“當前，我們在計算機教育領域有兩個痛點。一是中小學信息化課程基本成為‘微軟培訓班’；二是我國2000多所高校都有計算機專業，但大多是教學生怎么用計算機，而非教怎么造計算機。我們需要改變。”近日，在2022年信息技術自主創新高峰論壇上，龍芯中科技術股份有限公司（以下簡稱龍芯中科）董事長、中科院計算技術研究所研究員胡偉武直言。
高端芯片、操作系統、人工智能關鍵算法、傳感器……信息技術應用創新產業（以下簡稱信創產業）亟待實現自主可控，這也是打破信息技術領域被掣肘的關鍵。“從教育做起，培養系統能力專業人才”，是此次論壇上不少專家學者和企業界人士的共同心聲。
自主可控需要建設安全生態
計算機教育革新，需先從當前信創產業新形勢談起。
如果把電腦上的Windows系統或OS系統換成國產系統，你愿意嗎？事實上，用戶是否愿意，不僅是系統本身能否運行的問題，更涉及其是否有完善的軟件生態的問題。
“發展自主可控技術，保障信息技術產業底座安全，不僅是發展問題，更是生存問題。”中國工程院院士鄭緯民指出，要組建創新生態聯合體，以自主芯片為核心底座，以硬件設備、軟件系統為中流砥柱，充分發揮企業的整體效能，共同打造我國自主可控的安全生態產業鏈。
我國信創產業與過去相比發生了巨大變化，也面臨著諸多新難題。胡偉武提到，當前，性能、供應鏈和軟件生態是信創產業的三大難題。
“CPU和操作系統已經實現自主化，但還有比兩者更底層的關鍵核心技術容易被‘卡脖子’，即軟件生態。”先進性、自主性和兼容性，則是國產操作系統軟件生態需要突破的難關。“我們要把自主研發的優勢轉化為性價比和軟件生態的優勢。”胡偉武說。
具備解決復雜問題的系統能力
南京航空航天大學計算機科學與技術學院院長陳兵提到了一個現象：企業招員工、高校招研究生，面試官或老師們總會有一種“模糊”的感覺，這名學生不太合適，但這種不合適常常難以表述。“從表面上看，就是學生難以解決復雜的工程問題。”
在陳兵看來，現代計算機工程的發展趨勢是綜合化、智能化、軟件定義化和網絡化，使得系統軟件整體規模急劇增加，從原來相對封閉孤立走向開放，從而對人才提出了挑戰。“這些挑戰需要學生具備系統能力。”
究竟何為系統能力？陳兵給出了答案，即學生理解計算機系統的整體性、關聯性、層次性、動態性和開放性，掌握計算機軟硬件協同貫通工作及相互作用的機制，綜合運用多種知識與技術完成全系統開發的能力。
“計算機系統能力培養成為國內計算機專業最具影響力的教育教學改革熱點問題之一。”清華大學計算機科學與技術系副主任武永衛指出。
武永衛表示，培養系統能力應該從自主技術與實驗教學兩方面進行拓展和深化。首先，應該更重視技術體系的全面性，且有必要與國產自主技術緊密結合。其次，必須以實驗教學為主要突破方向，如果沒有合理有效的實驗實訓能力培養，就無法落地。
中科院計算技術研究所研究員、中國科學院大學博士生導師張福新對此有深刻體會。他建議，教學內容上引入自主生態、產業前沿和工程實踐思維，實踐上對接相關實驗平臺，以及實際解決方案場景，讓學生得到面向整個產業生態體系的完整培養。
陳兵指出，信創產業新形勢要求全產業國產替代，突破軟件核心“卡脖子”問題，學生培養的思路也隨之有了新變化，特別強調要和政府、企業、科研院所深入溝通、協同育人。
“協同育人模式除了合作模式的變化外，主要是將人才培養方案融入進去，在培養目標、畢業要求、課程體系、師資隊伍等方面進行校企深度融合。培養方案根據行業發展需求、技術演化趨勢，最終實現信息產業驅動的人才培養。”陳兵說。
由淺入深的教學模式
今年11月，教育部高等學校計算機類專業教學指導委員會規劃教材正式啟動，旨在深化產教融合，促進信息產業人才培養和產業需求銜接，建設國產自主核心技術生態。
武永衛介紹，系列教材基于國產自主指令系統，總共有7門計算機專業核心課程，預計在2023年陸續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、計算機組成與操作系統、編譯原理等計算機專業核心課程教材，內容側重于教學實操。
西北工業大學計算機學院智能計算系統系主任張羽負責編寫操作系統內核部分。他指出，操作系統發展存在周期律，每20年左右出現一次跨越式的發展機遇。當前我們正進入人機物三元融合時代，需要新的操作系統。“面向絕大多數零基礎學生，使他們不再畏懼操作系統內核構建。”
這是一個由淺入深、層層遞進的教學模式。首先鼓勵學生構造一個小型操作系統內核，讓學生盡快直觀感受到內核運行，在操作中有成就感。此外，幫助學生建立操作系統內核框架思想和內核工程化思想，由簡單到復雜，逐步分階段、分層次去優化。
南開大學計算機學院教授宮曉利介紹，我們試圖從應用程序開發人員的視角，來理解操作系統的角色和作用。具體來說，從一個簡單的應用程序開發任務開始，通過不斷迭代豐富其功能，最終完成一個完整項目。而在迭代更新的過程中，循序漸進培養學生的系統工程能力。
從興趣到理論認知、實驗操作，最終到系統能力形成，專家們期待培養出一批具備自主創新能力、掌握關鍵核心技術的人才，他們不僅會用計算機，更能造計算機。
來源：《中國科學報》
