未来科技发展走向及其对大学教育的影响

倪庚 秦宇彤 徐远旭 张守华 罗长坤

[摘要]科技是教育领域变革的主要推动力。本研究以奇点临近视角展现了当代科技创新的新特征，在聚焦智慧科学的基础上分析了未来科技发展的新方向、可能形成的新格局，并以QGNR重叠技术革命为引领，从教育理念、人才培养模式、教学方法等层面系统阐述了未来大学教育的颠覆性变革。

[关键词]奇点临近;智慧科学;QGNR;大学教育;未来科技

[中图分类号]G64

[文献标识码]A

[文章编号]2095-3437（2020）03-0001-05

大学教育发展至今日，不仅已是全球经济推进的杠杆，更对社会形态的时代性变革产生了理念预示、方向预示和科技预示。事实证明，大学需要与科技保持长期、永久的接触，否则难逃萎缩退化的厄运。随着科技革命的根本特征由信息智能向生命智慧转变，大学教育将迎来包括人才培养智慧化、教学空间无限化等一系列史无前例的变革。在未来科技发展走向的平台上深度观测大学教育，有利于加快大学与科技的全面沟通，持续挖掘大学教育潜在的智慧资源，更好地发挥大学培养人才、弘扬科学、引领社会的职能。

一、当代科技创新的新特征

人类在亚洲创造了农业文明，在欧洲创造了工业文明，在美洲孕育了知识文明。21世纪以来，科技文明高速驱动着人类创造性思维的聚合，尤其是2012年大数据技术的推广，人类创造出的数字信息量以超高速单位改变着世界的形态，微信、脸书、推特等多元社交平台的存在价值强势提升。大数据大大降低了科技捕捉信息的成本，新技术汇聚的周期因此而急剧缩短，当代科技创新在速度、范式、体系、趋向上较之以往表现出全方位的突破。

（一）创新速度呈指数级增长

人类推动科技进步的速度前所未有，人类推动世界文明的进程前所未有，人类推动自身变革的方式前所未有。以SCI数据库文献总量变化幅度来看，从1950年的8.5万篇爆炸性增长到2014年的364.9万篇，增长近43倍，尤其是进入生命科学主导的21世纪，直觉的线性增长观被指数增长观取代：1968年1美元只能购买1个晶体管，2012年1美元可以购买1000万个晶体管;计算机的处理器速度由1967年的0.25MIPS暴增至2000MIPS;人类基因破译成本由1990年的每对碱基对10美元降至当前的0.1便士，成本还在突破想象地降低。指数凭借它的爆炸性将量变演绎到极致。随着人类创新性思维的高速孕育，科技成果的超级孵化，技术已不再是人类发展手段的极限选择。创新近似垂直的增长力所呈现出的井喷效应使得各行业的发展一日千里。

（二）创新范式呈积木式构建

人类正从旧有的隔阂体制迅速地开辟出全新的体制，创新不再取决于某学科、单方向的一元突破来实现，多元智能重叠产生出的积木式创新范式，使尖端领域要素之间形成借鉴、交叉、融合、升华的态势，所创造的技术产品也有效解决了适用范围小、精确度低、使用周期短的问题。例如医用机器人可以布置到家庭、社区、学校等非医疗机构，可以像移动手机一样随身携带，其功能也由医用领域扩展到社会道德和伦理领域，用以调节医患矛盾、监护用药、代人挂号等。积木式创新范式就是指数级增长的支撑下，抛弃以往创新的所有规则，加大对物质、能量、空间和时间（MEST维）的压缩，融合了人类模式识别的智能优势和非生物智能的绝对交换力，使当代科技突破边界的限制，延续创新高复合的旺盛力发展下去。

（三）创新模式呈体系化设计

当前科技发展已呈现出现实与虚拟广泛交互的局面，基础研究、应用研究、产业化边界日趋模糊，科技创新平台由平板型向立体化转变。这一转变生动地体现在“科学突破-技术研发-市场推广”的演进周期大幅缩短，它得益于科技创新全链条的设计思想，理论研究者、技术制造者、产品生产者、市场销售者都被创新链条全程串联起来，每一环节都闪耀出元创作、自设计、智模式的光辉，创新有史以来首次实现从分散化走向整合。以组学（Omics）的体系化创新为例，基本体系是已有的大量组学研究项目，中间体系是新兴组学项目，尖端体系是最有前景的組学新项目，形成了多组学体系的集合发展大体系，催促个体化基因组时代的到来问。体系化创新使各阶段研究思路相互渗透，逻辑节点有序衔接，全程链条更加机动，信息流动更加畅通，技术成果转化更加快捷。

