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關(guān)鍵詞:概念驗(yàn)證;科技創(chuàng)新;啟示
中圖分類號(hào):G321;F124.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
國家評估中心2019年首次的《中國科技成果轉(zhuǎn)化2019年度報(bào)告》顯示,我國高校和科研院所科技成果轉(zhuǎn)化遇到的瓶頸之一,是滿足轉(zhuǎn)化需求的高質(zhì)量科技成果不足,且研發(fā)脫離市場。據(jù)移動(dòng)新媒體“知識(shí)分子”專業(yè)文章測算評估,若美國高??萍汲晒D(zhuǎn)化效率為50%的話,我國高校僅為6%,發(fā)展?jié)摿薮骩1]。
2000年以來,美國、歐盟積極從國家創(chuàng)新戰(zhàn)略高度探索科技成果轉(zhuǎn)化新模式,通過在研究型大學(xué)等興建概念驗(yàn)證中心,或?qū)嵤└拍铗?yàn)證計(jì)劃,大力推動(dòng)具有應(yīng)用潛力的基礎(chǔ)研究從實(shí)驗(yàn)室走向市場,獲得顯著成效。這些實(shí)踐對提升我國及北京高校、科研院所科技成果轉(zhuǎn)化供給質(zhì)量,解決基礎(chǔ)研究和產(chǎn)業(yè)發(fā)展脫節(jié)問題,從源頭上減少科技和經(jīng)濟(jì)“兩張皮”現(xiàn)象,具有積極而重要的參考價(jià)值。
一、概念驗(yàn)證的內(nèi)涵
概念驗(yàn)證是將研究人員的創(chuàng)意或成果轉(zhuǎn)化為可初步彰顯其潛在商業(yè)價(jià)值的技術(shù)雛形,并對那些不具備商業(yè)開發(fā)前景的設(shè)想加以淘汰[2],從而增強(qiáng)研究成果對風(fēng)險(xiǎn)資本的吸引力,提高大學(xué)科技成果轉(zhuǎn)化效率。例如,微軟2019年的研究報(bào)告顯示,因?qū)嵤┏杀咎呋蚴袌鲂枨蟛幻鞔_等原因,30%的物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目在概念驗(yàn)證階段即遭淘汰。
就實(shí)際操作所需的環(huán)節(jié)看,概念驗(yàn)證主要包括原理或技術(shù)可行性研究、原型制造、性能測試、市場競爭分析、知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)策略等[3]。
從縱向即技術(shù)創(chuàng)新鏈而言,技術(shù)創(chuàng)新可至少分為研發(fā)(發(fā)明)、概念驗(yàn)證、工作樣機(jī)、工程化及生產(chǎn)線、產(chǎn)品生產(chǎn)5個(gè)階段,而“死亡之谷”包括第2、3、4階段[4]。顯然,概念驗(yàn)證處于基礎(chǔ)研究與技術(shù)成熟商業(yè)化之間比較靠前的環(huán)節(jié),它既是技術(shù)創(chuàng)新鏈的一個(gè)階段,又是跨越“死亡谷”的第一步,更是科技成果轉(zhuǎn)化亟須突破的“最初一公里”。
二、美歐概念驗(yàn)證發(fā)展概況及效果
(一)美國
為推動(dòng)概念驗(yàn)證工作,概念驗(yàn)證中心首先在美國研究型大學(xué)興起。加州大學(xué)圣迭戈分校于2001年建立全美第一個(gè)高校概念驗(yàn)證中心——馮·李比希中心,麻省理工學(xué)院在2002年跟進(jìn)成立德什潘德中心。如今,美國以高校為主已建立了近40家概念驗(yàn)證中心。
高校概念驗(yàn)證中心的發(fā)展得到了美國政府的高度重視和大力支持。美國政府于2009年、2011年分別了《美國創(chuàng)新戰(zhàn)略:推動(dòng)可持續(xù)增長和高質(zhì)量就業(yè)》和《美國創(chuàng)新戰(zhàn)略:確保我們的經(jīng)濟(jì)增長與繁榮》,將創(chuàng)建大學(xué)概念驗(yàn)證中心,作為加速大學(xué)科技成果轉(zhuǎn)化,推動(dòng)國家經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的重要路徑。2017年9月,美國商務(wù)部宣布,向多家非營利組織、高等教育機(jī)構(gòu)和創(chuàng)業(yè)集團(tuán)提供總額超過1700萬美元的支持,用于創(chuàng)建和擴(kuò)大以集群為重點(diǎn)的概念驗(yàn)證和商業(yè)化計(jì)劃,以及早期種子資本基金[5]。
麻省理工學(xué)院德什潘德中心是美國高校概念驗(yàn)證中心的突出代表,自2002年成立至2019年底,累計(jì)為該校超過125個(gè)初期技術(shù)項(xiàng)目商業(yè)化提供至少1700萬美元的資助,為400多名師生和研究人員提供支持,共有100多位“催化劑”導(dǎo)師和其他來自企業(yè)或創(chuàng)業(yè)團(tuán)體的人士,無償為技術(shù)研發(fā)者提供技術(shù)商業(yè)化方面的指導(dǎo)和服務(wù)。近30%的項(xiàng)目通過成立公司實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化,這些企業(yè)累計(jì)吸引了8億美元后續(xù)投資,資本放大效應(yīng)高達(dá)47倍[6]。
(二)歐盟
歐盟委員會(huì)歐洲研究理事會(huì)(以下簡稱“歐研會(huì)”)成立于2007年12月,主要負(fù)責(zé)實(shí)施原始創(chuàng)新計(jì)劃,支持前沿學(xué)科和交叉學(xué)科研究,以及新技術(shù)和新興領(lǐng)域的開拓性探索[7]。2011年,歐研會(huì)實(shí)施了概念驗(yàn)證計(jì)劃,并設(shè)立概念驗(yàn)證基金予以保障。
概念驗(yàn)證計(jì)劃專門針對研究成果市場化前的初始階段,不支持基礎(chǔ)研究的擴(kuò)展研究以及商業(yè)示范應(yīng)用項(xiàng)目。每個(gè)入選項(xiàng)目資助金額最多15萬歐元,執(zhí)行期限不超過18個(gè)月,主要用市場化可行性研究、知識(shí)產(chǎn)權(quán)布局、成立創(chuàng)業(yè)公司初始費(fèi)用等[7]。
概念驗(yàn)證基金資助列入概念驗(yàn)證計(jì)劃項(xiàng)目的年度預(yù)算,由2011年的1000萬歐元,增長至2019年的2500萬歐元。截至2019年底,已資助了約1000個(gè)項(xiàng)目[8]。2017年12月,歐研會(huì)邀請第三方對概念驗(yàn)證基金的實(shí)施情況進(jìn)行評估,評估報(bào)告顯示:概念驗(yàn)證項(xiàng)目在專利申請、許可協(xié)議、研究合作與合同、咨詢、新創(chuàng)企業(yè)、公共服務(wù)、爭取其他資助等諸多方面取得了增值。其中,42%的概念驗(yàn)證項(xiàng)目至少完成了1項(xiàng)專利推廣,而更多技術(shù)則在新創(chuàng)企業(yè)或者與中小企業(yè)合作中得到應(yīng)用;獲得概念驗(yàn)證基金支持的項(xiàng)目,后續(xù)也更加容易得到其他渠道如私人或者風(fēng)險(xiǎn)投資者的研發(fā)資助[9]。
三、美國概念驗(yàn)證中心典型運(yùn)作模式分析
概念驗(yàn)證中心是旨在填平基礎(chǔ)研究與產(chǎn)品開發(fā)之間“死亡谷”的創(chuàng)新服務(wù)機(jī)構(gòu)。美國加州大學(xué)圣迭戈分校的馮·李比希中心和麻省理工學(xué)院的德什潘德中心的運(yùn)作模式較具典型性。
(一)資金支持
德什潘德中心的資助對麻省理工學(xué)院的所有院系師生開放。中心每年用于支持大學(xué)早期科技成果商業(yè)化的撥款項(xiàng)目可分為點(diǎn)火資金和創(chuàng)新資金,申請者獲得資助的累計(jì)金額不超過20萬美元。點(diǎn)火資金每筆不超過5萬美元,周期為1年,主要用于新點(diǎn)子的實(shí)驗(yàn)探索和概念驗(yàn)證;成功后可繼續(xù)申請創(chuàng)新資金,追加的資助不超過15萬美元,以確保經(jīng)過概念證明的研究成果的商業(yè)價(jià)值。
(二)創(chuàng)業(yè)咨詢
馮·李比希中心和德什潘德中心都擁有實(shí)力雄厚的創(chuàng)業(yè)導(dǎo)師顧問團(tuán)。這些咨詢專家都具有不同技術(shù)專業(yè)背景和豐富新創(chuàng)公司或風(fēng)險(xiǎn)公司經(jīng)營經(jīng)驗(yàn),多與企業(yè)和投資方等保持良好關(guān)系。作為學(xué)界和商界之間的橋梁,他們參與項(xiàng)目遴選,為受資助的項(xiàng)目提供創(chuàng)業(yè)咨詢,促進(jìn)科技成果供需雙方建立密切合作關(guān)系[10]。
(三)教育培訓(xùn)
概念驗(yàn)證中心常常通過創(chuàng)設(shè)教育課程、開展講座和研討、舉辦學(xué)術(shù)會(huì)議或論壇等方式,幫助師生理解、識(shí)別和熟悉科技成果轉(zhuǎn)化流程以及可能遇到的風(fēng)險(xiǎn)問題,為可能的初創(chuàng)企業(yè)發(fā)展做必要準(zhǔn)備。例如,“創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)”是麻省理工學(xué)院獨(dú)特的課程,向?qū)W生傳授科學(xué)和技術(shù)商業(yè)化的全過程,主要關(guān)注如何判斷一項(xiàng)處于早期階段技術(shù)的商業(yè)潛能,參加課程的投資人也有機(jī)會(huì)從中選擇值得資助的對象[10]。
四、在京高校設(shè)立概念驗(yàn)證中心的可行性
從美國實(shí)踐看,高校概念驗(yàn)證中心的建立和發(fā)展需要一定條件,主要包括:技術(shù)、人員、資金、設(shè)施、“驗(yàn)證”出口等[11]。北京地區(qū)高校曾孕育出過紫光、同方、方正、未名生物等一批知名企業(yè),也最有條件和責(zé)任在概念驗(yàn)證中心建設(shè)和開展概念驗(yàn)證活動(dòng)中先行探索。
從成果來源看,2019年度國家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)中,北京地區(qū)高校作為第一完成單位的獲獎(jiǎng)數(shù)量接近全國高校作為第一完成單位數(shù)量的40%。2018年,中國高校獲國內(nèi)職務(wù)發(fā)明專利授權(quán)19.4萬項(xiàng)[12],是除企業(yè)之外職務(wù)發(fā)明的最大貢獻(xiàn)者;同期北京地區(qū)高校職務(wù)發(fā)明授權(quán)量和輸出技術(shù)合同成交額在全國高校的比重均在5%上下。這說明一方面北京地區(qū)有豐富成果或“新概念”可供“驗(yàn)證”,另一方面也表明北京地區(qū)高校科技成果轉(zhuǎn)化依然有較大上升空間。
