未來科技發展走向及其對大學教育的影響

倪庚 秦宇彤 徐遠旭 張守華 羅長坤

[摘要]科技是教育領域變革的主要推動力。本研究以奇點臨近視角展現了當代科技創新的新特征，在聚焦智慧科學的基礎上分析了未來科技發展的新方向、可能形成的新格局，并以QGNR重疊技術革命為引領，從教育理念、人才培養模式、教學方法等層面系統闡述了未來大學教育的顛覆性變革。

[關鍵詞]奇點臨近;智慧科學;QGNR;大學教育;未來科技

[中圖分類號]G64

[文獻標識碼]A

[文章編號]2095-3437（2020）03-0001-05

大學教育發展至今日，不僅已是全球經濟推進的杠桿，更對社會形態的時代性變革產生了理念預示、方向預示和科技預示。事實證明，大學需要與科技保持長期、永久的接觸，否則難逃萎縮退化的厄運。隨著科技革命的根本特征由信息智能向生命智慧轉變，大學教育將迎來包括人才培養智慧化、教學空間無限化等一系列史無前例的變革。在未來科技發展走向的平臺上深度觀測大學教育，有利于加快大學與科技的全面溝通，持續挖掘大學教育潛在的智慧資源，更好地發揮大學培養人才、弘揚科學、引領社會的職能。

一、當代科技創新的新特征

人類在亞洲創造了農業文明，在歐洲創造了工業文明，在美洲孕育了知識文明。21世紀以來，科技文明高速驅動著人類創造性思維的聚合，尤其是2012年大數據技術的推廣，人類創造出的數字信息量以超高速單位改變著世界的形態，微信、臉書、推特等多元社交平臺的存在價值強勢提升。大數據大大降低了科技捕捉信息的成本，新技術匯聚的周期因此而急劇縮短，當代科技創新在速度、范式、體系、趨向上較之以往表現出全方位的突破。

（一）創新速度呈指數級增長

人類推動科技進步的速度前所未有，人類推動世界文明的進程前所未有，人類推動自身變革的方式前所未有。以SCI數據庫文獻總量變化幅度來看，從1950年的8.5萬篇爆炸性增長到2014年的364.9萬篇，增長近43倍，尤其是進入生命科學主導的21世紀，直覺的線性增長觀被指數增長觀取代：1968年1美元只能購買1個晶體管，2012年1美元可以購買1000萬個晶體管;計算機的處理器速度由1967年的0.25MIPS暴增至2000MIPS;人類基因破譯成本由1990年的每對堿基對10美元降至當前的0.1便士，成本還在突破想象地降低。指數憑借它的爆炸性將量變演繹到極致。隨著人類創新性思維的高速孕育，科技成果的超級孵化，技術已不再是人類發展手段的極限選擇。創新近似垂直的增長力所呈現出的井噴效應使得各行業的發展一日千里。

（二）創新范式呈積木式構建

人類正從舊有的隔閡體制迅速地開辟出全新的體制，創新不再取決于某學科、單方向的一元突破來實現，多元智能重疊產生出的積木式創新范式，使尖端領域要素之間形成借鑒、交叉、融合、升華的態勢，所創造的技術產品也有效解決了適用范圍小、精確度低、使用周期短的問題。例如醫用機器人可以布置到家庭、社區、學校等非醫療機構，可以像移動手機一樣隨身攜帶，其功能也由醫用領域擴展到社會道德和倫理領域，用以調節醫患矛盾、監護用藥、代人掛號等。積木式創新范式就是指數級增長的支撐下，拋棄以往創新的所有規則，加大對物質、能量、空間和時間（MEST維）的壓縮，融合了人類模式識別的智能優勢和非生物智能的絕對交換力，使當代科技突破邊界的限制，延續創新高復合的旺盛力發展下去。

（三）創新模式呈體系化設計

當前科技發展已呈現出現實與虛擬廣泛交互的局面，基礎研究、應用研究、產業化邊界日趨模糊，科技創新平臺由平板型向立體化轉變。這一轉變生動地體現在“科學突破-技術研發-市場推廣”的演進周期大幅縮短，它得益于科技創新全鏈條的設計思想，理論研究者、技術制造者、產品生產者、市場銷售者都被創新鏈條全程串聯起來，每一環節都閃耀出元創作、自設計、智模式的光輝，創新有史以來首次實現從分散化走向整合。以組學（Omics）的體系化創新為例，基本體系是已有的大量組學研究項目，中間體系是新興組學項目，尖端體系是最有前景的組學新項目，形成了多組學體系的集合發展大體系，催促個體化基因組時代的到來問。體系化創新使各階段研究思路相互滲透，邏輯節點有序銜接，全程鏈條更加機動，信息流動更加暢通，技術成果轉化更加快捷。

