军事科学院徐馥芳:要有勇闯科技“无人区”的胆识******
光量子干涉实物图。图片来自新华社
党的二十大报告在总结十年来的重大科技创新成果时,再一次提到了量子信息。近年来,“墨子号”“九章”“祖冲之号”等一批量子信息领域的成果集中涌现,我国量子科技实现从跟跑、并跑,到部分领跑的重大历史性飞跃,量子科技发展的体系化能力正在稳步建立。
量子力学自1900年诞生以来,打开了人类认识世界的一扇新的大门。第一次量子革命,量子力学催生了晶体管、激光等重大发明。近年来,以量子计算和量子通信为代表的第二次量子革命兴起,极大地影响和改变着人类的生活。
本期科技访谈录,我们邀请到军事科学院量子技术方向学科带头人、国防科技创新研究院前沿交叉技术研究中心副研究员徐馥芳,请他谈一谈神奇的量子世界,展望量子科技发展的宏阔未来。
量子之美,美在未知
记者:习主席在党的二十大报告中,把量子信息列入新时代十年重大科技创新成果之一。量子信息是什么?它和我们经常提及的量子科技有什么关系?如今我国在量子信息领域都取得了哪些重要成就?
徐馥芳:量子信息是量子物理学和信息科学交叉催生的技术领域。它利用微观体系的量子效应,实现信息的高灵敏感知、安全传输和高速处理。量子信息主要包括量子通信、量子计算和量子精密测量等3个典型技术分支。
量子科技是一个更宏观的概念。它指的是量子力学建立后催生和发展起来的一系列科学与技术。随着量子信息技术的发展,量子科技发展进入新阶段,第二次量子革命兴起。这是一次巨大的飞跃,直接或间接改变和提升着人类获取、传输和处理信息的方式和能力。
近年来,我国在量子信息领域取得了很多重大成果。在量子通信领域,我国实现了光纤量子保密通信应用演示与验证的“京沪干线”,成功发射了“墨子号”量子卫星;在量子计算领域,我国实现了“九章”光量子计算原型芯片和“祖冲之号”超导量子技术原型系统;在量子探测领域,我国多个单位研制的冷原子干涉重力测量样机在国际重力比对试验中都取得了优秀成绩,针对水下目标探测的量子磁力探测样机已经针对典型场景开展了测试,等等。
记者:我们知道,量子力学是描述微观物理世界的理论。在您的眼里,又或者说在您的想象里,量子世界有多美?
徐馥芳:量子世界之美,在于它的神秘与未知。在量子的概念提出之前,我们对微观世界的认识,往往基于对宏观世界的理解之上。受到物理学自身限制,我们无法直接观测微观世界,甚至借助光学、电子学显微镜等也只能观测到皮毛。如今,了解过量子测量的我们都知道,量子测量会对被测量子系统产生影响;处于相同状态的量子系统被测量后可能得到不同的结果。这种因果颠倒的试验结果听来近乎玄幻,也是诸多科学家无法用经典物理学理论解释黑体辐射实验的原因。
在量子世界,很多经典物理学中不存在的物理状态变得可能。量子力学直接颠覆了我们对整个世界的认知。一个全新的世界在我们面前徐徐打开,太多的未知等待着我们去探索。这怎能不令人欣喜?
如今,还有许多物理现象难以被我们理解,比如量子隧穿、电子自旋、电子轨道跃迁、单电子自身干涉、测量导致的坍缩、共轭物理量无法同时精确测量(海森堡测不准原理),等等。这些都是量子世界里的一扇扇神秘的“大门”,一旦打开走进去,里面可能是一个更加幽远深邃的“洞天”。
但是,量子世界的神秘,或者说对量子世界的疑惑,并不足以使我们怀疑量子力学。量子力学的一部分已经得到实验验证,基于量子力学发展起来的科学与技术,已经极大地改变了我们的社会,并将继续服务于人类社会生活。
量子概念图。资料图片
对未来世界的影响,将远超你的想象
记者:有句俗话说,“遇事不决,量子力学”。量子似乎已经走进了人们的日常生活,又似乎还很遥远。您怎么看?
