创新学习

创新学习及对计算机科学的反思武汉大学计算机学院何炎祥[e-mail]提纲大学的使命国家创新体系与创新学习对计算机科学的反思Moore定律两个例子启示与体会1.大学的使命传播知识—教学创造知识—科研服务社会引领文化@高校既是培养人才的摇篮，也是知识创新的源头@高校是基础研究的主力军、应用研究的生力军、成果转化及社会服务的方面军@高校是国家制定内外政策的智囊团和思想库2.国家创新体系及创新学习2006年1月，胡锦涛总书记在全国科技大会上明确提出了提高自主创新能力、建设创新型国家的重大战略任务党的十七大报告明确指出：提高自主创新能力，建设创新型国家，是国家发展战略的核心，是提高综合国力的关键加强建设国家创新体系支持基础研究,前沿技术研究,社会公益性技术研究进一步营造鼓励创新的环境努力造就世界一流科学家和领军人才,注重培养一线的创新人才技术创新体系知识创新体系国防科技创新体系区域创新体系科技中介服务体系国家创新体系国家科技发展指导方针：自主创新重点突破支撑发展引领未来创新:原始创新集成创新引进消化吸收后再创新国家科技发展指导方针与国家创新体系《世界是平的：21世纪简史》《TheWorldisFlat:ABriefHistoryofthe21stCentury》ThomasL.Friedman－《纽约时报》－《商业周刊》－亚马逊图书排行榜第一名；－英国“FT/高盛”2005年度最佳商业图书奖2005年4月出版，2006年再版全球化－平坦的世界全球化1.0版（1492－1800）－世界是圆的！哥伦布起航发现新世界，开启新旧世界间的贸易以国家实力及其应用为基础的全球一体化依靠：人力、马力、风力、蒸汽动力等全球化2.0版（1800－2000）以跨国公司为主要力量的全球一体化依靠：铁路、蒸气机－电话、电报、电脑、卫星、光纤等全球化3.0版（2000－）－世界是平的！以个人在全球范围内合作为动力的全球一体化个人与小团体在全球范围内密切合作依靠：个人电脑、光缆及互联网、工作流软件等使世界变得平坦化了！平坦化的世界：一个基于网络的全球性竞争平台，能够使世界上任何地方的个人、群体、公司和大学为了创新、生产、教育、研究、娱乐等目的开展合作柏林墙倒塌与Windows建立－－创新时代到来Web出现和Netscape上市－－互联时代到来工作流软件－－网络化合作平台上传与网络社区软件外包离岸经营全球连锁店与供应链内包与现代物流网络信息搜索服务：Google，Yahoo，MSN数字化、移动化、个人化和虚拟化等新技术实现个人与外界沟通促进更多人交流互动使应用软件相互联系使世界变平的十大动力具有国际竞争能力的人才国际视野：有全球化的概念和国际化视野国际意识：以国际化的态度对待和处理事物国际活动：善于国际交往，能够与国际同行打交道、交朋友国际知识：了解国际竞争规则和各国文化与专业情况国际资源：能够迅速获取和拥有国际合作伙伴、网络及国际上各种资源参与国际竞争：迅速适应国际环境，适应并参与国际竞争具有国际竞争能力的人才（清华大学的观点）获取信息的能力：能及时地了解国际重大事件、世界政治经济文化发展的动态和趋势、中国在国际社会中面临的挑战和机遇、各个方面的基本数据和背景资料等分析鉴别能力：对国际政治斗争、经济全球化的影响、国家民族利益、人类和平发展及环境等问题有正确的认识。