計算機科學的未來和素質教育的發展
——澳門大學校長趙偉教授專訪

奚春雁

編者按：趙偉教授曾在多個國家的高教科研領域任職，在教育界，從助理教授升至講座教授；在行政管理方面，先后擔任系主任、院長、副校長、校長乃至政府有關部門的司長……像他這樣大幅度的跨越和豐富的經歷在高教科研領域非常罕見。

自2008年趙偉教授擔任校長以來，澳門大學以創建世界一流大學為目標，在各方面取得了顯著成績，目前已成為世界上發展最為迅速的大學之一。

在這樣令人矚目的成績背后，一定有趙偉教授鮮為人知的巨大付出。初次與趙偉校長交談，便為他那睿智的思路和獨到的見解所吸引，于是，在歲末這樣一個辭舊迎新的歡樂氛圍里，帶著仰慕的心情，《計算機教育》雜志奚春雁主編（下面簡稱奚）參觀了澳門大學校園，專門拜訪了即將離任的趙偉校長（下面簡稱趙）。

注：本文刊發時趙偉教授已任阿聯酋沙迦美國大學科研總監（副校長）。

奚：“計算機科學”這個概念是20世紀60年代確定的，至今已經過去半個多世紀，計算機系統有了突飛猛進的發展，您認為這個概念本身是不是也發生了改變呢？

趙：這是一門很好的科學問題。 雖然計算機科學是一個科學，但可能您的有些讀者還說不清，計算機科學的定義是什么，計算機到底是什么樣的科學？

計算機科學確實是20世紀60年代確定的，當時是幾個鼻祖式的人物，像克魯斯（Knuth），他們確定計算機科學就是算法的科學。

為什么到了20世紀60年代，我們就可以定義計算機科學了？ 其實這背后有兩件事情。第一是搞數理邏輯學者經過多年的工作，已經可以把計算和邏輯說得很清楚了。我想現在學計算機科學的一年級同學都知道，任何一個計算問題，都可以變成一個邏輯的推導問題，而且邏輯推導只有3種基本的操作，就是“與”“或”“非”，英文叫“and”“or”“not”。這不是我們搞計算機的人發明的，這是人家數理邏輯學家的成績。第二是搞物理的人（或者說搞電子工程的人），他們在二次世界大戰以后發現，如果邏輯推導只有“and”“or”“not”就好辦了。因為這3個操作都可以用非常可靠的電子線路實現出來，而且這種電子線路就基于半導體技術。具體來說，是基于一個極簡單的物理現象叫PN結現象。歸納起來，PN結導致了晶體管和集成電路，給我們提供了硬件物質基礎。這兩件事情的完成，為現代計算機的實現提供了條件。于是，我們搞計算機科學的人，從20世紀60年代開始，提出了計算機科學就是算法的科學。這在人類科學史上是一個重大的突破。我們過去的科學，比如物理、化學、生物、地質等都是跟實物相關，而計算機科學是跟思維相關的科學。因為算法本身是一個思維的過程，程序是來實現算法而已。所以從這個意義上講，計算機科學是非常偉大的。這并不是因為我們自己搞計算機科學就這么說。

確定了計算機科學的定義以后，我們創造了許多的算法，接著又想了很多辦法，來把算法實現得更好、更快，叫它運行得更可靠、更方便。從60年代到現在，計算機科學界的主要理論工作就是開拓了計算復雜性理論。具體來說，是把計算問題分成兩類，一類是比較容易的，一類是比較難的。所謂容易的就是有多項式算法的計算問題；比較難的就是所謂的NP問題。這是我們搞計算機科學的一個重大貢獻，也就是說我們不但創造出了許多（實用的）算法，而且我們還可以對計算問題就其算法進行分類，我們知道哪些問題計算機算起來比較快、比較好、比較適合，哪些問題我們算起來可能比較慢、比較狼狽。這個理論基本上發展到20世紀80年代就已經很成熟了。后來主要是在各個行業的應用，體現在很多方面，也涉及不同領域。

