吳星潼　王鈺琳　羅琳山　來星凡　劉文欣　謝蝶

2017年諾貝爾化學獎頒給了研究生物課題的物理學家，經(jīng)濟學獎獲獎者研究的是心理學和經(jīng)濟分析相結合的“行為經(jīng)濟學”……新的學術發(fā)展和突破，往往出現(xiàn)在學科交錯的邊界，跨學科已成為必然之勢。為了培養(yǎng)“引領未來的人”，北京大學設立了多層次的跨學科本科教育項目。

人人都跨學科

事實上，北大的每位同學都在享受著跨學科教育。

北大分為六個學部——理學部、信息與工程學部、人文學部、社會科學學部、經(jīng)濟與管理學部和醫(yī)學部，120個專業(yè)，學科實力強勁，其中，41個學科被評為一流建設學科?？鐚W科教育形成“強強聯(lián)手”的效果，而不是概念式的“蜻蜓點水”。

那么在北大，可以怎樣跨學科呢？

最基本的是課程層面，每位同學都要修12學分的“通識課”，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，容易只學到知識點。正在建設的課程模塊正要改變這種知識“單打獨斗”的情況。若對某個方向感興趣，則可以選擇該方向的課程模塊，里面有一組相關的課程，讓知識“成團”。比如生命科學學院“遺傳與發(fā)育”模塊課程，包括《數(shù)據(jù)結構與算法》《生物顯微攝影》《生物信息學基礎》和《組織學》。

除了對另一個方向興趣濃厚，還有輔修/雙學位。

2017年，北大23個院系開設了57個輔修專業(yè)，28個院系開設了35個雙學位，2017年招收雙學位1136人，超過1/3本科生修讀了雙學位。

此外，更具融合性的是交叉的跨學科項目，比如“古典語文學”項目和“思想與社會”項目。“古典語文學”跨學科項目分中國古典學和西方古典學兩大方向，涉及的院系包括中文、歷史、哲學、外院、考古、藝術和元培?！八枷肱c社會”項目融合北大人文學科和社會學科的優(yōu)勢，涵蓋了社會學、哲學、政治學等方向的課程。

當更符合學科結合優(yōu)勢和社會需要的前沿方向出現(xiàn)并成熟時，北大便將其設立為跨學科專業(yè)。為了用更新更專業(yè)的技術保護文物，文物保護技術專業(yè)（化學基礎方向）應運而生。研究他國歷史必懂他國語言，外國語言與外國歷史專業(yè)本身就有天然的關聯(lián)。整合科學專業(yè)促進生命科學和其他定量科學之間的融合。還有古生物學、政治經(jīng)濟哲學、數(shù)據(jù)科學與大數(shù)據(jù)技術……未來，可能有更多的跨學科的項目，有更多的項目變成跨學科專業(yè)。

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

整科，科學之科學

王彬——整合科學14級學生——在大洋彼岸的MIT（麻省理工學院）度過了他大三的暑假，他跟隨Jeremy England教授，用物理和化學的概念和模型，研究自我復制這一生命系統(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級的姜家隆和朱吳東，也奮戰(zhàn)在不同的實驗室。那個夏天，整科14級半數(shù)的學生進入了世界知名的實驗室做暑研。

二十一世紀，生命科學與數(shù)、理、化、工程、信息等定量科學廣泛交叉融合，引發(fā)的“第三次生命科學革命”正拉開帷幕。北大在2014年開始在元培學院設立“整合科學實驗班”，旨在打破傳統(tǒng)學科之間的藩籬，實現(xiàn)數(shù)、理、化、生的整合，培養(yǎng)新一代的跨學科創(chuàng)新型人才。

湯超教授是北大整科最核心的定量生物學研究領域的領頭羊之一，談到整科的構建，他認為把各個學科的課程整合起來，對滲透學科交叉思維的科學前沿有更大的幫助。從前北大強調(diào)分開，較少強調(diào)整合，現(xiàn)在整科的發(fā)展恰好填充了這塊空白，同時也適應北大本科教學改革多樣化的要求。

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

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，之后在行進中根據(jù)遇到的問題進行調(diào)整，四年來一直都在更新。

