【编者按】

立足当下，北京大学深圳研究生院紧贴“问题导向，南北联动，AI牵引，创新融合”的未来发展理念，扎根大湾区，深耕人才培养；展望未来，深研院致力于建设北大新工科的“南方基地”，打造人才培养-学术研究-区域产业耦合的北大深圳校地协同创新共赢体。课堂，作为培养人才的平台媒介，在传道受业解惑中构建起从知识到人才、从传承到创新、从现在到未来的桥梁。

教学互动发生在教室中的引经据典、纵观古今，发生在实验室里的言传身授、钻坚研微，发生在咖啡袅袅余香里的娓娓闲谈，发生在透向社会的困知勉行。深研院的教学互动发生在不同的地点，发生自不同的学科。让我们跟随南燕新闻社记者的脚步，走进不同的南燕课堂，聆听每个课堂独特的故事。

2022年12月4日，一场集结了诺奖得主、中国两院院士、诸多名校教授和产业精英的“未来之后——AI4S鹏城学术论坛”在线上热火朝天地举行，有超过二百八十万人次的听众在线聆听了精彩的报告。中国科学院院士、北京大学副校长、北京大学深圳研究生院院长张锦教授和中国工程院院士、鹏城实验室主任高文院士亲自策划、组织了这场学术盛宴并担任论坛联合主席。广东省科技厅副厅长吴世文评价道:“在深圳这片热土探讨AI for Science，能够链接全球顶尖学术资源，建设AI牵引的学术生态，形成战略科技力量发展合力，为构建创新型国家，推动广东省构建教育支撑创新、科技引领产业的融合共进新模式提供不竭的源头动力，意义深远。”

在人类科学探索进程中，研究范式经历了多次变革。作为第三范式的科学计算与仿真模拟应需而生，并对最近几十年的科学研究和发展产生了重要影响。可即便如此，传统科学研究范式仍然有着固有的不足，依赖变量过多、计算量指数增加都对计算仿真方法带来维度灾难。2007年，图灵奖得主Jim Gray首次提出了科学研究第四范式，AI for Science就是通过使用人工智能来完成科学研究中的高维建模和数值模拟，解决由维度灾难引起的计算复杂性难题。如今在所有与科学技术相关的领域中，AI技术都已经渗透了进去。对于田永鸿教授来说，这已然变成了一个不可逆而且充满着机遇和可能性的趋势。

田永鸿教授是北京大学博雅特聘教授，博士生导师，北京大学深圳研究生院信息工程学院院长，鹏城实验室网络智能部副主任兼云脑研究所所长，鹏城云脑技术总师。他的主要研究方向为分布式机器学习、神经形态视觉和视频大数据。田永鸿教授认为，通过横跨文理工的多领域学科布局，积极探索开设科学智能（AI4S）的交叉学科专业，打造“五星绽放”的AI4S研究与人才体系，架构以AI为纽带的跨界融合学科-科研-育人体系迫在眉睫，这也是他开设《AI for Science导论（智慧科学导论）》课程的原因。

在北大深研院，田永鸿教授开设的《AI for Science导论（智慧科学导论）》无疑为全体师生提供了与AI最前沿领域亲密接触的机会。在田永鸿教授看来，AI4S课程所倡导的探索开设科学智能的交叉学科专业这一趋势将会极大促进人才培养模式的变革，并改变科学领域的创新模式。“从AlphaFold2 到DeepCam，AI4S方兴未艾，正催生新的科学范式。我们做的都是过去从未做过甚至想象过的事情，”田永鸿教授继续补充道，“借用一句话来讲，就是我们对未来的所有想象都太保守了！”

从“第四范式”到“全球独家”

“用一个简单的公式来表达，AI4S=科学大数据+大规模算力+高性能AI模型，它代表着计算领域的新一代方法和科学机遇。过去的科学界一直把science当作technology的基础，但是现在AI技术作为科学下游末端的衍生却正在反哺整个科学研究领域，这是一个颠覆性的变化。”