（四）创新领域向生命智慧科学聚焦

人类科技进步的内核正发生着深刻的变化，狭义地由物质层面组织起来的科学探究，随着人工智能在广泛领域的强力铺开，完成了向人类内意识的转航，由此深化到对生命本质的探究，并迅速地围绕人脑科学，进一步向生命智慧本质聚焦。从学科层面看，这一聚焦是数、理、化、信息、材料、计算机等自然科学和哲学、伦理学、心理学、社会学等人文社会科学广泛向智慧科学的聚焦。这一聚焦是在以认识脑、保护脑、模拟脑为重点的“人类脑科学计划”不断取得新突破的基础之上，计算机科学引领下的深度学习、类脑程序、逆向工程加速打破人脑认识极限，具备类人思考的电脑全面推动人类解放四肢，注力思考，完成了传统的体力劳动到一般的机械传动，然后从数字化全自动控制到强人工智能，再向自主智慧新方向迈进的一次生动聚焦，世界根本运转模式正由智慧轴心来主导。

二、未来科技发展走向

科技进步是加速回归定律影响下的必然结果，同时，科技发展又是一种新秩序的创造过程，这个过程可以用纪元来表达。人类起源于物质和能量组织的第一纪元，随着化合物趋于复杂化，以生物与DNA为进化信息的第二纪元得以产生，大脑神经系统感知力的开发打开了第三纪元世界，成熟存储技术的介入使人类迈进了第四纪元，而当代正处在智能与技术结合的第五纪元，技术世界呈现出往日不可想象的大容量、快速度、共分享的局面，但预言家库兹韦尔认为这不能阻止第六纪元的到来，这一过渡时期就是奇点临近，奇点将克服人类老年化的诸多问题，极大解放人类创造力。而奇点临近的平台由量子技术革命（Q）、基因技术革命（G）、纳米技术革命（N）和机器人技术革命（R）共同搭建，四个元素共同掀起了未来技术的浪潮。

量子技术革命（Q）代表了创造经典传输革命的推动力。量子力学自1900年诞生以来，量子以它“不可分割”“不可克隆”等特性受到了通信技术的青睐。而今人类对量子世界的探索已从“单纯探测”时代走向“主动调控”阶段，不久的将来，以量子计算产业化为特征的第二次量子革命，必将提高学习智能化的水平，营造量子学习的生态系统，可以断言：大学正站在下一代量子革命的门槛上，量子将引发大学教育技术的一场深刻变革。

基因技术革命（G）引发了数字信息技术与生命合成技术的广泛交融。生命背后的那些信息运算过程被逐步解密出来，二进制代码编写的基因组使人类离进一步合成生命的梦想近了一大步，人类已初具控制基因表达的能力。而随着人体全组学大数据的构建，医学表达实现数字信息化有了坚实基础，人类将比历史上任何时候都更了解自己，人类可以控制原发病细胞，抑制衰老甚至改变基因运算逻辑以延长生命。而基因革命所带来的深层影响，就是重构人类的认知代码、记忆代码，人工合成新的学习生理机制，通过生命计算机建模达到改造人脑，进化教育的目的。

纳米技术革命（N）推动了信息与物理世界的深度交汇。纳米以它单原子、单分子的制造特性，为重建物理世界提供了先天的工具。纳米技术进一步使分子片段之间、原子之间紧密连接，缩小了现代技术的关键尺寸，包括身体、大脑在内的世界一切物质都有重组的可能，从而制造出纳米计算机、纳米能源、纳米过滤器等非生物智能产品，这些非生物智能产品所具备的生物神经元通信交流将有力促进个性化教育模式的更新换代，增强经验一知识一技能的连通性。

机器人技术革命（R）将推进生物智能与人工智能的自然融合。自机器人诞生起，从自然人代表的1.0版本发展到纳米机器人的2.0版本，今日正处在向全浸润虚拟现实的3.0版本迈进，分布式纳米机器人与生物神经元的配合程度是进化的技术关键。由于机器人具备整合最尖端技术的优势，在21世纪或大约5代人以内，“如果认知科学家能够想到它，纳米工程师就能够建造它，生物工程师就能实现它，信息技术工程师就能够监测和控制它”。在AlphaGo屡次击败李世石的事件中，强人工智能表现出突破学习的极限的可能，神经网络模型组织的语音测评、教学全脑监控为未来教育提供了强有力的助手。