從人員看,2018年,北京地區(qū)普通高校研究生在校人數(shù)為31.7萬人,占全國的11.6%;研發(fā)人員數(shù)量為8.59萬人,占全國的8.7%。此外,北京地區(qū)還聚集了全國一流的科學(xué)家、企業(yè)家、投資人。這為開展概念驗(yàn)證活動(dòng)提供了豐富的人力資源、智力資源。
從資金看,政府非常重視增加對高??萍嫉耐度?。2018年,北京地區(qū)高等院校研發(fā)經(jīng)費(fèi)支出為215.9億元,占全國高校的比重為14.8%。更重要的是,政府部門已經(jīng)認(rèn)識(shí)到并愿意為開展驗(yàn)證活動(dòng)提供經(jīng)費(fèi)支持。例如,北京市海淀區(qū)已宣布將提供專項(xiàng)資金支持本區(qū)高校、科研院所建設(shè)概念驗(yàn)證中心及開展概念驗(yàn)證項(xiàng)目。
從實(shí)驗(yàn)設(shè)施看,北京地區(qū)高校擁有國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的數(shù)量約占全國高校國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室數(shù)量的四分之一。同時(shí),首都科技條件平臺(tái)囊括了本地區(qū)882個(gè)國家級、市級重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、工程中心等4.65萬臺(tái)套儀器設(shè)備,可以向社會(huì)開放共享。這些為開展概念驗(yàn)證提供了充足的物質(zhì)保障。
從“驗(yàn)證”出口看,最直接的方式是就地進(jìn)入大學(xué)科技園或其他孵化器。例如,上海市擬采取具體措施推進(jìn)大學(xué)科技園參與高??萍汲晒母拍铗?yàn)證和成果熟化。北京擁有國家級和市級的大學(xué)科技園40多家、孵化器超過100家,10余家高校成立了技術(shù)轉(zhuǎn)移辦公室。這都為概念驗(yàn)證后的成果提供了眾多的接納通道。
五、啟示與建議
近幾年,國家先后修訂或出臺(tái)了《中華人民共和國促進(jìn)科技成果轉(zhuǎn)化法》《實(shí)施〈中華人民共和國促進(jìn)科技成果轉(zhuǎn)法〉若干規(guī)定》《促進(jìn)科技成果轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化行動(dòng)方案》,北京市也新頒布了《促進(jìn)科技成果轉(zhuǎn)化條例》。這些政策法規(guī)主要集中在收益分配、價(jià)值評估、人員身份等科技成果轉(zhuǎn)化后端,而對科技成果轉(zhuǎn)化前端的關(guān)注度不夠或效果不佳。美歐對科技創(chuàng)新思想及成果進(jìn)行概念驗(yàn)證的探索實(shí)踐,對我國克服科技成果轉(zhuǎn)化“最初一公里”的“短板”問題具有重要借鑒意義。
(一)央地協(xié)同開展概念驗(yàn)證探索
一是加強(qiáng)規(guī)劃引導(dǎo)。國內(nèi)概念驗(yàn)證中心建設(shè)目前尚處于起步階段,2018年以來,西安、北京、上海先后建立起全國屈指可數(shù)的幾家。2019年10月,北京市海淀區(qū)支持北京航空航天大學(xué)建立了全市首家概念驗(yàn)證中心,目前已篩選出一批概念驗(yàn)證項(xiàng)目,并初步打通了概念驗(yàn)證、創(chuàng)業(yè)孵化和股權(quán)投資的鏈條,為概念驗(yàn)證活動(dòng)的可持續(xù)發(fā)展進(jìn)行了有益探索。作為全國科技創(chuàng)新中心,北京應(yīng)盡快形成成熟經(jīng)驗(yàn)和模式向全國推廣。建議國家科技、教育、產(chǎn)業(yè)部門和北京市合力統(tǒng)籌謀劃,將在京高校、科研院所設(shè)立概念驗(yàn)證中心列入“十四五”時(shí)期全國科技創(chuàng)新中心建設(shè)部(院)市合作規(guī)劃。北京市應(yīng)將概念驗(yàn)證納入《北京市“十四五”時(shí)期加強(qiáng)全國科技創(chuàng)新中心功能建設(shè)規(guī)劃》,進(jìn)行科學(xué)合理布局。通過概念驗(yàn)證中心盡可能早地識(shí)別出那些具有商業(yè)化前景的項(xiàng)目,催生出有助于解決經(jīng)濟(jì)社會(huì)重大問題的科技成果。同時(shí),既要防止一哄而上,有名無實(shí),也要克服畏難情緒、裹足不前,還要避免重復(fù)建設(shè),考慮差異化布局發(fā)展。
二是創(chuàng)新支持路徑。借鑒國外經(jīng)驗(yàn),對概念驗(yàn)證中心建設(shè)及實(shí)施概念驗(yàn)證的項(xiàng)目資金,前期由政府予以“兜底”保障。建議由科技部和北京市共同設(shè)立概念驗(yàn)證專項(xiàng)資金,用于支持開展概念驗(yàn)證活動(dòng),同時(shí)考慮國家自然科學(xué)基金區(qū)域創(chuàng)新發(fā)展聯(lián)合基金對“概念驗(yàn)證資助項(xiàng)目”進(jìn)行支持的可能性。此外,還應(yīng)積極拓展資金來源渠道,如鼓勵(lì)本校投入、私人捐贈(zèng)、民間基金會(huì)支持等。
(二)采取靈活多樣的組建方式
從國外發(fā)展歷程來看,概念驗(yàn)證中心首先在研究型大學(xué)工學(xué)院興起,隨后擴(kuò)展到研究機(jī)構(gòu)和社會(huì)組織。建議結(jié)合實(shí)際情況,靈活組建概念驗(yàn)證中心:在依托單位上,既可以由某一所大學(xué)獨(dú)立組建,也可以幾所大學(xué)聯(lián)合組建,也包括在科研院所和社會(huì)組織組建,同時(shí)鼓勵(lì)校企共建;在具體運(yùn)作上,可支持成立“民非”等實(shí)體機(jī)構(gòu),也可采取資助計(jì)劃等非實(shí)體形式;在功能發(fā)揮上,既可由政府主導(dǎo),也可由高校和科研院所主導(dǎo);在服務(wù)內(nèi)容上,既可以是綜合服務(wù)類型,也可以聚焦特定專業(yè)領(lǐng)域;在服務(wù)范圍上,可以面向本校本單位,也可以面向特定區(qū)域如優(yōu)先覆蓋“三城一區(qū)”或良鄉(xiāng)、沙河高教園區(qū)等。
(三)培育科技成果轉(zhuǎn)化創(chuàng)新生態(tài)
關(guān)鍵詞:理答行為;學(xué)習(xí)有效性;學(xué)生發(fā)展
中圖分類號(hào):G633.5文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B文章編號(hào):1672-1578(2015)08-0252-01
我們在河北省十二五規(guī)劃課題《理答行為與初中地理課堂教學(xué)有效性的實(shí)踐研究》研究前期,對理答行為進(jìn)行了概念界定:理答行為是教師對學(xué)生學(xué)習(xí)行為的反應(yīng),即教師根據(jù)學(xué)生所思、所答、所學(xué)是否正確、充分、恰當(dāng)?shù)某潭?,給予指導(dǎo)、點(diǎn)撥、引領(lǐng)、評價(jià),幫助學(xué)生調(diào)整、控制后續(xù)學(xué)習(xí)行為。理答既是一種教學(xué)行為,也是一種教學(xué)環(huán)境。
理答行為,直接影響著地理課堂中學(xué)生學(xué)習(xí)的有效和高效,地理教師理答行為的有效、科學(xué)、藝術(shù)對學(xué)生發(fā)展有促進(jìn)作用。我們總結(jié)出地理教師課堂理答時(shí)應(yīng)注意以下事項(xiàng)。
1.增強(qiáng)理答意識(shí),提升學(xué)生學(xué)習(xí)的有效性
我們課題組在研究過程中多次感受到:地理課堂中,教師理答意識(shí)的缺失,導(dǎo)致我們的地理課堂丟失很多精彩,課堂有效性受到影響。
案例1:一地理教師在講授人教版八年級下冊第八章第一節(jié)《西北地區(qū)的自然特征與農(nóng)業(yè)》時(shí),談到"西北地區(qū)怎么保護(hù)水資源?"師說:"坎兒井、萬里長城、京杭運(yùn)河被稱為我國三大奇跡,你對坎兒井,有何感想?"有些學(xué)生直截了當(dāng)?shù)卣f:"我不知道坎兒井是什么,沒什么感想。"師說:"大家看教材P77圖8-12,你們能看懂這些坑嗎?"生答:"看不懂。"
案例2:一地理教師出差20天,回來上課,學(xué)生很興奮,學(xué)習(xí)主題"我國鐵路干線的分布"。她是這樣導(dǎo)入的:"老師出差去重慶,你幫老師選擇一下恰當(dāng)?shù)慕煌ㄟ\(yùn)輸方式:1.最省錢;2.最快到達(dá)。"
"老師,你走著去,最省錢";"老師,騎馬去、不累還省錢";"坐120去…";"做夢去…";"坐火車去…";"坐輪船去…";"坐飛機(jī)去…"
十四五歲的學(xué)生無拘無束,思維敏捷,活潑調(diào)皮,這樣很正規(guī)的導(dǎo)入,也能讓他們像瞬時(shí)像決堤的洪水一瀉千里。面對學(xué)生們的不靠譜,她是很嚴(yán)肅地這樣進(jìn)行理答的:"20天沒見,各位思考問題的速度與日俱增。
該教師面對學(xué)生這種狀況,積極理答,短短幾句話,就把學(xué)生的思維引導(dǎo)主題學(xué)習(xí)上,學(xué)習(xí)有效性得到提升。
2.重視理答預(yù)設(shè),提高課堂教學(xué)實(shí)效性
我們課題組在研究過程中發(fā)現(xiàn):優(yōu)秀地理教師在教學(xué)設(shè)計(jì)上獨(dú)具匠心,把課堂中可能的現(xiàn)象盡可能全面考慮,把理答的預(yù)設(shè)做的盡可能完善。他們發(fā)展性理答的多樣性、激勵(lì)性理答的激勵(lì)性、診斷性理答的引導(dǎo)性是典型的智慧理答特征。他們游刃有余地駕馭課堂,都曾經(jīng)歷過最初的充分準(zhǔn)備過程。
3.理答突出教學(xué)風(fēng)格,提升地理課堂魅力
預(yù)設(shè),僅僅對我們的地理課堂理答行為提供了保障,奠定了基礎(chǔ),讓地理教師在執(zhí)教過程中做到胸有成竹,但動(dòng)態(tài)課堂并非所有的一切都能被我們預(yù)設(shè)到,孩子豐富多彩的回答,我們不可能面面俱到、考慮周全,地理課堂的精彩就在于無法預(yù)設(shè)的理答行為中,這就需要地理教師在動(dòng)態(tài)課堂中不斷磨練自己的理答水平。
4.理答關(guān)注學(xué)生發(fā)展,提升學(xué)生學(xué)習(xí)智慧
有效、科學(xué)、藝術(shù)的理答最大受益者是學(xué)生,因此關(guān)注學(xué)生的發(fā)展在理答行為顯得尤為重要。地理課堂上老師精彩有效的激勵(lì)性理答對學(xué)生學(xué)習(xí)和心理的影響是舉足輕重的,既能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生求知的積極性,又能給學(xué)生指明思考問題的方向,而且能讓學(xué)生在解決問題的過程中,起到"四兩撥千斤"之功效,往往能使原本陷入僵局的課堂氣氛,一下子活躍起來。
案例1:人教版八年級上冊《2-1地形和地勢》主題學(xué)習(xí)。
一地理教師的總結(jié)讓我記憶尤深:"這節(jié)課,我們學(xué)習(xí)的知識(shí)點(diǎn)是中國地勢特征――三階梯。其實(shí),地理的學(xué)習(xí)也分三級階梯。