徐馥芳:很多时候,我们会觉得量子力学离我们很远。这一略带神秘、略显高深的学科,告诉我们微观世界中存在一些超导、超流、纠缠等神奇的量子效应,一般人很难理解。虽然一直都在说量子科技正在走进我们的生活,但是这一过程,往往以基础科学的形式在起作用。量子力学指导和推动了电子技术和信息技术的发展,但是我们的科学家、工程师和用户并不一定需要对量子力学懂太多。传统的学科还在将技术进一步推向前沿,仍有在不引入量子力学的情况下的进步空间。或者更直白地说,期望改变世界的量子信息技术,目前许多还停留在实验室阶段或者初步应用阶段,有待进一步突破。
另一方面,量子力学其实离我们又很近。我们周围的物质,包括我们的身体和大脑都是由原子分子构成的,它们在微观上遵守的是量子力学的规则。我们享受的现代科技产品,手机、电脑等都是量子力学指导的产物。近年来,随着量子信息技术的快速发展,量子通信、量子计算、量子精密测量领域都取得了一些重大进展,相关的科技产品正在加速走进我们的生活。
当然,我们更需清醒地看到,量子技术在向世界展现出其强大能力和发展潜力的同时,也面临巨大挑战。这其中,不仅有来自对量子态的长时间维持和精确调控等人类改造世界能力的挑战,更牵扯到物理学基础理论等人类认识世界能力的挑战。也许,还需经过漫长的时间,有新材料、新机理等特殊契机出现后,量子技术才能真正向世界显示其威力。
记者:请您设想一下,量子信息技术会给我们的未来生活带来怎样的改变?
徐馥芳:量子信息技术对未来世界的影响,将远超你的想象。在量子信息技术的3个分支中,量子精密测量和量子通信发展得相对成熟,已经从实验室“飞入寻常百姓家”。而难度最大的量子计算,发展仍处于早期阶段,距离商用普及仍有较长距离。我们乐观估计,还要20年以上的时间才能实现。
量子计算是量子信息技术中最综合的一个技术分支,也是对信息技术冲击最大的一个分支。从算盘时代发展到冯·诺依曼架构的电子计算机时代,人类社会发生了翻天覆地的变化。从经典计算机到量子计算机,“量子比特”取代了经典的“比特”,量子计算机在理论上具有秒杀所有传统计算机的计算能力。可以想象,一旦通用量子计算机发展起来,人类社会又将再次经历巨大变化。网络信息安全、大数据和人工智能、化学生物制药、金融工程、智能制造等领域都将因为量子计算机的巨大信息处理能力,发生颠覆性改变。
有没有勇闯科技“无人区”的胆识,决定了我们未来能走多远
记者:在钻研量子技术的道路上,您遇到最艰难的挑战是什么?
徐馥芳:从我的经历来看,最艰难的往往是起步阶段。我们这个团队是伴随着2017年新军事科学院调整组建而成立的一个研究团队,刚刚成立时,团队只有几个人,来自全军不同的单位。我还清楚记得,大家刚来到单位的时候,办公场地都是临时借用的,第一份项目申报书,是在临时租借的宿舍中完成的。但大家都没有被这些现实困难吓倒,科研经费有限,就省吃俭用买设备买器件;团队人才短缺,就想方设法引进、培养青年人才……几年时间过来了,我们的团队已经相对稳定成熟,科研条件有了很大改善,也取得了不少研究成果。
回顾这段从零起步的创业历程,我最大感触是,我们这一代科研人员赶上了一个好时代。在国家高度重视科技创新的大背景下,在党中央和中央军委的相关政策扶持下,在军事科学院良好的科研氛围下,我们团队可以瞄准一个目标,心无旁骛地共同努力。在这种环境下,拼搏也成为内在的自发本能。
记者:您认为,研究量子技术和其他科学技术有什么不同?研究量子技术需要怎样的科学精神?