QGNR重叠革命加速了奇点时代的临近，与科技紧密衔接的大学注定难以回避这场革命。重叠技术将突破以学科教学、分班授课、知识分类、学做分离、师生传授、书面测评、统一管理为代表的当代大学教育界限，倒逼大学教育体系发生整体性变革，这将比任何一次大学改革带来的变化都更加猛烈，并为未来大学教育构筑四大稳固基座。

三、未来科技发展对大学教育的影响

（一）对教育观念的影响

教育观念所指引的大学发展方向和持有的价值观念受智能与非智能的影响而加速外延，将大学教育延展到空间、时间和智慧三个维度，由此产生具有转型意义的教育新观念，即空间无垠、时间无限、智慧无穷的三维教育观。这是QGNR重叠技术革命在教育领域首先引发的一次变革，如图1所示。

空间无垠教育。霍金曾对宇宙的人类意义做过这样的界定：“人类求知的最深切意愿正是对我们生存其中的宇宙做出最完整的描述。”航天技术的不断发展加速了大国间对宇宙空间资源的争夺，美国的空间探测只经历了半个多世纪就从近地探测向深空探测方向推进，不可不谓之迅速，但背后是先进的空间教育在发挥作用。美国在反思了苏联卫星先行发射后，认识到空间教育的重要性，逐步建立并完善空间教育体系，形成了以高校物理与天文专业为主体，太空营为课外辅修的空间教育框架。每年有数万中小学生参观遍布于全美的太空营站点，接受太空科普教育，并亲身体验模拟航天器及天文设备，机构在其中选拔潜质较好的学生攻读物理与天文专业，由此保持空间人才的储备和培养的接续性。在技术环境和外部环境的双重影响下，教育的边界在未来势必延展，以旨在培养学生宇宙感知力、深空想象力、空间发展力的空间无垠教育成为人类教育的主题。空间无垠教育以量子加速器为载体，运用超空追击技术和机器人空间深度算法，突破人类思维塑造的边界，重新确立人类思考和探究的范畴，以宇宙文明为教育组织的内核，通过充足的宇宙信息编制空间教育材料，结合天体观察、外星观测、光年体验等实践形式，开展想象引导教学与空间发散教学，使学生具备无垠的空间思维能力和空间智慧素质。

时间无限教育。量子技术在教育发展中的重大贡献就是解决了教育活动中的时间局限问题，量子传输的极速化改变了教学时间的单向行进的特质，它可以完整地记录教学过程的每一个节点，并做到全程回溯。这对教育理念的影响将是深刻的，学业生涯的不可逆、教学反思的表面化、反馈的延迟性等现象都将受到挑战。量子技术将引发大学教育对时间的重新思考，教育的目的从当下的学会知识、掌握技能，向时间的远端提高生命的旺盛力转变，不仅通过教育授予学生获得生存的手段，更是要运用时间教育使不同的个体树立立世的使命，能够在个体生命的有限性与人类生命的延续性之间找到社会持续发展的科学意义与有效途径，从而理解生命的普适价值，实现终身教育向人类全生命教育的跨越。

智慧无穷教育。QGNR重疊技术革命渗透到教育世界的各个方面，教育在广泛吸收了脑科学、学习科学、智能科学的研究成果基础上，自主演化成以发展学习者学习智慧为核心，以全面提升大学生智能融通力、悟性为目标的智慧教育形态。智慧教育更注重大学生智慧的启迪，进而为发展全人类普遍的超高悟性文明奠定人才基础。通过构建以智慧本质、大脑监控、超级思维力为核心的智慧教育体系，将智慧教育推向无穷生长的界面。智慧教育之无穷在于人才培养规格的转变，大学教育从培养功能化知识型人才向智慧化超高悟性人才转变，这类人才以不断追求人类智慧的无穷性为己任，通过生命智能技术的介入，加速受教育者脑组织分化，孕育出大脑无穷级区域，开辟出无穷想象、无穷探索、无穷挑战、无穷增值的路径。智慧无穷教育不强调知识的传授，这是因为QGNR重叠技术背景下知识的更新率极为迅速，只有通过高悟性的培养，使人类从知识记忆型的学习向全域创造型的学习迈进，才能更好适应非知识主体的教育模式，更好地适应超级思维发展环境。

