在北大，每個(gè)人都跨學(xué)科

吳星潼　王鈺琳　羅琳山　來星凡　劉文欣　謝蝶

2017年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)?lì)C給了研究生物課題的物理學(xué)家，經(jīng)濟(jì)學(xué)獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)?wù)哐芯康氖切睦韺W(xué)和經(jīng)濟(jì)分析相結(jié)合的“行為經(jīng)濟(jì)學(xué)”……新的學(xué)術(shù)發(fā)展和突破，往往出現(xiàn)在學(xué)科交錯(cuò)的邊界，跨學(xué)科已成為必然之勢(shì)。為了培養(yǎng)“引領(lǐng)未來的人”，北京大學(xué)設(shè)立了多層次的跨學(xué)科本科教育項(xiàng)目。

人人都跨學(xué)科

事實(shí)上，北大的每位同學(xué)都在享受著跨學(xué)科教育。

北大分為六個(gè)學(xué)部——理學(xué)部、信息與工程學(xué)部、人文學(xué)部、社會(huì)科學(xué)學(xué)部、經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)部和醫(yī)學(xué)部，120個(gè)專業(yè)，學(xué)科實(shí)力強(qiáng)勁，其中，41個(gè)學(xué)科被評(píng)為一流建設(shè)學(xué)科?？鐚W(xué)科教育形成“強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)手”的效果，而不是概念式的“蜻蜓點(diǎn)水”。

那么在北大，可以怎樣跨學(xué)科呢？

最基本的是課程層面，每位同學(xué)都要修12學(xué)分的“通識(shí)課”，在“限選課”和“自主選修課”部分，則可以自由選修其他院系課程。2016年教學(xué)改革之后，北大開放了全校性跨院系自由選課。

根據(jù)興趣自由選修其他院系的課程，容易只學(xué)到知識(shí)點(diǎn)。正在建設(shè)的課程模塊正要改變這種知識(shí)“單打獨(dú)斗”的情況。若對(duì)某個(gè)方向感興趣，則可以選擇該方向的課程模塊，里面有一組相關(guān)的課程，讓知識(shí)“成團(tuán)”。比如生命科學(xué)學(xué)院“遺傳與發(fā)育”模塊課程，包括《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法》《生物顯微攝影》《生物信息學(xué)基礎(chǔ)》和《組織學(xué)》。

除了對(duì)另一個(gè)方向興趣濃厚，還有輔修/雙學(xué)位。

2017年，北大23個(gè)院系開設(shè)了57個(gè)輔修專業(yè)，28個(gè)院系開設(shè)了35個(gè)雙學(xué)位，2017年招收雙學(xué)位1136人，超過1/3本科生修讀了雙學(xué)位。

此外，更具融合性的是交叉的跨學(xué)科項(xiàng)目，比如“古典語文學(xué)”項(xiàng)目和“思想與社會(huì)”項(xiàng)目?！肮诺湔Z文學(xué)”跨學(xué)科項(xiàng)目分中國古典學(xué)和西方古典學(xué)兩大方向，涉及的院系包括中文、歷史、哲學(xué)、外院、考古、藝術(shù)和元培?！八枷肱c社會(huì)”項(xiàng)目融合北大人文學(xué)科和社會(huì)學(xué)科的優(yōu)勢(shì)，涵蓋了社會(huì)學(xué)、哲學(xué)、政治學(xué)等方向的課程。

當(dāng)更符合學(xué)科結(jié)合優(yōu)勢(shì)和社會(huì)需要的前沿方向出現(xiàn)并成熟時(shí)，北大便將其設(shè)立為跨學(xué)科專業(yè)。為了用更新更專業(yè)的技術(shù)保護(hù)文物，文物保護(hù)技術(shù)專業(yè)（化學(xué)基礎(chǔ)方向）應(yīng)運(yùn)而生。研究他國歷史必懂他國語言，外國語言與外國歷史專業(yè)本身就有天然的關(guān)聯(lián)。整合科學(xué)專業(yè)促進(jìn)生命科學(xué)和其他定量科學(xué)之間的融合。還有古生物學(xué)、政治經(jīng)濟(jì)哲學(xué)、數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)……未來，可能有更多的跨學(xué)科的項(xiàng)目，有更多的項(xiàng)目變成跨學(xué)科專業(yè)。

