必要对国外石油领域优势突出的Austin、TAMU进行学科结构和交叉学科方向的精确性描述分析，为中国S大学建设世界一流石油工程学科、提高服务保障国家能源安全与绿色低碳发展战略需求的能力提供改进建议。

二、中外石油高校学科发展水平和结构

Austin与TAMU作为两所综合性大学，学科覆盖自然科学、工程技术、人文社科、医学、农学等多个学科大类，中国S大学则是一所石油特色鲜明，以工为主、多学科协调发展的大学。

在ESI全球22个学科分类体系中，Austin有19个学科进入全球排名前1%，其中材料科学、地球科学、工程学、化学、计算机科学、精神病学/心理学及社会科学等7个学科进入全球前1‰，计算机科学是全球排名占比最靠前的学科（17/504）;TAMU则有20个学科进入全球排名前1%，其中工程学、化学、农业科学、社会科学总论及植物与动物科学进入全球前1‰，工程学是全球排名占比最靠前的学科（59/1585）;中国S大学5个学科进入全球前1%，工程学全球排名最高（83/1585）。

为精确描述三所大学的学科结构，本文自编Python程序，以高效率算法完成了Austin、TAMU及中国S大学2015—2019年所有SCI收录期刊论文（约12万篇）的大数据分析和可视化展示，在构建大型共现矩阵的基础上，经过论文学科属性聚类、社会网络分析与知识图谱构建，得到了每所大学的高精度学科结构图。图中不仅描述了每所大学的学科群分布信息，还建立了学科群之间的多维立体联系。学科结构图显示，在SCI数据库254个学科类别中，Austin研究覆盖了221个学科类别，聚类形成12个学科群;TAMU研究则涉及198个学科类别，聚类形成11个学科群;中国S大学120个学科类别聚类形成了8个学科群。

三、世界一流石油高校交叉学科发展路径

Austin在20世纪末就意识到了纳米科技、新一代信息技术可能是新一轮科技革命的核心资源与力量，先后组建了纳米科技中心、计算机科学与工程学院等前沿交叉科研教学平台，向全校工程技术学科学生开展跨学科的纳米理念教育，并设置了计算机科学—数学—工程技术交叉学科博士点，以新一代信息技术全面推进自然科学、人文社会科学、工程技术学科等超过25个领域的交叉升级发展，本文通过大数据分析得到的学科结构图印证了这些做法。结构图显示该校学科交叉性最强的是跨学科计算机学科类别，该学科类别不仅同48个学科类别、6个学科群有较深的交叉程度，还位于整个学科生态的中心，学科重要性非常高，奠定了该校作为美国“硅山”的基础。石油工程学科除了同计算机学科交叉升级外，还与地球科学、地球化学与地球物理、化学工程及能源燃料等4个学科类别进行交叉发展。

TAMU自建校之初就开始充分发挥农学、工学学科优势，主动适应美国南北战争、第三次科技革命与石油危机、新一代科技革命等发展机遇对人才和科技的需求，以交叉学科发展带动学校整体持续发展和学科布局的不断优化，1914年该校就设置了遗传学交叉学科博士点，目前共有农业产业与管理经济、生态学与进化生物学、遗传学、分子与环境植物学、神经学、毒理学、水资源与水文学等7个交叉学科博士点，其中5个是该校传统优势学科农学参与交叉发展而来的。该校学科结构图也充分印证了这些举措，图中学科交叉性较强的学科是环境科学、生物化学与微生物等学科类别，其中生物化学与微生物则同42个学科类别、5个学科群具有较强的学科交叉联系。石油工程学科除了与环境科学、跨学科计算机等学科类别交叉发展外，还与地球科学、化学工程以及能源燃料等三个学科类别进行学科交叉。

四、中外大学石油工程学科交叉程度分析

在精确绘制中外三所大学交叉学科方向的基础上，本文进一步以定量方式分析了石油工程学科与主要交叉学科的融合程度，根据魏建香提出的学科交叉融合因子公式，分别计算出了Austin、TAMU及S大学三所大学石油工程学科类别与其交叉学科类别的学科交叉融合因子（如表2所示），S大学和TAMU大学中石油工程主要同化学工程、地球科学综合、能源燃料及地球化学和地球物理4个学科存在交叉，其中同能源燃料学科交叉融合度最高;Austin石油工程主要与化学工程、能源燃料，以及地球化学和地球物理等学科存在交叉融合，其中同能源燃料学科交叉融合度最高。三所高校包含的学科类别均在130个以上，而目前同石油工程学科存在交叉的学科还比较少，一方面表明石油工程学科本身属于边缘性较强的学科;另一方面也表明石油工程学科还存在非常大的学科交叉潜力，需要进一步发掘石油工程学科的潜力交叉学科。

