ＩＴ发展与创新人才培养

何炎祥

1IT发展动态点滴

1.1美国NGI(Internet II)计划

当今世界，Internet的发展已产生了良好的经济效益和社会效益，带动了一系列高新技术的发展；另一方面，由于用户数量的飞速增长，Internet已拥挤不堪，在技术上和功能上已表现出不完善。这将影响它的继续发展，也影响到美国“NII行动计划”制定的“为全民服务”的目标，因此，“升级换代”迫在眉睫。

Internet II的发展方向是，它将实现“超高速光纤网”，建设“千兆级节点”(GigaPOP)，采用IPv6技术；它是一种2.4Gb/s的多媒体信息网络；在连接100所美国大学和国家实验室时，比目前的Internet快100倍，在连接较小的机构，进行点对点的通信时，比目前快1000倍，可在1秒钟内传输完全部的Encyclopedia Britannica(《大不列颠百科全书》)。

1.2软件转型和软件新形态

从80年代到现在，软件形态发生了很大变化。从原来面向单体系统发展到面向网络的软件单元构架，现在最多的是以网络为基础的复杂系统资源的构建。在教学方面，我们应考虑软件已经变成了网络式软件，特点是不确定用户、多目标和多样性的需求、频繁的用户需求变化和系统动态演变、非自我拥有的网络资源。我们需要思考如何将他们如何融到教学中。

图1 软件转型和软件新形态

1.3脑科学研究计划

日本政府正在启动五个国家级科研计划之一的“脑科学研究计划”，为期20年，每年投入1000亿日元，总计2万亿日元，这包括三个研究领域：了解脑，保护脑，人工创造脑；47个课题：包括思维语言，开发人造神经系统，开发人脑型计算机，智能机器人等。

这样的研究计划对我们的教学有何冲击？

1.4蓝色大脑计划

瑞士洛桑联邦工学院大脑认知学研究所的神经科学家亨利·马克拉姆辛勤耕耘15年，成功绘制出老鼠大脑细胞图。他希望能制造出模拟人脑神经元的系统，造出人工智能方面的器件和计算机。他打算在IBM公司的帮助下，于2015年开发出一个虚拟人脑，它拥有人脑所有的1000亿个神经元。马克拉姆表示，随着“蓝色大脑”计划在今后几年的不断完善，大脑“电路”之谜终将揭开。

IBM公司号称是“蓝色巨人”(Big Blue)，“蓝色大脑”(Blue Brain)计划中的“蓝色”两字就来自于此。

在这样的基础研究背景下，我们的教学该如何做？

1.5世界各国高性能计算机发展

1.5.1我国高性能计算机发展简史

1983年，我国“银河Ⅰ号”巨型计算机研制成功，运算速度达每秒1亿次；

1984年，中国第一台10亿次巨型银河计算机Ⅱ型通过鉴定；

1994年，银河计算机Ⅱ型在国家气象局投入正式运行，用于天气中期预报；

1995年，曙光1000大型机通过鉴定，其峰值可达每秒25亿次；

1997年，银河Ⅲ并行巨型计算机研制成功；

1999年，银河四代巨型机研制成功；

2003年11月，联想公司研制的“联想深腾6800高性能计算平台”系统峰值达到5.3万亿次，当年Top500排名14。

2004年6月曙光公司研制的“曙光4000A”系统峰值10万亿次，当年Top500排名10。

由中国科学院计算技术研究所、曙光信息产业有限公司自主研发制造的百万亿次超级计算机“曙光5000”于2008年8月研制成功，落户上海超算。

“曙光5000”系统峰值运算速度达到每秒230万亿次浮点运算，LINPACK运算速度超过每秒160万亿次浮点运算，是目前国内速度最快的商用高性能计算机系统。

1.5.2世界高性能计算机发展形势

2002年4月，日本NEC公司宣布研制出当年世界上运算速度最快的超级计算机“地球模拟器”，它拥有5120个处理机，运算峰值达到40万亿 FLOP/s，投资400亿日元，历经4年。它安装在横滨地球模拟研究和开发中心，并已正式投入运行。

2007年，IBM的BLUE GENE(蓝基因)计划指出，2007年实现了每秒1000万亿次大规模并行机(SMASH计划)的研制——它主要用于蛋白质的折叠计划，投资为1亿美元。这台计算机复杂到人很难驾驭它，全部实现了自我管理。它采用100万个处理机并行，每个处理机实现了10亿次浮点运算。