用美食打比方，跨院系選課就像是吃一種主菜，再加一個(gè)小菜調(diào)劑口味；輔修或雙學(xué)位相當(dāng)于吃一套西餐再吃一套中餐，而跨學(xué)科項(xiàng)目或?qū)I(yè)更像是創(chuàng)造了一個(gè)新菜，比如西式菜的中式做法。

整科，科學(xué)之科學(xué)

王彬——整合科學(xué)14級(jí)學(xué)生——在大洋彼岸的MIT（麻省理工學(xué)院）度過了他大三的暑假，他跟隨Jeremy England教授，用物理和化學(xué)的概念和模型，研究自我復(fù)制這一生命系統(tǒng)的現(xiàn)象。而在MIT兩公里外的Harvard，王彬的兩位“戰(zhàn)友”——同是整科14級(jí)的姜家隆和朱吳東，也奮戰(zhàn)在不同的實(shí)驗(yàn)室。那個(gè)夏天，整科14級(jí)半數(shù)的學(xué)生進(jìn)入了世界知名的實(shí)驗(yàn)室做暑研。

二十一世紀(jì)，生命科學(xué)與數(shù)、理、化、工程、信息等定量科學(xué)廣泛交叉融合，引發(fā)的“第三次生命科學(xué)革命”正拉開帷幕。北大在2014年開始在元培學(xué)院設(shè)立“整合科學(xué)實(shí)驗(yàn)班”，旨在打破傳統(tǒng)學(xué)科之間的藩籬，實(shí)現(xiàn)數(shù)、理、化、生的整合，培養(yǎng)新一代的跨學(xué)科創(chuàng)新型人才。

湯超教授是北大整科最核心的定量生物學(xué)研究領(lǐng)域的領(lǐng)頭羊之一，談到整科的構(gòu)建，他認(rèn)為把各個(gè)學(xué)科的課程整合起來，對(duì)滲透學(xué)科交叉思維的科學(xué)前沿有更大的幫助。從前北大強(qiáng)調(diào)分開，較少強(qiáng)調(diào)整合，現(xiàn)在整科的發(fā)展恰好填充了這塊空白，同時(shí)也適應(yīng)北大本科教學(xué)改革多樣化的要求。

整科提供了有別于傳統(tǒng)學(xué)科的另一種可能性。談及“整合”二字，他以“微積分與力學(xué)及常微分方程”這門課程為例，溯源了“牛頓發(fā)明微積分，給他的力學(xué)系統(tǒng)找一個(gè)數(shù)學(xué)語言”的學(xué)科歷史，認(rèn)為數(shù)學(xué)和物理的整合“更自然，更接近于這個(gè)學(xué)科的本質(zhì)”。數(shù)院的數(shù)學(xué)分析比整科的數(shù)學(xué)更嚴(yán)格更體系化，但整科從問題本身出發(fā)的思路，則更適合于純數(shù)學(xué)以外的其他自然學(xué)科的數(shù)學(xué)應(yīng)用。

整科的第一版培養(yǎng)方案是一批不同專業(yè)的教授討論了很多次才確定的，之后在行進(jìn)中根據(jù)遇到的問題進(jìn)行調(diào)整，四年來一直都在更新。

整科其實(shí)“學(xué)生物”。

教授定量分子生物學(xué)的齊志老師陪伴整科走過了四年，但他仍然記得走上崗位之初，他曾問一位老教授，真的把一門課上好要花多長(zhǎng)時(shí)間；老教授說，十年。四年講同一門課，內(nèi)容已經(jīng)滾瓜爛熟，但他依然不敢懈怠。每一年開課前，他都拿實(shí)驗(yàn)室的研究生當(dāng)小白鼠試講，根據(jù)反饋調(diào)整，再給本科生上課；講義也不是一成不變的，要把最前沿的研究滲透進(jìn)去；聽講的人也是一茬一茬地?fù)Q，每一年都要重新掌握學(xué)生的情況，比如有些競(jìng)賽生知識(shí)儲(chǔ)存豐富，但要針對(duì)他們的薄弱點(diǎn)進(jìn)行訓(xùn)練，如專業(yè)名詞的英文學(xué)習(xí)。