五、中外大学潜在交叉学科方向研究新思路

面向新一轮科技革命和“双碳”目标的新阶段、新需求，传统能源学科绿色智能化升级亟须进一步加速，目前传统能源学科在选择交叉发展方向时还过于依赖主观判断，缺乏客观数据支撑，本文通过构建学科之间的共现矩阵，从向量相关性的角度分析了石油工程学科潜在的交叉学科发展方向。

中外三所大学的化学工程和地球科学综合学科均同石油工程学科均存在较强的相关性，其中在S大学，化学工程学科和石油工程学科的相关性为0.9452，超过其他两所大学;三所大学农业工程学科同石油工程学科也存在较强的相关性。S大学的经济学等学科同石油工程学科的相关性高于TAMU、Austin，而Austin的绿色与可持续科学与技术学科与石油工程学科的相关性要高于S大学和TAMU。此外，三所大学机械工程、跨学科计算机科学这两个学科同石油工程学科的相关性均比较低。

六、对中国S大学学科结构和发展交叉学科的改进建议

与国外Austin、TAMU相比，中国S大学建校较晚，学科规模较小，该大学石油工程学科同能源燃料、化学工程、地球科学综合，以及地球化学和地球物理等学科类别组成了优势学科群，各学科类别之间交叉融合程度较高。与Austin相比，石油工程学科同绿色可持续科学与技术学科之间的相关性较弱，发展潜力较大，同时石油工程与环境学科类别的相关性也弱于Austin;此外，S大学农业工程学科类别同石油工程学科具有较强的相关性，具有较强的石油工程学科交叉潜力。

立足于中国能源安全和绿色低碳发展战略，为加快建设世界一流学科，S大学充分利用交叉学科发展的历史机遇，聚焦国家和行业发展重大需求，瞄准能源科技前沿与关键核心技术，充分发挥传统优势学科的引领作用，精准推动学科交叉发展。

1.锚定油气关键核心问题，充分抓住学科交叉性较强的人工智能、跨学科计算机技术在行业领域的颠覆性发展机遇，加快建设油气人工智能、先进科学与工程计算等交叉学科，促进优势学科和信息技术学科的深度融合发展，进一步提高服务国家能源安全战略需求的精准度。

2.围绕“碳中和”路线图，加强建设能源环境科学与工程、可持续性科学与技术等交叉学科，积极抢占国家急需高层次创新人才培养的先机，培育新的学科增长极。

3.瞄准关键领域基础理论研究核心，设立若干“颠覆性”研究方向，不断促进传统优势学科和基础学科的交叉，以提升传统优势学科原始创新能力为目标，进一步推动优势学科和基础学科的协调发展。

4.对标世界一流学科交叉学科发展方向，进一步优化学科布局，构建“一流学科引领、骨干学科和基础学科协调发展”的学科生态，加快建设油气领域世界一流学科体系。

参考文献

[1]侯海燕，王亚杰，梁国强，等.基于期刊学科分类的学科交叉特征识别方法——以生物医学工程领域为例[J].中国科技期刊研究，2017，28（4）：350-357.

[2]谢成，徐华斯，李新春，等.基于共词分析法的学科关联分析——以图书情报学、经济学与管理学为例[J].大学图书情报学刊，2017，35（6）：83-90.

[3]刘玉仙，李志强，魏雯婕.中国科学全学科科学骨架图的构建及其特征分析[J].学位与研究生教育，2019（4）：52-59.

[4]刘玉仙.基于共期刊学科类间关系构建全学科科学骨架图[J].情报学报，2018，37（6）：580-589.

[5]景民昌，张芹，陈新花，等.化工学科世界高水平大学的学科结构特征比较[J].化工高等教育，2019，36（2）：1-8.

Comparative Analysis of Discipline Structures and Suggestions to Improve Between Chinese and Foreign Universities—Take the University of Texas at Austin， Texas A&M University and China S University as an Example