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发布时间:2022-09-22人气:

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76年前中国工程教育认证,在美国宾夕法尼亚大学,一个占地167平方米、重达27吨的庞然大物被媒体称为“巨脑”。这台机器每秒可以执行 5,000 次 10 位运算,即使是最聪明的人也无法幸免。它可以在30秒内计算出一个弹道,而手动计算需要20个小时,计算速度快2400倍。那是世界上第一台通用电子计算机“ENIAC”,耗电量高达150千瓦——甚至有传言说“这台计算机每开机,费城的灯光就会变暗”。很难想象我们手中的任何电子设备的计算能力都比ENIAC高出许多数量级,更不用说各种智能应用了。这一切得益于半个多世纪以来学术界和工业界的共同努力。然而,随着实际问题复杂度的不断提高和数据量的爆炸式增长,人工智能算法对计算能力的要求也越来越高,导致经典计算技术在一些领域出现瓶颈。例如,面对药物研发中的分子动力学模拟、全球航运网络中理想的航线规划等复杂问题,即使使用超级计算机来解决也是非常耗时的。量子技术的出现,为一些复杂问题的解决提供了一条完全不同的捷径。虽然短期内量子计算机取代电子计算机的可能性不大,但其独特的并行计算和信息处理能力可以在某些对计算能力要求极高的特定场景下发挥巨大的“量子优势”。与70多年前不同,我国在量子技术等前沿科技领域紧跟国际步伐,取得了举世瞩目的研究成果。但如果想让这些成果不仅仅停留在实验室和论文中,而是通过工程实践服务于新兴产业,甚至解决许多“卡脖子”的关键技术问题,一大批能够将科学发现与工程相结合的新人才需要技术。 面对第四次工业革命,我国高等教育特别是工程教育,不仅要做好新兴科技领域的人才布局,还需要不断优化质量保障体系,动态适应时代要求。人才产业发展,最终实现新型工程人才培养水平。整体增强。


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尖端技术给行业带来的新变化 麦肯锡今年6月发布的研究报告《量子技术监测》指出,医药、化工、汽车、金融四大行业有望成为“量子优势” 首批受益者最早可在 2035 年创造近 7000 亿美元的价值。所谓“量子优势”是指量子计算机根据原理通过特定算法解决一些实际问题,可以获得比经典计算机更强的计算能力量子力学(如量子叠加、量子纠缠等)。相比之下,N 位经典存储器只能存储 2^N(2 的 N 次方)可能数据之一,但具有 N 量子位的量子存储器可以同时存储 2^N 数据。这是因为每个量子比特可以准备两个逻辑状态0和1的相干叠加,即可以同时存储0和1。随着 N 的增加,其存储信息的能力将呈指数增长。另外,一台量子计算机可以同时对2^N个输入数据进行一次运算,效果相当于经典计算机重复运算2^N次,或者使用2^N个不同的处理器进行运算平行。可见,量子计算机可以节省大量的存储资源和计算时间。当然,为了发挥量子计算机巨大的并行处理能力,还需要寻找适合量子计算的高效算法。大多数已知的量子计算用例可以分为四类算法原型:量子模拟、量子线性代数(用于 AI/ML)、量子优化和搜索以及量子大数分解。麦肯锡在一份研究报告中预测,在过去十年中,四种量子算法原型将在不同行业具有不同的实际应用价值,其中生命科学、金融服务等行业将创造更高的应用价值。