整科其實“學生物”。

教授定量分子生物學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時間；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，他都拿實驗室的研究生當小白鼠試講，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去；聽講的人也是一茬一茬地換，每一年都要重新掌握學生的情況，比如有些競賽生知識儲存豐富，但要針對他們的薄弱點進行訓練，如專業(yè)名詞的英文學習。

學生時代的齊志老師，深信二十一世紀是生物的世紀；但真正進入二十一世紀，齊志老師發(fā)現(xiàn)，二十一世紀確實是生物的世紀，但生物研究已經(jīng)從定性轉到定量。整合科學的定量分子生物學區(qū)別于傳統(tǒng)的分子生物學就在于——用定量的技術手段描述生物。

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

整科14級朱宇森有志于工科與生物的交叉，后兩年自主選擇了相關的課程，跟隨黃巖誼老師做了微流相關的實驗，目前在中科院半導體所做腦電實驗。他和許多整科同學一樣，腳踏實地從整科的構架出發(fā)，在后兩年卻走向比狹義的生物定量學更寬闊的研究道路。

除了整合課程，多達26學分的實驗課-構成了培養(yǎng)方案另一大部分。整科第一年的綜合實驗課程是專門設計的，都是些以問題為導向、頗有趣味的小實驗。第二年則挑了三十多個與課程相關的實驗室，學生從中選八個實驗，跟著不同的老師，到不同的實驗室，感受不同學科甚至跨學科的真正科研性質(zhì)的實驗。

實驗課教師黃巖誼強調(diào)，雖然北大的傳統(tǒng)就很重視本科實驗的訓練，但整科更注重的是不同學科實驗的整合，它的實驗手段和思維方式，是多個學科的整合。有一次他把基礎的光學的基本知識穿插在實驗里全部講完——幾個小時消化掉大學本科最重要的光學內(nèi)容，然后做一個小實驗——利用手機的攝像頭，少數(shù)零件、工具和器材，做一個放大倍數(shù)盡量高的顯微鏡。

不同于傳統(tǒng)實驗，整科實驗把真正的科研思維融入到本科實驗教學中，每個實驗會有明確的主題，但是沒有按部就班的實驗大綱，要求學生快速學習、快速應用、快速檢驗，像真正的科研那樣，提出一個想法，解決一個問題。比如制作測量振蕩的化學反應的實驗裝置時，需要化學基礎，需要設置電路，需要學會編程，與繁重的任務相對的卻是極短的時間。每周一次的實驗課，整科的學生早晨八點鐘來到實驗室，往往下午五點鐘才走出實驗室。

整科是一個傳說中學術大神扎堆出沒的地方，就如14級的20余名學生里，有奧賽獎牌得主、有自招高分考生、還有省市狀元，這些是他們輝煌的過去。而選擇做第一個吃螃蟹的人，伴隨著整合科學一起成長的四年里，也流傳著各種各樣的傳奇—號稱彬神的王彬大時幫全體整科同學補習群論知識：林詠婕同學大一下學期開始旁聽整科的課程，最終成功從工學院轉入……

數(shù)據(jù)科學：北大這個學科竟然教“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106%；人工智能在IQ測試中超越人類；人類棋手不敵AlphaGo；AlphaGo Zero 3天擊敗AlphaGo；……

2017年，一股有關人工智能、大數(shù)據(jù)的風潮席卷而來。對于北京大學數(shù)據(jù)科學與大數(shù)據(jù)方向（以下簡稱數(shù)據(jù)科學方向或數(shù)科）的同學來說，數(shù)據(jù)科學成為全社會矚目的焦點，在情理之中，當然也給他們帶來了一些小小的自豪感。

數(shù)據(jù)科學是什么？能吃嗎？

北大數(shù)據(jù)科學方向15級本科生、北大前數(shù)據(jù)科學學會會長、現(xiàn)元培學院學生學術協(xié)會主席伍維晨就談到，目前對“大數(shù)據(jù)”“數(shù)據(jù)科學”這些概念存在“濫用和誤解”。數(shù)據(jù)科學強調(diào)的是對數(shù)據(jù)進行深入分析，并不必然要求大量的數(shù)據(jù)。現(xiàn)在的研究主要面向大數(shù)據(jù)，是為了適應數(shù)據(jù)爆炸的背景。同時，“大數(shù)據(jù)”研究也不單指研究數(shù)據(jù)量的龐大，如果只是采取簡單的描述性統(tǒng)計，那么再大的數(shù)據(jù)量也不能稱作“大數(shù)據(jù)”研究。數(shù)科領域現(xiàn)在最火的“深度學習”，大眾看來神乎其神，卻被業(yè)內(nèi)的人戲稱為“煉丹”——只知道煉出來是個丹，但是不知道煉丹爐內(nèi)究竟發(fā)生什么了化學反應。唯一比古代的“煉丹術”好的一點，可能是古代煉丹煉不出長生不老藥，而深度學習能“煉”出可應用的東西。

