言十：计算机学科发展趋势及其对计算机教育的影响

0 引 言

近年来，以移动互联网、物联网、云计算、大数据、人工智能及区块链为代表的新一代信息技术快速发展，应用日益普及，已成为推动社会和经济发展的原动力。在国家战略层面，国务院先后发布了《“互联网+”行动计划》《促进大数据发展行动纲要》《“新一代人工智能”发展规划》等面向新兴信息技术领域的纲领性政策文件。纵观社会发展的各个领域可以发现，新一代信息技术的核心与基础恰恰是新型计算理论与技术。在阿里达摩院发布的“2020 十大科技趋势”中，几乎每一项未来科技背后均有新型计算机技术作为支持，并促使计算机学科发展出现动态、群智、普适等新态势，而且必将影响计算机专业教育。正因如此，教育部通过倡导“新工科”建设、设立新兴交叉学科等途径，试图大力培养计算机类创新型工程人才，推动计算机技术赋能数字社会建设。

1 计算机技术学科发展主要特性

当前计算机技术学科发展大体表现出3 个特性。

（1）首先是动态性。计算机的发展速度非常快，研究热点也在不断变化，前沿技术在不断推陈出新，热门研究方向更新频繁，而每一轮技术的迭代都对人类社会发展产生深远的影响。

（2）其次是群智性。计算机学科不是独立存在的个体，其快速发展依赖于众多相关学科的支持，数学、电子、信息等学科的发展为计算机基础理论、体系架构、软件应用的不断更新提供了源源不断的动力。

（3）最后是普适性，计算机技术已深度融入日常生活中，展现出“无所不在、无所不能”的态势。从过去的PC 机、超级计算机到现在的“互联网+”“人工智能+”，人们所认知的计算机技术从“看得见、摸得着”的软硬件设施渐变为覆盖“人、机、物”三元融合空间的泛在元素，已与日常生活融为有机整体，密不可分。

在这样的背景下，计算机学科势必迎来重大发展机遇与挑战。

2 计算机科学正朝“独立门类”演进

作为应用性、交叉性很强的学科，计算机科学与技术在我国20 世纪60 年代从数学、自动化等学科发展而来，并于2011 年衍生出软件工程学科，随后和信息与通信工程等学科进一步交叉，于2016 年衍生出网络空间安全学科。近年来人工智能领域一级学科建设也在紧锣密鼓地推进中。随着计算机学科的内涵不断延伸，计算机本科专业的范畴也在扩展。根据教育部发布的“普通高等学校本科专业目录（简称“目录”）（1998 版）”，计算机科学与技术隶属于电气信息类本科专业；而在“目录（2012 版）”中，计算机已成为包含6 个本科专业的大类，与电子信息类并列；到了最新的“目录（2020 版）”，计算机类本科专业包括计算机科学与技术、软件工程、网络工程、信息安全、物联网工程等17 个专业，其规模在工学门类中名列前茅。为了加快建设相应学科和专业，近年来国内诸多高校在原有计算机学院的基础上，成立了软件学院、网络空间安全学院、人工智能学院，在更高层次上构建计算机学部制管理，以适应计算机学科向计算机学科群的演变。虽然这样建制是否完全科学与合理，目前尚值得商榷，但已客观形成事实，并呈现出“独立门类”的发展趋势。

在国际上，计算机技术已成为各国科技创新体系的重要组成，计算机类学科专业的招生和就业规模在快速增长，以华盛顿大学为例，2010—2018 年计算机专业的招生人数增长5 倍，远超其他专业，排名第一。根据美国劳工统计局的预测，2026 年计算机类职位将占所有科学、技术、工程、数学类职位的63%。在国际学科评估中，计算机学科群已经和数学、工程学等学科门类相提并论。ESI、US News 均将计算机科学单独列为一个学科门类，与数学、工程学、生物学等并列。在美国国家教育统计中心2020 年发布的学科专业目录（Classification of Instructional Programs，简称CIP）中，计算机类学科群已构成一大学科门类。由此可见，计算机科学已从孤立的单一学科成长壮大为一棵枝繁叶茂的参天大树，形成具有一定规模的学科群，正在发展为一个“独立门类”。

3 计算机学科呈现“交叉融合”态势

计算机学科内部各个研究方向的联系愈加紧密。一是基础理论交叉，如机器学习和体系结构领域专家共同发起的MLSys 会议将机器学习理论和计算机体系结构相联结，旨在研发面向机器学习的计算机系统以及针对实际系统的机器学习理论方法；二是关键技术交叉，云计算、大数据、区块链等技术均是系统性工程，涉及数据库、计算机网络、软件工程等多方面知识；三是研究团队交叉，如加州大学伯克利分校RISELab的研究人员来自计算机网络、数据库、机器学习、计算机安全、工业机器人等研究领域。