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火狐电竞图片来源:麦肯锡研究报告 量子优化和搜索算法将在生命科学和交通运输等许多行业有重要应用。例如,对生物学和医学非常重要的蛋白质折叠问题(由一长串氨基酸组成的蛋白质,当折叠成不同的形状时,会产生不同的生物学功能),通常由超级计算机使用检测器遍历化学链弯曲的所有可能方式,最终找到所需的折叠组合。但随着蛋白质序列变得越来越长、越来越复杂——一条由 100 个氨基酸组成的链,理论上有数万亿种折叠方式——超级计算机的“蛮力”也派不上用场了。量子算法通过创建多维空间和定位与特定模式相关的数据点来快速找到最佳折叠组合。量子大数分解算法将对金融和通信行业产生颠覆性影响。这是历史上第一个量子算法,由美国数学家Peter Shor于1994年提出。大数(即较大的自然数)很难通过传统算法快速找到素因数中国工程教育认证,这是RSA公共安全的理论基础密钥系统,广泛应用于电子银行、网络等领域。经典计算机所分解的最大数字是 129 位,但它同时需要 1600 个工作站,并且需要 8 个月才能完成。使用 Shor 算法的量子计算机理论上可以在几分之一秒内分解 1,000 个数字。面对量子计算机,RSA密码系统的安全性将消失。不管对行业的影响如何,目前大规模量子计算机的最大障碍是其工程实施,这是全球技术前沿的主要挑战之一。受制于苛刻的容错阈值和大规模的量子比特数,人类要研制出具有容错能力的通用量子计算机,还有许多实际问题需要克服。但在研究层面,以中国科学院院士潘建伟为代表的中国科学家团队在量子通信、量子计算、量子精密测量等量子技术研究方面取得了世界领先的成果。截至目前,潘建伟团队在Nature和Science上发表重要论文20余篇,研究成果多次入选两大期刊评选的年度科技进步。麦肯锡报告指出,中国政府在量子技术方面的投资已达 153 亿美元,是欧盟投资的两倍多,是美国政府投资的八倍多。从结果来看,中国的量子技术专利已占全球总量的一半以上。但在人才培养方面,欧盟在量子技术相关领域的毕业生人数最多,其次是印度,中国仅排名第三。新兴产业需要新型人才,我国高等教育新工科人才培养才刚刚起步。


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火狐电竞工科新学科建设人才培养新要求 今年5月,以潘建伟为首的中国科学技术大学未来技术学院正式揭牌,首批26名学生批。中国科学技术大学校长包新和在揭牌仪式上表示,量子技术已成为全球新兴战略性技术的重点,学院将培养一批“推动量子技术的世界级引领者”。量子技术浪潮”。除中国科学技术大学外,北京大学、清华大学等高校也在去年教育部公布的首批12所未来技术学院中。早在2016年,中国科学院大学就成立了未来技术学院,开设脑科学与智能技术、光子学与量子芯片技术、仿生智能材料科学与技术等不同学科的交叉融合专业。根据教育部规划,未来工学院的建设目标是培养具有前瞻性、引领未来发展的科技创新领军人才,推动“中国制造”向“创造”转型升级。在中国”。在此前教育部印发的《未来职业技术学院建设指导意见(试行)》中,多次提到“交叉融合”,即打破传统的以学科划分的知识体系,促进“交叉融合”。科学与工程的结合,工程与工程的交叉,工程与文化的渗透。” 、医工融合”。可见工科被视为跨学科融合的核心,培养新工科人才是实现科技创新的基础。教育部提出“新工科”建设规划五年前,先后通过《复旦共识》、《天大行动》、《北京指南》等推动新工科建设的实施,探索了工科教育发展的新模式、新路径。 2018年教育部、工业和信息化部、中国工程院联合印发《关于加快新工科建设和发展实施教育培训计划杰出工程师 2.0"。系统,并进入世界高等工程教育第一方阵的前列。我国的工程教育体系起源于前苏联。 1950年代初全国高校院系调整时,按照产业领域重新设置学院和大学,按照产业流程岗位重新设置专业,形成了典型的务实教育体系。改革开放后,通过一系列高校合并和学科调整,加强了高校的综合性中国工程教育认证,学术研究能力和水平也有了很大提高。目前中国工程教育认证,在我国普通本科院校培养的学生中,工科毕业生人数仍占所有学科的三分之一。


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但是,我国的工程教育仍以传统工程技术为主。人工智能、生物医学等新兴产业,以及诸多关键“卡脖子”技术,对现有的工程教育提出了更高的要求。新兴产业催生的新问题,不能简单地通过工程技术来解决。他们需要在数学方法、科学研究和系统集成方面取得创新突破,高度依赖能够将科学发现与工程技术相结合的工程科学人才。综合来看,我国工科毕业生供给存在结构性矛盾,新兴产业和制造业十大重点领域人才培养仍有提升空间。