这台机器有64个机柜，每机柜8个主板，每个主板包括64个芯片，每个芯片有32个处理机(64×8×64×32)，它将DRAM嵌入CPU芯片中，每个芯片有12GB通信能力，总通信带宽达到300TB/S，实现了自管理。

面对世界各国飞速发展的高性能计算机，我们的教学怎么跟上去？

1.6服务科学

IBM最先倡导服务科学，称为“服务科学，管理和工程(Services Sciences，Management and Engineering)”，美国很多大学如berkeley已开设服务科学课程，将来培养出来的人就是美国的行业工程师。

服务科学可以融合计算机科学、运筹学、产业工程、数学、管理学、决策学、社会科学和法律学等学科，创建新的技能和市场来提供高价值的服务。

1.7会聚技术

1.7.1会聚技术的历史

2001年底，美国DoC-BTM、NSF、NSTC-NSEC等机构在华盛顿召开由50余名著名科学家和政府要员参加的题为“会聚四大技术，提升人类能力”的圆桌会议，首次提出“会聚技术”的概念。“会聚技术”是指当前四个迅速发展的科学技术领域—纳米、生物、信息技术和认知科学的协同融合——这就是所谓“NBIC会聚技术”。每个领域的发展潜力巨大，其中任何技术的两两融合、三种集成或四者会聚，都将产生难以估量的效能。

1.7.2会聚技术的内涵

N——纳米科学与技术：人类探索的新空间——消弭了自然与人造的分子系统之间的界限。

B——生命科学与技术：永恒研究的老对象——通过基因学和蛋白质学来延长人的寿命。

I——信息科学与技术：延伸智能的好工具——导向更加自主的智能机器。

C——认知与神经科学：完善人类的总目标——创造出人工神经网络并破译人类认知。

1.7.3会聚技术的理念

四种科学的会聚是对学科的巨大挑战。学科会聚的理念来自会聚技术，是指以整体论为基础的多学科协同综合的过程，学科会聚的理念高于学科交叉和学科群落。学科会聚的理念如表1所示。

1.8网格计算

计算机网络只是信息传输的基础设施，计算机网格则是资源共享的基础设施，它使互联网上所有资源，包括计算、存储、通信、信息、软件、知识等全面连通，根据服务等级协定(SLA)之类的协议向用户提供Pervasive/Grid模式的GGG (Great Globe Grid)应用服务。其含义是把分布在不同地理位置的高性能计算机、各种仪器设备、数据库、软件等资源用高速网络互联起来，使这些资源看起来就像一台超级计算机的部件，用户通过网格可随时随地、单一映像、高效一体化地共享资源、协同开展教学科研及应用开发活动。

网格计算也称先进计算基础设施(ACI，Advanced Computational Infrastructure)等，分为计算网格、信息网格、知识网格、服务网格等。

我国在网格领域的研究始于最近几年，目前最重要的三个项目是：

1. 中国科学院的“国家高性能计算环境(NHPCE)”项目(“中国国家网格”——CNGrid)

2. 清华大学的“先进计算基础设施北京上海试点工程(清华ACI系统)”项目

3. 中国教育科研网格计划ChinaGrid

1.9云计算

最近，一些大公司如MS、Google、IBM等都在炒作“云计算”的概念，如IBM跟欧盟合作开展“云计算”，欧盟拨款1.7亿万欧元；Google与IBM联合力推“云计算”模式；Yahoo也把宝押在了“云计算”上；我国也在无锡跟IBM公司联合建立了一个“云计算”中心。

有人说微软收购Yahoo的一个重要考虑就是因为Yahoo在“云计算”方面的领先地位，而IBM、Yahoo和Google等正在使用“云计算”的概念兜售自己的产品和服务。

“云计算”(Cloud Computing)是分布式处理(Distributed Computing)、并行处理(Parallel Computing)和网格计算(Grid Computing)的发展，或者说是这些科学概念的商业实现。

量子物理中有一种“电子云(electron cloud)”，即在原子核周围运动的电子不是在一个经验世界的轨道上，例如像天体一样的运行轨道上，而是弥漫在空间的、类似云状的存在。电子云有概然性、弥漫性、同时性等特征。

“云计算”借用了量子物理中的“电子云”(Electron Cloud)的概念，强调说明计算的弥漫性、无所不在的分布性和社会性特征。

云计算(cloud computing)是分布式计算技术的一种，最基本的概念是，透过网络将庞大的计算处理程序自动分拆成无数个较小的子程序，再交由多部服务器所组成的庞大系统，经搜寻、计算分析之后，将处理结果回传给用户。透过这项技术，网络服务提供者可以在数秒之内处理数以千万计甚至亿计的信息，达到和“超级计算机”同样强大效能的网络服务。