计算机学科和其他学科的交叉日益深入。一方面，计算机学科是应用导向的学科，通过学科内外交叉和渗透，促进计算机学科自身发展；另一方面，不少非计算机学科发展面临瓶颈，通过与处于前沿的计算机技术结合，找到新的发展方向。经统计，ESI 用于评估计算机学科的400 多个SCI 期刊与20 个其他学科有交叉，不属于交叉学科的纯计算机类期刊仅占28%。若以“机器学习”为主题，搜索2019 年立项的国家自然科学基金，可发现信息学部立项的“机器学习”项目占61%；其他所有学部均有以“机器学习”为题的项目立项，占39%。基于此背景，各双一流高校大力推动院系合作，促进学科间交叉，如东南大学成立了人工智能研究院，围绕人工智能开展智能装备与制造系统、智能城市网络系统、人机协同诊疗等交叉学科研究。

4 新型计算技术激发“引领发展”动力

计算机与其他学科交叉融合经历从配合发展到协同发展的阶段。在以往较长一段时间里，计算机仅作为高效的计算工具辅助其他学科的研究工作，如物理、材料等学科依托高性能计算机的海量计算和存储能力完成大量模拟仿真实验，Matlab 等软件成为不少理工科专业必不可少的编程工具，但这种配合发展的模式下，学科之间的边界较为明显，计算机学科没有深入其他学科内部；而后出现的协同发展模式模糊了学科之间的边界，其他学科产生了计算材料学、计算物理、互联网金融等计算机相关的学科方向，而计算机学科内部也围绕地理信息系统、生物信息学、社交网络等交叉领域开展了深入研究，从基础理论到系统应用均带来技术革新。这种协同发展的模式起到了“1+1 ＞ 2”的效果，也在一定程度上促进多学科间交叉融合，共同进步。

从发展趋势看，计算机学科未来将引领其他学科发展。正所谓创新是引领发展的第一动力，而这动力很大程度上源于互联网、人工智能、云计算、大数据等新兴计算技术发展。从国家大力发展工业互联网，推进“互联网+”“人工智能+”等技术革新可以看出，计算机技术将在各行各业的转型升级中起到关键作用，如共享出行、在线社交网络、电子商务等新业务形态已使人们的生活方式发生了巨大变化。由此看出，以往是计算机作为辅助工具协助其他学科研究物理世界、人类社会；在未来，计算机将引领其他学科探索“人、机、物”三元空间，开拓未知空白领域，激发科技创新，创造更多价值。

5 计算机教育尽快适应学科发展趋势的几点建议

计算机学科的“独立门类”演进、“交叉融合”态势以及“引领发展”地位，必将对计算机教育产生重要而深远的影响，不仅表现在计算机类专业增多，规模扩大，更重要的是，计算机教育必须适应门类化、融合化和引领型发展，这就需要重塑和构建更高层次和更加全面的计算机教育体系，促进目前的计算机教育模式创新、升级与整合，才能尽快适应学科发展趋势。计算机教育界须对此给予高度关注，勇于担当，不负时代，不负使命。

首先在进一步深入分析计算机学科发展态势对计算机教育深远影响的基础上，需要从顶层对目前设置的计算机类专业与学科方向的内涵与边界进行梳理，力求减少重复，合理设置，以构建科学的计算门类体系。需要说明的是，这里用“计算”，而非“计算机”，是因为前者具有更为广泛的学科内涵，而且符合新时代的发展特点。

其次是凝练计算学科核心要素，形成计算门类核心教育。目前可以计算机科学与技术专业为核心，强化数学基础，注重系统能力，适度扩展跨学科知识，构建多学科融合实践平台或环境，形成适应计算机类专业的知识体系、能力素养及其可定制培养方案。

最后还要研究新时代非计算机专业的计算教育内容更新与教学方式变革，注重计算技术，尤其是新型计算技术与相关专业与学科知识的深度融合，促进传统专业与学科在新时代焕发新生。

与此同时，在目前的计算机学科研究生教育中，要注重面向新型计算问题的创新素养，注重新型计算与领域知识的有机复合，注重多学科融合的新型系统创新设计能力提升，为计算机学科在新时代引领发展提供合格且丰富的人才资源。

6 结 语

随着信息技术的快速发展，计算机科学已逐渐从工学和理学脱离，并衍生出若干相关学科，逐步发展成为不“工”不“理”的独立学科门类。计算机学科与其他学科之间的交叉融合也日益增多，呈现出以计算机为核心、其他学科相包围的“围城”态势。从发展趋势上看，计算机学科的角色已从“配角”转变成为“主角”，从配合发展、协同发展，到未来引领发展；计算机教育应力求创新和改革，以适应计算机学科的深刻变化。

引文格式：言 十. 计算机学科发展趋势及其对计算机教育的影响[J].计算机教育，2021（1）：优先出版.

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（完）

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