“當(dāng)前，我們?cè)谟?jì)算機(jī)教育領(lǐng)域有兩個(gè)痛點(diǎn)。一是中小學(xué)信息化課程基本成為‘微軟培訓(xùn)班’；二是我國2000多所高校都有計(jì)算機(jī)專業(yè)，但大多是教學(xué)生怎么用計(jì)算機(jī)，而非教怎么造計(jì)算機(jī)。我們需要改變。”近日，在2022年信息技術(shù)自主創(chuàng)新高峰論壇上，龍芯中科技術(shù)股份有限公司（以下簡稱龍芯中科）董事長、中科院計(jì)算技術(shù)研究所研究員胡偉武直言。
高端芯片、操作系統(tǒng)、人工智能關(guān)鍵算法、傳感器……信息技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)（以下簡稱信創(chuàng)產(chǎn)業(yè)）亟待實(shí)現(xiàn)自主可控，這也是打破信息技術(shù)領(lǐng)域被掣肘的關(guān)鍵。“從教育做起，培養(yǎng)系統(tǒng)能力專業(yè)人才”，是此次論壇上不少專家學(xué)者和企業(yè)界人士的共同心聲。
自主可控需要建設(shè)安全生態(tài)
計(jì)算機(jī)教育革新，需先從當(dāng)前信創(chuàng)產(chǎn)業(yè)新形勢(shì)談起。
如果把電腦上的Windows系統(tǒng)或OS系統(tǒng)換成國產(chǎn)系統(tǒng)，你愿意嗎？事實(shí)上，用戶是否愿意，不僅是系統(tǒng)本身能否運(yùn)行的問題，更涉及其是否有完善的軟件生態(tài)的問題。
“發(fā)展自主可控技術(shù)，保障信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)底座安全，不僅是發(fā)展問題，更是生存問題。”中國工程院院士鄭緯民指出，要組建創(chuàng)新生態(tài)聯(lián)合體，以自主芯片為核心底座，以硬件設(shè)備、軟件系統(tǒng)為中流砥柱，充分發(fā)揮企業(yè)的整體效能，共同打造我國自主可控的安全生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈。
我國信創(chuàng)產(chǎn)業(yè)與過去相比發(fā)生了巨大變化，也面臨著諸多新難題。胡偉武提到，當(dāng)前，性能、供應(yīng)鏈和軟件生態(tài)是信創(chuàng)產(chǎn)業(yè)的三大難題。
“CPU和操作系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)自主化，但還有比兩者更底層的關(guān)鍵核心技術(shù)容易被‘卡脖子’，即軟件生態(tài)。”先進(jìn)性、自主性和兼容性，則是國產(chǎn)操作系統(tǒng)軟件生態(tài)需要突破的難關(guān)。“我們要把自主研發(fā)的優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為性價(jià)比和軟件生態(tài)的優(yōu)勢(shì)。”胡偉武說。
具備解決復(fù)雜問題的系統(tǒng)能力
南京航空航天大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院院長陳兵提到了一個(gè)現(xiàn)象：企業(yè)招員工、高校招研究生，面試官或老師們總會(huì)有一種“模糊”的感覺，這名學(xué)生不太合適，但這種不合適常常難以表述。“從表面上看，就是學(xué)生難以解決復(fù)雜的工程問題。”
在陳兵看來，現(xiàn)代計(jì)算機(jī)工程的發(fā)展趨勢(shì)是綜合化、智能化、軟件定義化和網(wǎng)絡(luò)化，使得系統(tǒng)軟件整體規(guī)模急劇增加，從原來相對(duì)封閉孤立走向開放，從而對(duì)人才提出了挑戰(zhàn)。“這些挑戰(zhàn)需要學(xué)生具備系統(tǒng)能力。”
究竟何為系統(tǒng)能力？陳兵給出了答案，即學(xué)生理解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的整體性、關(guān)聯(lián)性、層次性、動(dòng)態(tài)性和開放性，掌握計(jì)算機(jī)軟硬件協(xié)同貫通工作及相互作用的機(jī)制，綜合運(yùn)用多種知識(shí)與技術(shù)完成全系統(tǒng)開發(fā)的能力。
“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能力培養(yǎng)成為國內(nèi)計(jì)算機(jī)專業(yè)最具影響力的教育教學(xué)改革熱點(diǎn)問題之一。”清華大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系副主任武永衛(wèi)指出。
