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關(guān)鍵詞:計算機大師;創(chuàng)新;成才;因素
電子計算機是人類20世紀(jì)的偉大發(fā)明,是迅速發(fā)展并廣泛應(yīng)用的重大科技成果。它給人類帶來了快速、便捷、強大、廉價、可靠、豐富多彩的計算工具;它擴展了計算的方式和內(nèi)涵,將計算滲透到人類社會的各個領(lǐng)域;它帶來了嶄新的計算機文化、計算機產(chǎn)業(yè)、計算機學(xué)科和數(shù)以千萬計的從業(yè)人員。進入21世紀(jì),用高密度廉價芯片和各種軟件“武裝”起來的計算機與網(wǎng)絡(luò)、多媒體、多種傳感器連接,逐步構(gòu)成了與現(xiàn)實世界對應(yīng)的世界范圍的網(wǎng)絡(luò)計算環(huán)境,使人類社會進入了知識經(jīng)濟和信息化的新時代。2012年是圖靈誕辰100周年,回顧計算機發(fā)展成就,緬懷計算機大師們的創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè)歷程,從中找出規(guī)律和啟迪,對于深化計算機教育教學(xué)改革、培養(yǎng)創(chuàng)新性人才具有深遠的現(xiàn)實意義。
一、榮獲圖靈獎和先驅(qū)獎的大師們
為表彰對計算機事業(yè)作出重大貢獻的科學(xué)家和工程師,1966年ACM設(shè)ACM圖靈獎,1966-2011年共有 58人獲圖靈獎。1980年IEEE/CS設(shè)計算機先驅(qū)獎,1980-2000年共有108人獲計算機先驅(qū)獎。
仔細分析獲獎的內(nèi)容和獲獎?wù)呙麊慰梢悦黠@感到,ACM圖靈獎的范圍是計算機科學(xué),側(cè)重理論、概念、軟件、算法、方法學(xué);IEEE/CS計算機先驅(qū)獎的范圍是計算機工程,側(cè)重計算機系統(tǒng)、實現(xiàn)技術(shù)、設(shè)備、產(chǎn)品。計算機科學(xué)為計算機工程提供理論基礎(chǔ),計算機工程和應(yīng)用技術(shù)深深地影響著計算機科學(xué)的發(fā)展。計算機科學(xué)與計算機工程的領(lǐng)域范圍可參照CC2004報告提供的示意圖,如圖1所示[1,2]。
圖1 (a)計算機科學(xué)學(xué)科范圍
圖1 (b)計算機工程學(xué)科范圍
ACM圖靈獎涉及的主要內(nèi)容有:程序設(shè)計語言概念、操作系統(tǒng)原理、算法設(shè)計和復(fù)雜性、人工智能、數(shù)據(jù)庫、圖形學(xué)、數(shù)值和符號計算等。其獎勵對象主要是計算機科學(xué)家,如:從事ALGOL60語言的佩利、諾爾,F(xiàn)ORTRAN語言、巴克斯范式BNF和函數(shù)式程序設(shè)計語言FP的發(fā)明人巴克斯,PASCAL語言和結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計的發(fā)明人沃思,C/UNIX的發(fā)明人丹尼斯·里奇和湯普森,面向?qū)ο笳Z言SMALLTAK80的發(fā)明人艾倫等程
序設(shè)計語言大師;從事計算機科學(xué)理論的狄克斯特拉、克努特、庫克、卡普布盧姆、伯努利、姚期智等;從事人工智能和數(shù)據(jù)庫的明斯基、麥卡錫、西蒙、費根鮑姆、巴赫曼、科德、格雷等。