奚：您多次獲得科學和教育的終身成就榮譽，也在這方面做出很多研究和思考。想請您談談計算機科學發展的前景是什么？

趙：首先，大家現在比較多地在談大數據，其實我們計算機界老祖宗本來就講過，程序就是數據結構加算法。如果只有算法而沒有數據，這本身就是不完整的。那么這個數據歸不歸計算機科學來研究呢？按照計算機科學的定義，它是不歸的，因為我們是算法的科學，但是我認為數據科學和計算機科學絕對是一對孿生兄弟，關系親密分不開的。如果我們對數據很不了解，就很難進行高效的處理和計算。

所以到目前為止，我們主要側重于搞算法，我們或多或少忽略了數據。但現在大數據來了，我覺得數據科學作為計算機科學的一個親兄弟，或者孿生兄弟，應該要推動它的發展。數據科學應該是以數據為對象，研究其內在規律。不是說計算機科學這個概念要改變，而是這個計算機科學旁邊又出來了一個數據科學，就像有了物理以后，又出來化學一樣。

有人可能要問：沒有數據科學，我們計算機科學也發展得很好，解決了許多實際問題。一定要發展數據科學嗎？好像此話有道理，但是想一想其他科學的作用。比如，物理科學的形成也是最近幾百年的事，而人類已經在這個地球上生存了幾千年。沒有物理學，人類也有許多成就。比如，我們中國人兩千年前就建造了偉大的長城。但是應該承認，有了現代物理學，人類的創造更多更新更好：我們有了電力、飛機和手機，等等。兩千年前要是已經有了物理學，我們的長城一定建得更快更好，孟姜女哭長城可能就不會發生。同理，可以想象，如果有了數據科學，我們對數據的處理和應用一定會更多更快更好。到時候，回過頭來看我們今天的數據處理方式一定是很笨很原始。

另外一個重要的方向是信息物理融合系統（Cyber-Physical Systems, i.e., CPS）。 在一個信息物理融合系統中，計算和物理過程高度融合，具有非常廣泛的實際應用。所謂的物聯網恰好就是鏈接各種信息物理融合系統的網絡，就像互聯網連接眾多的計算機一樣。信息物理融合系統這一新領域涵蓋了傳統的一些領域，諸如實時系統、自動控制、嵌入式系統，等等。自從美國NSF在2006年注資啟動信息物理融合系統方面的研發以來，主要的工作側重于應用。相應的理論工作還遠不夠成熟。事實上，由于涉及物理過程，信息物理融合系統已經不再是圖靈機的等價品。那么信息物理融合系統基本的模型是什么？這一重大理論問題就很少有人問津。

但這還都只是小戲，大戲在哪里呢？我剛才講了，我們計算機科學之所以能夠成立，是因為數理邏輯學家把數理邏輯和計算講清楚了，是因為物理學家發明了半導體技術，能夠支撐我們的硬件實現，也就是說，一個小小的PN結就是我們今天整個信息技術的物質基礎。

最近可能大家都聽到量子計算。對于一個計算機專業的老師或者學生，研究量子計算會覺得很難。我自己看過很多次，總覺得難度很大。難在哪里？是什么地方讓我們搞不懂呢？后來我得出這么一個結論：量子計算，它不再依賴于PN結來進行計算，它重新定義計算這個概念，它用更廣義的物理的現象來支撐計算。過去我們靠PN結來支撐邏輯推理，就導致了如此轟轟烈烈的IT工業。那么現在量子計算來了，它跳出了基于PN結的簡單邏輯推理，它廣義地把計算看作物理系統狀態的轉化。

舉一個通俗點的例子，這個聽起來很玄妙。比如說，我要扔一個球出去，我要知道這個球的軌跡和這只球要跑多遠。如果我們搞傳統的計算，那么可以根據牛頓力學的公式，根據這個球的質量等去計算半天，而且這個計算結果也不是精準的，因為這是一個連續過程。我們只能一步一步去算，算這個ΔX再算下一個ΔX，一點點算過去。大家可能都做過這種練習，但其實你想這么做多笨啊。我只要拿個球去扔，這個球在空中劃的線就是軌跡，落了點就是距離，我去測就好了。這樣一來，這個計算軌跡的問題就解決了。當然真正的量子計算，比我說的要復雜很多，但是它的基本道理就是這樣。所以，量子計算給整個計算領域推開了一扇很大很大的門，比PN結給人類帶來的福利不知要大多少。