（二）对人才培养目标的影响

人才培养目标决定了某一时代教育工作的终极指向，QGNR重叠技术强调教育要重新审视智慧的根本价值，以智慧为社会发展的第一动力，设计启迪智慧，开发智力，尊重智慧的人才培养目标，不断加速知识文明的变革，引导智慧文踢的到来。

培养全面智慧公民。知识文明时代人类的教育侧重知识的输入与新知识的创造，将人类的教育活动分为基础教育阶段的基础知识学习和高等教育阶段的专业知识学习两个阶段。QGNR时代以智慧为中心开展教育活动，要求接受过系统智慧教育的公民能够兼备科学文化和人文文化，逐步消除科学与人文的学科边界，重新将自然教育、科学教育与社会教育构建一体，使人类悟性的全面启发具备雄厚的奇点临近时代文明基础，改善知识经济时代个体知识结构单薄，重专业知识积累，轻综合领域融合的问题，使专家转型为全民智者，不仅具备较强的QGNR技术认识力和理解力，同时具有浓厚的人文关怀情结，实现人类智慧主导下的自然与社会的共融发展。

培养自主智能创造力。重叠技术革命时代既是生产力高度发展所带来的必然结果，也是人类主动构建高度发达文明的必然趋势。智慧时代不是否认智能时代的一切成果，智慧时代是由生产工具的高度发达向人类大脑的高度发达进行转变的时代，智慧教育承接着智能时代的教育思想及成果，依然要以培养受教育者的智能创造力为重要目标。但与过往不同的是，在重叠技术高度发达的背景下，智慧教育要求人类不仅主动控制着社会的运转，而且将智慧与智能创造良好地协调衔接。例如可以自主制造细胞元，自主设计不受环境影响的人机关系，这一切都来源于教育找到了打开人类主动性的大门。

培养高尚的人机共情力。生物智能与人工智能的高度融合，提高了智能机器人的服务功能，机器人的发展方向从人形到人工再到人智，机器人逐渐具有人类的品行、情意和操守，机器人在复合技术的改良下，不仅是人类生活生产的工具与助手，也将在情感领域升级为人类的呵护员、情培师。这要求教育比知识经济时代更注重情育，这种情育的搭建不再是单独指向个人的，而是人机共生一体的情感教育，培养的是机器人理解人、容纳人，人类同化机器人、感染机器人的情感表达能力，造就人机共情的界面。

（三）对教学方法的影响

QGNR重叠技术革命影响下的教育，其价值的核心表达形式是智能教学方法的全面启动，在大信息量子传输、生物与非生物因素无障碍沟通的技术平台上，具备个性化配置、师生无缝互动连接等特点的教学方法会密集呈现。

人机交互法。智能机器人在教育领域将得到极大的推广，这得益于智能机器人可以储存海量的教育信息，同时智能机器人获得了人类的性灵，可以温文尔雅、有条不紊地选择、传输，甚至是教化。某种意义上讲，获得智能方向感的机器人在教育目标掌握方面的表现会远远超越人类。因此，智慧时代的普遍适用的教学方法就是人机交互，面对复杂的学习内容仅靠学生自己的能力是无法完成的，必须利用机器人所具备的高效算法优势，实现机器人智能大脑的辅助介入，将复合算法组成的学习对象进行拆分和归类，学生才能有条不紊地沿着算法的方式掌握大量学习内容，培养自己的综合信息处理能力和应用能力。同时，智能机器人可以在外界实现学生的学习监控，找对问题路径，增强挑战信心，帮助学生化解一道又一道时空难题。

主动极限法。智慧教育时代，教学活动实施的中心由“学科教学中心”向“极限问题中心”驱动。这是QGNR重叠技术对知识经济背景下学科教学体系的冲击，因为原有的学科教学模式已经严重制约了复合技术型智慧人才的培养，物理学家、化学家、生物学家已经不能单独完成融合科学课题的研究，人工纳米细胞的研制需要大学科思维的科学家以及多科技术人才的协同。组建极限问题教学库正是此类人才培养的关键举措，教学过程中由具备大学科时空素养的教师提出系统的极限问题，以引导学生挑战某领域的极限，锻造他们的极限问题思考力，甚至是形成力，以供给重叠技术发展的新动力。