IEEE/CS計算機先驅(qū)獎涉及的主要內(nèi)容有:具體的計算機系統(tǒng)、具體的器件和外設(shè);具體的程序設(shè)計語言及編譯器、應(yīng)用廣泛的數(shù)據(jù)編碼和算法等。其獎勵對象主要是計算機工程師,如:研制第一臺程序自動計算機的艾肯,研制第一臺電子計算機ENIVAC的埃克特、莫奇利,研制第一臺存儲程序計算機的威爾克斯,研制第一臺存儲程序并行計算機Whirlwind的艾弗萊特,發(fā)明集成電路的基爾比、諾伊斯,提出RISK體系結(jié)構(gòu)的科克,研制IBM360通用系列計算機的布魯克斯、伊萬斯,研制PDP和VAX系列小型機的貝爾,研制面向大規(guī)模科學(xué)計算超級計算機的克雷,鼠標(biāo)器發(fā)明者恩格爾巴特,研制個人計算機和視窗系統(tǒng)的霍夫、蘭普森、薩克爾,Internet基礎(chǔ)通信協(xié)議TCP/IP發(fā)明者凱恩,等等。
在這些計算機大師中,佩利、巴克斯、狄克斯特拉、克努特、沃思、里奇、湯普森等人既獲得圖靈獎又獲得先驅(qū)獎,表明他們的工作在理論和工程兩方面都具有重要意義。
其實,還有一類計算機大師對計算機事業(yè)發(fā)展功不可沒,即計算機企業(yè)家,如IBM公司的沃森、Intel公司的莫爾、微軟公司的比爾·蓋茨、Apple公司的喬布斯等。如果沒有他們的創(chuàng)新與創(chuàng)業(yè),計算機的發(fā)展不會有今天的成就。他們了解市場需求和計算機發(fā)展的最新成就,根據(jù)社會各種需求發(fā)展計算機技術(shù),知人善任組織開發(fā)團隊,開發(fā)各類用戶想要的或還沒有想到的計算機產(chǎn)品。他們熟悉市場運作和相關(guān)的法律法規(guī)、善于企業(yè)經(jīng)營和管理,為企業(yè)和計算機的發(fā)展籌集資金、招募人員、購置設(shè)備、開展科學(xué)研究和營造工作環(huán)境。他們靠良好的產(chǎn)品質(zhì)量和信譽為客戶服務(wù),并在此過程中不斷壯大自身企業(yè)的實力、擴大業(yè)務(wù)范圍,同時還承擔(dān)發(fā)展過程帶來的各種風(fēng)險,為社會提供就業(yè)機會和創(chuàng)造財富。Apple公司、IBM公司、微軟公司、Intel公司已成為和石油、汽車、電信、銀行等傳統(tǒng)大型企業(yè)并駕齊驅(qū)的新興企業(yè),2012年分別列為“財富”500強企業(yè)排名的第55位、57位、119位、173位。計算機企業(yè)家理應(yīng)是計算機大師的重要組成部分,培養(yǎng)計算機企業(yè)家也是計算機及相關(guān)學(xué)科的一項重要任務(wù)。
計算機大師可能是科學(xué)家、工程師、教授、企業(yè)家,他們的分工如圖2所示。需要指出的是,同一位計算機大師可能身兼數(shù)職,承擔(dān)一種或幾種“角色”,他們可能既是科學(xué)家又是工程師,又是教授;或既是工程師,又是教授;或既是工程師,又是企業(yè)家,等等。這為人才的流動、理論與實踐結(jié)合、產(chǎn)學(xué)研結(jié)合提供了人力資源,創(chuàng)造了基本條件。
圖2 計算機大師的工作領(lǐng)域
二、計算機大師的創(chuàng)新
創(chuàng)新是計算機大師共有的品質(zhì)和追求,是計算機大師成才的重要途徑。創(chuàng)新給人類社會帶來了新興的計算機學(xué)科、巨大的計算機產(chǎn)業(yè)、豐富的計算機產(chǎn)品、廣泛的計算機應(yīng)用,同時也造就了一代又一代的計算機大師。計算機領(lǐng)域的創(chuàng)新可分為理論創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)品創(chuàng)新和學(xué)科創(chuàng)新。
計算機理論創(chuàng)新為計算機的發(fā)展和應(yīng)用指明方向,提供新理論、新方法和新工具。其成果的主要形式是論文、專著,主要“角色”是科學(xué)家,如前面提到的計算機語言大師佩利、巴克斯、沃思,計算機理論大師狄克斯特拉、克努特,人工智能大師麥卡錫、西蒙、費根鮑姆等。