第一級,就是這幅圖的填寫。只要有眼睛,認(rèn)識(shí)字,就能夠從地圖上找準(zhǔn)這些地理名稱,并準(zhǔn)確填在圖上,不需要怎么動(dòng)腦。如果你僅停留在這一臺(tái)階,充其量你就是一個(gè)知識(shí)的容器。
第二級,就是根據(jù)我們所描畫的這張圖,提煉并分析地理信息,就像板書上咱們一起畫的這個(gè)階梯示意圖,和咱們總結(jié)的地勢特征這句話,這需要稍稍動(dòng)一下腦筋。
第三級,就是右邊箭頭所指的這部分,今天所學(xué)的"地勢和其它地理要素間的關(guān)系",是本節(jié)課最高層次的學(xué)習(xí),它需要我們開動(dòng)腦筋,調(diào)動(dòng)所有的知識(shí)儲(chǔ)備,把今天所學(xué)和以往所學(xué)聯(lián)系起來,分析他們是如何相互影響的。我們不要僅限于做知識(shí)的容器,應(yīng)該立志做榨汁機(jī),把不同的蔬果調(diào)和成好喝且營養(yǎng)豐富的果汁,這樣的學(xué)習(xí)才會(huì)讓你變得聰明和智慧。老師希望你們不僅有學(xué)識(shí),更希望你們在地理課堂上變得越來越聰明。所以,希望我們在以后的地理課堂中,按照今天的學(xué)習(xí)模式鍛煉自己的思維,勤思考,多提問,讓自己變得越來越聰明。"
隨后,該老師還進(jìn)一步歸納出了三段式學(xué)習(xí)方式:
(1)看圖,明晰地圖上的地理信息――第一階梯學(xué)習(xí):即地圖上有什么?在哪?
(2)析圖,分析總結(jié)地圖上反應(yīng)的地理邏輯――第二階梯學(xué)習(xí):即概括圖中反應(yīng)的地理原理性知識(shí)。
關(guān)鍵詞:智能制造;通識(shí)能力;工匠精神;創(chuàng)新思維
工業(yè)4.0時(shí)代,智能制造的新技術(shù)、新業(yè)態(tài)、新產(chǎn)業(yè)下新崗位的方式、內(nèi)容、方法、工具都發(fā)生了巨大變化,智能制造不再針對某個(gè)領(lǐng)域、某個(gè)專業(yè),而是覆蓋了各個(gè)產(chǎn)業(yè),貫穿于產(chǎn)品、制造、服務(wù)全生命周期各個(gè)環(huán)節(jié)。高等職業(yè)教育中,人才培養(yǎng)與經(jīng)濟(jì)增長、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級之間存在著“引領(lǐng)和適應(yīng)”的對應(yīng)關(guān)系[1],職業(yè)教育培養(yǎng)的學(xué)生都必須了解國家的戰(zhàn)略布局,明白智能制造無處不在,要有家國情懷,主動(dòng)將自己的職業(yè)生涯規(guī)劃融入國家的發(fā)展戰(zhàn)略,服務(wù)國家智能制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
一、智能制造技術(shù)技能人才培養(yǎng)的機(jī)遇與挑戰(zhàn)
(一)國家戰(zhàn)略加速產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型,提出人才培養(yǎng)新需求
國家“十四五規(guī)劃”指出,要實(shí)現(xiàn)制造強(qiáng)國、推動(dòng)產(chǎn)業(yè)鏈現(xiàn)代化;《成渝地區(qū)雙城經(jīng)濟(jì)圈建設(shè)規(guī)劃綱要》提出要打造“全球電子信息高端研發(fā)制造基地”;成都市《智能制造三年行動(dòng)計(jì)劃(2021—2023年)》提出,“加快構(gòu)建智能制造生態(tài)體系建設(shè)”。智能化成為電子信息制造業(yè)快速轉(zhuǎn)型發(fā)展的必然趨勢,大力建設(shè)數(shù)字化車間和智能工廠,促進(jìn)電子信息制造業(yè)快速轉(zhuǎn)型發(fā)展,實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程智能化、數(shù)控化,亟需具備設(shè)計(jì)數(shù)字化、生產(chǎn)自動(dòng)化、管理現(xiàn)代化等多種技術(shù)技能復(fù)合的人才支撐。
(二)智能制造多種技術(shù)融合,提出人才培養(yǎng)新標(biāo)準(zhǔn)
2021年新職業(yè)“智能制造工程技術(shù)人員”國家職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和智能制造領(lǐng)域人才需求報(bào)告指出,現(xiàn)代企業(yè)生產(chǎn)過程中,數(shù)控加工、工業(yè)機(jī)器人等智能生產(chǎn)裝備通過信息技術(shù)有機(jī)連接,通過各類物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)收集生產(chǎn)過程中各種數(shù)據(jù),通過工業(yè)軟件系統(tǒng)在線進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析,實(shí)現(xiàn)智能化生產(chǎn),該領(lǐng)域預(yù)計(jì)到2025年達(dá)到450萬人的人才缺口,其中機(jī)械行業(yè)技術(shù)技能人才需求總量將達(dá)到377.6萬[2],高職學(xué)歷的需求總量預(yù)計(jì)達(dá)149.08萬,占比39.48%。智能制造領(lǐng)域的新崗位,需要大量能將軟件應(yīng)用、數(shù)控加工、機(jī)器人技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等多技術(shù)技能融合的產(chǎn)業(yè)工人。這對專業(yè)升級發(fā)展、數(shù)字化改造提出了新標(biāo)準(zhǔn),亟須加快推進(jìn)人才培養(yǎng)模式改革。
(三)職業(yè)教育融合創(chuàng)新發(fā)展,提出人才培養(yǎng)新任務(wù)
為落實(shí)《國家職業(yè)教育改革實(shí)施方案》,教育部、四川省政府《關(guān)于推進(jìn)成都公園城市示范區(qū)職業(yè)教育融合創(chuàng)新發(fā)展的意見》提出,推動(dòng)縱向貫通、橫向融通的“全生命周期”職業(yè)學(xué)校教育和培訓(xùn)體系建設(shè),打造“四園同構(gòu)”的產(chǎn)教城融合園區(qū)和“中國匠谷”等高地。作為擁有技師學(xué)院的在蓉高職院校,實(shí)施高職與技師融通發(fā)展、促進(jìn)現(xiàn)代職業(yè)教育體系加快構(gòu)建成為學(xué)校的責(zé)任,需創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式,服務(wù)成都市電子信息制造業(yè)園區(qū)和企業(yè)發(fā)展,培養(yǎng)新時(shí)代高素質(zhì)技術(shù)技能智能制造產(chǎn)業(yè)工匠。
二、智能制造對技能人才通識(shí)能力提出的新要求
工業(yè)4.0時(shí)代,智能化賦能知識(shí)經(jīng)濟(jì),勞動(dòng)者僅憑一技難以適應(yīng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展,這就倒逼職業(yè)教育由“唯技而教”的專才教育走向通識(shí)教育和終身學(xué)習(xí)。通識(shí)教育,亦稱之為通識(shí)能力,于20世紀(jì)80年代自美國引入,結(jié)合中國文化對“通”和“識(shí)”的解釋,被翻譯為“通識(shí)教育”,是指一種在不同學(xué)科領(lǐng)域、不同行業(yè)中能夠共通的普遍知識(shí)和基礎(chǔ)能力,包括語言表達(dá)能力、自學(xué)能力、適應(yīng)能力、道德關(guān)懷能力、溝通協(xié)調(diào)能力、創(chuàng)新創(chuàng)意能力、理論到實(shí)踐的能力等。哈佛大學(xué)的通識(shí)教育對全球的教育改革都有著重要影響,其教育的四大目標(biāo)之一就是:教育學(xué)生如何成為社會(huì)一員,享受公民權(quán)利,履行公民義務(wù),承擔(dān)對地方、對國家、對世界以及對自己的責(zé)任。在智能制造時(shí)代,要通過通識(shí)教育培養(yǎng)出職業(yè)院校學(xué)生以下通用能力。
(一)追求卓越的大國工匠精神
一流的制造需要一流的技術(shù),一流的技術(shù)則需要一流的精神,中國從“制造大國”走向“制造強(qiáng)國”,從資源稟賦優(yōu)勢走向創(chuàng)新制造優(yōu)勢,迫切需要堅(jiān)持如一的品質(zhì),堅(jiān)忍不拔、精益求精、追求完美和極致的工匠精神[3]。制造業(yè)文化就是工匠文化,只有對事業(yè)具有高忠誠度,才能全身心投入,秉持嚴(yán)謹(jǐn)?shù)穆殬I(yè)操守、崇高的職業(yè)品質(zhì),培養(yǎng)敬業(yè)、專注、精益、堅(jiān)持的價(jià)值取向和行為表現(xiàn),才能在制造質(zhì)量和制造水平上取得持續(xù)不斷的進(jìn)展。
(二)創(chuàng)新精神和創(chuàng)造思維
智能制造是對傳統(tǒng)制造的全方位提升,更是新技術(shù)、新思維、新概念、新模式不斷涌現(xiàn)、廣泛應(yīng)用的典型業(yè)態(tài),創(chuàng)新精神和創(chuàng)造思維要貫穿于智能制造全過程[4]。創(chuàng)新精神是推動(dòng)工業(yè)制造突破傳統(tǒng)模式、改變生產(chǎn)生活方式的重要精神,要求學(xué)生勇于挑戰(zhàn)固有框架,不斷追求新思維、新事物、新理念、新方法,探索新的規(guī)律,獲取新的成功。創(chuàng)新思維是打破慣常思維、求新求異的獨(dú)特思維,是人類創(chuàng)造性的獲得靈魂和核心,是人的創(chuàng)造力迸發(fā)的源泉。
(三)多元的人文素養(yǎng)
在智能制造、人工智能的未來發(fā)展中,人機(jī)工程、柔性制造、仿生制造、個(gè)性定制等一系列多元化、復(fù)合型、綜合化的制造發(fā)展,必將與社會(huì)學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、文學(xué)、哲學(xué)、美學(xué)等人文社科發(fā)生更加緊密和廣泛的聯(lián)系與交叉。智能制造人才的人文素養(yǎng)也將成為面向未來發(fā)展的一種必備素養(yǎng),在人工智能等新技術(shù)發(fā)展中將發(fā)揮重要作用。
三、成都工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院在智能制造人才培養(yǎng)方面的探索與實(shí)踐
