学科深度融合背景下医工交叉领域研究生培养现状分析

Analysis of the Current Status of Graduate Cultivation in Medical-Engineering Interdiscipline under the Background of Deep Disciplinary Integration

摘要

医工交叉作为医学与工程学的前沿融合领域，为医疗健康事业向精准化、智能化发展提供了关键动力。系统梳理了中国医工交叉教育的发展历程与现状，剖析当前存在的深层结构性问题，包括学科知识壁垒显著、临床转化路径不畅、评价机制尚不完善及人才培养模式趋同化等。在此基础上，进一步探讨了推动医工交叉深度融合的可行路径：通过推行“双导师制”与开发跨学科课程打破学科边界；搭建“虚实联动”平台以促进协同创新；依托高水平竞赛与交叉评审机制实现以赛促学；构建以临床需求为导向的协同治理体系。通过系统性的制度重构，推动医工交叉研究生教育从“多学科拼盘”模式转向“医工双核驱动”范式，从而培养兼具临床思维与工程能力的复合型创新人才，切实支撑“健康中国”规划与未来医疗健康发展需求。

Abstract

Medical-engineering interdiscipline, as a frontier field in integration, serves as a key driver in advancing healthcare towards precision and intelligence. This paper systematically reviews the history and current status of medicine-engineering interdisciplinary education in China, and analyzes the structural roots of existing challenges, including deep knowledge barriers, difficulties in clinical translation, imperfect evaluation mechanisms, and the homogenization of talent cultivation modes. Furthermore, it explores feasible measures to strengthen the deep integration of medical-engineering disciplines: breaking disciplinary boundaries through the implementation of a “dual-supervisor system” and interdisciplinary curricula; establishing “virtual-physical interactive platforms” to foster collaborative innovation; leveraging high-level competitions and implementing cross-disciplinary evaluation to promote learning through competition, and constructing a collaborative governance system driven by clinical needs. Through systematic and institutional restructuring, this paper aims to advance medical-engineering graduate education from a “multidisciplinary patchwork” mode toward a “dual-core driven” paradigm, thereby cultivating innovative interdisciplinary talents equipped with both clinical thinking and engineering capabilities, in service of “the Healthy China Initiative” and the future development needs of healthcare.

Graphical abstract

关键词

研究生培养 / 医工交叉 / 学科深度融合 / 复合型创新人才

Key words

Graduate cultivation / Medical-engineering interdiscipline / Deep disciplinary integration / Compound innovative talents

1 医工交叉教育的发展现状

医工交叉学科是医学（包括基础医学、临床医学、口腔医学、公共卫生等）与工程学（包括机械、电子、材料、计算机、生物工程、软件等）的深度融合，不仅涵盖多学科的交叉融合，更强调在分子、细胞、组织、器官及人体系统等多个层级上，运用工程学的原理与方法，以深入理解、调控并优化生物系统的功能，进而研发用于疾病预防、诊断、治疗与康复的先进仪器、材料、设备和智能系统。这一融合为医学从基础研究到临床应用的全进程注入了工程科技的创新动能，持续推动医疗健康事业向精准化、智能化方向迈进。

中国医工交叉教育于1990年以前处于萌芽与零星探索阶段，尚未形成系统的教育理念和学科体系，主要是“项目合作”而非“人才培养”。1998年，生物医学工程正式成为一个独立的本科专业，清华大学、浙江大学、上海交通大学、西安交通大学等率先成立，被视为中国医工交叉教育的正式起点。同年，斯坦福大学开展Bio-X计划，建立了成熟的跨学科研究生培养模式^［1］。继而，哈佛大学于2005年启动的微课程项目^［2］，同样加强了医学与多学科的融合，显著提升了研究生培养质量。2017 — 2018年，教育部相继推出“新工科”和“新医科”建设，这两大战略的汇流为医工交叉教育提供了前所未有的历史机遇，直接引爆了新时代发展的热潮。2018年成为中国医工交叉教育实现“质”的飞跃和“量”的爆发的关键转折点。清华大学、西安交通大学、上海交通大学等先后探索搭建医学与多学科交叉平台^［3］，取得了大量突破性成果，为培养复合型人才作出巨大贡献。截至2023年，全国已有120余所高校开设生物医学工程等相关专业^［4］。