如果說我們計算機科學領域過去有了突飛猛進的發展，那么將來發展的空間仍然很大。屆時回過頭看我們今天已有的結果，絕對是小巫見大巫了。

奚：隨著人工智能學科的呼聲越來越高，智能科學、機器人科學等更多的領域也相應產生，您怎樣看這些領域與計算機科學的關系？

趙：我不是做人工智能的，我不懂人工智能，現在的問題是，不管懂不懂人工智能的人，都在說人工智能，這是一件非常可怕的事情。坦率地說，我不知道現在到底有多少人是真正懂人工智能的。

應該說在過去20年，國內的計算機科學研發發展非常快。大家都承認這個可喜可賀的事實。過去內地的作者在比較好的國際會議和雜志上發表文章都很少，很稀罕，現在已經成為常態。國內好一點的大學（比如985大學）和美國比較好的大學相比，從論文產量上來看，已經沒有什么差別，甚至超過他們。產量的確上去了，那么我們是不是也應該來關注一下質量。具體來說，我們可能非常注重發表論文的數量，甚至注重文章的引用率這種數字型指標，但是我們是不是更應該把心思用在積累和沉淀上面，是不是更應該千方百計地給年輕人留下時間和空間，讓他們能夠做出原創性的東西？

我們要提倡“原創”，提倡真正的創新。說到“Machine Learning”（機器學習）這個概念，其實原創性的“Machine Learning”至少可以追溯到20世紀70年代初，我母校（UMass/Amherst）的一位老師Andrew Barto從那時候就開始研究機器學習。他默默無聞做了一輩子，他的徒子徒孫們一直做下來，現在倒是很紅。

目前來說，最最重要的還是我們要給年輕人時間和空間，讓他們敢于提出一些原創性的想法，而不是人云亦云。這些年這種“跟風”現象，隔兩年就刮一次風，開始是云計算，忽然間漫天都是云，人人都是云計算的專家，好像計算機科學將來就是云計算了。可是這云也沒有飛太久，就又都是物聯網，緊接著又是人工智能、大數據， 等等。不是說這樣不好，其實這些敏銳的洞察精神是很好的，但是我覺得，還要沉穩下來，搞出一些真正的原創性的東西出來。

我的博士論文研究的是操作系統，博士畢業以后改到通信和網絡，現在開始做數據。就是說，我在40年的學術生命里，變換了兩三次研究方向。這大概屬于正常的。但是如果每三年就變換一次，恐怕就談不上積累了，沒有積累就不可能有原創，所以我覺得我們在培養年輕人的時候，應該注意到這個問題。

好在對于我們搞科研的人來說，資源是很重要的一個方面，而我們現在的資源配備比原來好太多了，所以我對于中國的發展很有信心，無論是創新也好，還是得圖靈獎，甚至諾貝爾獎，我覺得這只是遲早的事情。

奚：計算機科學的發展依賴于創新，其他學科的發展也是一樣。那么，為培養創新型人才，制度應有哪些保障？

趙：說到創新型人才的培養，那一定和科研有關。有時候有一種誤解，認為做科研的目的就是為了產生物質成果，物質成果可以產業化，可以賣錢，可以發財。世界上有非常多的成功案例，特別是在我們IT行業。但是我認為科研的第一目的和第二目的都不是為了成果轉化，我這么講可能有點偏激了。但是我們如果把科研和體育做個類比，就能把道理想明白。首先科研和體育都是人類的本性，也就是說，人有追求極致的天性。姚明希望投籃投到百發百中，99都不行；劉翔跨欄，他總希望跑得更快一點，希望成績再好一點。搞科研也是一樣。我們總希望在已有的結果上，做得更好。所以我們搞科研和搞體育，都是人類的本性。我們培養學生，就是要激勵學生，把人的潛在的最基本的本能激發出來。剛才講到的原創，如果不是本能被激發的話，原創性的東西是出不來的。