為服務(wù)成都建設(shè)“中國制造2025”試點(diǎn)示范城市、全國重要的先進(jìn)制造業(yè)中心,成都工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院自覺擔(dān)負(fù)起支撐地方高端制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的責(zé)任,全力打造“智能制造專業(yè)群”,推廣智能制造的“大眾教育”,培養(yǎng)學(xué)生跨領(lǐng)域、跨學(xué)科、跨專業(yè)的綜合能力,為建設(shè)全面體現(xiàn)新發(fā)展理念的國家中心城市提供高素質(zhì)技術(shù)技能人才支撐。
(一)瞄準(zhǔn)人才需求,科學(xué)定位培養(yǎng)崗位
對接成都電子信息制造業(yè)網(wǎng)、智、軟、端、屏、芯六個(gè)領(lǐng)域中的智能終端,專業(yè)群確定了工藝設(shè)計(jì)、生產(chǎn)線規(guī)劃、過程實(shí)施、監(jiān)測反饋四個(gè)智造鏈主要環(huán)節(jié),其擁有工藝設(shè)計(jì)和優(yōu)化、智能產(chǎn)線安裝和調(diào)試、智能設(shè)備操作調(diào)試與編程等十個(gè)典型工作崗位?;趰徫粩?shù)字化、智能化要求,對十個(gè)典型工作崗位核心能力進(jìn)行分析,構(gòu)建產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計(jì)、智能產(chǎn)線設(shè)計(jì)與調(diào)試、智能生產(chǎn)設(shè)備系統(tǒng)集成與運(yùn)維、智能生產(chǎn)數(shù)據(jù)監(jiān)測與反饋四個(gè)崗位群,這些崗位群需要多個(gè)專業(yè)交叉融合培養(yǎng),滿足復(fù)合型學(xué)生就業(yè)需求。學(xué)校將人才培養(yǎng)定位為堅(jiān)持立德樹人,培養(yǎng)具有勞動(dòng)精神、工匠精神、創(chuàng)新精神,掌握產(chǎn)品數(shù)字化軟件設(shè)計(jì)、柔性制造單元調(diào)試、高檔數(shù)控設(shè)備操作、工業(yè)機(jī)器人柔性集成、生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析等先進(jìn)技術(shù)技能,具備智能化、數(shù)字化融合意識(shí)的新時(shí)代高素質(zhì)技術(shù)技能智能制造產(chǎn)業(yè)工匠。
(二)立足核心素養(yǎng),打造培養(yǎng)“工匠素質(zhì)”的課程體系
一是加強(qiáng)通識(shí)課程的德育素養(yǎng)、信息素養(yǎng)、創(chuàng)新素養(yǎng)和人文素養(yǎng)的培養(yǎng),將工匠精神教育融入思政課程教學(xué)。增設(shè)職教模塊理論,形成有利于厚植工匠精神的思政教學(xué)體系,將工匠精神融入社會(huì)主義核心價(jià)值觀、天府文化、中華優(yōu)秀文化、社會(huì)主義先進(jìn)文化的教育之中[5]。二是以融合的思想重構(gòu)專業(yè)課程。對接新職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)“1+X”證書職業(yè)標(biāo)準(zhǔn),以項(xiàng)目為載體,以問題為導(dǎo)向,在課程中挖掘知識(shí)、探究知識(shí),提高解決實(shí)際問題的能力。知識(shí)有三大來源:基礎(chǔ)理論層面、應(yīng)用研發(fā)層面和實(shí)踐性層面,制造行業(yè)的工藝和技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)現(xiàn)只能通過“干中學(xué)”而習(xí)得。實(shí)踐出真知,實(shí)踐才是創(chuàng)新的唯一途徑,因此要引導(dǎo)學(xué)生注重實(shí)踐。三是開設(shè)“智能文明”“人工智能與信息社會(huì)”等公共選修課程,提高學(xué)生智能化素養(yǎng),引導(dǎo)學(xué)生明白創(chuàng)新來源于制造一線,制造工廠本身就是一所“創(chuàng)新大學(xué)”,塑造學(xué)生人文情懷,增強(qiáng)對智能化產(chǎn)業(yè)的柔性適應(yīng)力。
(三)深化產(chǎn)教融合,實(shí)現(xiàn)核心能力培養(yǎng)
學(xué)校深化產(chǎn)教融合,按照職業(yè)工種等級標(biāo)準(zhǔn)整合原有實(shí)訓(xùn)室,建設(shè)數(shù)控車、數(shù)控銑、PLC編程、現(xiàn)代信息技術(shù)、工業(yè)機(jī)器人等通用技能實(shí)訓(xùn)室,服務(wù)智造鏈四個(gè)環(huán)節(jié)通用能力、基礎(chǔ)能力和雙創(chuàng)基本技能培養(yǎng)。學(xué)校采取引企入校、校入園企等方式,依據(jù)理虛實(shí)一體化建設(shè)原則,重組、新建產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計(jì)、數(shù)控智能加工、數(shù)字工廠仿真訓(xùn)練等實(shí)訓(xùn)室,提質(zhì)建設(shè)智能制造生產(chǎn)性實(shí)訓(xùn)基地、西門子數(shù)字化工廠虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地?;刂攸c(diǎn)支撐專業(yè)群核心能力課程、拓展能力課程和雙創(chuàng)能力課程的實(shí)施,以及專業(yè)群核心工種的職業(yè)資格高級—技師和“1+X”證書中級—高級認(rèn)證考核。實(shí)訓(xùn)基地向群內(nèi)外學(xué)生開放,采取學(xué)分認(rèn)證置換方式,開展興趣培養(yǎng)、第二課堂學(xué)習(xí)、專業(yè)社團(tuán)活動(dòng)、技能競賽等,引導(dǎo)學(xué)生建立研發(fā)—生產(chǎn)—營銷的全生命鏈、系統(tǒng)化思維模式。
(四)打造工匠學(xué)院,服務(wù)工匠人才發(fā)展
成都工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院與成都市總工會(huì)整合雙方優(yōu)勢資源,共同籌建“成都工匠學(xué)院”,探索產(chǎn)教融合、校企合作運(yùn)行新機(jī)制?!俺啥脊そ硨W(xué)院”聚集“成都工匠”優(yōu)質(zhì)資源,全力打造技能人才培育、現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)發(fā)展精準(zhǔn)服務(wù)、工匠人才社會(huì)價(jià)值實(shí)現(xiàn)的三大平臺(tái)。依托“成都工匠學(xué)院”組建智能制造職業(yè)教育集團(tuán)(聯(lián)盟)、建設(shè)產(chǎn)業(yè)學(xué)院,打造生產(chǎn)性實(shí)訓(xùn)基地,實(shí)現(xiàn)資源共建共享。重點(diǎn)開展選育“工匠之師”,實(shí)施“匠中育師”計(jì)劃;開展項(xiàng)目化、實(shí)戰(zhàn)化“師帶徒”,實(shí)施“以匠育工”計(jì)劃;開展技能人才培訓(xùn),實(shí)施“滴灌援企”計(jì)劃,培養(yǎng)適應(yīng)和引領(lǐng)現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)發(fā)展的高素質(zhì)應(yīng)用型、復(fù)合型、創(chuàng)新型人才。制造是本體,智能是靈魂。在智能制造背景下,職業(yè)教育對高素質(zhì)技術(shù)技能人才的培養(yǎng)應(yīng)多關(guān)注工匠精神養(yǎng)成、創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)以及人文素養(yǎng),激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新思維,讓學(xué)生實(shí)現(xiàn)全面而自由的發(fā)展、成為具有創(chuàng)新精神和綜合競爭力的社會(huì)變革參與者。
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一、BID與3D打印概述
生物靈感設(shè)計(jì)(Biologically inspired design),以下簡稱BID,是以仿生學(xué)機(jī)制為靈感研究設(shè)計(jì),并支持發(fā)展創(chuàng)意設(shè)計(jì)系統(tǒng)的新型領(lǐng)域。生物靈感的設(shè)計(jì)是進(jìn)行設(shè)計(jì)創(chuàng)新的一種很有前途的模式,在國外被普遍視作可持續(xù)發(fā)展設(shè)計(jì)的一部分。BID被廣泛應(yīng)用于建筑設(shè)計(jì),從建筑復(fù)雜思維的非線性生成法則到結(jié)合數(shù)字化設(shè)計(jì)的生命生長規(guī)律的遺傳算法建筑,都體現(xiàn)了對生物形態(tài)、生命機(jī)能、生長特性等深層次的模仿,發(fā)掘生物世界特性為設(shè)計(jì)創(chuàng)作提供了無窮無盡的思想啟迪。
3D 打印技術(shù)(Three-Dimensional Printing Technology)是快速成型技術(shù)的一種,是增材制造的主要實(shí)現(xiàn)形式,制造過程不需要原坯和模具,直接依托計(jì)算機(jī)圖形數(shù)據(jù),通過一系列的橫截面切片進(jìn)行材料疊加以生成任何形狀的物體。最為主流的三種技術(shù)類型為用熱塑性塑料熔融沉積快速成型技術(shù)的熔融堆積(FDM)技術(shù),使用激光在材質(zhì)盆中硬化液態(tài)樹脂的光固化(SLA)技術(shù),以及利用激光對粉末狀金屬、塑料、陶瓷材料進(jìn)行高溫熔融并層層堆積的激光燒結(jié)(SLS)技術(shù)。激光燒結(jié)3D打印技術(shù)可以打印金屬等特殊材料,極大地開拓了設(shè)計(jì)塑造空間。作為全新概念的工業(yè)制造手段與傳統(tǒng)的機(jī)械加工與模具加工方式相比,3D打印技術(shù)具備材料損耗小、簡化制造程序、實(shí)現(xiàn)復(fù)雜設(shè)計(jì)、縮短研發(fā)周期、降低研發(fā)成本及風(fēng)險(xiǎn)、提升創(chuàng)新效率、降低生產(chǎn)成本、提升產(chǎn)品豐富度等優(yōu)勢,這些都成為推動(dòng)設(shè)計(jì)創(chuàng)新的重要因素,為設(shè)計(jì)的可行性提供技術(shù)保障。
二、BID思維下的3D打印家具設(shè)計(jì)塑造
