曹遠龍,曾 歷,劉清華,蔣長根,雷 剛
(江西師范大學 軟件學院,江西 南昌 330022)
隨著全球首顆量子科學實驗衛(wèi)星“墨子號”的發(fā)射升空、全球首臺光量子計算機的誕生,量子信息科學被科學界公認為是第四次工業(yè)革命的標志之一。為了搶占未來科技發(fā)展高地,世界各國都紛紛出臺了量子國家大戰(zhàn)略,旨在培養(yǎng)未來量子技術專業(yè)人才。美國國家科學技術委員會和能源部于2016年7月先后發(fā)布了題為《推動量子信息科學:國家挑戰(zhàn)與機遇》和《與基礎科學、量子信息科學和計算交匯的量子傳感器》的報告[1],報告分析了美國在量子信息科學領域發(fā)展所面臨的挑戰(zhàn)、機遇等,列出了有效推進美國量子前沿取得更大進展的需求。英國政府科學辦公室于2016年12月發(fā)布的報告《量子技術:時代機會》強調重視量子應用領域,以加速量子技術的商業(yè)化進程[2]。歐盟也于2018年在“地平線2020”(Horizon 2020)創(chuàng)新框架下,啟動量子技術研發(fā)旗艦計劃[3]。
在應用層面,美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室開發(fā)完成了一個小型量子互聯(lián)網試驗網絡,并成功運行了兩年多的時間。得益于政府大力支持,我國也建成了世界第一條量子通信保密干線——“京滬干線”量子通信網絡。量子通信技術也已正式寫入我國“十三五”規(guī)劃綱要。可以看出,以量子計算為終端、以量子通信為安全保障的量子互聯(lián)網時代即將到來。中國智研咨詢在2016年發(fā)布的《2016—2022年中國量子通信市場分析預測及未來前景預測報告》指出:預計到2025年,中國量子通信市場規(guī)模將達到千億級[4]。然而,科學家和行業(yè)代表認為量子信息科學的相關學科教育,尤其是量子信息與互聯(lián)網技術融合的交叉學科人才培養(yǎng)遠不能滿足和支撐未來量子互聯(lián)網信息科學的持續(xù)發(fā)展。此外,在我國當前的高校教育中,量子科學和互聯(lián)網技術融合的交叉學科還沒有形成科學的教育體系。
以“新工科”發(fā)展為契機,以培養(yǎng)適應新技術革命所需的技術技能人才為目標,以文獻[5]提出的“導師制下的項目驅動教學模式”為背景,提出新工科背景下‘互聯(lián)網+量子技術’復合型人才培養(yǎng)模式探究”教學改革,其作用和意義在于以下幾方面。
(1)研究構建面向新技術革命的量子互聯(lián)網技術專業(yè)人才培養(yǎng)體系。融合計算機科學與技術、軟件工程、物理學、數學等多領域學科知識,建立“量子互聯(lián)網技術”交叉學科的新工科人才培養(yǎng)體系。
(2)研究構建“?!蟆倍喾絽f(xié)同的“量子互聯(lián)網技術聯(lián)合培養(yǎng)工作室”教學模式,形成“?!蟆彪p導師制下“量子互聯(lián)網”項目驅動教學法。培養(yǎng)適應未來社會發(fā)展和企業(yè)無縫連接的復合型、實用性、高層次的量子科學與大數據專業(yè)人才。
(3)研究針對大學生“量子互聯(lián)網+”創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識的培養(yǎng)策略,著力打造未來創(chuàng)新人才高地。從“量子互聯(lián)網+傳統(tǒng)產業(yè)”“量子互聯(lián)網+新業(yè)態(tài)”“量子互聯(lián)網+公共服務”“量子互聯(lián)網+技術支撐平臺”等4個方面培養(yǎng)大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)思維,著力打造未來創(chuàng)新人才高地。