學(xué)生時(shí)代的齊志老師，深信二十一世紀(jì)是生物的世紀(jì)；但真正進(jìn)入二十一世紀(jì)，齊志老師發(fā)現(xiàn)，二十一世紀(jì)確實(shí)是生物的世紀(jì)，但生物研究已經(jīng)從定性轉(zhuǎn)到定量。整合科學(xué)的定量分子生物學(xué)區(qū)別于傳統(tǒng)的分子生物學(xué)就在于——用定量的技術(shù)手段描述生物。

北大整科目前的課程設(shè)置圍繞生物自然體系，最對(duì)口的研究方向是定量生物學(xué)。但是整科前兩年的課程是專門設(shè)置的，后兩年有很大的自由度，有志于數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、信息與生物的交叉研究，高年級(jí)時(shí)可以自由選擇相關(guān)的課程。

整科14級(jí)朱宇森有志于工科與生物的交叉，后兩年自主選擇了相關(guān)的課程，跟隨黃巖誼老師做了微流相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，目前在中科院半導(dǎo)體所做腦電實(shí)驗(yàn)。他和許多整科同學(xué)一樣，腳踏實(shí)地從整科的構(gòu)架出發(fā)，在后兩年卻走向比狹義的生物定量學(xué)更寬闊的研究道路。

除了整合課程，多達(dá)26學(xué)分的實(shí)驗(yàn)課-構(gòu)成了培養(yǎng)方案另一大部分。整科第一年的綜合實(shí)驗(yàn)課程是專門設(shè)計(jì)的，都是些以問題為導(dǎo)向、頗有趣味的小實(shí)驗(yàn)。第二年則挑了三十多個(gè)與課程相關(guān)的實(shí)驗(yàn)室，學(xué)生從中選八個(gè)實(shí)驗(yàn)，跟著不同的老師，到不同的實(shí)驗(yàn)室，感受不同學(xué)科甚至跨學(xué)科的真正科研性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)課教師黃巖誼強(qiáng)調(diào)，雖然北大的傳統(tǒng)就很重視本科實(shí)驗(yàn)的訓(xùn)練，但整科更注重的是不同學(xué)科實(shí)驗(yàn)的整合，它的實(shí)驗(yàn)手段和思維方式，是多個(gè)學(xué)科的整合。有一次他把基礎(chǔ)的光學(xué)的基本知識(shí)穿插在實(shí)驗(yàn)里全部講完——幾個(gè)小時(shí)消化掉大學(xué)本科最重要的光學(xué)內(nèi)容，然后做一個(gè)小實(shí)驗(yàn)——利用手機(jī)的攝像頭，少數(shù)零件、工具和器材，做一個(gè)放大倍數(shù)盡量高的顯微鏡。

不同于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，整科實(shí)驗(yàn)把真正的科研思維融入到本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，每個(gè)實(shí)驗(yàn)會(huì)有明確的主題，但是沒有按部就班的實(shí)驗(yàn)大綱，要求學(xué)生快速學(xué)習(xí)、快速應(yīng)用、快速檢驗(yàn)，像真正的科研那樣，提出一個(gè)想法，解決一個(gè)問題。比如制作測(cè)量振蕩的化學(xué)反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置時(shí)，需要化學(xué)基礎(chǔ)，需要設(shè)置電路，需要學(xué)會(huì)編程，與繁重的任務(wù)相對(duì)的卻是極短的時(shí)間。每周一次的實(shí)驗(yàn)課，整科的學(xué)生早晨八點(diǎn)鐘來到實(shí)驗(yàn)室，往往下午五點(diǎn)鐘才走出實(shí)驗(yàn)室。