能预测判断未来发展趋势，作出自己的决策国际交往能力：具有国际交流活动的经历和能力，掌握流利的外语，熟悉国外礼仪习俗，懂得保护国家和自身合法利益，能以公平竞争、友好合作，互相尊重的态度参与国际合作交流具有国际竞争能力的人才（哈工大的做法）国际化氛围：营造多元化校园环境及国际化氛围，培养学生的国际化视野海外教师聘请：聘请海外教授及专家讲学，提高教师与学生接受和参与国际活动的机会教师队伍国际化：通过引进留学人员、派出教师国外深造，促进教师队伍国际化教学研究国际化：研究国外教学模式与经验课程体系及教学方式国际化：引进国外先进课程体系、教学方式、教材及课件等，采用双语教学学生国际化：学生联合培养；交换与交流、培养留学生建立国际合作交流平台：国际合作研究项目、联合实验室、国际学术会议、国际学生科技竞赛具有国际竞争能力的人才（武汉大学的观点）三创精神创新创造创业国外大型IT企业--SCORE人才观点Skills(技能)Creativity(创造性)OwningYourself(主动性)Responsibility(责任心)Execution(执行力)诚信的人品开阔的视野沟通+团队合作能力对理想的执着追求跨文化的能力服务经济时代的T型人才NeedbothI-shaped(deep)andT-shaped(deepandbroad)peopleScienceandEngineeringIndustrialandSystemsEngineeringComputerScience&InformationSystemsMathematicsandOperationsResearchEconomicsandSocialSciencesBusinessAnthropologyOrganizationalChange&LearningBusinessandManagementITServicesManagement服务经济时代的Π型人才Π-shapedpeople:(broadanddeepinbothspecialtyknowledgeandapplicationsectors)康德哲学康德在18世纪末提出的科学研究方法论：人类在探索自然时，不应该像个小学生似的听取老师告诉他们的每一件事；反之，他们应该像一位被任命的法官一样迫使自然回答他提出的问题事先提出一个关于自然的假设，然后再通过实验或观察来迫使自然回答我们的问题，这就是康德哲学问题求解能力运用创新方法和知识求解问题的能力实践动手能力MIT校训:IhearIforgetIseeIremenberIdoIunderstand马大猷院士说：我国研究人员基础都很好，但常提不出自己的设想，很多人都是“述而不作”。中国人从小学起就被要求绝对服从，逐渐养成迷信长上、迷信书刊、死记硬背、整天学习、缺少交流他还指出：现在科学前沿几乎不见中国科学家。新技术产品颇为发达，但其核心技术与研究很少是中国人的贡献要勇于舍弃固有的思想,最大限度地发挥构想能力,要积极主动地与同行交流,要有大胆创新的魄力和勇气向外行一样去思考,向专家一样去实践MIT的“不为”原则：“只要努力一定能成功的课题不做”，即要做没有把握成功的研究要重新创造(Reinvention)创新始于质疑敢于质疑，是培育和开发创新思维的前提1亚里士多德论断（公元前384-前322）物体的下落速度与它的质量成正比，越重物体下落速度越快权威论断伽利略（GalileoGalilei,1564-1642）对此质疑？伽利略—比萨斜塔试验比萨斜塔10磅铁球1磅铁球同时落地同时落地自由落体定律物体的下落速度与物体本身的重量无关，而与物体的高度有关——统治2000年之久的“权威定律”被推翻注意必然中的偶然→捕捉现象注意偶然中的必然→寻找本质2美国麻省理工学院机械工程系主任谢皮罗教授在浴缸洗澡后放水时发现：水的漩涡总是向左旋转——逆时钟方向转？实验结果：重复了观察到的现象发表论文：水流的漩涡方向是一种物理现象，与地球自转有关推断：如果在北半球——逆时钟旋转南半球——顺时钟旋转赤道——不旋转引起了各国科学家的极大兴趣,纷纷实验,验证了谢皮罗教授的推断———完全正确突破思维定势运用超常思维31900年，德国理论物理学家普朗克（1858-1947）提出假设：辐射的过程是不连续的，而是以最小的分量一份一份地放射出来，这个最小能量单位叫量子—量子假设—量子理论—1918诺贝尔物理奖量子理论提出：量子具有“不可测性”、“非因果性”、“跳跃