在可持續(xù)、數(shù)字化等意識(shí)形態(tài)的影響下,對于設(shè)計(jì)決策者在設(shè)計(jì)過程中要更多地從公眾利益及人類學(xué)角度出發(fā),探尋設(shè)計(jì)倫理與設(shè)計(jì)哲學(xué),而大自然的生物策略將是一個(gè)最質(zhì)樸、最合理的可借鑒啟示,探索生物體的構(gòu)造技能以及優(yōu)化適應(yīng)等自然界的運(yùn)行機(jī)制,從大自然生物中提取可持續(xù)、高效、有序、永續(xù)的設(shè)計(jì)原則。后工業(yè)社會(huì)的哲學(xué)思想從傳統(tǒng)、線性向多元、非線性的價(jià)值觀變遷,審美體驗(yàn)也隨之向動(dòng)態(tài)與多方位拓展。德國仿生設(shè)計(jì)鼻祖克拉尼曾說過“仿生設(shè)計(jì),是一個(gè)揭示自然界生命體的內(nèi)部規(guī)律,一項(xiàng)翻譯自然的事業(yè)” ,他要求自己的每一個(gè)設(shè)計(jì)作品都要最大限度地結(jié)合自然,每次設(shè)計(jì)前都會(huì)研究分析與自身設(shè)計(jì)要求相符合的自然形態(tài),在實(shí)驗(yàn)室測試并完成模型,這樣的思維方式下成就了克拉尼堅(jiān)信自然界法則的設(shè)計(jì)理念與Bio-form的代表性生態(tài)設(shè)計(jì)風(fēng)格語言?;贐ID思維,以生物靈感設(shè)計(jì)作為獨(dú)特的設(shè)計(jì)模式,鏡像重構(gòu)生命構(gòu)建復(fù)雜形式,家具設(shè)計(jì)亦可以揭示生命體不同尋常的美感與結(jié)構(gòu),開啟未知的形式美學(xué)標(biāo)準(zhǔn)。3D打印技術(shù)使以往不可能創(chuàng)造的設(shè)計(jì)方案變?yōu)榭赡?,極大地拓展了形式自由度,體現(xiàn)時(shí)代進(jìn)步的同時(shí)使設(shè)計(jì)更加經(jīng)濟(jì)、生態(tài)、機(jī)智。伴隨著技術(shù)的逐漸進(jìn)步,3D打印為BID設(shè)計(jì)思維的進(jìn)一步發(fā)展提供強(qiáng)力的技術(shù)支撐與保障,成為推動(dòng)BID的生命力。
(一)形式肌理的生物擬態(tài)化
BID視角下研究自然現(xiàn)象,借助3D打印技術(shù)探求生命中最精簡、輕巧、多功能的形式,實(shí)現(xiàn)極小曲面與數(shù)理形態(tài)的表現(xiàn),形成新的設(shè)計(jì)原則與完全新穎的方式,完成有序的多層面的復(fù)雜自組織體系的建構(gòu),體現(xiàn)與技術(shù)完美結(jié)合的極致的生命力與視覺張力。設(shè)計(jì)師Bitonti設(shè)計(jì)的3D打印家具(如圖1),通過軟件算法與3D打印技術(shù),將自然形式與肌理融合在設(shè)計(jì)作品中,體現(xiàn)錯(cuò)綜復(fù)雜的生物形態(tài)與3D打印技術(shù)制作鏤空肌理的高度表現(xiàn)力,從個(gè)體到群體進(jìn)行形式簇化建構(gòu),浮動(dòng)的點(diǎn)按照云重建進(jìn)行計(jì)算,視覺層面上彰顯技術(shù)美感。
伴隨著對生物體的探索與3D打印技術(shù)的成熟,除宏觀形態(tài)能被肉眼可見外,具有優(yōu)美形態(tài)的微觀世界的組織形態(tài)、流線特征、生理機(jī)能也將逐漸對BID產(chǎn)生直接或間接的借鑒意義。尊重思考生物界的智慧,探索全新面貌的生物世界,通過設(shè)計(jì)創(chuàng)作體現(xiàn)生物高度細(xì)致與復(fù)雜的形式和肌理,從而獲得作品的視覺生命性,此種設(shè)計(jì)思路亦是體現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展與生態(tài)設(shè)計(jì)思路的主流價(jià)值觀念。微觀視野中的生命現(xiàn)象呈現(xiàn)出非同一般的審美視覺語言,往往包涵豐富、秩序、優(yōu)雅、韻律等語義要素,將視覺符號(hào)進(jìn)行提取并提煉優(yōu)化,借助有機(jī)的造型語匯使其再生,產(chǎn)品的生命力感與生命體驗(yàn)價(jià)值隨之應(yīng)運(yùn)而生。設(shè)計(jì)師Lilian van Daal設(shè)計(jì)的家具《Biomimicry》(如圖2),設(shè)計(jì)靈感來源于植物細(xì)胞的內(nèi)部形態(tài),細(xì)胞作為構(gòu)成生物的基本單元,其組織形式精密且高度有序,細(xì)胞形態(tài)下的整體形態(tài)體現(xiàn)著生物學(xué)角度的靜態(tài)平衡邏輯。
(二)結(jié)構(gòu)機(jī)能的擬真聚構(gòu)
生物在遺傳與進(jìn)化過程中結(jié)構(gòu)與骨架單元呈現(xiàn)出優(yōu)異的數(shù)學(xué)秩序,并在演進(jìn)過程中越發(fā)生態(tài)、精巧與機(jī)智,3D打印家具設(shè)計(jì)已不局限在自然界形態(tài)上的模仿,其內(nèi)部的結(jié)構(gòu)功能及運(yùn)行機(jī)制也逐漸成為設(shè)計(jì)策略。BID中的仿生學(xué)體現(xiàn)了自然界結(jié)構(gòu)與功能的完美結(jié)合,反映了生物進(jìn)化的規(guī)律與功能組織形式。在BID基礎(chǔ)上可以優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與功能以提高性能實(shí)現(xiàn)最佳的解決方案。設(shè)計(jì)創(chuàng)作過程依托自然功能組織的合理建造規(guī)律,對生物結(jié)構(gòu)進(jìn)行真實(shí)模擬,通過理性、邏輯的方式反映復(fù)雜生物形態(tài)的力學(xué)特性,促使設(shè)計(jì)以最優(yōu)化的結(jié)構(gòu)形式與高效布局進(jìn)行塑造。
從2004年第一把用綢緞進(jìn)行3D打印的椅子《Solid C2》開始(如圖3),家具設(shè)計(jì)領(lǐng)域重視充分發(fā)揮材料強(qiáng)度與結(jié)構(gòu)優(yōu)化,摒棄常規(guī)連接方式進(jìn)行了BID思維下的顛覆性設(shè)計(jì)重構(gòu)。
Fractal.MGX設(shè)計(jì)的分形咖啡桌(如圖4),借鑒樹木的分形生長模式,利用環(huán)氧樹脂材料 一次成型,整體造型沒有任何接縫,樹莖由底部向上生長過渡到頂部濃密的細(xì)小枝干,傳統(tǒng)工藝難以制造,通過精確的結(jié)構(gòu)計(jì)算創(chuàng)造出可以施加足夠力的高度靈活輕便結(jié)構(gòu),運(yùn)用3D打印成型,質(zhì)輕節(jié)約材料的同時(shí)精準(zhǔn)地發(fā)揮材料效能與結(jié)構(gòu)內(nèi)在力學(xué)穩(wěn)定性特性,整體設(shè)計(jì)形態(tài)也充分體現(xiàn)植物的非線性特征,充滿前衛(wèi)雕塑般的炫目視覺沖擊。著名建筑師Zaha Hadid的家具設(shè)計(jì)(如圖5),設(shè)計(jì)出發(fā)點(diǎn)為借鑒自然生物的內(nèi)部結(jié)構(gòu)并進(jìn)行優(yōu)化,通過最少材料的消耗進(jìn)行結(jié)構(gòu)塑造,充分利用內(nèi)部的中空結(jié)構(gòu)與巧妙的配筋制作質(zhì)輕的高力學(xué)性能椅子,此種結(jié)構(gòu)整體不僅具備良好的張應(yīng)力,而且能承受較強(qiáng)的壓力并有優(yōu)秀的耐沖擊性能,整體造型充滿未來主義設(shè)計(jì)的神秘氣質(zhì)?;贐ID思維對生物體的整體或局部結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究,建構(gòu)結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)間的內(nèi)在聯(lián)系,完成復(fù)雜數(shù)學(xué)模型并借助3D打印手段加工完成,此種技術(shù)手段下產(chǎn)生的造型形態(tài)與結(jié)構(gòu)是傳統(tǒng)加工方式中的幾何語言難以完成的,具有良好的延展力與應(yīng)用前景。
(三)材料的可持續(xù)置換
隨著3D打印處理能力與材料適應(yīng)性不斷提升,材料的可持續(xù)置換將有效彌合3D打印與大規(guī)模生產(chǎn)之間的間隙。洛杉磯的設(shè)計(jì)師Alvin Huang利用多材料與多種質(zhì)地的塑料材料混合,有效彌補(bǔ)了單一材料特性局限的缺點(diǎn),制作了集合多塑料材料屬性優(yōu)勢的《Durotaxis》 椅子。多種材料的任意分布與同時(shí)打印技術(shù)已逐漸成熟,木粉材料的產(chǎn)生使得經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的個(gè)性化木質(zhì)家具變?yōu)榭赡?,與此同時(shí),以廢棄的小麥、水稻、玉米等秸稈經(jīng)過粉碎與添加化學(xué)材料的分子與功能改進(jìn)制成的3D打印材料,價(jià)格低廉,綠色環(huán)保,改善了秸稈焚燒對環(huán)境的污染,同時(shí)節(jié)約了能源,這些新材料新技術(shù)極大地開拓了設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)塑造空間。美國加州大學(xué)伯克利分校等研究機(jī)構(gòu),正在探索利用廢木屑、雞毛以及海產(chǎn)品加工廢料制作3D打印材料。材料不僅作為產(chǎn)品審美的重要組成部分,更是能源消耗的重要組成部分,在家具設(shè)計(jì)的形態(tài)創(chuàng)新表現(xiàn)材料的創(chuàng)造性拓展過程中,廢舊及廢棄材料的資源化再利用更有助于體現(xiàn)家具的生態(tài)與美學(xué)價(jià)值,作為傳統(tǒng)常規(guī)材料的替換應(yīng)在設(shè)計(jì)創(chuàng)造中給予高度重視。
結(jié) 語
基于BID思維的3D打印家具設(shè)計(jì)探索已逐漸走到了家具設(shè)計(jì)領(lǐng)域的最前沿,伴隨著3D打印、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的出現(xiàn)與逐步成熟和推廣,家具設(shè)計(jì)的模式將發(fā)生重大改變甚至創(chuàng)新顛覆,屆時(shí)全新的生產(chǎn)、商業(yè)與經(jīng)濟(jì)形式將引發(fā)空前的消費(fèi)模式與新的視覺層次結(jié)構(gòu),對于家具設(shè)計(jì)師而言,3D打印意味著技術(shù)上的革命性進(jìn)步。以美國的Shapeways、荷蘭FOC和比利時(shí)的iMaterialise為典型代表的3D打印服務(wù)商,其3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展已成績斐然,與此同時(shí),如Daniel Widring Studio、Nervous System Studio等3D先鋒工作室的涌現(xiàn),未來將會(huì)催生越來越多探索3D打印模式與物化設(shè)計(jì)的新形式,更多的設(shè)計(jì)師將為大眾提供體驗(yàn)式與參與式的生產(chǎn),以滿足個(gè)性化與差異化的消費(fèi)。3D 打印技術(shù)的發(fā)展不僅會(huì)改變未來資本和工作的分配模式,更使得設(shè)計(jì)業(yè)與制造業(yè)的成功不再取決于生產(chǎn)規(guī)模,而是取決于創(chuàng)意。在BID思維的引導(dǎo)下,探索設(shè)計(jì)的發(fā)展方向與設(shè)計(jì)潮流,探求生命永恒的奧秘、多樣的形態(tài)、復(fù)雜的機(jī)能、神奇的結(jié)構(gòu),啟發(fā)設(shè)計(jì)智慧并將為家具設(shè)計(jì)提供寶貴的生命性原則,實(shí)現(xiàn)想象力與技術(shù)的高度融合和拓展延伸,以滿足多元化的需求與時(shí)代變革,引導(dǎo)家具設(shè)計(jì)的新時(shí)代潮流。