（四）創新領域向生命智慧科學聚焦

人類科技進步的內核正發生著深刻的變化，狹義地由物質層面組織起來的科學探究，隨著人工智能在廣泛領域的強力鋪開，完成了向人類內意識的轉航，由此深化到對生命本質的探究，并迅速地圍繞人腦科學，進一步向生命智慧本質聚焦。從學科層面看，這一聚焦是數、理、化、信息、材料、計算機等自然科學和哲學、倫理學、心理學、社會學等人文社會科學廣泛向智慧科學的聚焦。這一聚焦是在以認識腦、保護腦、模擬腦為重點的“人類腦科學計劃”不斷取得新突破的基礎之上，計算機科學引領下的深度學習、類腦程序、逆向工程加速打破人腦認識極限，具備類人思考的電腦全面推動人類解放四肢，注力思考，完成了傳統的體力勞動到一般的機械傳動，然后從數字化全自動控制到強人工智能，再向自主智慧新方向邁進的一次生動聚焦，世界根本運轉模式正由智慧軸心來主導。

二、未來科技發展走向

科技進步是加速回歸定律影響下的必然結果，同時，科技發展又是一種新秩序的創造過程，這個過程可以用紀元來表達。人類起源于物質和能量組織的第一紀元，隨著化合物趨于復雜化，以生物與DNA為進化信息的第二紀元得以產生，大腦神經系統感知力的開發打開了第三紀元世界，成熟存儲技術的介入使人類邁進了第四紀元，而當代正處在智能與技術結合的第五紀元，技術世界呈現出往日不可想象的大容量、快速度、共分享的局面，但預言家庫茲韋爾認為這不能阻止第六紀元的到來，這一過渡時期就是奇點臨近，奇點將克服人類老年化的諸多問題，極大解放人類創造力。而奇點臨近的平臺由量子技術革命（Q）、基因技術革命（G）、納米技術革命（N）和機器人技術革命（R）共同搭建，四個元素共同掀起了未來技術的浪潮。

量子技術革命（Q）代表了創造經典傳輸革命的推動力。量子力學自1900年誕生以來，量子以它“不可分割”“不可克隆”等特性受到了通信技術的青睞。而今人類對量子世界的探索已從“單純探測”時代走向“主動調控”階段，不久的將來，以量子計算產業化為特征的第二次量子革命，必將提高學習智能化的水平，營造量子學習的生態系統，可以斷言：大學正站在下一代量子革命的門檻上，量子將引發大學教育技術的一場深刻變革。

基因技術革命（G）引發了數字信息技術與生命合成技術的廣泛交融。生命背后的那些信息運算過程被逐步解密出來，二進制代碼編寫的基因組使人類離進一步合成生命的夢想近了一大步，人類已初具控制基因表達的能力。而隨著人體全組學大數據的構建，醫學表達實現數字信息化有了堅實基礎，人類將比歷史上任何時候都更了解自己，人類可以控制原發病細胞，抑制衰老甚至改變基因運算邏輯以延長生命。而基因革命所帶來的深層影響，就是重構人類的認知代碼、記憶代碼，人工合成新的學習生理機制，通過生命計算機建模達到改造人腦，進化教育的目的。

納米技術革命（N）推動了信息與物理世界的深度交匯。納米以它單原子、單分子的制造特性，為重建物理世界提供了先天的工具。納米技術進一步使分子片段之間、原子之間緊密連接，縮小了現代技術的關鍵尺寸，包括身體、大腦在內的世界一切物質都有重組的可能，從而制造出納米計算機、納米能源、納米過濾器等非生物智能產品，這些非生物智能產品所具備的生物神經元通信交流將有力促進個性化教育模式的更新換代，增強經驗一知識一技能的連通性。

機器人技術革命（R）將推進生物智能與人工智能的自然融合。自機器人誕生起，從自然人代表的1.0版本發展到納米機器人的2.0版本，今日正處在向全浸潤虛擬現實的3.0版本邁進，分布式納米機器人與生物神經元的配合程度是進化的技術關鍵。由于機器人具備整合最尖端技術的優勢，在21世紀或大約5代人以內，“如果認知科學家能夠想到它，納米工程師就能夠建造它，生物工程師就能實現它，信息技術工程師就能夠監測和控制它”。在AlphaGo屢次擊敗李世石的事件中，強人工智能表現出突破學習的極限的可能，神經網絡模型組織的語音測評、教學全腦監控為未來教育提供了強有力的助手。