性”---结束了牛顿经典物理理论统治工业社会数百年的历史，极大地促进了人们的思维方法信息时代：知识与信息为社会发展的第一推动力知识的爆炸式激增、信息的光速传输不可测性、非因果性、跳跃性---遵循量子特性知识信息团队精神4互补精神56共同分享成功的喜悦7还要学会互相欣赏8厚积薄发9曹雪芹—《红楼梦》—10年孔尚任—《桃花扇》—15年弥尔顿—《失乐园》—27年达尔文—《物种起源》—28年（1831年环球科考，1835年动笔）哥白尼——《天体运行论》—36年托尔斯泰—《战争与和平》—40年（参考700多种历史书）马克思——《资本论》—40年（阅读1500多种书籍）哥德———《浮士德》—60年德国哈思60岁发现重核裂变，65岁获奖（化学）美国范费莱克76岁研究磁体和无序体系物质电子结构理论，78岁获奖（物理）奥地利弗里希74岁发现蜜蜂舞蹈语言，87岁获奖（生物）———天道酬勤，大器晚成1901～1979年间诺贝尔奖获得者中13人60岁以后才作出重大贡献艰苦劳动+正确方法+少说空话成功爱因斯坦1879—1955=3.对计算机科学的反思芯片和计算机性能的提高已经遇到能耗、可靠性和成本三方面的难题一味从提高计算速度上找出路不一定是明智的选择，应反思计算机科学与技术是不是走了弯路，是不是应该探索新的途径3.1不能一味从提高计算速度上找出路普遍认为，计算机科学是“算法的科学”美国计算机学会(ACM)对计算机科学定义:计算机科学是系统地研究那些描述、转换信息,包括其理论、分析、设计、效率、实现和应用的算法过程的科学3.2要学会驾驭复杂性,要研究简单性信息技术发展的历史证明：信息技术发展遵循简单性法则，过于复杂的技术往往被淘汰或脱离主流，如Ada语言、数据流计算机、B-ISDN（宽带综合业务数字网络）技术等互联网成功的原因之一在于KISS原则（KeepItSimpleandStupid)计算机科学应尽可能用简单方法去处理复杂问题3.3虚拟化(中间件)技术1992年B.W.Lampson在获得图灵奖时说过:计算机科学中的任何问题都可以通过增加另外一个中间层次来解决为了解决互操作和兼容等问题,常常通过虚拟机(中间层/中间件)的思路在更高层隐藏下一层次的技术细节虚拟化应该成为计算机科学的重要内容ThemathematicallyKnowableUnknowable可用计算机有效求解的问题观点源自1990年J.Schwartz院士在国家智能机中心举办的战略研讨会上的发言3.4确定可有效求解的问题边界J.Schwartz院士指出:数学上已知的(knowable)问题域边界极不规则(如图).就像油田开采一样,在某个位置钻井有油,偏离一点就没有油.问题的可解性也很类似,某个问题在某些条件下是易解的,但如果条件改变一点点就很难解甚至不可解了确定可有效求解的问题边界,应该是计算机科学的重要内容将计算机学科分成科学与工程已不合时宜,分成软硬件亦不尽合理南加州大学将计算机学科按分析与综合分类，计算机科学主要内容从事跨学科的分析，计算机工程主要从事面向系统的综合同时计算机学科要加强与物理学、数学及其他科学的交叉研究3.5计算机学科的框架需求解的“问题”对问题本身的深入理解领域专业及数学知识开发从数据、指令到线程和处理机级的并行提高计算机性能通过物理发现和器件发明提高器件处理速度和集成度，降低器件成本，为设计新的计算机提供硬件基础设计优化算法提高求解效率，改善编程环境提高软件生产能力。计算机体系结构与工程软件理论与软件工程数学领域专业知识数学物理学注重学科交叉及综合应用IBM最先倡导服务科学，称为“服务科学,管理和工程（ServicesSciences,ManagementandEngineering）”，美国很多大学如berkeley等大学已开设服务科学课程,将来培养出来的人就是美国的行业工程师商业与技术相融合的方法要求有很高的专业技术。促进技术和