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【關(guān)鍵詞】智慧城市;大數(shù)據(jù)中心;功能分析;架構(gòu)探討
1引言
智慧城市是城市發(fā)展的主要趨勢,需要在大數(shù)據(jù)技術(shù)的支撐下,為人們提供高效便捷的服務(wù)和管理。目前,智慧城市的發(fā)展仍處于探索階段,作為關(guān)鍵核心,大數(shù)據(jù)中心的構(gòu)建沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),需要根據(jù)實(shí)際情況,科學(xué)搭設(shè)組織架構(gòu),讓市民、政府、單位等相關(guān)主體能夠順利實(shí)現(xiàn)各種功能,更好的參與到社會(huì)生活中去,推動(dòng)現(xiàn)代城市和區(qū)域經(jīng)濟(jì)不斷向前發(fā)展。
2大數(shù)據(jù)與智慧城市
2.1大數(shù)據(jù)
隨著互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)的不斷成熟,人類社會(huì)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息成幾何級數(shù)增長,從而產(chǎn)生了大數(shù)據(jù)的概念。大數(shù)據(jù)中蘊(yùn)含著巨大的價(jià)值,是重要的資源庫,成為各行各業(yè)改革發(fā)展的突破口,對人類社會(huì)發(fā)展具有更大的推動(dòng)作用。大數(shù)據(jù)體現(xiàn)出體量大、種類多、速度快、價(jià)值密度低四個(gè)主要特點(diǎn),如何高效快速的尋找潛在價(jià)值是現(xiàn)階段需要著重解決的問題。2.2智慧城市智慧城市也是現(xiàn)代信息技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物,近幾年成為世界各國關(guān)注的熱點(diǎn)話題。從不同的視角看,智慧城市有著不同的定義,可以說,智慧城市是在現(xiàn)代信息和通信技術(shù)的基礎(chǔ)上建設(shè)的,通過開發(fā)利用大數(shù)據(jù),更好的發(fā)揮城市功能,實(shí)現(xiàn)科學(xué)高效管理,為經(jīng)濟(jì)發(fā)展注入動(dòng)力,為居民生活提供便利。智慧城市建設(shè)不僅需要技術(shù)支持,而且要進(jìn)行政治、經(jīng)濟(jì)、文化、社會(huì)等多個(gè)層面的改革。智慧城市表現(xiàn)出許多特征,比如,覆蓋廣泛,協(xié)同共享,數(shù)據(jù)處理智能化,開放應(yīng)用等[1]。
2.3大數(shù)據(jù)與智慧城市的關(guān)系
政府管理部門在數(shù)據(jù)獲取上擁有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢,這些數(shù)據(jù)資源潛藏著重要的利用價(jià)值,智慧城市的建設(shè)離不開大數(shù)據(jù)的支持,能夠?yàn)槌鞘泄芾硖峁┛茖W(xué)依據(jù),簡而言之,大數(shù)據(jù)催生了智慧城市,能夠?qū)崿F(xiàn)對城市運(yùn)行狀態(tài)的全面感知。反過來,智慧城市產(chǎn)生了大數(shù)據(jù),智慧城市的數(shù)據(jù)來源更加廣泛,包括基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)、海量移動(dòng)數(shù)據(jù)等,二者相互促進(jìn)、相互協(xié)調(diào)、共同發(fā)展。
3智慧城市大數(shù)據(jù)中心功能分析
在國家十四五規(guī)劃中,明確提出了加快數(shù)字化發(fā)展的目標(biāo),而建設(shè)智慧城市、打造以數(shù)據(jù)為核心的數(shù)字化產(chǎn)業(yè)體系正是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的可行路徑。
3.1智慧城市大數(shù)據(jù)中心相關(guān)職能
智慧城市大數(shù)據(jù)中心的主要職能體現(xiàn)在三個(gè)方面:①開展與城市綜合治理相關(guān)的政務(wù)服務(wù)和活動(dòng);②面向市民提供優(yōu)質(zhì)公共服務(wù)產(chǎn)品;③支持與城市發(fā)展密切相關(guān)的生產(chǎn)經(jīng)營活動(dòng)。所以,政府部門、企事業(yè)單位、管理機(jī)構(gòu)、廣大市民都是智慧城市大數(shù)據(jù)中心建設(shè)的受益方,這些相關(guān)方扮演了不同的角色,政府相關(guān)部門通過政務(wù)信息系統(tǒng)為社會(huì)提供政務(wù)服務(wù),同時(shí)對市場經(jīng)營和公共服務(wù)進(jìn)行有效監(jiān)管。企事業(yè)單位在行業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)的支持下進(jìn)行生產(chǎn)經(jīng)營活動(dòng),提供公共服務(wù)產(chǎn)品,并接受相關(guān)部門的服務(wù)與監(jiān)督,實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)經(jīng)營活動(dòng)成果的共享。市民群眾可以通過手機(jī)APP或者應(yīng)用門戶接收公共服務(wù),享受政府部門及社會(huì)機(jī)構(gòu)提供的產(chǎn)品。所以,智慧城市大數(shù)據(jù)中心成為連接各社會(huì)主體的紐帶,為政務(wù)活動(dòng)、公共管理、生產(chǎn)經(jīng)營提供了有力支持[2]。
3.2智慧城市大數(shù)據(jù)中心主要功能
智慧城市大數(shù)據(jù)中心的主要功能包括數(shù)據(jù)服務(wù)功能和智慧城市應(yīng)用功能。其中,數(shù)據(jù)服務(wù)功能主要指的是大數(shù)據(jù)中心的收集、分析、處理、分享海量數(shù)據(jù)的能力,利用有價(jià)值的信息,為各類生產(chǎn)經(jīng)營活動(dòng)開展、監(jiān)督管理等方面提供科學(xué)決策,政務(wù)信息系統(tǒng)和行業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)既是這項(xiàng)功能的提供方,又是這項(xiàng)功能的使用方。
4智慧城市大數(shù)據(jù)中心架構(gòu)探索
4.1智慧城市大數(shù)據(jù)中心總體架構(gòu)
根據(jù)現(xiàn)階段的建設(shè)經(jīng)驗(yàn),智慧城市大數(shù)據(jù)中心總體架構(gòu)主要包括應(yīng)用服務(wù)網(wǎng)關(guān)、大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施層、大數(shù)據(jù)服務(wù)層、大數(shù)據(jù)應(yīng)用層等方面,具體組成如下圖1所示。廣大市民、企事業(yè)單位、政府相關(guān)部門分別通過互聯(lián)網(wǎng)、行業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)、政務(wù)信息系統(tǒng)訪問大數(shù)據(jù)中心,而應(yīng)用服務(wù)網(wǎng)關(guān)提供了統(tǒng)一的訪問點(diǎn),能夠?qū)υL問權(quán)限進(jìn)行有效管理。大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施層主要包括了網(wǎng)絡(luò)設(shè)施、存儲(chǔ)設(shè)施、計(jì)算設(shè)施,能夠?yàn)榉?wù)層和應(yīng)用層提供安全可靠的運(yùn)行環(huán)境。大數(shù)據(jù)服務(wù)層主要包括數(shù)據(jù)清洗整合服務(wù)、數(shù)據(jù)分析挖掘服務(wù)、數(shù)據(jù)交換共享服務(wù),能夠保障各類數(shù)據(jù)服務(wù)業(yè)務(wù)的順利實(shí)現(xiàn)。智慧城市大數(shù)據(jù)中心與政務(wù)信息系統(tǒng)、行業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)、互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用有信息交互接口,為各種服務(wù)對象提供功能支持[3]。
4.2智慧城市大數(shù)據(jù)中心架構(gòu)分解
4.2.1應(yīng)用服務(wù)網(wǎng)關(guān)應(yīng)用服務(wù)網(wǎng)關(guān)為各種用戶提供統(tǒng)一訪問點(diǎn),為服務(wù)查詢、授權(quán)管理、登錄認(rèn)證等操作提供支持。現(xiàn)階段,智慧城市和大數(shù)據(jù)服務(wù)采用的技術(shù)體制并不統(tǒng)一,在服務(wù)接口、傳輸與處理延時(shí)、數(shù)據(jù)量等方面存在一定差異,所以,在面對不同智慧城市運(yùn)用和大數(shù)據(jù)服務(wù)時(shí),可以選擇最適宜的應(yīng)用服務(wù)網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)路徑,以實(shí)現(xiàn)高效率的信息交互處理。
4.2.2大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施層大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施層涵蓋了網(wǎng)絡(luò)設(shè)施、存儲(chǔ)設(shè)施、計(jì)算設(shè)施,為應(yīng)用層和服務(wù)層提供了安全可靠的運(yùn)行環(huán)境。其中,網(wǎng)絡(luò)設(shè)施主要由前端網(wǎng)絡(luò)和后端網(wǎng)絡(luò)組成,前端網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崿F(xiàn)計(jì)算設(shè)施之間以及計(jì)算設(shè)施與外部接口的有效連接,而后端網(wǎng)絡(luò)則完成了計(jì)算設(shè)施和存儲(chǔ)設(shè)施的有效連接。存儲(chǔ)設(shè)施主要包括兩個(gè)系統(tǒng),一個(gè)是通用網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)系統(tǒng),另一個(gè)是分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)。計(jì)算設(shè)施主要包括通用的云計(jì)算平臺(tái)和大數(shù)據(jù)一體機(jī),大數(shù)據(jù)一體機(jī)能夠?qū)?shù)據(jù)分析挖掘、數(shù)據(jù)清洗整合進(jìn)行優(yōu)化,有效提高計(jì)算質(zhì)量和效率[4]。