第二，我們在奧運會上拿了很多金牌，全國人民為之高興。但試問我們拿了那么多金牌，有實際用處嗎？能吃能喝嗎？好像不行。那么我們為什么這么做，因為這是提高民族自信心、凝聚人心的一個重要手段。就為了這一點，我們就是要搞體育，就是要辦奧運會。其實，搞科研的目的之一也是如此。我們科研搞好了，“神九”“神十”上天了，老百姓也非常激動。但是如果非要問，這些神舟飛船馬上能得到什么物質效益嗎？好像沒有。但是我們就是要搞神舟，就是要寫好的文章，就是要在科研上做出突破；因為這是為國家爭光為民族爭氣。

第三，體育和科研當然也有實用意義。搞了體育，大家的身體素質提高；搞科研有了成果，可能有實際用途，還可以商業化，等等。

所以把這些想明白，我們培養創新型人才的制度保障就明白了。首先在培養創新型人才的前提下，無論是教育制度還是老師素質，關鍵就是要確保能夠培養學生身上最基本的力求極致和不停探索的素質。假設今天我們上一門手機課，你若要求上完手機課以后，學生馬上可以發明一種新手機，這大概是小概率事件。但是如果上手機課的時候，注重培養學生的潛在素質，他將來就很可能在其他方面有所突破，因為他的素質得到了培養，他就會追求極致。在實際當中，他就努力做得比別人好，堅持探求未知。這樣的話，我們渴求的原創性的東西就會出來，就會對社會產生更大的貢獻了。

奚：您曾在海外多個國家的大學任教并擔任行政領導，您認為中外教育體制和教育管理方面存在哪些異同？您對此有什么看法？

趙：這個問題可以從澳大談起。澳門大學的新校園，是2009年胡錦濤主席來奠基的，他提出澳門大學要成為世界一流大學。 所以我們就做了一番規劃，轟轟烈烈搞起來了。說到辦學，我們經常會聽到這樣的口號“我要成為斯坦福，我要成為哈佛”等，但是哈佛大學校長查爾斯·艾略特在100多年前就說過這樣一句話：“美國的大學不應該是外國院校的復制品，而應該是獨一無二的。”所以說，大學應該不是一個版本，不應該互相拷貝。

十幾年前，當時我還很年輕，中央電視臺有個大山主持的節目叫我去講幾句。我就講了這么一個故事，這是真實的故事。我在美國德州農工大學剛剛成為系主任的時候，我向院長作匯報，我說有一個計劃，就是打算在某些方面超過MIT，因為當時美國計算機課程最好的學校是MIT。我的那位院長直搖頭，他說“不不不，這樣不行，你不懂”。他說我們德州農工大學之所以存在，有自己的理由，即使把MIT搬到我們學校旁邊，仍然會有成千上萬的小孩不上MIT而上我們學校。當然我得聽他的，但心里總是耿耿于懷，MIT那么好，我們成為MIT有什么不對嗎？

可是后來發生的一件事情讓我明白了這個道理。暑假的時候，摩托羅拉邀請了二十幾個系主任去開會，其實就是拉關系，希望在我們系多招一些好學生。當時我們那個系排名還是60名上下。我就問摩托羅拉的一位副總：“為什么叫我們德州農工大學來？要找好學生，有第一名第二名，找到第20名就行了，為什么把我第60名也找來了？” 他說，我們找你來，是有道理的，是根據數據得出的結論。他們的員工12種表現指標，根據畢業學校分別打分排隊，比如說領導才能，MIT的學生可能最好，哈佛第二；創新精神可能斯坦福最好，等等。他拿出一張表格給我看，他說你們系沒有一個第一，沒有一個第二，但是你們在第三名里邊占了絕大多數，這就是你們的優勢！我們不僅需要第一第二的人，也需要你們學校這樣的人才。 一個公司的團隊不能簡單的只要有領導才能或者技術好，還要有綜合素質的考慮。