另一方面，由研究到從業(yè)，社會對“大數(shù)據(jù)”人才的需求量都非常大。社會需要這樣的人才：不僅要有數(shù)學、計算機、統(tǒng)計的堅實基礎，也要能懂模型算法、解決實際問題。這些，在單純的數(shù)學或者說統(tǒng)計、計算機的專業(yè)難以達到；數(shù)據(jù)科學便應運而生。北大的數(shù)據(jù)科學本科方向在數(shù)院、信科兩院都開設，元培數(shù)據(jù)科學則進行了培養(yǎng)方案的進一步優(yōu)化整合。數(shù)院、信科的數(shù)據(jù)科學方向的培養(yǎng)方案強調(diào)數(shù)學科學和計算機科學的專業(yè)性，站在數(shù)據(jù)科學的角度講，就包括了一些與數(shù)科不直接相關的課程，比如在純數(shù)學領域非常重要的“解析幾何”、號稱信科“第一大神課”的計算機系統(tǒng)導論（ICS）。伍維晨曾提到的數(shù)據(jù)科學兩大面向，是元培數(shù)據(jù)科學的培養(yǎng)方案的根據(jù)之一：“第一是統(tǒng)計的面向，例如概率論，數(shù)據(jù)統(tǒng)計；第二是計算的面向，例如數(shù)據(jù)結構與算法，算法設計與分析，優(yōu)化算法?！被谶@點，數(shù)科展現(xiàn)了以數(shù)據(jù)為核心的學科交叉融合。

鄂維南教授曾經(jīng)將中國大學生和西方大學生作比較，認為中國大學生往往給人留下勤奮用功、大量刷題，卻缺乏學習的主動性和獨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，而必要的一個手段，就是用足夠的自由解放學生的自我驅(qū)動力。

數(shù)據(jù)科學15級的張宏毅對“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的意義用符號表示出來?！皵?shù)學就是要研究，我們怎樣去形式化以使得自然語言最嚴格”、“我現(xiàn)在說了一句話，如何用符號最能表達我的意思？我把所有的話都寫成符號，是不是能表達世間所有的意思？”，從數(shù)學符號問題，張宏毅展開豐富的聯(lián)想。他甚至想到“可計算性”，想到計算機的計算能力和人腦的計算能力的區(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，但是難度有差異。在數(shù)科，同學有較大的選擇權。因為對這方面感興趣，張宏毅選了數(shù)學學院開設的稍難的一門。事實上，數(shù)據(jù)科學方向的培養(yǎng)方案十分自由，2016年的培養(yǎng)方案是學生自己參與制定的。數(shù)科畢業(yè)的硬性學分要求是130分，比普通院系少十幾分，目的就是精簡課程、突出核心，同時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方向，以數(shù)據(jù)科學為根，盛放出絢爛奪目的花。

數(shù)據(jù)科學是一門理論性和實踐性并重的學科，它有著非常理論性的面向，比如統(tǒng)計學理論：也有非常實踐性的面向，比如數(shù)據(jù)科學在醫(yī)療、交通、環(huán)境、金融等各行各業(yè)的應用。

在醫(yī)療方面，CT圖像要用X光照射，但X光對人體有傷害。用比較低劑量的X光照射可以減輕對人體的傷害。但劑量越低，噪聲就越大，會加劇檢測中的干擾。數(shù)據(jù)科學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。對人的駕駛來說，從目標的確定開始，然后對周圍的環(huán)境進行判斷，再由一系列復雜的生物化學反應得出對情境的判斷，最后決定左拐或右拐，加油或剎車。這個過程人工智能應該怎么處理呢？這也需要數(shù)據(jù)科學。

責任編輯：尹穎堯