計算機技術(shù)創(chuàng)新為計算機的發(fā)展和應(yīng)用提供新技術(shù)、新材料、新器件、新的系統(tǒng)架構(gòu)、高效的方法和實用的工具,開發(fā)新的產(chǎn)品。其成果的主要形式是產(chǎn)品、專利、論文,主要“角色”是工程師,如著名計算機設(shè)計師埃克特、莫奇利、威爾克斯、布魯克斯、貝爾、克雷、薩克爾、凱恩等。
計算機產(chǎn)品創(chuàng)新為社會提供豐富多彩的、質(zhì)優(yōu)價廉的、用戶滿意的各種類型、各種層次的計算機產(chǎn)品。其成果的主要形式是產(chǎn)品和服務(wù),主要“角色”是企業(yè)家、工程師。例如,莫爾領(lǐng)導(dǎo)的Intel公司按照莫爾定律的預(yù)測不斷提供各種類型的計算機CPU芯片,沃森領(lǐng)導(dǎo)的IBM公司半個多世紀(jì)以來不斷提供先進的系列計算機和多種外部設(shè)備,比爾·蓋茨領(lǐng)導(dǎo)的微軟公司不斷提供的Windows操作系統(tǒng)和Office辦公軟件等,喬布斯領(lǐng)導(dǎo)的Apple公司為全球廣大用戶提供人見人愛的Macintosh、iPAD等系列產(chǎn)品。財富雜志評選20世紀(jì)最后25年具有劃時代意義的40項發(fā)明,Intel公司的微處理器芯片和Apple公司的Macintosh兩項電子產(chǎn)品榜上有名。
計算機學(xué)科建設(shè)和創(chuàng)新主要在大學(xué)的計算機系(所)進行。從莫克利1946年夏在莫爾學(xué)院舉辦為期6周的“電子數(shù)字計算機設(shè)計理論與技術(shù)”培訓(xùn)班,到1956年佩利在卡內(nèi)基理工學(xué)院建立計算中心、為大學(xué)生講授程序設(shè)計課程,計算機科學(xué)教育逐步形成,計算機課程體系逐步完善。進而卡內(nèi)基理工學(xué)院、麻省理工學(xué)院、斯坦福大學(xué)等陸續(xù)成立計算機系,到20世紀(jì)60年代初計算機學(xué)科已經(jīng)形成。ACM和IEEE/CS分別建立計算機科學(xué)和計算機工程的教育委員會,組織制訂推薦教育計劃。計算機科學(xué)研究、人才培養(yǎng)、師資隊伍建設(shè)、實驗環(huán)境建設(shè)等迅速發(fā)展。50多年來計算機學(xué)科范圍不斷擴展、內(nèi)容不斷豐富,逐步由一個新興的學(xué)科發(fā)展成為一個擁有計算機科學(xué)、計算機工程、軟件工程、信息系統(tǒng)、信息技術(shù)等子學(xué)科的成熟學(xué)科。計算機學(xué)科在計算機科研、人才培養(yǎng)、社會服務(wù)等方面做出了巨大貢獻,產(chǎn)生了廣泛的影響。計算機學(xué)科成果的主要形式是人才、論文、專利、新設(shè)備等,主要“角色”是教授。卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)、麻省理工學(xué)院、斯坦福大學(xué)等著名大學(xué)的計算機系在學(xué)科建設(shè)上已形成自身的傳統(tǒng)和優(yōu)勢。
理論創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)品創(chuàng)新和學(xué)科創(chuàng)新相互依賴,相互促進,共同發(fā)展成就了計算機事業(yè)的輝煌,造就了一代又一代的計算機大師。準(zhǔn)確把握四類計算機創(chuàng)新的特點和規(guī)律是計算機學(xué)科與企業(yè)創(chuàng)新、發(fā)展和評估的基礎(chǔ)。