所以說到中外教育，我們不說有什么“異同”。我覺得每個大學都應該有自己的想法，應該有自己的模式，然后按照自己的特點來辦大學。我在這里講一下澳門大學有什么不同。

我們首先考慮學生。要培養學生，就要先了解學生來自什么樣的環境，如果對他的成長環境不了解，就無從下手。現在的大學生，他們的成長環境跟我們小時候是不一樣的。也許你們會跟孩子說“你們現在多有福氣啊，爸爸媽媽小時候沒有的東西，你們現在都有”，但是請不要忽略一點，現在的孩子其實有相當的焦慮，來源于恐怖襲擊、經濟危機、通貨膨脹、食品安全、環境污染，等等。現在叫得震天響的互聯網經濟，好像讓年輕人有了很多機會，搞個APP就能開公司了。其實不完全是這回事，現在的互聯網經濟環境對年輕人也有極殘酷的一面。過去的大學畢業生如果到一個偏遠的縣城，在那里搞點什么產品，就能生存；但現在互聯網經濟是贏者通吃。無論是要造一個產品，還是搞一項事業，常常必須至少吃下整個省，甚至要把整個大中華吃下來，才有成功的希望。我們的教育需要考慮學生的心理壓力。

高校一直進行許多努力，但我們的努力和學生的需求是否匹配？所以我們的結論：對于高等教育，家長、學生對我們是高期望，有失望，大學有迷失，年輕人有焦慮。這是一個事實，至少在澳門是事實。

那么我們應該怎么辦？首先，我認為大學至少要把教學目標說清楚。很多地方一說到大學目標就很簡單：培養人才。我是反對簡單籠統地說培養人才。比如廣州有個開出租的哥們兒，他開車開得很好，對乘客也很好，對家里人也很好，你說他是不是人才？我看是。換句話說，如果全世界人人都是人才，那這個“人才”的概念還有什么意義？

霍金講“無論生活看似多么艱難，總有你能成功勝任的事情”。這句話其實很有哲理。“總有你能成功的事情”意味著不是所有事情你都能勝任，但是你能勝任的事情一定存在。那現在問題就來了，我們的同學知道不知道，他自己能勝任什么？

很顯然，在這樣一個復雜多變、壓力巨大的社會環境下，只有知道自己能勝任什么、只有做自己能勝任的事，才可能成功。在澳們大學，我們的目標是培養學生認識自我，通過大學教育使他明白，他想做什么和他能做什么？我認為，只有解決了這個問題，學生才有可能有效地跟社會互動，做出積極的貢獻，達到社會繁榮、經濟發達、個人愉快的目的。反過來說，如果這個人是所謂的“人才”，但他不知道自己能干什么，沒有發現自己的才能，那么他就無法對社會有效地做出貢獻。這是澳大教學體系的思路。在這一點上，也許澳大跟其他大學不一樣。

奚：高等教育改革和發展涉及方方面面，您認為全面提高高等教育質量最重要的是什么？政府管理部門怎樣來宏觀地部署高校的人才培養？

趙：關于管理部門的部署，我暫時不妄加評論。我還是先講講澳門大學的情況，也可以說從另外一個角度來回答這個問題。

要提高教育質量，澳門大學怎么做呢？正如前面講的，澳門大學力圖培養學生認識自我。我們現在把教育分成4塊：專業教育、通識教育、研習教育、社群教育。前兩塊是在課堂內完成的，后兩塊是在課堂外完成的。專業教育和通識教育不用解釋，研習教育是科研和實習，社群就是搞很多學生活動。這就是所謂的四位一體的教學模式。我們為什么要這么做呢？我們認為，提高教育質量就是提高學生的質量。從目前的環境來說，簡單的知識灌輸已經是過去式了，現在應該整體地提高學生的素質。那么要整體提高學生素質的話，不是靠簡單的上課可以完成的，所以我們要采取有力而有效的措施。我們把課外的研究、實習和學生活動作為教育的一部分放進教學中。澳大現在是全世界唯一一所這樣的大學，就是說這4個方面全部通過才能拿到學士學位。如果說你只在上課得了A，下了課拒絕參加任何學生活動，你的學士帽子是戴不上的；同時我們也這樣要求老師，每個禮拜至少有1個小時要參與學生的校園活動，星期三下午完全停課，專門抽出時間來搞活動。

