大学怎么读-以电子信息类专业为例 课件【ch01】未来工程的社会背景

未来工程的社会背景“高等学校电子信息类精品教材大学怎么读——以电子信息类专业为例第1章01工程技术日新月异工程教育改革工业革命时代的工程教育培养机器操作工是工业革命时代工科类大学的主要目标。第一次和第二次工业革命最大的变化就是出现了众多的重要工程发明，从蒸汽时代到电气时代，各种新技术新发明层出不穷，蒸汽机、蒸汽轮船、电灯、电话、发电机，这些耳熟能详的发明影响了整个世界的进程。电动汽车品牌特斯拉大家应该都不陌生，它就是为纪念物理学家尼古拉·特斯拉而命名的。工程教育改革工业革命时代的工程教育资本主义经济的发展带动了自然科学的研究，更促进了大学教育的工程化培养。可以说，在工业革命时代，机器操作工的出现对于之前依靠人力、水力、风力等自然条件的社会来说都是全新的，其高效能的结果让人们看到了工程技术对于社会的必要性，社会需求也随之增加。而社会需求的增加则进一步促进了工程技术的创新，知识的重要性在这个过程中得到提升，文明的进步也随之而来。科学时代的工程教育随着社会生产架构的逐渐完整,数理基础对于研究发明型人才的重要性日益凸显大学也开始逐步改变面向社会直接输出工程人员的粗犷型教育模式，以科学训练为切入口，提升学生思维的严谨性和科学性。MIT第一次工程教育改革和第二次改革之间，社会的工程技术人员缺口已经得到了很大程度的补充，社会经济的稳定度得到了保障，而国防等军事政治领域的人才缺口开始凸显，对于人才的专业知识储备和创新能力有了更高的要求。工程教育改革科学时代的工程教育或许科学家和工程师的发展道路不尽相同，科学家深究原理，探索世界的未知;工程师强调应用，以满足社会需求和提升生产力为导向。但无论哪一条路，若想要达到一定的高度，在自己的领域掌握发言权，那么对基础知识的融会贯通和联想创新就是必不可少的。将科学训练列入每一位学生的培养方案中，可以牢固根基，破除天花板的桎梏。工程教育改革工程教育改革教育部在2017年发布了《关于开展新工科研究与实践的通知》，从国家战略高度肯定了深化工程教育改革的意义，围绕工程教育改革的新理念、新结构、新模式、新质量、新体系，提出了期望和要求，“新工科”应运而生。机器人和人工智能开始重构人类的生产、学习和生活，智能教育与人才培育已然成为新时代的课题，它给人类带来的影响，甚至可能超过互联网曾给世界带来的巨大变化(见图1.3)。智能时代的新工程教育工程教育改革2018年10月31日，习近平总书记在主持中共中央政治局第九次集体学习时强调，“加快发展新一代人工智能是事关我国能否抓住新一轮科技革命和产业变革机遇的战略问题”。在国家层面，美国、欧盟各国、英国、日本、俄罗斯等纷纷制订人工智能国家发展计划，我国也先后发布《“互联网+”人工智能三年行动实施方案》《新一代人工智能发展规划》和《关于促进人工智能和实体经济深度融合的指导意见》等相关政策。智能时代的新工程教育技术融合与实践创新交叉学科的蓬勃兴起有着时代的契机。信息技术曾经颠覆了我们的生活，手机、计算机(见图1.4)都是科技带来的奇迹。传统的医疗技术无法深入病人的血液深处找寻问题，但医疗机器人却可以携带最精密的摄像头走进病人体内提前“确诊”。交叉学科蓬勃发展技术融合与实践创新传统的密码理论无法解决通信带来的信息泄露，但借由图灵的理论就能保障所有涉及数字计算的问题安全;传统的医疗技术无法深入病人的血液深处找寻问题，但医疗机器人却可以携带最精密的摄像头走进病人体内提前“确诊”。这些在学科的边缘或者交叉点上发展出来的新技术,不仅推动了学科本身的发展，也带动着科学向更新层次扩展，去创造还没有的世界。交叉学科蓬勃发展技术融合与实践创新新的基因测序和成像技术、新的显微镜观测技术(见图1.5)使观测大脑的方式发生了彻底的改变借助互联网和云计算，人们可以轻易地将分布在世界各地的医疗机构的数据进行高效整合。