4.2.3大數(shù)據(jù)服務(wù)層大數(shù)據(jù)服務(wù)層為外部應(yīng)用系統(tǒng)和大數(shù)據(jù)應(yīng)用層提供數(shù)據(jù)服務(wù),包括數(shù)據(jù)清洗整合、數(shù)據(jù)分析挖掘、數(shù)據(jù)交換共享,與之對應(yīng)的形成了諸多分系統(tǒng)。其中,數(shù)據(jù)清洗整合分系統(tǒng)能夠清洗原始數(shù)據(jù),對那些不符合要求、不完整、有矛盾或錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)進(jìn)行識(shí)別處理,同時(shí),有效整合在表面上屬于不同數(shù)據(jù)源但存在內(nèi)部邏輯關(guān)系的數(shù)據(jù),從而構(gòu)建質(zhì)量較高的主題數(shù)據(jù)庫和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)分析挖掘分系統(tǒng)是一種可擴(kuò)展、可通用的大數(shù)據(jù)分析挖掘工具,對定制化數(shù)據(jù)分析挖掘插件提供支持,方便根據(jù)特定要求對原始數(shù)據(jù)、主題數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)。
【關(guān)鍵詞】職業(yè)院校;軟件定義網(wǎng)絡(luò)技術(shù);信息化系統(tǒng);網(wǎng)絡(luò)安全管理
職業(yè)院校信息化系統(tǒng)建設(shè)中,網(wǎng)絡(luò)信息安全管理是非常重要的一項(xiàng)工作,一旦網(wǎng)絡(luò)信息安全管理出現(xiàn)問題,職業(yè)院校將面臨巨大的損失[1]。因此,在職業(yè)院校信息化系統(tǒng)建設(shè)規(guī)模、廣度不斷提升的大背景下,職業(yè)院校信息化網(wǎng)絡(luò)安全管理工作的重要性將不斷得到提升,對網(wǎng)絡(luò)安全管理工作的要求也隨之提高[2]。同時(shí),因?yàn)樾畔⒒夹g(shù)的高速發(fā)展,網(wǎng)絡(luò)安全管理工作復(fù)雜度進(jìn)一步提升,也加劇了網(wǎng)絡(luò)安全管理工作難度,一些傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全管理手段已經(jīng)不再適用。軟件定義網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(SoftwareDefinedNetwork,SDN)是一種可以有效保障網(wǎng)絡(luò)安全的新型技術(shù),目前在網(wǎng)絡(luò)安全管理領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛,適宜應(yīng)用于職業(yè)院校信息化網(wǎng)絡(luò)安全管理之中。據(jù)此,本文在研究當(dāng)前職業(yè)院校網(wǎng)絡(luò)信息管理系統(tǒng)建設(shè)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,結(jié)合大數(shù)據(jù)、云服務(wù)以及5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的特征,詳細(xì)探討了軟件定義網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為依托的新型安全管理系統(tǒng)在職業(yè)院校信息化網(wǎng)絡(luò)安全管理中的應(yīng)用。
1軟件定義網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)及其應(yīng)用
1.1SDN概念
SDN,是一種以軟件定義的方式對網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)間通信轉(zhuǎn)發(fā)進(jìn)行管理的技術(shù)統(tǒng)稱,其是指為一種可用于控制與轉(zhuǎn)發(fā)分離并直接進(jìn)行編程的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備架構(gòu)體系中,通??煞譃?層,即應(yīng)用、控制與轉(zhuǎn)發(fā)[3]。通??刂乒δ鼙患捎诜?wù)器之上,其上層為應(yīng)用層,而下層為轉(zhuǎn)發(fā)層,在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu)中需要抽象為邏輯實(shí)體。而基于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備架構(gòu)體系基礎(chǔ)上,斯坦福大學(xué)的CleanSlate項(xiàng)目對原本架構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn),從而形成了一種可以免于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)影響的新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。
1.2SDN應(yīng)用優(yōu)勢
傳統(tǒng)模式的網(wǎng)絡(luò)管理設(shè)備采購成本較高,應(yīng)用范圍難以兼顧各類網(wǎng)絡(luò)服務(wù)需求。而且需要按照不同業(yè)務(wù)應(yīng)用需求,配置不同類型網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的設(shè)備,耗費(fèi)大量人力和物力,且運(yùn)營、維護(hù)成本也較為昂貴。而SDN作為一種新型網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架模式,最突出的運(yùn)行特點(diǎn)是能夠?qū)?shù)據(jù)平面層與控制平面層進(jìn)行分離,改變了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架模式的局限性。SDN技術(shù)利用開放的OpenFlow協(xié)議,采用標(biāo)準(zhǔn)化交換機(jī),突破了傳統(tǒng)模式下的分布式管理機(jī)制的限制,對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的管理控制權(quán)進(jìn)行了系統(tǒng)性優(yōu)化,分離傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中的控制層與數(shù)據(jù)層,使控制層和基礎(chǔ)設(shè)施層之間能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)流交互,運(yùn)行不受限于業(yè)務(wù)類型,便于實(shí)施集中管理。這種模式不僅大大提高設(shè)備管理靈活性,操作高效便捷,而且能夠達(dá)到有效節(jié)省運(yùn)行成本的目的。具體來說,SDN技術(shù)支持下的管理系統(tǒng)將構(gòu)架體系分為控制層、基礎(chǔ)設(shè)施層以及應(yīng)用層3類系統(tǒng)分支。其中,控制層是SDN架構(gòu)中的核心組成部分,充當(dāng)人腦的作用,支配其他兩個(gè)體系,主控運(yùn)行。控制層主要設(shè)備是控制器,控制所有資源,主要工作為制定訪問和控制策略、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渚S護(hù)以及設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控等,常見的控制器有OpenDaylight、ONOS等。以SDN交換機(jī)為核心設(shè)備的基礎(chǔ)設(shè)施層則只執(zhí)行決策,負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)處理。應(yīng)用層則包括各類業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng),針對各類用戶需求提出請求。
1.3SDN應(yīng)用現(xiàn)狀
軟件定義網(wǎng)絡(luò)作為新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)目前在網(wǎng)絡(luò)安全管理中應(yīng)用非常廣泛,目前因應(yīng)用其進(jìn)行防御的軟件有很多,較為常見的包括防火墻、殺毒軟件與包過濾[4]。防火墻在應(yīng)用軟件定義網(wǎng)絡(luò)技術(shù)主要是設(shè)置攔截?cái)?shù)據(jù)的啟發(fā)式規(guī)則,幫助防火墻識(shí)別木馬病毒等不滿足規(guī)則要求的數(shù)據(jù),并對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行攔截。殺毒軟件是目前較為典型的將軟件定義網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于安全管理的工具,常見的殺毒軟件有360安全衛(wèi)士、騰訊管家等,在殺毒軟件中應(yīng)用軟件定義網(wǎng)絡(luò)技術(shù)主要是對數(shù)據(jù)流中的病毒基金特征進(jìn)行高效識(shí)別,并及時(shí)清除潛在的網(wǎng)絡(luò)安全隱患。包過濾同時(shí)結(jié)合了作為新一代網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)技術(shù),是當(dāng)前倍受認(rèn)可的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)模式,具備較高的可編程軟件防御技術(shù)與硬件防御技術(shù),采取枚舉與迭代的規(guī)則,對數(shù)據(jù)包進(jìn)行深度的穿透式檢測,對數(shù)據(jù)包中的所有協(xié)議字段內(nèi)容進(jìn)行檢測,可有效滿足大流量網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用需求。SDN系統(tǒng)目前正在呈現(xiàn)出向應(yīng)用導(dǎo)向型轉(zhuǎn)變的發(fā)展趨勢,以用戶需求為驅(qū)動(dòng)力,逐步實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)虛擬環(huán)境的開放性和自動(dòng)化服務(wù)目標(biāo)。