武永衛(wèi)表示，培養(yǎng)系統(tǒng)能力應(yīng)該從自主技術(shù)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)兩方面進(jìn)行拓展和深化。首先，應(yīng)該更重視技術(shù)體系的全面性，且有必要與國產(chǎn)自主技術(shù)緊密結(jié)合。其次，必須以實(shí)驗(yàn)教學(xué)為主要突破方向，如果沒有合理有效的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)能力培養(yǎng)，就無法落地。
中科院計(jì)算技術(shù)研究所研究員、中國科學(xué)院大學(xué)博士生導(dǎo)師張福新對(duì)此有深刻體會(huì)。他建議，教學(xué)內(nèi)容上引入自主生態(tài)、產(chǎn)業(yè)前沿和工程實(shí)踐思維，實(shí)踐上對(duì)接相關(guān)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，以及實(shí)際解決方案場景，讓學(xué)生得到面向整個(gè)產(chǎn)業(yè)生態(tài)體系的完整培養(yǎng)。
陳兵指出，信創(chuàng)產(chǎn)業(yè)新形勢(shì)要求全產(chǎn)業(yè)國產(chǎn)替代，突破軟件核心“卡脖子”問題，學(xué)生培養(yǎng)的思路也隨之有了新變化，特別強(qiáng)調(diào)要和政府、企業(yè)、科研院所深入溝通、協(xié)同育人。
“協(xié)同育人模式除了合作模式的變化外，主要是將人才培養(yǎng)方案融入進(jìn)去，在培養(yǎng)目標(biāo)、畢業(yè)要求、課程體系、師資隊(duì)伍等方面進(jìn)行校企深度融合。培養(yǎng)方案根據(jù)行業(yè)發(fā)展需求、技術(shù)演化趨勢(shì)，最終實(shí)現(xiàn)信息產(chǎn)業(yè)驅(qū)動(dòng)的人才培養(yǎng)。”陳兵說。
由淺入深的教學(xué)模式
今年11月，教育部高等學(xué)校計(jì)算機(jī)類專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)規(guī)劃教材正式啟動(dòng)，旨在深化產(chǎn)教融合，促進(jìn)信息產(chǎn)業(yè)人才培養(yǎng)和產(chǎn)業(yè)需求銜接，建設(shè)國產(chǎn)自主核心技術(shù)生態(tài)。
武永衛(wèi)介紹，系列教材基于國產(chǎn)自主指令系統(tǒng)，總共有7門計(jì)算機(jī)專業(yè)核心課程，預(yù)計(jì)在2023年陸續(xù)完成全系列教材出版。該系列教材均為不同高校與龍芯中科合作編寫，覆蓋了匯編語言、計(jì)算機(jī)組成與操作系統(tǒng)、編譯原理等計(jì)算機(jī)專業(yè)核心課程教材，內(nèi)容側(cè)重于教學(xué)實(shí)操。
西北工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院智能計(jì)算系統(tǒng)系主任張羽負(fù)責(zé)編寫操作系統(tǒng)內(nèi)核部分。他指出，操作系統(tǒng)發(fā)展存在周期律，每20年左右出現(xiàn)一次跨越式的發(fā)展機(jī)遇。當(dāng)前我們正進(jìn)入人機(jī)物三元融合時(shí)代，需要新的操作系統(tǒng)。“面向絕大多數(shù)零基礎(chǔ)學(xué)生，使他們不再畏懼操作系統(tǒng)內(nèi)核構(gòu)建。”
這是一個(gè)由淺入深、層層遞進(jìn)的教學(xué)模式。首先鼓勵(lì)學(xué)生構(gòu)造一個(gè)小型操作系統(tǒng)內(nèi)核，讓學(xué)生盡快直觀感受到內(nèi)核運(yùn)行，在操作中有成就感。此外，幫助學(xué)生建立操作系統(tǒng)內(nèi)核框架思想和內(nèi)核工程化思想，由簡單到復(fù)雜，逐步分階段、分層次去優(yōu)化。
南開大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院教授宮曉利介紹，我們?cè)噲D從應(yīng)用程序開發(fā)人員的視角，來理解操作系統(tǒng)的角色和作用。具體來說，從一個(gè)簡單的應(yīng)用程序開發(fā)任務(wù)開始，通過不斷迭代豐富其功能，最終完成一個(gè)完整項(xiàng)目。而在迭代更新的過程中，循序漸進(jìn)培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)工程能力。
從興趣到理論認(rèn)知、實(shí)驗(yàn)操作，最終到系統(tǒng)能力形成，專家們期待培養(yǎng)出一批具備自主創(chuàng)新能力、掌握關(guān)鍵核心技術(shù)的人才，他們不僅會(huì)用計(jì)算機(jī)，更能造計(jì)算機(jī)。
來源：《中國科學(xué)報(bào)》