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工程教育质量保障体系面临新挑战 工科新学科建设的一项重要任务是构建工程教育质量保障新体系。 《关于加快新工科建设发展实施卓越工程师教育培养计划的意见2.0》明确提出完善工程教育专业认证体系,稳步扩大专业认证总体规模,谋划2023年工科专业达到20%以上。通过国际实质等效专业认证。作为工程教育质量保障的重要机制和核心手段,专业认证体系在教育教学理念、培养方案设计、师资队伍建设、持续质量提升等方面发挥着重要的引领和引导作用。教育部还要求入选高校在未来技术院校建设文件中完善质量保障体系,全面贯彻以学生为中心、以产出为导向、持续改进的理念。教育部文件中反复提及的“以学生为中心、以产出为导向、持续改进”,来自华盛顿协议的核心理念OBE(Outcome basededucation)。 OBE理念在美国等国家已经实践多年,被认为是高等工程教育改革的方向。中国工程教育专业认证协会首届认证结论评审委员会主任委员李志毅认为,为使我国高等工程教育更好地适应国家和经济社会发展的需要,迎接新工业革命的挑战,有必要关注 OBE 的概念。实现了三个转变:从学科导向到目标导向,从教师中心到学生中心,从质量监控到持续改进。


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2016年,我国正式加入国际工程联盟“华盛顿协议”组织,标志着我国工程教育认证体系实现国际实质等效中国工程教育认证,工程教育质量与美国媲美、加拿大、英国和其他属于该协议成员的国家。实现区域间互认,在我国工程教育改革发展进程中具有重要意义。我国的专业认证体系正在逐步成熟,已经建立了一套比较完善的认证机构、认证标准和认证程序。 2022年7月15日,《工程教育认证标准》和《工程教育认证工作规范》团体标准正式发布。其中,《工程教育认证标准》主要规定了工程教育认证的一般要求和20项补充要求,《工程教育认证工作规范》规定了工程教育认证的认证程序、监督和仲裁,以及相关回避,保密和其他纪律要求。截至2021年底,全国288所普通高等学校1977个专业通过工科教育认证,涉及工科专业24个。其中,机械、计算机、材料、电子信息、化工医药、土木工程是最“热门”的,拥有100多个认证专业;兵器、轻工、能源电力相对“大众化”。冷门”,通过认证的专业不超过5个。结合新金城研究院2021年全国研究生调查数据,这24个专业中:核工程、测绘、土木工程、电气、采矿、计算机等专业毕业生相对容易找到对口。 ,他们的工作和专业对口都在80%以上;计算机、自动化、电子信息专业毕业生起薪较高。


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我国工程教育专业认证体系严格按照《华盛顿协议》设计,但仍需结合国家实际提出独特要求,建立面向未来的新认证标准具有中国特色和国际实质对等的制度。天津大学新工科教育中心主任顾培华团队在研究中指出,我国现行的工程教育认证标准在灵活性、专业化、标准结构水平、标准衔接等方面存在以下挑战:一、认证标准设计不够充分考虑到不同层次高校的需求差异,没有针对不同高校实力设计的分级认证标准,认证难度会影响积极性参加认证的高校; 二、各专业委员会专业补充标准高度一致,在相当程度上忽略了各个专业的特点和实际; 三、认证仅限于本科层次,但从实际发展情况来看,我国硕士层次的工科学生数量非常多。并且呈现快速增长的趋势,需要专业的认证体系来保证其培训质量; 四、随着新一轮科技革命提质增效,跨国工程技术人才流动日益增多,我国尚未建立起较为完善的专业认证体系之间的衔接机制和工程师注册制度,其资格的承认不能得到保证。面对国际产业竞争的严峻挑战和我国经济高质量发展的迫切需要,我国高等教育特别是工程教育应着眼未来变革性技术,做好各领域人才布局。人工智能、量子技术、基因工程等新兴技术。同时,工程教育质量保障体系还应动态适应新兴技术和产业创新发展对工程专业人才的要求,为新型工程人才培养水平的提升保驾护航。


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参考资料:

/quantum.2.麦肯锡./.3.夏路辉。 (2020)。工业革命与中国工程教育的发展。中国发展观察,1.4.吴爱华,杨秋波,郝杰。(2019) .以“新工科”建设引领高等教育创新与改革.高等工程教育研究,1,1-7.5.中国工程教育专业认证协会./.6.国际工程联盟./.7.李志毅. (2014). 工程教育认证结果导向概念分析. 中国高等教育, 17 (7), 10.8.王庚、朱璐、胡德新、闫广芬、顾培华。(2022)。工程教育专业人士认证标准的国际比较研究。高级工程教育研究。

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