量子互聯(lián)網是一種運用量子力學原理搭建的未來絕對安全通訊的互聯(lián)網。量子互聯(lián)網技術是有效融合以物理學、計算機科學與技術、軟件工程、數學為主的多個傳統(tǒng)工科專業(yè)的新工科專業(yè),是研究自然科學和工程技術中量子計算、互聯(lián)網理論及其應用的一個基礎性專業(yè),培養(yǎng)學生掌握未來量子互聯(lián)網技術的基本理論與方法,運用物理、計算機科學和數學知識解決實際問題的能力。量子互聯(lián)網技術培養(yǎng)體系的建設遵循“基本理論+技術原理+創(chuàng)新實踐”的設計思路和原則,以滿足社會未來產業(yè)發(fā)展所需人才為培養(yǎng)導向,以學校、企業(yè)、政府多方項目驅動培養(yǎng)模式為主線和紐帶,以多導師定向培養(yǎng)方式為核心,實現(xiàn)量子互聯(lián)網技術相關理論教學、實踐教學和校企協(xié)同教學有機結合,實現(xiàn)人才培養(yǎng)的全面提升和專業(yè)建設的可持續(xù)發(fā)展。
“互聯(lián)網+量子技術”培養(yǎng)模式特點決定了量子互聯(lián)網技術的前沿性和交叉性。近年來,隨著量子力學研究及其應用成果不斷涌現(xiàn)以及計算機互聯(lián)網技術的蓬勃發(fā)展,使得物理學在量子計算、量子通信及其在傳統(tǒng)互聯(lián)網應用方面產生了重大進展,這就要求學生不僅要有良好的物理學基礎知識,還要具備必要的數學、計算機科學與技術和軟件工程等基本知識,因此,培養(yǎng)量子互聯(lián)網技術復合型人才首先要進行培養(yǎng)體系的優(yōu)化建設,以優(yōu)質培養(yǎng)體系建設為核心,結合教學內容、教學方法和教學手段,設計培養(yǎng)體系(如圖1所示)。通過學習物理學、數學、計算機科學與技術基本理論、基本知識和項目實驗基本技能,掌握量子互聯(lián)網技術基本知識素養(yǎng)與技能;此外,通過將設計性、創(chuàng)新性實驗以及企業(yè)項目貫穿整個培養(yǎng)體系,將量子物理和互聯(lián)網技術的新成果、新技術與新方法引入實驗教學以培養(yǎng)創(chuàng)新型和應用型的復合型量子互聯(lián)網技術人才。
圖1 量子互聯(lián)網技術培養(yǎng)體系設計結構圖
與此同時,隨著我國在量子物理領域的大規(guī)模人力、物力投入而帶來的未來量子互聯(lián)網技術迅猛發(fā)展,該培養(yǎng)體系的教學內容與教學模式也應當及時更新以適應技術的發(fā)展。
為培養(yǎng)適應新技術革命和未來量子互聯(lián)網企業(yè)無縫連接的復合型、實用型、高層次的專業(yè)人才,擬建立“?!蟆倍喾絽f(xié)同的“量子互聯(lián)網技術聯(lián)合培養(yǎng)工作室”,以及實施“?!蟆彪p導師制下“量子互聯(lián)網”項目驅動教學法(如圖2所示)。
教學思路和特點包括如下幾方面。
1)學生培養(yǎng)實行導師制。
圖2 “校-企”多方協(xié)同工作室培養(yǎng)教學模式
(1)學生要求。進入“工作室”的學生應為大學本科三年級的學生,這些學生在大學一、二年級按照本專業(yè)課程體系要求已經完成了計算機科學與技術、軟件工程、量子物理學等基礎理論課程的學習。
(2)導師選取。導師分為工作室導師和企業(yè)導師兩類,導師應具備從事量子互聯(lián)網技術教學科研工作的能力,能夠組織和帶領學生從事量子互聯(lián)網技術相關項目的研發(fā),并以項目研發(fā)為主線組織專業(yè)教學。
該工程大體積混凝土施工自2013年7月6日開始,經過近4個晝夜的連續(xù)澆筑,于7月10日結束,養(yǎng)護3周后拆模,混凝土表面未發(fā)現(xiàn)裂縫,證明所采用的施工方案是可行的。
(3)培養(yǎng)模式。大學本科三年級的整個教學過程在“工作室”中實施,學生在工作室導師全程指導下以量子互聯(lián)網相關項目開發(fā)為主線進行學習。每位工作室導師每屆負責指導20~30名學生,學生分在具體的項目組從事量子互聯(lián)網項目開發(fā),并在此基礎上進行相應專業(yè)課程的學習。學生在大三暑假進入企業(yè)實習,并在企業(yè)導師指導下,完成本科畢業(yè)論文的撰寫。
(4)學生考核。對工作室學生的考核一般安排在每個學年結束時進行。項目考核一般以導師組織、項目小組成員參與答辯的形式進行。工作室導師根據每個項目小組成員在項目開發(fā)過程中的學習態(tài)度、研發(fā)能力、創(chuàng)新意識、團隊協(xié)作精神和組織溝通能力等進行綜合評分。