QGNR重疊革命加速了奇點時代的臨近，與科技緊密銜接的大學注定難以回避這場革命。重疊技術將突破以學科教學、分班授課、知識分類、學做分離、師生傳授、書面測評、統一管理為代表的當代大學教育界限，倒逼大學教育體系發生整體性變革，這將比任何一次大學改革帶來的變化都更加猛烈，并為未來大學教育構筑四大穩固基座。

三、未來科技發展對大學教育的影響

（一）對教育觀念的影響

教育觀念所指引的大學發展方向和持有的價值觀念受智能與非智能的影響而加速外延，將大學教育延展到空間、時間和智慧三個維度，由此產生具有轉型意義的教育新觀念，即空間無垠、時間無限、智慧無窮的三維教育觀。這是QGNR重疊技術革命在教育領域首先引發的一次變革，如圖1所示。

空間無垠教育。霍金曾對宇宙的人類意義做過這樣的界定：“人類求知的最深切意愿正是對我們生存其中的宇宙做出最完整的描述。”航天技術的不斷發展加速了大國間對宇宙空間資源的爭奪，美國的空間探測只經歷了半個多世紀就從近地探測向深空探測方向推進，不可不謂之迅速，但背后是先進的空間教育在發揮作用。美國在反思了蘇聯衛星先行發射后，認識到空間教育的重要性，逐步建立并完善空間教育體系，形成了以高校物理與天文專業為主體，太空營為課外輔修的空間教育框架。每年有數萬中小學生參觀遍布于全美的太空營站點，接受太空科普教育，并親身體驗模擬航天器及天文設備，機構在其中選拔潛質較好的學生攻讀物理與天文專業，由此保持空間人才的儲備和培養的接續性。在技術環境和外部環境的雙重影響下，教育的邊界在未來勢必延展，以旨在培養學生宇宙感知力、深空想象力、空間發展力的空間無垠教育成為人類教育的主題。空間無垠教育以量子加速器為載體，運用超空追擊技術和機器人空間深度算法，突破人類思維塑造的邊界，重新確立人類思考和探究的范疇，以宇宙文明為教育組織的內核，通過充足的宇宙信息編制空間教育材料，結合天體觀察、外星觀測、光年體驗等實踐形式，開展想象引導教學與空間發散教學，使學生具備無垠的空間思維能力和空間智慧素質。

時間無限教育。量子技術在教育發展中的重大貢獻就是解決了教育活動中的時間局限問題，量子傳輸的極速化改變了教學時間的單向行進的特質，它可以完整地記錄教學過程的每一個節點，并做到全程回溯。這對教育理念的影響將是深刻的，學業生涯的不可逆、教學反思的表面化、反饋的延遲性等現象都將受到挑戰。量子技術將引發大學教育對時間的重新思考，教育的目的從當下的學會知識、掌握技能，向時間的遠端提高生命的旺盛力轉變，不僅通過教育授予學生獲得生存的手段，更是要運用時間教育使不同的個體樹立立世的使命，能夠在個體生命的有限性與人類生命的延續性之間找到社會持續發展的科學意義與有效途徑，從而理解生命的普適價值，實現終身教育向人類全生命教育的跨越。

智慧無窮教育。QGNR重疊技術革命滲透到教育世界的各個方面，教育在廣泛吸收了腦科學、學習科學、智能科學的研究成果基礎上，自主演化成以發展學習者學習智慧為核心，以全面提升大學生智能融通力、悟性為目標的智慧教育形態。智慧教育更注重大學生智慧的啟迪，進而為發展全人類普遍的超高悟性文明奠定人才基礎。通過構建以智慧本質、大腦監控、超級思維力為核心的智慧教育體系，將智慧教育推向無窮生長的界面。智慧教育之無窮在于人才培養規格的轉變，大學教育從培養功能化知識型人才向智慧化超高悟性人才轉變，這類人才以不斷追求人類智慧的無窮性為己任，通過生命智能技術的介入，加速受教育者腦組織分化，孕育出大腦無窮級區域，開辟出無窮想象、無窮探索、無窮挑戰、無窮增值的路徑。智慧無窮教育不強調知識的傳授，這是因為QGNR重疊技術背景下知識的更新率極為迅速，只有通過高悟性的培養，使人類從知識記憶型的學習向全域創造型的學習邁進，才能更好適應非知識主體的教育模式，更好地適應超級思維發展環境。