云计算技术的例子随处可见，例如搜寻引擎、网络信箱等，使用者只要输入简单指令即能得到大量信息。进一步的云计算不仅可以做资料搜寻、分析，还可以分析DNA结构、基因图谱定序、解析癌症细胞等。

2大学的使命

原来我们说传播知识即教学，创造知识即科研。现在大学的功能还有服务社会，引领民族和社会文化。

3国家创新体系

2006年1月，胡锦涛总书记在“全国科技大会”上明确提出了“提高自主创新能力、建设创新型国家”的重大战略任务。党的“十七大”报告明确指出：提高自主创新能力，建设创新型国家，是国家发展战略的核心，是提高综合国力的关键。

我国创新体系在未来10-15年甚至更长时间科技发展指导方针是：

自主创新，重点突破，支撑发展，引领未来。

所谓创新，包括原始创新、集成创新、引进消化吸收后再创新。

加强建设国家创新体系，要支持基础研究、前沿技术研究、社会公益性技术研究；进一步营造鼓励创新的环境、努力造就世界一流科学家和领军人才、注重培养一线的创新人才。

与高校和科研院所相关的是要搞原始的知识创新体系。人才培养如何与国家发展方向结合起来？

4创新人才培养

对于创新人才培养，我们要站在国际国内、国家需求和重大发展趋势的高度进行思考。

马大猷院士说：我国研究人员基础都很好，但常提不出自己的设想，很多人都是“述而不作”。中国人从小学起就被要求绝对服从，逐渐养成迷信长上、迷信书刊、死记硬背、整天学习、缺少交流的习惯。

他还指出：现在科学前沿几乎不见中国科学家。新技术产品颇为发达，但其核心技术与研究很少是中国人的贡献。

要培养创新人才，教师要具备的素质有：

(1) 教学与科研两手都要硬，并要紧密结合

(2) 教师要具有系统扎实的业务知识、自我发展与自我完善的能力

(3) 工作责任心与进取心

(4) 宽广的胸怀与平和的心态

(5) 真诚合作、和谐共事

(6) 开放与交流

(7) 关注学科前沿和发展趋势

(8) 良好的文化修养

(9) 积极探索探究式教学、互动式授课、专题型研讨教学方法

(10) 指导学生创新实践活动、大学生业余科研

(11) 带领本科生进入课题组和科研平台

(12) 充分利用IT技术辅助教学，如利用BBS、博客等开展讨论式或互动式教学

具有国际竞争能力的人才应该具有下列素质：

(1) 国际视野：有全球化的概念和国际化视野

(2) 国际意识：以国际化的态度对待和处理事物

(3) 国际活动：善于国际交往，能够与国际同行打交道、交朋友

(4) 国际知识：了解国际竞争规则和各国文化与专业情况

(5) 国际资源：能够迅速获取和拥有国际合作伙伴、网络及国际上各种资源

(6) 参与国际竞争：迅速适应国际环境，适应并参与国际竞争

清华大学的观点认为，具有国际竞争能力的人才应该具有下列能力：

(1) 获取信息的能力：能准确及时地从各种媒介了解国际重大事件、世界政治经济文化发展的动态和趋势、中国在国际社会中面临的挑战和机遇、各个方面的基本数据和背景资料等。

(2) 分析鉴别能力：对国际政治斗争、经济全球化的影响、国家民族利益、人类和平发展及环境等问题有正确的认识。具有独立思考精神，能从现象抓住本质，能比较准确地预测判断未来发展趋势，做出自己的决策。

(3) 国际交往能力：具有国际交流活动的经历和能力，掌握准确、流利的外语，熟悉国外礼仪习俗，懂得保护国家民族和自身合法利益，能以公平竞争、友好合作，互相尊重，自强不息的态度参与国际合作交流。

