“互联网+量子技术”复合型人才培养模式研究

曹远龙，曾 历，刘清华，蒋长根，雷 刚

（江西师范大学 软件学院，江西 南昌 330022）

0 引言

随着全球首颗量子科学实验卫星“墨子号”的发射升空、全球首台光量子计算机的诞生，量子信息科学被科学界公认为是第四次工业革命的标志之一。为了抢占未来科技发展高地，世界各国都纷纷出台了量子国家大战略，旨在培养未来量子技术专业人才。美国国家科学技术委员会和能源部于2016年7月先后发布了题为《推动量子信息科学：国家挑战与机遇》和《与基础科学、量子信息科学和计算交汇的量子传感器》的报告[1]，报告分析了美国在量子信息科学领域发展所面临的挑战、机遇等，列出了有效推进美国量子前沿取得更大进展的需求。英国政府科学办公室于2016年12月发布的报告《量子技术：时代机会》强调重视量子应用领域，以加速量子技术的商业化进程[2]。欧盟也于2018年在“地平线2020”（Horizon 2020）创新框架下，启动量子技术研发旗舰计划[3]。

1 研究背景

在应用层面，美国洛斯阿拉莫斯国家实验室开发完成了一个小型量子互联网试验网络，并成功运行了两年多的时间。得益于政府大力支持，我国也建成了世界第一条量子通信保密干线——“京沪干线”量子通信网络。量子通信技术也已正式写入我国“十三五”规划纲要。可以看出，以量子计算为终端、以量子通信为安全保障的量子互联网时代即将到来。中国智研咨询在2016年发布的《2016—2022年中国量子通信市场分析预测及未来前景预测报告》指出：预计到2025年，中国量子通信市场规模将达到千亿级[4]。然而，科学家和行业代表认为量子信息科学的相关学科教育，尤其是量子信息与互联网技术融合的交叉学科人才培养远不能满足和支撑未来量子互联网信息科学的持续发展。此外，在我国当前的高校教育中，量子科学和互联网技术融合的交叉学科还没有形成科学的教育体系。

2 研究意义

以“新工科”发展为契机，以培养适应新技术革命所需的技术技能人才为目标，以文献[5]提出的“导师制下的项目驱动教学模式”为背景，提出新工科背景下‘互联网+量子技术’复合型人才培养模式探究”教学改革，其作用和意义在于以下几方面。

（1）研究构建面向新技术革命的量子互联网技术专业人才培养体系。融合计算机科学与技术、软件工程、物理学、数学等多领域学科知识，建立“量子互联网技术”交叉学科的新工科人才培养体系。

（2）研究构建“校—企”多方协同的“量子互联网技术联合培养工作室”教学模式，形成“校—企”双导师制下“量子互联网”项目驱动教学法。培养适应未来社会发展和企业无缝连接的复合型、实用性、高层次的量子科学与大数据专业人才。

（3）研究针对大学生“量子互联网+”创新创业意识的培养策略，着力打造未来创新人才高地。从“量子互联网+传统产业”“量子互联网+新业态”“量子互联网+公共服务”“量子互联网+技术支撑平台”等4个方面培养大学生创新创业思维，着力打造未来创新人才高地。

3 研究内容

3.1 面向新技术革命的量子互联网技术人才培养体系

量子互联网是一种运用量子力学原理搭建的未来绝对安全通讯的互联网。量子互联网技术是有效融合以物理学、计算机科学与技术、软件工程、数学为主的多个传统工科专业的新工科专业，是研究自然科学和工程技术中量子计算、互联网理论及其应用的一个基础性专业，培养学生掌握未来量子互联网技术的基本理论与方法，运用物理、计算机科学和数学知识解决实际问题的能力。量子互联网技术培养体系的建设遵循“基本理论+技术原理+创新实践”的设计思路和原则,以满足社会未来产业发展所需人才为培养导向，以学校、企业、政府多方项目驱动培养模式为主线和纽带，以多导师定向培养方式为核心，实现量子互联网技术相关理论教学、实践教学和校企协同教学有机结合，实现人才培养的全面提升和专业建设的可持续发展。