三、計算機大師成才的主要因素
我們常說做好一件事,內(nèi)因(主觀因素)是根據(jù),外因(客觀因素)是條件,外因通過內(nèi)因起作用。大師們的創(chuàng)新成果取決于內(nèi)因和外因,取決于主觀和客觀兩方面的因素及主觀因素與客觀因素的結(jié)合。學(xué)師們的創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)歷程發(fā)現(xiàn),主觀因素主要包括勤奮、興趣、能力;客觀因素主要包括學(xué)術(shù)環(huán)境、社會環(huán)境等。主觀因素與客觀因素結(jié)合往往產(chǎn)生創(chuàng)新的激情、創(chuàng)新的過程和創(chuàng)新的成果。
1.成才的主觀因素
天才出于勤奮,任何創(chuàng)新都需要勤奮的學(xué)習(xí)和工作。佩利有一名言“一切名詞都可以變?yōu)閯釉~”,即通過自身的努力,一定能實現(xiàn)自己的目標(biāo)。勤奮是做好一切工作的基礎(chǔ),計算機大師們都有勤奮好學(xué)、基礎(chǔ)厚、能力強的共同特點。
興趣是人們對某項事物或?qū)崿F(xiàn)某個“創(chuàng)意”、“夢想”的態(tài)度。創(chuàng)新源于興趣,源于對新事物的敏銳,需要探索的欲望。興趣的養(yǎng)成是長期形成的,20世紀(jì)40年代從事計算機硬件的計算機科學(xué)家,少年時代幾乎都喜愛物理或電氣,多數(shù)都有組裝收音機或無線電收發(fā)報機的興趣和經(jīng)歷;從事計算機軟件和算法的科學(xué)家,少年時代幾乎都喜歡數(shù)學(xué)。大師們對某一事物或創(chuàng)意產(chǎn)生濃厚興趣會激發(fā)出巨大的動力,去追求、去奮斗,必要時甚至做出巨大的犧牲。埃克特24歲放棄攻讀博士學(xué)位的機會轉(zhuǎn)而擔(dān)任ENIAC總設(shè)計師的故事,里奇和湯普森利用業(yè)余時間使用陳舊的PDP計算機開發(fā)UNIX操作系統(tǒng)和C語言的故事,喬布斯在車庫中艱苦創(chuàng)業(yè)開發(fā)Apple的故事等,早已成為人們廣為流傳的佳話。
實現(xiàn)一個創(chuàng)意、一個夢想只有興趣是不夠的,還需要掌握和運用求解問題的知識、經(jīng)驗和技能,具備必要的獲取信息和學(xué)習(xí)的能力,語言和口頭的表達、交流能力,必要的組織、協(xié)調(diào)和社會活動能力等。善于不斷提出問題和解決問題的能力是計算機大師們成功的關(guān)鍵。能力源于理論學(xué)習(xí)和實踐經(jīng)驗。計算機大師們不論在學(xué)校或在工作崗位都十分勤奮好學(xué),從事計算機理論研究的科學(xué)家和教授大多在國際名牌大學(xué)接受過良好的高等教育,并獲得博士學(xué)位。如佩利是麻省理工學(xué)院數(shù)學(xué)博士,威爾克斯是劍橋大學(xué)物理學(xué)博士,明斯基和麥卡錫是普林斯頓大學(xué)數(shù)學(xué)博士,沃思是美國加州大學(xué)伯克利分校博士,艾倫·凱是猶他大學(xué)博士,等等。從事計算機開發(fā)(無論是硬件還是軟件)的學(xué)者們,幾乎都有在企業(yè)開發(fā)計算機的實際經(jīng)驗。如佩利在MIT、CMU從事計算機教育之前,曾在世界第一臺存儲程序并行計算機“旋風(fēng)”上,從事三年多半自動地面防空系統(tǒng)SAGE的程序設(shè)計和數(shù)據(jù)處理的工作,后到普渡大學(xué)建立計算中心并開發(fā)計算機語言的內(nèi)部變換器IT,在此基礎(chǔ)上開發(fā)代數(shù)語言Algol;貝爾既是DEC公司 PDP和VAX系列小型機的總設(shè)計師,又是CMU計算機系的教授,等等。