在具体应用层面，AI4S一方面可以通过AI模型替换传统模型实现松耦合研究模式，另一方面也可以根据科学问题设计融合理论、定理与AI模型的科学智能混合模型实现紧耦合研究模式。在这个意义上，AI在现阶段智慧科学研究领域的应用是工具性的。《AI for Science导论》的基础部分正是精选自田永鸿教授讲授的北大计算机学院本硕阶段必修课《机器学习基础》。

“作为一门课程中最重要的，我认为是教给学生探索新理论、新观点、新视角的方法。要认识这“三新”，首先得要有工具。传统科学研究的计算方法十分有限，但如果你有一个强大的工具，就能把计算量级提升至百倍、千倍甚至万倍，这个工具就是AI。如果你对AI4S有一定的了解，你就会惊讶于它加速科学发现和加速基础科学研究的效力。用金庸武侠小说中的一句话来说就是，天下武功，唯快不破。”

对于《AI for Science导论》课程的学习，具有人工智能和机器学习的理论和实践基础是必要的；但对于田永鸿教授来说，他更看重的是学生对于科学的热爱。田永鸿教授提到了他今年招收的一个博士生，这名博士生之前通过物理竞赛到清华，在物理方面的理论和知识都有很透彻地了解。“其实这样子才是最好，你看他既在传统科学领域有着非常好的基础，又有用AI继续探索物理世界的强烈兴趣。每个人的人生其实很短暂，一定要做自己擅长的事情，每个人要发挥自己专长。”

AI4S即使放在新兴的AI领域，都是非常前沿的话题。2018年夏天，中国科学院院士、北京大学讲席教授鄂维南领衔在燕园举办AI for Science会议，是国际上首次以其命名的研讨会。随后，AI4S相关的报告和讲座如雨后春笋般涌出。但要说到智慧科学研究领域的系统性学习课程，田永鸿教授的《AI for Science导论》是名副其实的全球首次。“北大是中国最适合发展AI4S学科的高校，因为我们的理工科是十分前沿、十分优秀的，”田永鸿教授兴致勃勃地说道，“在未来，我想把这门课发展成为每学年固定的课程，与‘未来之后’学术论坛相辅相成，形成‘高端+基础科学’的两条路线，然后以这两门路线为主，打造我们深研院的特色品牌。”

始于AI，不止AI

田永鸿教授透露，作为一门首次开设的公选课，来上课的学生主要都来自于信工学院，但他希望在未来有更多研究物理、化学、生物的学生来选修这门课，因为《AI for Science导论》本质上是一门横跨多领域学科布局的交叉学科。《AI for Science导论》的课程设置分为三大部分，第一部分是关于AI4S的基础理论知识以及机器学习领域的典型方法；AI4S的重点是“for Science”，因此田永鸿教授邀请了不同领域的专家学者以“AI+”的课题来进行讲授，这是第二个部分，亦即AI与不同学科的结合；第三部分是实操，田永鸿教授邀请了华为和英伟达公司的专家为学生授课——这两家公司是目前主流的AI计算平台提供商，在智慧科学领域的研究和应用十分深入，分别代表了国际和本土企业，能让学生全面了解到AI4S的发展现状和产业落地情况。

“《AI for Science导论》涵盖的领域非常广，我一个人不可能把所有的学科讲完，一定是要请到不同领域内最强的、最前沿的专家给学生讲课，我相信这是非常有益处的，这样的授课方式不至于让学生固化。比如说AI for AI领域我邀请了长江学者孟德宇教授，AI for Marine邀请了戈登贝尔奖获得者薛巍教授，AI for Materials邀请了深研院新材料学院院长潘锋教授，AI for生命科学邀请了陈杰教授等等。最初由于疫情影响，有些课改成了线上课，就比方说潘锋老师的那堂课，他通过多平台直播，最终有4万多人来听课。”