徐馥芳:由于量子物理的概念与宏观世界完全不同,从事量子技术研究需要经过科学的系统训练,接受其独特的逻辑和技术方法。量子力学是一门完备的、严谨的科学。没经过系统训练,利用学习到的部分量子概念,结合自己的现实经验看待或处理问题,很容易走入歧路,产生错误观点。
现在社会上对量子技术存在着两种极端理解:一种是认为量子技术是骗子技术,所有的都是假的,不认可量子力学的正确性,或者认可量子力学但不认可量子技术;另一种认为量子技术是万能的,会彻底颠覆现在的电子技术和信息技术。这两种理解毫无疑问都是错误的。量子力学是一门基础学科,我们需要理性认识基于量子力学发展起来的量子技术,尤其是方兴未艾的量子信息学。它是一门全新的交叉学科,它的发展将成为我们传统信息技术的有力补充,并成为信息技术深化发展的基础。
从我长期从事量子技术的经历来看,我认为,研究量子技术,一是需要科学严谨的态度,能够严格依据量子理论进行推理和验证,进行试验设计和现象解释;二是需要前瞻的洞察力,量子世界的现象和规律与我们熟悉的经验世界完全不同,对研究中碰到的问题,必须敢于大胆假设,勇于创新,小心求证;三是需要持之以恒的韧劲,在研究量子信息技术时,科学难题和工程技术难题同在,很多时候在短期内都难以出重大应用成果。中国古人常讲“十年磨一剑”,但在这个领域,有可能十年都难磨一剑,所以必须沉下心来埋头苦干。
在科学研究上,有时看似下的是慢功夫,实则走的是快车道。量子技术是一门非常前沿且深奥的学科,目前虽然已经有了一些研究成果,但还有更多的“无人区”等着我们去探索。当我们与世界同行站在同一起跑线上,有没有勇闯科技“无人区”的胆识,决定了我们未来能走多远。
文字整理:张志华
如何有效推进中高职一体化******
如何有效推进中高职一体化
——以工程造价专业为例
随着“一带一路”建设、装配式建筑的推进,工程造价咨询行业对拥有高素质、复合型、能适应数字技术的人才需求量呈现显著增长趋势。为此,笔者所在的浙江建设职业技术学院依托工程造价国家高水平专业群,开展浙江省工程造价专业中高职一体化培养研究与实践,探索省域工程造价专业人才培养新格局。
聚焦“适需+变革”,在焦点与难点上下功夫
首先,瞄准职业教育高质量发展焦点。实施中高职一体化贯通培养,能有效协调中、高职院校之间的关系,发挥中职教育基础性作用,促进中高等职业教育一体化发展,切实形成纵向贯通的现代职业教育体系,满足学生成长成才全面发展的需要。当前新一轮科技革命和产业变革深入发展,职业教育必须及时调整人才培养内容,传授符合经济产业发展所需的知识与技能,培养学生知识技能快速迁移等核心素养,服务普惠性人力资本提升。
其次,破解中高职一体化难点堵点。中高职一体化人才培养在浙江省已探索实践多年,但尚存在质量不高、效率较低、机制不畅等问题。为此,学校统筹全省工程造价领域行业企业、职业院校力量,以目标一致、协同发力取代不同主体、各自为政,破解协而不同之困;以行业指导、真实需求取代经验为主、闭门造车,破解定而不准之困;以标准引领、一体实施取代分层分段、衔接不畅,破解贯而不通之困;以一体设计、体系重构取代重复设置、效率低下,破解散而不全之困;以能力为本、综合评价取代分数至上、单一评价,破解偏而不全之困。
聚焦“转化+标准”,在能力与课程上下功夫
一是能力为本。遵循职业能力由低到高、由简单到复杂螺旋式发展的成长规律,采用“工作领域—工作模块—工作任务—职业能力—学习水平”的“五步”逐层推进分析法,实施工程造价职业能力分析,形成工程造价专业六大典型工作领域、13个工作模块、113个职业能力的能力结构。以能力体系为前提,将职业岗位向课程内涵过渡,分析职业能力在课程中的映射点,将职业对能力的要求映射至课程内容及要求,绘就能力课程转化导出图。