“互联网+量子技术”培养模式特点决定了量子互联网技术的前沿性和交叉性。近年来，随着量子力学研究及其应用成果不断涌现以及计算机互联网技术的蓬勃发展，使得物理学在量子计算、量子通信及其在传统互联网应用方面产生了重大进展，这就要求学生不仅要有良好的物理学基础知识，还要具备必要的数学、计算机科学与技术和软件工程等基本知识，因此，培养量子互联网技术复合型人才首先要进行培养体系的优化建设，以优质培养体系建设为核心，结合教学内容、教学方法和教学手段，设计培养体系（如图1所示）。通过学习物理学、数学、计算机科学与技术基本理论、基本知识和项目实验基本技能，掌握量子互联网技术基本知识素养与技能；此外，通过将设计性、创新性实验以及企业项目贯穿整个培养体系，将量子物理和互联网技术的新成果、新技术与新方法引入实验教学以培养创新型和应用型的复合型量子互联网技术人才。

图1 量子互联网技术培养体系设计结构图

与此同时，随着我国在量子物理领域的大规模人力、物力投入而带来的未来量子互联网技术迅猛发展，该培养体系的教学内容与教学模式也应当及时更新以适应技术的发展。

3.2 “校-企”多方协同的“量子互联网技术联合培养工作室”教学模式以及“校-企”双导师制下量子互联网项目驱动教学法

为培养适应新技术革命和未来量子互联网企业无缝连接的复合型、实用型、高层次的专业人才，拟建立“校—企”多方协同的“量子互联网技术联合培养工作室”，以及实施“校—企”双导师制下“量子互联网”项目驱动教学法（如图2所示）。

教学思路和特点包括如下几方面。

1）学生培养实行导师制。

图2 “校-企”多方协同工作室培养教学模式

（1）学生要求。进入“工作室”的学生应为大学本科三年级的学生，这些学生在大学一、二年级按照本专业课程体系要求已经完成了计算机科学与技术、软件工程、量子物理学等基础理论课程的学习。

（2）导师选取。导师分为工作室导师和企业导师两类，导师应具备从事量子互联网技术教学科研工作的能力，能够组织和带领学生从事量子互联网技术相关项目的研发，并以项目研发为主线组织专业教学。

该工程大体积混凝土施工自2013年7月6日开始，经过近4个昼夜的连续浇筑，于7月10日结束，养护3周后拆模，混凝土表面未发现裂缝，证明所采用的施工方案是可行的。

（3）培养模式。大学本科三年级的整个教学过程在“工作室”中实施，学生在工作室导师全程指导下以量子互联网相关项目开发为主线进行学习。每位工作室导师每届负责指导20～30名学生，学生分在具体的项目组从事量子互联网项目开发，并在此基础上进行相应专业课程的学习。学生在大三暑假进入企业实习，并在企业导师指导下，完成本科毕业论文的撰写。

（4）学生考核。对工作室学生的考核一般安排在每个学年结束时进行。项目考核一般以导师组织、项目小组成员参与答辩的形式进行。工作室导师根据每个项目小组成员在项目开发过程中的学习态度、研发能力、创新意识、团队协作精神和组织沟通能力等进行综合评分。

2）导师制下的工作室。

（1）组织形式。工作室分为若干个项目开发小组，每个小组选取1名项目组长。项目开发小组将密切关注量子互联网新技术的发展方向和企业需求，并对学习和研发内容做及时调整。

（2）项目来源。工作室项目的研发内容应该选取与量子互联网技术相关的项目。项目本身可以来自企业需求（也可以由企业导师指定）、工作室导师的科研课题。项目立项前需报学校相应管理机构审批，确保具有一定研发价值并严格按照量子互联网项目开发流程标准完成。

（3）学习环境。工作室布局参照互联网企业研发中心，每个工作室分别配备20～30个工位，每个工位配置一台高性能计算机以及量子互联网研发设备或模拟终端。工作室还应设置讨论区，且所有计算机和终端设备连接宽带网络或无线网络。