（二）對人才培養目標的影響

人才培養目標決定了某一時代教育工作的終極指向，QGNR重疊技術強調教育要重新審視智慧的根本價值，以智慧為社會發展的第一動力，設計啟迪智慧，開發智力，尊重智慧的人才培養目標，不斷加速知識文明的變革，引導智慧文踢的到來。

培養全面智慧公民。知識文明時代人類的教育側重知識的輸入與新知識的創造，將人類的教育活動分為基礎教育階段的基礎知識學習和高等教育階段的專業知識學習兩個階段。QGNR時代以智慧為中心開展教育活動，要求接受過系統智慧教育的公民能夠兼備科學文化和人文文化，逐步消除科學與人文的學科邊界，重新將自然教育、科學教育與社會教育構建一體，使人類悟性的全面啟發具備雄厚的奇點臨近時代文明基礎，改善知識經濟時代個體知識結構單薄，重專業知識積累，輕綜合領域融合的問題，使專家轉型為全民智者，不僅具備較強的QGNR技術認識力和理解力，同時具有濃厚的人文關懷情結，實現人類智慧主導下的自然與社會的共融發展。

培養自主智能創造力。重疊技術革命時代既是生產力高度發展所帶來的必然結果，也是人類主動構建高度發達文明的必然趨勢。智慧時代不是否認智能時代的一切成果，智慧時代是由生產工具的高度發達向人類大腦的高度發達進行轉變的時代，智慧教育承接著智能時代的教育思想及成果，依然要以培養受教育者的智能創造力為重要目標。但與過往不同的是，在重疊技術高度發達的背景下，智慧教育要求人類不僅主動控制著社會的運轉，而且將智慧與智能創造良好地協調銜接。例如可以自主制造細胞元，自主設計不受環境影響的人機關系，這一切都來源于教育找到了打開人類主動性的大門。

培養高尚的人機共情力。生物智能與人工智能的高度融合，提高了智能機器人的服務功能，機器人的發展方向從人形到人工再到人智，機器人逐漸具有人類的品行、情意和操守，機器人在復合技術的改良下，不僅是人類生活生產的工具與助手，也將在情感領域升級為人類的呵護員、情培師。這要求教育比知識經濟時代更注重情育，這種情育的搭建不再是單獨指向個人的，而是人機共生一體的情感教育，培養的是機器人理解人、容納人，人類同化機器人、感染機器人的情感表達能力，造就人機共情的界面。

（三）對教學方法的影響

QGNR重疊技術革命影響下的教育，其價值的核心表達形式是智能教學方法的全面啟動，在大信息量子傳輸、生物與非生物因素無障礙溝通的技術平臺上，具備個性化配置、師生無縫互動連接等特點的教學方法會密集呈現。

人機交互法。智能機器人在教育領域將得到極大的推廣，這得益于智能機器人可以儲存海量的教育信息，同時智能機器人獲得了人類的性靈，可以溫文爾雅、有條不紊地選擇、傳輸，甚至是教化。某種意義上講，獲得智能方向感的機器人在教育目標掌握方面的表現會遠遠超越人類。因此，智慧時代的普遍適用的教學方法就是人機交互，面對復雜的學習內容僅靠學生自己的能力是無法完成的，必須利用機器人所具備的高效算法優勢，實現機器人智能大腦的輔助介入，將復合算法組成的學習對象進行拆分和歸類，學生才能有條不紊地沿著算法的方式掌握大量學習內容，培養自己的綜合信息處理能力和應用能力。同時，智能機器人可以在外界實現學生的學習監控，找對問題路徑，增強挑戰信心，幫助學生化解一道又一道時空難題。

主動極限法。智慧教育時代，教學活動實施的中心由“學科教學中心”向“極限問題中心”驅動。這是QGNR重疊技術對知識經濟背景下學科教學體系的沖擊，因為原有的學科教學模式已經嚴重制約了復合技術型智慧人才的培養，物理學家、化學家、生物學家已經不能單獨完成融合科學課題的研究，人工納米細胞的研制需要大學科思維的科學家以及多科技術人才的協同。組建極限問題教學庫正是此類人才培養的關鍵舉措，教學過程中由具備大學科時空素養的教師提出系統的極限問題，以引導學生挑戰某領域的極限，鍛造他們的極限問題思考力，甚至是形成力，以供給重疊技術發展的新動力。