二是课程为重。贯通构建五年学制课程体系,设置公共基础课、专业核心课、专业拓展课、实践课程等。同时,紧紧抓住课程体系这一关键,统筹省域内开设工程造价专业中高职学校的教学现状,统筹中职学段、高职学段培养目标与过程,统一制定工程造价中高职一体贯通培养学制人才培养方案。
三是标准为要。整合全省工程造价领域政校行企资源,组织技术力量,以高质量为导向,系统制定了工程造价专业教学标准、课程标准、实训标准、师资标准、质量保障等一系列标准体系,涵盖专业人才培养全要求、全过程、全要素。
聚焦“成长+生态”,在育人与育才上下功夫
坚持学生为本,构建“144”育人体系。围绕学生一体化全面成长核心任务,实施定职业方向、定行动能力、定培养方案、定课程标准四大行动。彰显工程造价中高职贯通人才培养的一体性、实践性、连续性、进阶性四大特性。省域工程造价专业一体化系统育人功能更加清晰、课程体系更加优化、组织运行更加高效、相互衔接更加通畅、特色成效更加鲜明。
坚持立德树人,构建五大育才新生态。坚持德技并修,强化全员育人、全程育人、全方位育人,实施德智体美劳“五育”融合培养,构建合作育人新生态。坚持一体设计、衔接贯通、系统培养、螺旋递进、作用显著,构建课程改革新生态。组建教师发展成长共同体、构建教师同学共研好机制、实施互挂双聘多元交流好模式、实现校企融合校际融通好协同,形成中高职教师团队教研新生态。坚持统一标准、合作开发、创新形态、共享资源,打造教材资源新生态。以共建、共享、共赢、共发展为理念与路径,创新中高职院校一体化办学治理新生态。
聚焦“协同+共享”,在师资与保障上下功夫
赋能教师成长,组专业研学共同体。教师是教学实施的主体,中高职教师的成长是中高职一体化课改实施的有力保障。成立“浙江省工程造价专业教师研学共同体”,开展专业教学、专业建设等交流;通过“走出去挂职,引进来培训”方式,中高职学校每年互派教师挂职交流;开展行业最新技术、行业动态、职业教学成果的介绍和共享。
融合实训基地,设教学资源共享池。在工程造价实训基地建设中,引入多元社会资源,实现实训基地的共建共享。制定专业实训设备的建设标准,完善共建共享实训设备的政策制度和管理方法,明确合作院校之间权利和义务;整合实训基地的资源,完善共建共享运行平台,成立共建共享实训设备管理办公室,负责实训设备日常管理、教学、维护等工作。
聚焦“执行+评价”,在成效与质量上下功夫
创新“三教”改革,塑造智慧魅力课堂。教材是教学内容的主要载体和教学模式的重要支撑。工程造价专业强化深化职业教育教材建设,新教材以工程造价专业知识和技能为核心,遵循职业岗位工作过程,以实际工程项目、真实典型任务、模块为载体,根据工程造价产业动态进行优化。组织教师联合企业专家编写区域特色教材,将岗位能力、工作标准、技术规范等融入课程。组织中高职一体化教研活动,全面“上好一堂混合式教学课程、学好一门MOOC、评好一门标准化课程、组好一门个性化课程”,打造“五活五化”智慧魅力课堂。
关注学生成长,精准全程数字画像。设计开发学生智慧成长社区线上系统,从入学、就学到就业进行全生命周期管理,不但学生的德育养成、专业学习、实习实践等常规性规范性教育教学数据会被实时录入系统,学生在校园内参加讲座学习、接受各类培训、参加志愿服务等个性化信息行为数据,也会被智慧成长社区系统记录,毕业时生成一份个性化成长档案,构建全面独特的“数字画像”。该系统通过一体化培养路径,实现向中职校延伸,全面跟踪中职生的“五育”表现,为过程评价和升学就业提供参考依据。
中高职一体化贯通式培养高素质技术技能人才,肩负着培养大国工匠、能工巧匠、高技能人才的重任。必须因地制宜、按照专业特点、统筹省域学校与专业资源,方能有序高质量推动职业教育各阶段、各类型、各层次学校教育的纵向融通,切实增强职业教育适应性。
(作者:何辉,系浙江建设职业技术学院校长)
《中国教育报》2023年01月10日第7版