交叉学科蓬勃发展技术融合与实践创新交叉学科蓬勃发展学科交叉的意义就像是学科之间的团队交流，你来我往，孕育新的生机。它的出现并非偶然，而是全球经济转型和产业组织变化的必然。学科交叉解决了传统认知下的分类知识无法对新兴事物进行解释的问题，也解决了无法创造出与时俱进的新兴技术的问题。2017年起，以北京大学、清华大学为代表的一些高校开始了大类招生的模式，招生专业除了文理工农等大方向外，不再细致到有院系或者学科的区别。技术融合与实践创新文理工互联操盘全局学科交叉的概念颇为广泛，有前面提出的技术学科之间融合渗透出的新兴学科，也可以是技术学科与人文社会类学科的相辅相成，以完善某一方面的整体理论。为了追赶科学技术前进的步伐，工程项目规模日益壮大，复杂程度也与日俱增。这意味着，工程实践呱须补充系统化运行的必备知识。技术融合与实践创新文理工互联操盘全局若科学技术与道德、法律、社会、政治和文化等领域精诚合作、集思广益，则能够有效解决此类困境。当技术学科遇上人文社科类学科，就如同人被打通了全身经络，每个环节都畅通无阻，每个部分都逻辑清晰。在未来的社会背景下，对于拥有跨学科背景的人才需求只会有增无减，知识经济最终将投射到以科学技术、管理及行为科学为核心的人力资本上——工程师需要纳入人与社会维度，使用综合思维解决复杂问题。02人工智能风云涌动移动通信变迁1G/2G移动通信技术第一代模拟移动通信技术的诞生得感谢摩托罗拉它在20世纪70年代左右研发出了名为“蜂窝”的移动通信系统(见图1.7)。这种通过基站进行中继的移动通信网络，因每个基站所覆盖的区域是一个正六边形，相邻基站覆盖的区域组合起来看上去就像蜂窝结构，所以被称为蜂窝移动通信系统。移动通信变迁1G/2G移动通信技术到了20世纪90年代初期以AMPS和TACS为代表的蜂窝移动通信系统的普及标志着第一代模拟移动通信网络(1G系统)的成熟。1G系统存在一些明显的弊端，例如通道容量有限，需要预留保护频段，复用的效率不高等。2000年又推出了通用无线分组技术(GeneralPacketRadioService，GPRS)发送和接收电子邮件及图片开始被应用，数据流量的概念开始成型。E是多样化数据可以在用户间传输的开始,第二代数字移动通信系统(2G系统)真可谓是长江后浪推前浪。移动通信变迁3G/4G移动通信技术1、关于交流的梦:重新定义手机智能手机搭载3G的方式，让3G的速度优势完全发挥了出来，也让手机脱离了只能打电话、发短信、看网页的呆板印象，成了集通信、社交、娱乐等为一体的移动终端，计算机能做的事，手机同样能做而且更为方便。“移动通信”与“互联网”融合的模式大获成功，带来了前所未有的机会市场。而这种从未有过的爆炸性增长更让3G向4G的演进得到了充足的推动力。移动通信变迁2、关于效率的梦:重新定义速度除了与3G相同的应用场景外，男生会发现，用数据流量可以直接打手机游戏了，甚至某些地方比Wi-Fi的稳定度都高；女生会发现，用数据流量可以直接在线看视频了，高清模式下也几乎没有卡顿.....而若是和3G手机同场较量，前者可能还在转着圈加载GIF动图，4G手机已经翻过了好几张高清大图。3G/4G移动通信技术移动通信变迁新中国70华诞，59个方队、1.5万人、160余架飞机编队、580台(套)装备，用精确到秒的完美表现，骄傲地接受全世界的检阅；7路视角灵活切换，俯仰平远近景记录独家阅兵记忆；焰火晚会震撼人心，有线电话网传递燃放控制信号保障“人民万岁”绽放于天空，毫秒不差(见图1.8)······这一切的背后，是5G技术在保驾护航。5G移动通信技术移动通信变迁5G移动通信技术移动通信变迁5G移动通信技术1G到4G是主要面向人的通信，虽然2G开始逐渐应用于人与机器、机器与机器通信，但是2G到4G的通信系统设计还是针对人的通信。