整科是一個(gè)傳說中學(xué)術(shù)大神扎堆出沒的地方，就如14級(jí)的20余名學(xué)生里，有奧賽獎(jiǎng)牌得主、有自招高分考生、還有省市狀元，這些是他們輝煌的過去。而選擇做第一個(gè)吃螃蟹的人，伴隨著整合科學(xué)一起成長(zhǎng)的四年里，也流傳著各種各樣的傳奇—號(hào)稱彬神的王彬大時(shí)幫全體整科同學(xué)補(bǔ)習(xí)群論知識(shí)：林詠婕同學(xué)大一下學(xué)期開始旁聽整科的課程，最終成功從工學(xué)院轉(zhuǎn)入……

數(shù)據(jù)科學(xué)：北大這個(gè)學(xué)科竟然教“煉丹”？

雙十一全天交易額再創(chuàng)新高；微信音視頻日成功通話次數(shù)較去年增長(zhǎng)106%；人工智能在IQ測(cè)試中超越人類；人類棋手不敵AlphaGo；AlphaGo Zero 3天擊敗AlphaGo；……

2017年，一股有關(guān)人工智能、大數(shù)據(jù)的風(fēng)潮席卷而來。對(duì)于北京大學(xué)數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)方向（以下簡(jiǎn)稱數(shù)據(jù)科學(xué)方向或數(shù)科）的同學(xué)來說，數(shù)據(jù)科學(xué)成為全社會(huì)矚目的焦點(diǎn)，在情理之中，當(dāng)然也給他們帶來了一些小小的自豪感。

數(shù)據(jù)科學(xué)是什么？能吃嗎？

北大數(shù)據(jù)科學(xué)方向15級(jí)本科生、北大前數(shù)據(jù)科學(xué)學(xué)會(huì)會(huì)長(zhǎng)、現(xiàn)元培學(xué)院學(xué)生學(xué)術(shù)協(xié)會(huì)主席伍維晨就談到，目前對(duì)“大數(shù)據(jù)”“數(shù)據(jù)科學(xué)”這些概念存在“濫用和誤解”。數(shù)據(jù)科學(xué)強(qiáng)調(diào)的是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，并不必然要求大量的數(shù)據(jù)?，F(xiàn)在的研究主要面向大數(shù)據(jù)，是為了適應(yīng)數(shù)據(jù)爆炸的背景。同時(shí)，“大數(shù)據(jù)”研究也不單指研究數(shù)據(jù)量的龐大，如果只是采取簡(jiǎn)單的描述性統(tǒng)計(jì)，那么再大的數(shù)據(jù)量也不能稱作“大數(shù)據(jù)”研究。數(shù)科領(lǐng)域現(xiàn)在最火的“深度學(xué)習(xí)”，大眾看來神乎其神，卻被業(yè)內(nèi)的人戲稱為“煉丹”——只知道煉出來是個(gè)丹，但是不知道煉丹爐內(nèi)究竟發(fā)生什么了化學(xué)反應(yīng)。唯一比古代的“煉丹術(shù)”好的一點(diǎn)，可能是古代煉丹煉不出長(zhǎng)生不老藥，而深度學(xué)習(xí)能“煉”出可應(yīng)用的東西。

另一方面，由研究到從業(yè)，社會(huì)對(duì)“大數(shù)據(jù)”人才的需求量都非常大。社會(huì)需要這樣的人才：不僅要有數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)、統(tǒng)計(jì)的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，也要能懂模型算法、解決實(shí)際問題。這些，在單純的數(shù)學(xué)或者說統(tǒng)計(jì)、計(jì)算機(jī)的專業(yè)難以達(dá)到；數(shù)據(jù)科學(xué)便應(yīng)運(yùn)而生。北大的數(shù)據(jù)科學(xué)本科方向在數(shù)院、信科兩院都開設(shè)，元培數(shù)據(jù)科學(xué)則進(jìn)行了培養(yǎng)方案的進(jìn)一步優(yōu)化整合。數(shù)院、信科的數(shù)據(jù)科學(xué)方向的培養(yǎng)方案強(qiáng)調(diào)數(shù)學(xué)科學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)的專業(yè)性，站在數(shù)據(jù)科學(xué)的角度講，就包括了一些與數(shù)科不直接相關(guān)的課程，比如在純數(shù)學(xué)領(lǐng)域非常重要的“解析幾何”、號(hào)稱信科“第一大神課”的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)導(dǎo)論（ICS）。伍維晨曾提到的數(shù)據(jù)科學(xué)兩大面向，是元培數(shù)據(jù)科學(xué)的培養(yǎng)方案的根據(jù)之一：“第一是統(tǒng)計(jì)的面向，例如概率論，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)；第二是計(jì)算的面向，例如數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法，算法設(shè)計(jì)與分析，優(yōu)化算法?！被谶@點(diǎn)，數(shù)科展現(xiàn)了以數(shù)據(jù)為核心的學(xué)科交叉融合。