由于計算機大師們科研和教學(xué)、理論和實踐結(jié)合緊密解決問題能力強,因此一人可勝任多種“行當(dāng)”。程序設(shè)計語言大師不僅能設(shè)計程序設(shè)計語言,還能組織編寫編譯器。這樣的人到高等學(xué)校教課自然既可以講程序設(shè)計語言又可以講編譯原理和技術(shù);計算機系統(tǒng)設(shè)計師不僅能設(shè)計計算機系統(tǒng),熟悉計算機器件和電路設(shè)計,而且數(shù)學(xué)、物理功底深厚,到高等學(xué)校授課、帶實驗、編寫教材、指導(dǎo)研究生得心應(yīng)手。
創(chuàng)新需要不怕失敗的毅力,需要有敢于挑戰(zhàn)權(quán)威和傳統(tǒng)觀念的勇氣,否則創(chuàng)新的“夢想”是不可能實現(xiàn)的。如巴克斯在IBM公司提出FORTRAN語言和編譯器的創(chuàng)意時,招到IBM公司顧問、著名計算機專家馮·諾依曼的反對。馮·諾依曼認(rèn)為,巴克斯的想法不現(xiàn)實,沒有實際意義。但巴克斯在IBM公司赫德的支持下頑強地堅持下來,發(fā)明了FORTRAN語言,并于1957年研制出IBM704計算機FORTRAN語言編譯器。
2.成才的客觀因素
成才的客觀因素包括學(xué)術(shù)環(huán)境和社會環(huán)境。
學(xué)術(shù)環(huán)境包括科學(xué)技術(shù)水平、研究試驗條件、學(xué)術(shù)帶頭人和團隊、研究經(jīng)費等。高水平的學(xué)術(shù)環(huán)境應(yīng)處于科技前沿,遇到和需要解決的學(xué)術(shù)問題具有重大的理論或?qū)嵺`價值,這樣才能激起人們的創(chuàng)新欲望和興趣。計算機發(fā)展不同時期從事的不同類型的創(chuàng)新活動對學(xué)術(shù)環(huán)境的要求有很大差異。一般說來,處于理論概念階段的創(chuàng)新對資源的要求低一些,一個人或幾個人在繼承和借鑒前人工作成果的基礎(chǔ)上即可完成,這樣的創(chuàng)新有一定的風(fēng)險,可能成功也可能失敗,比較適合大學(xué)或小型公司。如早期的計算機研制多在大學(xué),其中概念創(chuàng)新、科學(xué)試驗是主要工作。而計算機產(chǎn)品創(chuàng)新、標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、質(zhì)量保證、售后服務(wù)對資源的要求就比較高了。
創(chuàng)新的社會環(huán)境包括支持創(chuàng)新、鼓勵創(chuàng)新,尊重知識、尊重人才、尊重知識產(chǎn)權(quán)。要營造學(xué)術(shù)自由、包容的氛圍,這里關(guān)鍵是注重真才實學(xué)、重視實際效果,評價機制要務(wù)實、不求全責(zé)備,要適應(yīng)創(chuàng)新人才的成長規(guī)律。計算機創(chuàng)新成果的價值最終應(yīng)體現(xiàn)在計算機產(chǎn)品和服務(wù)上,必須接受社會和市場檢驗。學(xué)術(shù)成果的評價和市場檢驗的結(jié)果最終應(yīng)該一致。只有這樣計算機創(chuàng)新才能有生命力,才能推動技術(shù)和社會進步,得到社會的廣泛支持。
社會應(yīng)為企業(yè)和學(xué)校之間的人才流動創(chuàng)造條件,使學(xué)校、研究機構(gòu)、企業(yè)間的人員自由流動形成常態(tài),自然形成產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的局面。