2)導師制下的工作室。
(1)組織形式。工作室分為若干個項目開發(fā)小組,每個小組選取1名項目組長。項目開發(fā)小組將密切關注量子互聯(lián)網新技術的發(fā)展方向和企業(yè)需求,并對學習和研發(fā)內容做及時調整。
(2)項目來源。工作室項目的研發(fā)內容應該選取與量子互聯(lián)網技術相關的項目。項目本身可以來自企業(yè)需求(也可以由企業(yè)導師指定)、工作室導師的科研課題。項目立項前需報學校相應管理機構審批,確保具有一定研發(fā)價值并嚴格按照量子互聯(lián)網項目開發(fā)流程標準完成。
(3)學習環(huán)境。工作室布局參照互聯(lián)網企業(yè)研發(fā)中心,每個工作室分別配備20~30個工位,每個工位配置一臺高性能計算機以及量子互聯(lián)網研發(fā)設備或模擬終端。工作室還應設置討論區(qū),且所有計算機和終端設備連接寬帶網絡或無線網絡。
2016年世界經濟論發(fā)布的《第四次工業(yè)革命:未來的就業(yè)、技能和勞動力戰(zhàn)略》報告指出:世界正在進入第四次工業(yè)革命開始階段。相信在不久的將來,以量子互聯(lián)網技術為核心的第四次工業(yè)革命將以前所未有的態(tài)勢席卷而來,因此,高校教育必須更加重視培養(yǎng)大學生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識和技能,同時幫助大學生建立良好的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)協(xié)作平臺,激發(fā)大學生的創(chuàng)業(yè)積極性和主動性,以培養(yǎng)具有“量子互聯(lián)網+”思維的高端創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才。
“量子互聯(lián)網+”創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才培養(yǎng)體系如圖3所示,具體培養(yǎng)策略可以考慮從以下幾個方面入手。
1)以“量子互聯(lián)網+”創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育體系為導向,培養(yǎng)大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)思維。
建立完善的“量子互聯(lián)網+”創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育體系。從學校層面出發(fā),建立開放的學術環(huán)境,增強學生的“量子互聯(lián)網+”研發(fā)能力;建立“量子互聯(lián)網+”項目評價和激勵機制,根據項目所處階段不同(一般可以分為創(chuàng)意階段和實踐階段),給出不同的評價和激勵機制。從工作室層面出發(fā),在工作室內部定期舉辦歷屆工作室獲獎項目和業(yè)內優(yōu)秀創(chuàng)意項目匯報交流會;定期邀請量子互聯(lián)網領域知名專家學者、企業(yè)家舉行創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)講座,為學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)提供信息交流和共享的平臺。通過“學?!ぷ魇摇眱蓚€層面的積極導向,培養(yǎng)大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)思維。
圖3 “量子互聯(lián)網+”創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才培養(yǎng)體系
2)以“?!蟆甭?lián)合工作室培養(yǎng)為契機,提高大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。