職教創一體法。課堂為中心的教學難以將理論學習與實踐應用良好地融為一體，復合技術創造出的智能教學移動終端，將人類從課堂解放出來，并推倒學校的圍墻，使教學不受時空任何一方的限制，受教育者獲得更多的理論與實踐并軌的機會。一個程序員可以手持移動智能教學終端在開發新程序時，邊學習基本編程規則，邊了解開發難題和空白，挖掘復合技術新知，完成開發任務。應注意到，在這個過程中學生不僅實現了理論學習與實踐應用的無縫銜接，也出現了創新的種子，而智慧時代的教育要做的就是把理論一實踐一創新緊密構建為一體，為新興職業的出現培養人才。

（四）對教育評價的影響

QGNR重疊技術革命可以使諸如計算機一類的科學工具變得微小甚至是不可見，它們在教育領域的全面投入將為大學的語音系統、視覺系統、書面記錄系統帶來時代性更替，尤其對過度依賴終結性評價的大學教育來說，圍繞腦電技術應運而生的起點性評價將是大學步人教育評價新里程的主要標志。

起點性評價的出現。納米機器人通過連接腦神經實現了全腦掃描，在超高分辨率呈現下，學生學習過程中的樹突棘增長和新樹突的形成都可以被監控起來，這對評價學生的推理障礙、閱讀障礙都有重要的價值。人工智能技術設計的人工神經元嵌入生物神經元中，所組成的生物智能交互評價網絡可以對大學新生的專業敏感度進行測評。通過生成腦組織圖像，教育評價員可以清晰地發現專業入門前學生的知識容量、問題反應度和基本邏輯組織力，判斷哪些學生適合進智能測繪專業、基因編碼專業、信息云組織專業。這樣的起點性評價關注點在于大學生的學習機能，而不是學習結果，有助于科學了解學生的學習特點，充分發掘學生的專業潛質，瞄準學生的發展方向，促進智慧育人這一大學教育理念的達成。

腦科學評價技術的應用。在大腦可塑性原則的支撐下，對神經元和神經元間的連接數據計算與分析，可以實現大腦存儲記憶和技能區域的劃分與模擬，以大腦區域建模為技術基礎的專注評價頭盔是大學教育評價的實物性創造。近期美軍研發的Daqri增強現實智能頭盔就促成了人腦與電腦相接，該頭盔與英特爾平板相連，可以識別船舶在地圖上的目標位置并選擇行動，例如追蹤、控制、開火或停火。而教育專注頭盔通過大腦自身線路的重鋪，為生物神經元接受數字編碼傳感提供了通道，通過回收大腦皮層分區的活動信息，導出頭盔數據轉換器，以可視化形式評價學生的運算、推理、邏輯、記憶、語言、情感等水平，重在監控學習中的問題，及時反饋給納米機器人，開展海馬體修復工作，這樣未來超導數學課程的學習能力就可以全程維護，從而實現起點性評價改善學生學習機能的價值。

評價場所的專門化。在起點性評價理念的指導下，充分利用腦科學評價技術的支撐作用，大學教育評價場所由當前的分散走向集中狀態，由無固定場所進化為專門的評價實驗室。作為大學教育質量主要評價活動開展的場所，腦教室大規模建立在各二級院系和專業聯合輔導基地，有助于學生科學地篩選入學專業，預判個人已有專業素養、未來專業塑造深度與可選專業之間的匹配度，同時為前沿、新興學院管理員，各專業、方向導師選拔可塑性強的人才提供大數據支撐，提高優勢教育資源的利用度和增值度。腦教室也有助于學生及時檢驗個人的學習質量，通過非試卷化、非分數式的腦區專業塑成庫測試，將學生某段學業學習效果以視覺敏銳、聽覺關注、神經反應等模塊綜合測試出來，以數據形式第一時間反饋給學生，參照學業時段專業水平增值標準，使學生對自身學習成果一目了然，清楚彌補方向，達到科學組織學習資源、合理分配學習時間的目標。

QGNR重疊技術影響下的大學，將加快教育在自管理媒介、超信息通道、虛擬學業平臺等多方面的技術更進，大學教育的基本性質將發生根本性變革，由此帶來的“大學三維教育觀”“智慧型人才培養”“智能化教學”將強烈沖擊舊有辦學體制，并組成未來大學教育的三大動能基座，推動未來大學教育在配置先進科技引擎的基礎上，發揮巨大的先導作用。

[責任編輯：鐘嵐]