在CNKI数据库中，以“研究生培养”为关键词进行检索（不限年份），在来源于北大核心等期刊的34 454条结果中，医工交叉科学研究方向的探索占比极低（见图1a）。将2014年至2025年研究生培养与医工交叉学科教学的发文量进行对比（见图1b），差距十分明显。这表明聚焦医工交叉的教学类论文数量显著偏少，且高质量、系统性的研究成果尤为稀缺，这一现象直接反映出医工交叉教学仍处于初始探索阶段。从领域发展规律来看，初始阶段的核心任务在于精准识别实践中的瓶颈与不合理之处，从而为后续的教学模式创新、课程体系优化、保障机制完善等提供精准的研究导向，推动医工交叉教学从“零散探索”向“系统发展”转型。因此，当前针对研究生医工交叉教学实际问题的探索，不仅是填补学术研究空白的必要举措，更是保障人才培养质量、推动可持续发展的核心环节。

2 医工交叉教育面临的问题

20世纪末以来，为适应科学技术的迅猛发展，中国多所高校的医学部及医科大学积极布局并推进医工融合发展模式的探索。在具体实践层面，已涌现出一批具有代表性的创新成果，包括手术机器人、智能影像学技术、生物3D打印技术、侵入式脑机接口技术等^［5］。然而，在当前建设过程中，仍面临着一系列关键问题与挑战亟待解决。

2.1 知识壁垒与思维方式差异是医工融合的深层障碍

医学与工科之间存在显著的知识体系与思维壁垒。其根源在于中国为满足各行业对高度专业化人才需求所构建的高等教育体系，将不同学科泾渭分明地细化。医学作为一门专业素养要求极高、知识体系庞大且与实践紧密结合的学科，天然具有“专业护城河”。而大多拥有传统单一学科背景的高校教师，形成了相对固化的教学模式，很大程度上制约了学科间的交流^［6］。这种壁垒很大程度上源于思维方式的差异：临床诊疗高度依赖于经验预定性分析，且患者是高度异质化的个体，存在不确定性与非标准化特征；相反，工程学科则更加注重系统模型的参数优化、流程标准化与产出效率。这一差异使科研工作者难以建立共同的认知框架与问题界定语言。此外，现有医工融合课程体系仍存在结构性失衡，内容往往偏重理论，与实践脱节，进一步削弱了学科交融的实效性。

2.2 科研导向偏离临床：成果转化的核心症结

科研成果与临床实践之间仍存在较为显著的“转化鸿沟”。医工交叉研究的根本目的是针对临床中的实际难题，结合工程学原理与方法进行创新性攻关，最终将成果转化为能提升诊疗水平、改善患者预后的方案、产品或技术。然而，当前多数医工合作仍停留在以发表论文或申报专利为导向的单一实验项目层面，难以跨越从实验室到广泛临床应用的“最后一公里”，致使许多前沿技术未能真正发挥其预期价值。

2.3 评审机制的局限性限制了交叉创新的进程

支撑医工交叉学科项目的政策与评价体系尚不健全^［7-8］。尽管国家与地方政府层面日益重视交叉学科的发展，并出台了一系列指导性文件与资助计划，但初期往往因方向新颖、未来不确定而面临更高的风险，难以获得持续且充足的资金支持。更深层次的矛盾则体现在成果评价机制上：现行体系中能精准把握交叉项目创新内涵与应用潜力的评审专家相对稀缺，这导致医工交叉项目的评估被简单地归结为论文、专利或奖项的数量与等级，恰恰忽略了其解决临床实际问题的核心效能与社会效益。这种评价导向的偏差，在一定程度上抑制了科研人员投身于周期长、风险高的临床转化研究的积极性，与政策初衷产生了背离。

2.4 体系僵化与特色缺失导致人才供给的结构性矛盾

中国的医工交叉领域人才培养模式在顶层设计与实施路径上亦存在若干共性问题。有研究系统分析了包括东南大学、华中科技大学、上海交通大学和清华大学在内的12所高校的生物医学工程专业人才培养方案，发现其存在人才培养目标定位趋同化、学制安排弹性不足、学位授予类型单一、过程性分流机制不完善、专业特色课程体系整合度不足或实践课程占比仍有待提高等问题^［9］。

3 加强学科深度融合的可行性措施

党的十九大报告将实施“健康中国”规划确立为国家层面的核心发展方针^［10］。习近平总书记在清华大学考察时强调，要“瞄准科技前沿和关键领域，推进新工科、新医科、新农科、新文科建设，加快培养紧缺人才”^［11］。《国务院办公厅关于加快医学教育创新发展的指导意见》要求加快培养高层次复合医学人才，促进学科交叉^［12］。在强有力的政策引领与时代召唤下，面对中国医工交叉建设的重重挑战，深入探究可行机制具有深远的现实意义。通过梳理与分析国内外前沿实践与政策文献，本文提炼出若干关键、可操作的推进路径。