我們就是要通過這樣一種體驗式、多方位、全天候的四位一體的教育模式，來對學生進行全面的培養和綜合素質的提高。

奚：您對2009年以來在澳門大學推行的本科課程改革和四位一體的教學模式有哪些體會？您覺得教學效果怎樣？

趙：在四位一體的教學模式里面，最新的最獨特的就是所謂的社群教育，其他方面別的學校多多少少都有。很多高校做實習也做科研，也有通識教育，但是對社群教育是沒有要求的，或者不是那么嚴格管理。我們搞社群教育，是通過所謂書院制度來實施的。剛才提到教育部，其實教育部在最近的教育規劃報告里面，已經在提倡推行書院制了。按理說，采取書院制就是要讓學生把生活和學習結合在一起，提高綜合素質和能力。

對于書院的管理，我們是參照海外的做法，因為國內真的沒有一所大學把書院搞得像澳大這樣，他們還是很零碎的。剛才你們已經參觀了書院，可以發現書院從建筑上來說首先是可以成院的，我們是有意這樣做的。作為一所比較大的學校，如果沒有一個有益的引導和管理，學生的自我意識比較強，相對會比較封閉，各自有自己的小圈子，不利于更大范圍的交流和整體的提高，這樣的結果是不利于學生成長的。

那么什么是成長，一個小孩的成長就是對自己對別人都有更多的了解，視野寬了，認識能力強了。我們幾乎是半強制地通過一些手段吸引和制度規定使學生盡可能下了課回到書院去。書院里邊有圖書館，有各種康樂設施，還配有老師，而且里面的餐飲是非常便宜的，所以讓學生感到很舒服，有一種家的感覺。在這樣一個小群體里邊（“校中校”），四五百學生構成一個小社會，在里邊可以有充分的表現機會，開展各種各樣的活動，這樣來提高學生的情商，提高學生的素質，最后的成果是很明顯的。

關于四位一體教育模式的教學效果，我們可以用一組數據說話。通過問卷調查，從公民責任、領導才能、社區關愛、文化參與、藝術欣賞、情緒、體能、健康生活和同儕關系共9個方面的指標來進行對比，參加四位一體模式的同學所有的指標都高于沒有參加四位一體的同學，而且差別很大。由于我們剛好處于轉型期，從2014年以后才正式開始實施四位一體的教育模式，在此之前沒有要求，所以學生有兩組可以用來對比。有了對比，就比較容易說明問題，我們從對比中發現，參加四位一體同學的這些社會能力比較強，而且更令人欣慰的是，他們的學術成就也有改善，總體要比不參加的同學要好，這充分說明了這種教學模式的有效成果。所以我覺得這是澳大做的一個成功探索，我們以這種方式來提高我們的高等教育質量。

奚：根據澳門大學的歷史沿革和特殊地位，您認為可以怎樣來概括這所學校的特色和發展方向？

趙：澳大現在只有30多年歷史，應該說澳門回歸以后，特區政府非常重視高等教育，具體來說，就是對澳大進行了整體性改造，這種整體性改造不僅僅是口頭上說的，而是有一整套舉措。首先重組校董會，然后通過一個法律章程，給大學更大的辦學自主權，在全球范圍內招聘校長，又打造了一個新校園，一步一步進行改革。

2008年以后，澳門大學的改革主要體現在幾個方面，一是對學生的培養目標和教育模式做了整體性的改動；第二，我們對師資管理做了整體性改動，以前教師的聘任合同是三年兩年簽一次，現在采取的是“非升即走”政策，也就是說，助理教授進來，如果工作6年沒有升到副教授，那么就要走人；但如果升到教授了，基本上就是長聘的職位，沒有特殊情況，我們不會希望他走。所以這是一個改革，這個改革到現在也是成功的，極大地激發了老師的教學、科研和服務的積極性；第三是對科研的投入加大，用一套系統的方法來投入科研經費；第四就是建立了10所書院，還有兩所馬上建成，澳門大學將是亞洲最完整的書院制大學。

順便說一下，上面提到的許多改進措施，比如書院制、四位一體基于模式等，在林林總總的大學排名競賽中，都是不得分的。但是，這么做，好像也沒有影響其他方面的發展。過去10年，澳門大學的高端論文的產出增加了900%，排名也從2 000名左右上升至400名上下。