計算機大師們的共同特點是國際化。他們有國際化的視野,能廣泛進行國際合作和交流,大多數(shù)人都有在幾個國際一流大學(xué)、一流企業(yè)學(xué)習(xí)工作的經(jīng)歷。他們積極參與國際一流課題或計算機項目的研發(fā),與國際一流的計算機大師們合作,站在巨人的肩膀上進行科技創(chuàng)新。取得的成果廣為人知,在國際學(xué)術(shù)界快速取得反響,及時得到推廣和應(yīng)用。20世紀(jì)60年代前后由ACM程序設(shè)計語言專家組與歐洲專家組聯(lián)合開發(fā)程序設(shè)計算法語言Algol60的過程就是很好的例證。參加Algol60研究工作的科學(xué)家后來都成為程序設(shè)計語言領(lǐng)域的知名專家。
四、計算機大師的成才路
1972年佩利在北京中美計算機學(xué)術(shù)交流時曾經(jīng)講過:“知識不是寶貝,把他藏起來怕被人偷去。知識是種子,播到各處發(fā)芽、生長、開花、結(jié)果。”因此,計算機大師們十分重視學(xué)術(shù)交流和人員流動。
一個大型項目的成功往往培養(yǎng)出一批計算機大師。ENIAC研制成功后涌現(xiàn)出埃克特、莫奇利、儒科夫、赫斯基、杰弗里·朱、伯克斯等。他們后來分別成為研制UNIVAC計算機、SWAC計算機、AVIDAC計算機的總設(shè)計師。人才流動為這些計算機的研制成功發(fā)揮了重要作用,也為人才的成長創(chuàng)造了條件。
1946年在莫爾學(xué)院舉辦的計算機培訓(xùn)班,開啟了計算機培訓(xùn)的先河。威爾克斯、阿里克山等參加了培訓(xùn),馮·諾依曼等人也到莫爾學(xué)院調(diào)研和交流。他們結(jié)合自身的工作將ENIAC的成功經(jīng)驗和改進意見用于UNIVAC、EDSAC、MARK1、IAS、Whirlwind等計算機的開發(fā),不僅促進了計算機性能的提高,也促進了劍橋大學(xué)、曼徹斯特大學(xué)、麻省理工學(xué)院、普林斯頓大學(xué)的計算機人才培養(yǎng)和科學(xué)研究,為計算機課程建設(shè)、專業(yè)建設(shè)打下了基礎(chǔ),促進了蘭德公司等企業(yè)的計算機業(yè)務(wù)的發(fā)展,如圖3所示。
發(fā)揮優(yōu)勢,“只做只有你才能做的事”,這是狄克斯特拉給年輕科技工作者的忠告,也是他從事科學(xué)研究的切身體會。計算機大師們?yōu)榱藢崿F(xiàn)自己的“創(chuàng)意”和“夢想”,往往主動適時地調(diào)整工作崗位。他們在一項工作完成時,便立即到企業(yè)、學(xué)校和科研機構(gòu)尋找適合自己下一步的工作,有時甚至自己開一個小公司,發(fā)揮自身的最大潛能。
利用顯示屏和鼠標(biāo)開發(fā)新型人機交互界面的Alto系統(tǒng)在施樂公司研制成功后,施樂公司沒能把這一重大技術(shù)創(chuàng)新成果轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品。研制Alto系統(tǒng)的技術(shù)骨干艾倫·凱到Apple公司工作,薩克爾、蘭普森先后到DEC公司、微軟公司工作。通過人才流動,把人機交互的視窗技術(shù)普及到Apple、Windows等產(chǎn)品中,推動了視窗技術(shù)、個人計算機的創(chuàng)新與發(fā)展。
計算機科學(xué)家、計算機工程師和企業(yè)家的成才路如圖4和5所示。
圖3 ENIAC項目的輻射作用
圖4 計算機科學(xué)家的成才路 圖5 計算機工程師和企業(yè)家的成才路
五、信息時代我國培養(yǎng)計算(機)創(chuàng)新性人才的機遇和挑戰(zhàn)