鄂維南教授曾經(jīng)將中國大學(xué)生和西方大學(xué)生作比較，認(rèn)為中國大學(xué)生往往給人留下勤奮用功、大量刷題，卻缺乏學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和獨(dú)立思考能力的刻板印象。作為數(shù)科專業(yè)的建制人之一，他希望改變這種現(xiàn)狀，而必要的一個(gè)手段，就是用足夠的自由解放學(xué)生的自我驅(qū)動(dòng)力。

數(shù)據(jù)科學(xué)15級(jí)的張宏毅對(duì)“數(shù)理邏輯”課堂上的“形式化”論題記憶猶新。通俗來講，形式化過程就是把想要表達(dá)的意義用符號(hào)表示出來?！皵?shù)學(xué)就是要研究，我們?cè)鯓尤バ问交允沟米匀徽Z言最嚴(yán)格”、“我現(xiàn)在說了一句話，如何用符號(hào)最能表達(dá)我的意思？我把所有的話都寫成符號(hào)，是不是能表達(dá)世間所有的意思？”，從數(shù)學(xué)符號(hào)問題，張宏毅展開豐富的聯(lián)想。他甚至想到“可計(jì)算性”，想到計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力和人腦的計(jì)算能力的區(qū)別界限。雖然這些問題目前可能沒有答案，但這些思考，使他不僅將數(shù)科作為他生命里的一個(gè)職業(yè)，更試圖為之奠基。

張宏毅選修的數(shù)理邏輯，在北大的信科和數(shù)院都有開設(shè)，但是難度有差異。在數(shù)科，同學(xué)有較大的選擇權(quán)。因?yàn)閷?duì)這方面感興趣，張宏毅選了數(shù)學(xué)學(xué)院開設(shè)的稍難的一門。事實(shí)上，數(shù)據(jù)科學(xué)方向的培養(yǎng)方案十分自由，2016年的培養(yǎng)方案是學(xué)生自己參與制定的。數(shù)科畢業(yè)的硬性學(xué)分要求是130分，比普通院系少十幾分，目的就是精簡(jiǎn)課程、突出核心，同時(shí)讓大家在選修課上有更多自由發(fā)揮的空間。自由的空間讓他們將興趣的觸角伸向了各個(gè)方向，以數(shù)據(jù)科學(xué)為根，盛放出絢爛奪目的花。

數(shù)據(jù)科學(xué)是一門理論性和實(shí)踐性并重的學(xué)科，它有著非常理論性的面向，比如統(tǒng)計(jì)學(xué)理論：也有非常實(shí)踐性的面向，比如數(shù)據(jù)科學(xué)在醫(yī)療、交通、環(huán)境、金融等各行各業(yè)的應(yīng)用。

在醫(yī)療方面，CT圖像要用X光照射，但X光對(duì)人體有傷害。用比較低劑量的X光照射可以減輕對(duì)人體的傷害。但劑量越低，噪聲就越大，會(huì)加劇檢測(cè)中的干擾。數(shù)據(jù)科學(xué)可以把模糊的圖像還原成清晰的圖像，從而解決這一矛盾。

再如無人駕駛。對(duì)人的駕駛來說，從目標(biāo)的確定開始，然后對(duì)周圍的環(huán)境進(jìn)行判斷，再由一系列復(fù)雜的生物化學(xué)反應(yīng)得出對(duì)情境的判斷，最后決定左拐或右拐，加油或剎車。這個(gè)過程人工智能應(yīng)該怎么處理呢？這也需要數(shù)據(jù)科學(xué)。

責(zé)任編輯：尹穎堯