哈尔滨工业大学的观点认为，具有国际竞争能力的人才应该是这样的：

(1) 国际化氛围：营造多元化校园环境及国际化氛围，培养学生的国际化视野。

(2) 海外教师聘请：聘请海外教授及专家讲学，提高教师与学生接受和参与国际活动的机会。

(3) 教师队伍国际化：通过引进留学人员、派出教师国外深造，促进教师队伍国际化。

(4) 教学研究国际化：研究国外教学模式与经验。

(5) 课程体系及教学方式国际化：引进国外先进课程体系、教学方式、教材及课件等，采用双语教学。

(6) 学生国际化：学生联合培养；交换与交流、培养留学生。

(7) 建立国际合作交流平台：开展国际合作研究项目、联合实验室、国际学术会议、国际学生科技竞赛。

而武汉大学的观点则认为，要培养具有国际竞争能力的人才，应该培养学生的三创精神，即创新、创造、创业。

国际化的大型企业喜欢SCORE人才，即：

如果能够具有以下能力，则更是一个全面的人才，发展会更好，即：

●诚信的人品

●开阔的视野

●沟通+团队合作能力

●对理想的执着追求

●跨文化的能力

服务经济时代需要T型人才，如图4所示。“横”代表宽阔的基础知识，“竖”代表深入的专业知识。

图4 T型人才

在现代社会中，很多观点认为T型人才还不够，还需要∏型人才，除了基础知识和专业知识外，还要有特别的技能，那样就会“打遍天下无敌手”。如图5所示。

图5 ∏型人才

这里还有一个加强实践的问题，康德在18世纪末提出的科学研究方法论是：

人类在探索自然时，不应该像个小学生似地听取老师告诉他们的每一件事；反之，他们应该像一位被任命的法官一样，迫使自然回答他提出的问题。

事先提出一个关于自然的假设，然后再通过实验或观察来迫使自然回答我们的问题，这就是康德哲学。

在IT领域中，问题求解能力很重要。包括：运用创新方法和知识求解问题的能力和实践动手能力。MIT校训指出：

I hear，I forget；

I see，I remember；

I do，I understand。

MIT的“不为”原则是：“只要努力一定能成功的课题不做”，即要做没有把握成功的研究，要重新创造(Reinvention)。

我们在研究中要注重学科交叉与综合应用，各领域学科交叉与综合应用的情况如图6所示。

图6学科交叉及综合应用示意图

计算机科学与现有的物理学、生命科学、社会科学具有很强的交叉性与融合性。

5IT发展实例

5.1铱星计划(铱星系统)

1987年，摩托罗拉公司的两位工程师提出一个设想：设计一群由低地球轨道的通信卫星组成的星座，以提供全球范围内任意两点的无线通信联络。

1991年，摩托罗拉公司决定建立由77颗低轨道卫星(后来卫星的数量减到66颗)组成的空间移动通信网络，并以在元素周期表上第77位的金属“铱”(Iridium)来命名——“铱星系统”。投资高达57亿美元。

铱星系统的技术十分先进，它采用了星上处理和星间链路技术，相当于把地面蜂窝网倒置在空中，解决了卫星网与地面蜂窝网之间的跨协议漫游，最大特点就是通信终端手持化，个人通信全球化，实现了5个“任何”(5W)，即任何人(Whoever)在任何地点(Wherever)，任何时间(Whenever)可与任何人(Whomever)采取任何方式(Whatever)进行通信。

科技界对它评价颇高，如开创全球个人通信的新时代，成为现代通信的一个里程碑；1998年被美国《大众科学》杂志评为独一无二的新型卫星电话系统。

然而，十年计划，一年破产。

1997年6月，铱星公司股票以每股20美元上市，1998年5月飙升到每股70美元；1998年11月1日，铱星系统投入市场；1999年8月13日，铱星公司申请破产保护；但2000年3月17日，铱星公司正式终止其商业服务，宣告破产。

思考铱星系统失败的原因，可以概括为几方面：

在经营方面，为了抢占市场匆匆上马，结果手机供不应求；

在技术方面，手机笨重，初期通话质量差，还不能在室内和车内使用等；

而最根本原因的是对技术发展的预测(forecast)和前瞻(foresight)出现重大失误，首先它未能预测10年后地面移动通信技术实现了由模拟式向数字式的跨越，而且价格低廉，用户众多；第二，它未能预测10年后Internet应用得如此广泛。

5.2诺基亚公司

诺基亚公司起步的时候是“乡镇企业”，80年代主要业务是传统产业、造纸、胶皮棉靴、电视机；92年砍掉电视机业务，专心发展移动通信，目前已占世界移动通信市场的1/3；1/3职工(约1.3万人)做 R&D，每年投入R&D 13.5亿美元；每月推出一种新产品，市场方面把握正确。

6启示与体会

计算机学科和现代社会的发展日新月异，机遇前所未有，挑战前所未有，但机遇大于挑战。我们教育工作者要适应这种飞跃发展的形势，只有不断创新教学理念，改革教学方法，才能培养出具有国际竞争能力和创新能力的人才。