3.1 建立双导师制，构建知识整合的系统性载体，打破学科壁垒的结构性突破口

面对新时代赋予医学科研人才日益复杂的任务与使命，传统单一学科背景下的导师培养模式已显现出局限性。为此，应鼓励在复合型人才培养中推行“双导师制”，即为研究生配备医科与工科导师，使其在选题、研究与技术转化等方面获得共同指导。为确保该机制有效运行，需配套以下支持^［13］：在学院建设层面，设立专职管理岗位，负责处理跨学院招生、学籍管理等相关事宜；在人事组织层面，允许学者跨院系任职，并建立灵活的工作量与成果认定机制。目前，西安交通大学于2025年率先开展“百千万卓越工程人才培养”计划，在仪器仪表工程专业，招收“智能药物分析装备”的专业型硕士研究生，并实施分段式培养路径，采用“交大+企业”的双基地，以培养“工科+人工智能+药学”交叉复合型卓越工程师，旨在为中国药物分析装备创新发展奠定坚实的专业人才基础。

构建知识整合的系统性载体是打破思维差异的最直接、最有效的途径。因此，应大力推进跨学院授课或增加辅修激励政策，以突破医工交叉人才培养中的知识结构壁垒。具体措施一：在工科院系开设生命科学课程，如细胞培养技术、免疫组化技术与实时定量PCR技术等，为后续评估及优化仪器性能夯实基础，进而加速临床应用转化；在医学院系开设如误差理论与数据处理、柔性电子传感技术、生物微流控技术与生物医学仪器等前沿工程课程，以催生其对临床需求的新思路。该举措实施过程中，应开发由多学科教师共同设计与联合授课的交叉学科课程，并积极引入行业资深专家参与课程优化，推动与产业实践紧密结合。如东北大学对单片机实验课进行教学改革^［14］，引入医学检测案例，拓展了生物医学专业学生的学科视野和工程实践能力。此外，应突破传统讲授方式，综合运用多媒体教学、临床情景模拟、实地参访等形式，构建以问题为导向、以实践为载体的多元化教学模式^［15］。具体措施二：建立辅修制度，鼓励研究生另选一门学科进行辅修。可借鉴康奈尔大学的成熟经验，通过建立“研究生领域”^［16］汇集来自不同学院、不同领域但有相同学术兴趣的指导教师，共同承担研究生的招生、培养及经费支持，由此成就了其交叉学科的核心孵化基地。该校规定硕士研究生必须另选一门学科作为辅修专业，且博士研究生在达成毕业条件的前提下，可取得辅修专业的硕士学位^［17］。此措施的实施将有效地丰富研究生的学科背景，从而构建在某一学科领域具有深厚的专业功底（深度）及宽广的知识面并能与其他学科对话（广度）的“T型人才”。更重要的是，可扩大双学位博士的就业选择，为缓解就业压力做出积极贡献。

3.2 “虚实联动”激发跨学科创新的平台构建

为从根本上克服传统院系结构对跨学科合作的束缚，一个关键举措是推动前沿交叉学科研究院或学部的建立，如2023年西安交通大学成立国家医学攻关产教融合创新平台。在实体空间布局上，规划建设“交叉研究平台”，将来自不同学科的实验室、办公室或讨论区按科研主题混合分布，这种物理空间的邻近性将极大地促进思想碰撞的诞生。同时，搭建虚拟协作平台，建立数据共享与协同研发工具，有效克服地理位置的限制，最终形成“实体空间集聚”与“虚拟平台互联”的融合研究新范式。

人工智能（Artificial Intelligence，AI）正成为驱动医工交叉“虚实联动”创新的核心引擎，而与之配套的AI课程建设则是培育能驾驭这一范式的未来创新者的基石。在创新层面，AI通过构建“虚拟设计—现实验证”的闭环，彻底变革医工研发范式。在虚拟空间，AI能挖掘多组学、临床与工程数据，构建高保真“数字孪生”体（如器官、手术环境），作为零风险的“创新沙盒”，让医工团队能在此协同设计、快速迭代智能植入物、手术机器人或精准诊疗方案。在现实世界，AI则通过解析来自手术机器人、可穿戴设备的实时数据，动态指导个性化治疗的实施与优化，确保创新方案的安全性与有效性。这一“虚实联动”过程，本质上是将医学的定性需求与工程的定量设计通过AI这一“通用语言”进行精准映射与高效循环的过程。