职教创一体法。课堂为中心的教学难以将理论学习与实践应用良好地融为一体，复合技术创造出的智能教学移动终端，将人类从课堂解放出来，并推倒学校的围墙，使教学不受时空任何一方的限制，受教育者获得更多的理论与实践并轨的机会。一个程序员可以手持移动智能教学终端在开发新程序时，边学习基本编程规则，边了解开发难题和空白，挖掘复合技术新知，完成开发任务。应注意到，在这个过程中学生不仅实现了理论学习与实践应用的无缝衔接，也出现了创新的种子，而智慧时代的教育要做的就是把理論一实践一创新紧密构建为一体，为新兴职业的出现培养人才。

（四）对教育评价的影响

QGNR重叠技术革命可以使诸如计算机一类的科学工具变得微小甚至是不可见，它们在教育领域的全面投入将为大学的语音系统、视觉系统、书面记录系统带来时代性更替，尤其对过度依赖终结性评价的大学教育来说，围绕脑电技术应运而生的起点性评价将是大学步人教育评价新里程的主要标志。

起点性评价的出现。纳米机器人通过连接脑神经实现了全脑扫描，在超高分辨率呈现下，学生学习过程中的树突棘增长和新树突的形成都可以被监控起来，这对评价学生的推理障碍、阅读障碍都有重要的价值。人工智能技术设计的人工神经元嵌入生物神经元中，所组成的生物智能交互评价网络可以对大学新生的专业敏感度进行测评。通过生成脑组织图像，教育评价员可以清晰地发现专业入门前学生的知识容量、问题反应度和基本逻辑组织力，判断哪些学生适合进智能测绘专业、基因编码专业、信息云组织专业。这样的起点性评价关注点在于大学生的学习机能，而不是学习结果，有助于科学了解学生的学习特点，充分发掘学生的专业潜质，瞄准学生的发展方向，促进智慧育人这一大学教育理念的达成。

脑科学评价技术的应用。在大脑可塑性原则的支撑下，对神经元和神经元间的连接数据计算与分析，可以实现大脑存储记忆和技能区域的划分与模拟，以大脑区域建模为技术基础的专注评价头盔是大学教育评价的实物性创造。近期美军研发的Daqri增强现实智能头盔就促成了人脑与电脑相接，该头盔与英特尔平板相连，可以识别船舶在地图上的目标位置并选择行动，例如追踪、控制、开火或停火。而教育专注头盔通过大脑自身线路的重铺，为生物神经元接受数字编码传感提供了通道，通过回收大脑皮层分区的活动信息，导出头盔数据转换器，以可视化形式评价学生的运算、推理、逻辑、记忆、语言、情感等水平，重在监控学习中的问题，及时反馈给纳米机器人，开展海马体修复工作，这样未来超导数学课程的学习能力就可以全程维护，从而实现起点性评价改善学生学习机能的价值。

评价场所的专门化。在起点性评价理念的指导下，充分利用脑科学评价技术的支撑作用，大学教育评价场所由当前的分散走向集中状态，由无固定场所进化为专门的评价实验室。作为大学教育质量主要评价活动开展的场所，脑教室大规模建立在各二级院系和专业联合辅导基地，有助于学生科学地筛选入学专业，预判个人已有专业素养、未来专业塑造深度与可选专业之间的匹配度，同时为前沿、新兴学院管理员，各专业、方向导师选拔可塑性强的人才提供大数据支撑，提高优势教育资源的利用度和增值度。脑教室也有助于学生及时检验个人的学习质量，通过非试卷化、非分数式的脑区专业塑成库测试，将学生某段学业学习效果以视觉敏锐、听觉关注、神经反应等模块综合测试出来，以数据形式第一时间反馈给学生，参照学业时段专业水平增值标准，使学生对自身学习成果一目了然，清楚弥补方向，达到科学组织学习资源、合理分配学习时间的目标。

QGNR重叠技术影响下的大学，将加快教育在自管理媒介、超信息通道、虚拟学业平台等多方面的技术更进，大学教育的基本性质将发生根本性变革，由此带来的“大学三维教育观”“智慧型人才培养”“智能化教学”将强烈冲击旧有办学体制，并组成未来大学教育的三大动能基座，推动未来大学教育在配置先进科技引擎的基础上，发挥巨大的先导作用。

[责任编辑：钟岚]