3.3 针对大学生“量子互联网+”创新创业意识的培养策略，着力打造未来创新人才高地

2016年世界经济论发布的《第四次工业革命：未来的就业、技能和劳动力战略》报告指出：世界正在进入第四次工业革命开始阶段。相信在不久的将来，以量子互联网技术为核心的第四次工业革命将以前所未有的态势席卷而来，因此，高校教育必须更加重视培养大学生的创新创业意识和技能，同时帮助大学生建立良好的创新创业协作平台,激发大学生的创业积极性和主动性，以培养具有“量子互联网+”思维的高端创新创业人才。

“量子互联网+”创新创业人才培养体系如图3所示，具体培养策略可以考虑从以下几个方面入手。

1）以“量子互联网+”创新创业教育体系为导向，培养大学生创新创业思维。

建立完善的“量子互联网+”创新创业教育体系。从学校层面出发，建立开放的学术环境，增强学生的“量子互联网+”研发能力；建立“量子互联网+”项目评价和激励机制，根据项目所处阶段不同（一般可以分为创意阶段和实践阶段），给出不同的评价和激励机制。从工作室层面出发，在工作室内部定期举办历届工作室获奖项目和业内优秀创意项目汇报交流会；定期邀请量子互联网领域知名专家学者、企业家举行创新创业讲座，为学生创新创业提供信息交流和共享的平台。通过“学校—工作室”两个层面的积极导向，培养大学生创新创业思维。

图3 “量子互联网+”创新创业人才培养体系

2）以“校—企”联合工作室培养为契机，提高大学生创新创业能力。

“校—企”联合工作室的运行模式与企业接近，可以说是搭建在校内的“企业实训基地”。传统培养模式下学生实习一般安排在假期，多由学生自主选择，实习效果参差不齐，而工作室担负起实习实训基地的功能，实现了“教学—实践—产品”一体化的专业技能教学模式，使学生能够边学边研发，有工作室导师和企业导师答疑解惑，项目研发成效将会显著提升。此外，工作室项目与企业需求接轨。同时，通过工作室学习的学生进入企业实习，他们可以在企业继续研发高质量的项目，由此提高大学生创新创业能力。

3）以创新创业大赛为手段，激发大学生“量子互联网+”创新创业意识。

未来巨大的量子互联网经济市场使得我们需要重视和创造条件逐步培养大学生的“量子互联网+”创业意识与理念。培养大学生“量子互联网+”创业意识与理念的途径包括：工作室内创业计划书的编制、国家级/省部级创新创业大赛的参与、国家级/省部级创新创业项目的研发以及企业内的“量子互联网+”项目体验式学习和培训。另外，工作室应承担组织学生参赛的职责。通过组织学生参赛，不仅体现了“以赛促学”的理念，更重要的是可以实现高校科技创新成果的迅速转化，能够形成高校、企业和市场之间的协同创新，同时也将激发大学生“量子互联网+”创新创业意识和理念。

4）创建大学生“量子互联网+”众创空间，积极挖掘、扶持和孵化大学生“量子互联网+”项目。

创业基础教育是面向大学生的大众化教育，孵化“量子互联网+”项目则是面向大学生的精英培养。通过对项目及团队进行考核评价，遴选优秀的创业项目及团队入驻“量子互联网+”众创空间，并为这些优秀的项目提供场地、政策咨询、配置创业导师、协助团队注册公司、引荐项目融资等方面的帮助。另一方面，学校“筑巢引凤”，通过创建大学生“量子互联网+”众创空间，吸引优秀创业团队和项目入驻，同时也可以激发优秀学生的创新创业积极性。

4 结语

随着量子计算技术的快速发展以及全球首台量子计算机的问世，量子计算和量子互联网技术被认为可能是人类第四次工业革命的“引擎”，笔者以“新工科”发展为契机，提出了面向第四次工业革命的“互联网+量子技术”复合型人才培养模式，其目的在于融合计算机科学与技术、软件工程、物理学、数学等多领域学科知识，建立“互联网+量子技术”新工科课程体系，培养适应未来第四次工业革命需求的创新性、高层次人才。本文所提研究设想将在江西师范大学软件学院的20多个本科大三工作室作尝试性和探索性实施。未来力争进一步完善研究方案并在更大范围内推广和实施。