因此，面向研究生的AI课程建设具有至关重要的战略意义。其价值不仅在于传授算法技能，更在于系统培养学生的“AI赋能的跨学科创新思维”。课程旨在打破认知壁垒，通过医学影像、机器人控制等案例，帮助学生将临床问题转化为可计算的工程模型；同时传授“虚实联动”方法论，指导学生掌握从数字孪生构建到现实数据驱动的完整创新工具链；更重要的是，通过医工混合团队的项目式学习，塑造协同创新文化，让AI成为跨学科对话的“通用语言”。高质量的AI课程不仅是知识传授的讲堂，更是未来医工交叉创新生态的“微缩实验室”与“人才熔炉”，通过赋能新一代创新者，将“虚实联动”能力内化为其核心素养，从而系统化、可持续地推动医工交叉领域的突破性进展，引领医疗健康的未来变革。

3.3 通过交叉评审“以赛促学”，深化医工融合引领创新前沿

为激发学生自主学习能力，应构建以高水平学科竞赛为载体的创新培养模式^［18］。通过积极动员低年级学生参加“大学生创新创业训练计划”等，在实践中构建系统性的知识体系。竞赛机制固有的时间节点与阶段性成果要求，促使学生定期提交工作日志，不仅能激发学生的主观能动性，也便于导师动态指导课题进度。再者，开题、中期、结题均需经过导师与专家多轮审核，保证了项目的可行性、科学性与严谨性。中国大学生机械工程创新创意大赛“明石杯”微纳传感技术与智能应用赛作为一个典型的跨学科竞赛平台，其核心运作机制完美体现了交叉评审与“以赛促学”的深度融合，为医工交叉人才培养提供了宝贵的实践范式。其推行多元化的评审专家构成，不再是单一的工科专家，而是由临床医生、生物医学工程师、医疗器械监管专家、产业界研发负责人以及投资人共同组成的多元化小组。质询与回答的过程，本身就是最生动的跨学科学习，迫使学生理解并回应不同领域的思维逻辑和关切点。这一举措确保了项目在临床需求真实性、技术方案创新性、法规路径可行性、市场应用前景等多个维度得到全面审视。通过“以赛促学”的模式创造了一个高压、高沉浸度的主动学习环境，有效地将知识传授转变为能力培养，进而推动了“从竞赛到科研，从赛场到市场”的延续性发展路径。此外，许多高校系统构建了从“大学生创新训练项目”到“腾飞杯”创新创业大赛、中国“互联网+”大学生创新创业大赛等贯穿本硕阶段的竞赛培育体系。此模式不仅能显著提升学生的科研自信，更为后续深入研究奠定了扎实的理论与实验基础，使研究路径具有延续性。

3.4 构建协同治理新体系，深化医学特色，以临床需求为牵引

医工交叉培养不能仅停留在旧瓶装新酒的制度困境，要打破“多学科拼盘”之实，构建协同治理新体系。多数高校的医工交叉项目（如生物医学工程）挂靠在某一强势学院（通常是工学院或信息学院），医学院/医院仅作为“合作方”参与。该模式导致人才培养的“主场思维”过重，课程设置、毕业要求、导师资源都向主场学院倾斜，医学深度参与不足，学生难以建立真正的临床思维和需求视角。因此，应以临床需求为牵引，深化医学特色，重构课程体系。比如集中资源打造2~3个与自身优势学科紧密结合的特色方向（如智能手术机器人、可穿戴医疗设备、再生医学材料、智慧医院建筑与装备等），并围绕这些方向构建深度整合的课程模块。

为充分发挥医学的专科优势，应构建以医院为中心的医工交叉协同平台^［19-20］。医院作为医学数据核心库，是推动医工融合最关键的实践场所。在学校附属医院或合作医院内建立实体化的创新中心，使其成为学生常驻的“第二课堂”，让学生在医院里做研究，在真实场景中测试原型，构建沉浸式实践教学培养新模式。同时，应鼓励各大附属医院及医学中心牵头建立跨学科交流机制，定期举办聚焦前沿领域的学术会议、专题研讨会及科研经验分享会。中国已有成功实践案例，如北京大学第三医院，联合多家高校、科研院所和企业成立“北京学院路临床医学协同创新联盟” ^［21］；厦门大学附属心血管病医院组建多支专职医工结合团队^［22］，优化成果转化机制；西安交通大学第一附属医院建立了“外科梦工厂”平台^［23］，深度融合多学科力量，产出创新成果。