“?!蟆甭?lián)合工作室的運行模式與企業(yè)接近,可以說是搭建在校內的“企業(yè)實訓基地”。傳統(tǒng)培養(yǎng)模式下學生實習一般安排在假期,多由學生自主選擇,實習效果參差不齊,而工作室擔負起實習實訓基地的功能,實現(xiàn)了“教學—實踐—產品”一體化的專業(yè)技能教學模式,使學生能夠邊學邊研發(fā),有工作室導師和企業(yè)導師答疑解惑,項目研發(fā)成效將會顯著提升。此外,工作室項目與企業(yè)需求接軌。同時,通過工作室學習的學生進入企業(yè)實習,他們可以在企業(yè)繼續(xù)研發(fā)高質量的項目,由此提高大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。
3)以創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽為手段,激發(fā)大學生“量子互聯(lián)網+”創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識。
未來巨大的量子互聯(lián)網經濟市場使得我們需要重視和創(chuàng)造條件逐步培養(yǎng)大學生的“量子互聯(lián)網+”創(chuàng)業(yè)意識與理念。培養(yǎng)大學生“量子互聯(lián)網+”創(chuàng)業(yè)意識與理念的途徑包括:工作室內創(chuàng)業(yè)計劃書的編制、國家級/省部級創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽的參與、國家級/省部級創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目的研發(fā)以及企業(yè)內的“量子互聯(lián)網+”項目體驗式學習和培訓。另外,工作室應承擔組織學生參賽的職責。通過組織學生參賽,不僅體現(xiàn)了“以賽促學”的理念,更重要的是可以實現(xiàn)高??萍紕?chuàng)新成果的迅速轉化,能夠形成高校、企業(yè)和市場之間的協(xié)同創(chuàng)新,同時也將激發(fā)大學生“量子互聯(lián)網+”創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識和理念。
4)創(chuàng)建大學生“量子互聯(lián)網+”眾創(chuàng)空間,積極挖掘、扶持和孵化大學生“量子互聯(lián)網+”項目。
創(chuàng)業(yè)基礎教育是面向大學生的大眾化教育,孵化“量子互聯(lián)網+”項目則是面向大學生的精英培養(yǎng)。通過對項目及團隊進行考核評價,遴選優(yōu)秀的創(chuàng)業(yè)項目及團隊入駐“量子互聯(lián)網+”眾創(chuàng)空間,并為這些優(yōu)秀的項目提供場地、政策咨詢、配置創(chuàng)業(yè)導師、協(xié)助團隊注冊公司、引薦項目融資等方面的幫助。另一方面,學?!爸惨P”,通過創(chuàng)建大學生“量子互聯(lián)網+”眾創(chuàng)空間,吸引優(yōu)秀創(chuàng)業(yè)團隊和項目入駐,同時也可以激發(fā)優(yōu)秀學生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)積極性。
隨著量子計算技術的快速發(fā)展以及全球首臺量子計算機的問世,量子計算和量子互聯(lián)網技術被認為可能是人類第四次工業(yè)革命的“引擎”,筆者以“新工科”發(fā)展為契機,提出了面向第四次工業(yè)革命的“互聯(lián)網+量子技術”復合型人才培養(yǎng)模式,其目的在于融合計算機科學與技術、軟件工程、物理學、數學等多領域學科知識,建立“互聯(lián)網+量子技術”新工科課程體系,培養(yǎng)適應未來第四次工業(yè)革命需求的創(chuàng)新性、高層次人才。本文所提研究設想將在江西師范大學軟件學院的20多個本科大三工作室作嘗試性和探索性實施。未來力爭進一步完善研究方案并在更大范圍內推廣和實施。