除了“AI驱动新工科、新理科”，“AI驱动新文科”也在田永鸿教授未来的规划之中。“事实上，在社会科学领域，‘AI +金融’已经做的很好了，像美国股市上有很多量化投资操作就是应用的AI技术。我计划明年加入这方面的内容，希望到时候能在课堂上看到来自国法和汇丰的同学。”

田永鸿教授认为，《AI for Science导论》的交叉学科内涵不仅仅是针对创新性人才的学生培养，对于张锦副校长提出的“在南北融合、合纵连横的背景下，促进学科交叉研究模式的建立和产学研融通发展，积极打造北大新工科建设”也有着重要的意义。田永鸿教授是智慧科学交叉研究的践行者之一，他与信息工程学院的陈杰副教授和数学科学学院的杨超教授参与的“领先于病毒的进化——通过人工智能模拟预测未来高风险新冠病毒变异株”研究项目成功入围2022年度“戈登贝尔新冠特别奖”，也是本次入围中唯一来自中国团队的项目。

“我特别喜欢微软全球AI4S研究团队领导者Chris Bishop教授说过的一段话：‘未来十年，深度学习注定将会给自然科学带来变革性的影响，其结果具有潜在的深远意义，可能会极大地提高我们在差异巨大的空间和时间尺度上对自然现象进行建模和预测的能力’。这段话说的非常有力度，我在上课时讲很多次，我告诉学生们一定要记住这句话，而且我希望我们研究基础科学的这些老师能够团结起来一起奋进，不做旁观者。因为这不是旁观的事，这是未来。”

AI牵引，创新融合

对于田永鸿教授来说，《AI for Science导论》不仅仅只是一门课程这么简单，在他的未来规划中，北大不仅是世界上第一个开始AI4S课程的高校，更要成为世界上第一个建立起AI4S学科的高校。AI4S作为科学研究领域的前沿，可以为传统研究范式无法解决的问题提供新的方法路径，不断拓宽科学发现的研究领域和学科方法，但是在现今新科学范式转型的起点上，国内的AI4S高端人才极度短缺，在田永鸿教授看来，抓住一切时机尽早建立起AI4S学科平台是非常紧迫的事。

北京大学深圳研究生院一直坚持着“问题导向、南北联动、AI牵引、创新融合”的未来发展理念，着力打造人才培养-学术研究-区域产业耦合的北大深圳校地协同创新共赢体。AI4S学科和平台的建设是一个长期的过程，除了资金上的支持，国内外高层次人才及青年学者的引进，还需要诸如数据库、自动化仪器设备等研究设施的配套跟进。

田永鸿教授感谢张锦副校长一直以来对于AI4S学科建设试点的重视和大力支持。作为“未来之后”AI4S鹏城学术论坛的联合主席，张锦副校长非常看重AI4S与不同学科连接之中产生的巨大潜力。出于这个缘故，北京大学深圳研究生将举办月度AI4S特邀专家主题讲座，并于每年12月举行院庆AI4S系列学术论坛，共同探讨AI4S学科领域未来发展大计，持续推动AI4S学科平台与新科研范式牵引下的研究创新。

“我希望真的能够有那么一些学生是真的把这个课听进去、学会了，能够对他的研究有一点贡献，因为科研是一个漫长的过程，也许这些人10年或者20年以后有了新的科研进展，那也是对我们国家我们社会有贡献了。”

党的二十大提出，要深入实施科教兴国战略、人才强国战略、创新驱动发展战略，开辟发展新领域新赛道，不断塑造发展新动能新优势。在田永鸿教授看来，以AI为纽带的跨界融合学科-科研-育人体系建设是深研院勇于承担重任，瞄准国家前沿需求的深刻体现，深刻响应了党的二十大精神，长远来看是在以科技现代化助推中国式现代化，以中国式现代化推进中华民族伟大复兴。

文字：张子政

指导老师：王可佳 王琳