总之，通过“体系重构”与“特色深耕”，将过去的“工科为主、医学为辅”的依附式发展，转向“医工双核驱动、需求牵引”的融合式发展，让高校敢于打破制度枷锁，让学生真正扎根临床沃土，如此方能培养出能定义未来、引领变革的医工交叉顶尖创新人才。

4 讨论

4.1 医工交叉的战略意义与社会需求驱动

医工交叉学科作为当前最具活力与前景的领域之一，是解决临床实际需求、引领未来医疗变革的核心引擎，其发展受到多重社会需求的强劲驱动。首先，中国老龄化进程加速，对慢病管理、康复器械及智能养老设备的需求激增。其次，亟须开发更多高效、经济的诊疗与监护技术，以优化医疗资源分配^［24］。同时，全民健康意识提升也推动了对个性化的高端医疗服务和健康管理方案的需求。在此背景下，发展高质量的医工交叉教育，培养能够应对这些复杂挑战的复合型创新人才，具有至关重要的战略意义。

4.2 技术创新与应用案例彰显医工交叉的现实价值

当前，医工交叉技术正不断涌现出具有颠覆性潜力的创新应用。例如，西安交通大学开发的可穿戴柔性超声设备，为开发长期、动态的家庭监测提供了新工具^［25］。此外，医疗大数据结合AI使自我疾病监测成为可能^［26］，不仅为慢病患者提供用药指导，更能对房颤等高危突发疾病进行早期预警与主动干预。这些案例表明，以临床需求为出发点的医工深度融合，能够有效跨越从实验室到应用的“最后一公里”，真正推动医疗健康事业的进步。

4.3 研究生教育的核心作用与系统性重构路径

研究生教育作为拔尖创新人才培养的最高阶段，在医工交叉生态体系中扮演着承上启下的核心角色：既是当前科研攻关的直接参与者，亦是未来技术革新的中坚力量。因此，推动医工交叉教育从“规模扩张”向“质量提升”转型，实现系统性、深层次的融合重构，是保障该领域可持续发展的决定性环节。这要求教育体系必须打破传统的学科壁垒与制度束缚，构建以临床需求为牵引、以能力培养为核心、以交叉融合为常态的新型培养范式。

为实现医工交叉教育的高质量发展，必须进行一场深刻的、从理念到制度的系统性重构。主要体现在以下三个方面：①培养模式上，从“多学科拼盘”转向“医工双核驱动”，通过设立实体化交叉学院、推行双导师制、设立交叉学位等方式，保障医学与工程在制度层面的平等融合，例如西安交通大学、浙江大学等已在机构设置与制度保障方面率先突破，如设立交叉研究院、实施跨学科招生与学位授予^［27-28］，体现了系统化推进的初步成效。②在课程与教学上，坚持以“临床需求为牵引”，打造沉浸式实践教学体系，将课堂与实验室延伸至医院，并围绕各校优势学科建立特色课程模块。强调特色建设，鼓励各高校依托自身优势学科（如心血管、超声医学、康复工程等）开展差异化培养^［29-30］，避免同质化发展。③在评价机制上，改革以论文、专利数量为主导的评价体系，将解决临床实际问题的效能与社会效益作为核心衡量指标，引导科研人员投身于高价值的临床转化研究。例如，倡导“虚实联动”平台与“以赛促学”评审机制，通过模拟仿真与真实项目结合^［31］，提升学生解决复杂临床工程问题的能力，并在评价中引入临床效益与社会价值维度，引导科研向产业化倾斜。

5 结语

医工交叉是推动医疗健康向精准化、智能化发展的核心动力。中国医工交叉教育在政策支持下规模快速扩大，但仍面临知识壁垒、临床转化脱节、评价机制局限及人才培养体系僵化等深层挑战。为此，本文提出通过双导师制、平台构建、竞赛驱动与协同治理等途径，推动教育模式从“多学科拼盘”转向“医工双核驱动”，以培养复合型创新人才。本研究亦存在一定局限，如所提措施多基于国内外高校的典型案例与政策文本分析，缺乏大范围实证数据的支撑，其普适性仍需进一步验证。未来应开展长期追踪研究，通过问卷调查、案例分析等方法，量化评估双导师制、交叉课程等改革措施的实际成效评估。唯有通过持续制度创新与实践优化，推动医工交叉教育向系统化、特色化与临床导向的高质量阶段发展，才能最终培育出能够定义未来医疗健康的顶尖复合型创新人才。

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基金资助

2024年西安交通大学研究生教育改革项目(XJG2024055)

西安交通大学基本科研业务费团队和人才支持-青年创新团队项目(xtr052023006)