5G，则与此不同，从设计之初，5G技术就因为其特性(见图1.9)能够适应更多的场景，如物联网、工业自动化、无人驾驶等。移动通信变迁5G移动通信技术变化远不止于此，5G的普及会进一步带动云计算的发展，在未来万物可云。在5G时代，以智能算法为切入点的各类技术解决方案正在向各类复杂场景进军或许在将来，每个人都能拥有一个像钢铁侠的管家Jarvis一般的超级智能管家，帮助主人操控和管理所有设备，智能处理各种事项。远不止如此，5G的铺设还没有完全，6G的研究就已经在路上了。2019年11月科技部会同国家发展改革委、教育部、工业和信息化部、中科院、自然科学基金委在北京组织召开了6G技术研发工作启动会。冲击中的机遇这个时代的产业冲击，第一个浪打在了企业自身的可持续发展上。这个时代的产业冲击，第二个浪打在了对传统行业的挤压上。最为直观的感受就是互联网企业的蓬勃发展(见图1.10)，它没有实业支撑，却能够吸引大批的资金和最顶尖的人才，字节跳动依靠数据搜索推荐和短视频异军突起，三年多便实现了盈亏平衡。产业冲击冲击中的机遇职业危机愈演愈烈。人工智能时代的职业冲击是不可避免的(见图1.11)，送餐机器人的出现解放了餐厅服务员，扫地机器人解放了家政人员，自助付款机解放了超市收银员，甚至无人超市的出现解放了全部工作人员。未来可能有数十万乃至上百万人会因为受到直接冲击而失业。职业冲击冲击中的机遇不仅仅是高等教育，人工智能的热度已经蔓延到了高中、初中乃至小学。“学会编程，赢在起跑线”“编程大赛，培养孩子的又一途径”……教育机构和培训班将人工智能的效果宣传成了万能，撩动着家长们的心(见图1.12)。这一领域的热度超出了所有人的想象，以至于家长们担心，我的孩子如果对这方面不了解，会不会就被社会淘汰。教育冲击03息息相关的社会生存环境经济全球化经济全球化趋势如今正愈演愈烈，全球化的好处是毋庸置疑的。全球化可以减少由于地域物质条件或技术条件限制而产生的全球社会劳动力浪费；可以调整优化本国经济结构，实现资源的最优化配置……全球化的负面作用却也不容小觑。中美贸易争端不仅伤害了中美两国，全球各国的经济都受到了一定程度的影响，经济互通却反而造成了牵一发而动全身的后果。可持续发展对于工程实践而言，可持续发展的社会生态是非常有利的发展保障。它首先提供了一个稳定的外围环境，保证了工程技术能够在心无旁骛的情况下进行创新。饥荒不再，人们才能开始追求精神生活;动荡不再，人们才能开始追求安家立业;污染不再人们才能专心技术研发与进步。其次，这样的生态也给技术发展提供了新的思路和空间。将“可持续”的要求纳入工程设计的考虑要素，给生产生活带来了新的惊喜。老龄化愈演愈烈“银发浪潮”在中国已经是一个非常严峻的社会问题了，预计到2025年，我国60岁以上人口将达到3亿，成为超老型国家。老年人口数量增多的第一需求就是社会服务资源的增加，这对政府规划养老的能力是不小的考验。目前智能化发展还没能完全满足各类人性化需求，但若能够用信息技术辅助，例如提供智能化医疗设施(见图1.13)，打造智能养老社区等，不仅能降低社会养老的运营成本，解放重复性非必要人力，也能有效谅解老年人与社会的隔阂，提升生活的质量。老龄化愈演愈烈人性的考验人性困境”是科学研究进展到后期不得不面临的问题。科学技术的负面影响不仅仅是在生物医学领域，多个领域都出现了法律无法界定的问题。科技用好了是核电站减少能源消耗，减轻环境污染，用坏了就是当年“小男孩”与“胖子”两颗原子弹于日本广岛市区与长崎工业区从天而降，暴露出嗜血如命的邪恶本性——10万名居民瞬间丧生，城市满目疮演，核辐射病、心理问题与环境污染等梦魇至今犹在(见图1.15)。人性的考验04更远处思考更远处思考原华中科技大学校长李培根对于“新工科”是这样解读的:“新工科”不