2職業(yè)院校信息化系統(tǒng)建設(shè)現(xiàn)狀及面臨的安全問題
2.1職業(yè)院校信息化系統(tǒng)建設(shè)現(xiàn)狀
第三次IT革命的到來,社會(huì)信息化發(fā)展再次出現(xiàn)了較大變化,云計(jì)算也從此成了一種主流的信息化服務(wù)模式。云模型主要分為3種服務(wù)模式以及4種部署模型,可以幫助物理服務(wù)器大大提高其處理業(yè)務(wù)效率的能力,其性能遠(yuǎn)超于單一用戶對硬件性能的要求[5]。在云服務(wù)模式的快速發(fā)展下,基于云服務(wù)的系統(tǒng)架構(gòu)逐漸得到普及?!笆奈濉币?guī)劃開啟以后,信息化建設(shè)已成為各個(gè)領(lǐng)域發(fā)展的關(guān)鍵詞,職業(yè)院校也不例外。職業(yè)院校信息化規(guī)模與日俱增,信息數(shù)據(jù)成比例提升,更需要云計(jì)算技術(shù)快速處理信息,通過虛擬化手段將物理服務(wù)器虛擬為多臺(tái)虛擬機(jī),從而幫助云計(jì)算提供運(yùn)行載體,以達(dá)到快速處理信息數(shù)據(jù)的目的[6]。但隨之而來的便是網(wǎng)絡(luò)安全管理問題,大量數(shù)據(jù)一旦出現(xiàn)問題,便直接造成嚴(yán)重的損失。高職院校信息技術(shù)的規(guī)模不斷擴(kuò)大,使得商業(yè)信息系統(tǒng)也越來越集中。同時(shí),云計(jì)算技術(shù)的普及使得大量網(wǎng)絡(luò)計(jì)算資源集中到一起,逐漸處于高度整合的狀態(tài)。此基礎(chǔ)上,高職網(wǎng)絡(luò)信息管理系統(tǒng)結(jié)合了物理設(shè)備和虛擬網(wǎng)絡(luò)于一體的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境,安全管理復(fù)雜性不斷增加。傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全管理方法很難快速、高效地解決安全隱患,同時(shí)也難以有效部署網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備位置。這就進(jìn)一步要求高職院校提高對信息系統(tǒng)的安全管理意識(shí),嚴(yán)格執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)安全審計(jì)工作,構(gòu)建以學(xué)生、教師等用戶為導(dǎo)向的新型安全網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。
2.2職業(yè)院校信息化系統(tǒng)面臨的安全問題
新型網(wǎng)絡(luò)環(huán)境主要利用虛擬化技術(shù)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)系統(tǒng),應(yīng)用在高職院校信息系統(tǒng)當(dāng)中,可對學(xué)校網(wǎng)絡(luò)的私有云形態(tài)和僅適用于服務(wù)器虛擬化技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境進(jìn)行有效優(yōu)化。但在這樣的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中,業(yè)務(wù)系統(tǒng)通常不只是存在于虛擬化環(huán)境當(dāng)中。信息系統(tǒng)技術(shù)的限制導(dǎo)致系統(tǒng)無法實(shí)現(xiàn)向虛擬化平臺(tái)的快速遷移,從而導(dǎo)致實(shí)際應(yīng)用環(huán)境中出現(xiàn)兩種網(wǎng)絡(luò)形態(tài),一個(gè)是混合的虛擬化網(wǎng)絡(luò),另外一個(gè)則是傳統(tǒng)物理網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。這種復(fù)雜的信息系統(tǒng)使得日常安全管理工作的難度有所增加,出現(xiàn)一些性能方面的問題。在職業(yè)院校信息化網(wǎng)絡(luò)安全管理中,系統(tǒng)面臨的安全問題主要分別為業(yè)務(wù)信息監(jiān)測、網(wǎng)絡(luò)邊界界定、安全設(shè)備接入以及設(shè)備監(jiān)測負(fù)載4個(gè)方面。2.2.1業(yè)務(wù)信息監(jiān)測方面首先,關(guān)于業(yè)務(wù)信息監(jiān)測方面。職業(yè)院校在實(shí)施網(wǎng)絡(luò)安全管理工作時(shí),需要明確業(yè)務(wù)系統(tǒng)間的通信關(guān)系,同時(shí)以此為基礎(chǔ)進(jìn)行實(shí)時(shí)的信息監(jiān)測。然而因?yàn)槁殬I(yè)院校信息化系統(tǒng)在發(fā)展中呈現(xiàn)出明顯的高度集中化特征,業(yè)務(wù)主機(jī)完全集中于私有云的環(huán)境之中,導(dǎo)致職業(yè)院校在實(shí)施網(wǎng)絡(luò)安全管理工作時(shí)很難對相應(yīng)的信息流進(jìn)行監(jiān)測,無法根據(jù)信息流找到與之對應(yīng)的主機(jī),而且缺乏合適的監(jiān)測點(diǎn),從而造成監(jiān)測數(shù)據(jù)難以整合與分析的問題。2.2.2網(wǎng)絡(luò)邊界界定方面在網(wǎng)絡(luò)邊界界定方面,由于云計(jì)算的集成,職業(yè)院校信息化系統(tǒng)不再應(yīng)用物理服務(wù)器,而是多個(gè)虛擬機(jī)。而虛擬機(jī)的漂移特性導(dǎo)致在網(wǎng)絡(luò)邊界上無法以傳統(tǒng)物理網(wǎng)絡(luò)邊界準(zhǔn)確、及時(shí)地進(jìn)行界定。盡管虛擬機(jī)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)仍然從邏輯構(gòu)成上與傳統(tǒng)物理服務(wù)器相似,然而在物理拓?fù)湮恢蒙蠀s存在差異,甚至物理拓?fù)湮恢貌⒎枪潭ǖ?,有可能?huì)因?yàn)橘Y源調(diào)配而出現(xiàn)改變,而傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全管理主要是對網(wǎng)絡(luò)邊界進(jìn)行防護(hù),很顯然傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全管理手段對虛擬機(jī)為服務(wù)器的新型信息化系統(tǒng)是無效的。2.2.3安全設(shè)備接入方面針對安全設(shè)備接入方面,以虛擬機(jī)作為服務(wù)器的新型信息化系統(tǒng)因?yàn)椴淮嬖诰W(wǎng)絡(luò)邊界,因此需要通過在虛擬機(jī)上進(jìn)行抓包的方式以確保安全監(jiān)控的全面覆蓋。2.2.4設(shè)備監(jiān)測負(fù)載方面我國職業(yè)院校在轉(zhuǎn)向新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)系統(tǒng)模式后,受到網(wǎng)絡(luò)設(shè)備更新不及時(shí)、新系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)邊界模糊等因素的影響,不可避免地出現(xiàn)安全設(shè)備監(jiān)測負(fù)載量超值、噪音數(shù)據(jù)超量的問題。傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行模式對于網(wǎng)絡(luò)流量的監(jiān)控需要依賴于交換機(jī),利用交換機(jī)捕獲數(shù)據(jù)包,然后再通過安全設(shè)備對其進(jìn)行檢測和安全性分析。而在虛擬化的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中,網(wǎng)絡(luò)邊界模糊,容易出現(xiàn)安全監(jiān)控盲區(qū)。因此,為了保證安全監(jiān)控活動(dòng)涉及各個(gè)網(wǎng)絡(luò)流,通常要捕獲所有物理交換機(jī)或虛擬交換機(jī)上的數(shù)據(jù)包。這種情況下,被監(jiān)控業(yè)務(wù)的通信流量被抓包的同時(shí),大量干擾數(shù)據(jù)也會(huì)被系統(tǒng)捕獲,造成監(jiān)測功能載荷量超過系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)值,安全檢測和防御安全設(shè)備容易因接收量過大而存在過多噪音數(shù)據(jù),進(jìn)而影響計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的響應(yīng)速度和信息處理性能。同時(shí),過量的噪聲數(shù)據(jù)也會(huì)降低系統(tǒng)安全檢測的準(zhǔn)確性,產(chǎn)生不準(zhǔn)確的誤報(bào)警示,增加人工工作量,降低信息安全系統(tǒng)的運(yùn)行效率。
3軟件定義網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在職業(yè)院校信息化網(wǎng)絡(luò)安全管理中的應(yīng)用
為應(yīng)對職業(yè)院校信息化系統(tǒng)建設(shè)中存在的各類問題,本次研究中提出了一種基于軟件定義(SDN)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)安全管理系統(tǒng)。本文主要從系統(tǒng)架構(gòu)、業(yè)務(wù)安全管理流程、安全設(shè)備接入和網(wǎng)絡(luò)流檢測幾個(gè)方面對應(yīng)用于職業(yè)院校的網(wǎng)絡(luò)安全管理系統(tǒng)進(jìn)行全面闡述。3.1系統(tǒng)架構(gòu)本文提出的SDN新型職業(yè)院校信息化網(wǎng)絡(luò)安全管理系統(tǒng),在系統(tǒng)架構(gòu)上采用集中式的閉環(huán)管理架構(gòu),在全景式拓?fù)渑c業(yè)務(wù)關(guān)聯(lián)技術(shù)基礎(chǔ)上對職業(yè)院校信息安全網(wǎng)絡(luò)環(huán)境進(jìn)行了系統(tǒng)性審查、信息流管理與安全管理。為了更好地實(shí)現(xiàn)全景式系統(tǒng)拓?fù)?,并盡可能地提高細(xì)粒度的網(wǎng)絡(luò)安全能力,需要借助SDN架構(gòu)對職業(yè)院校網(wǎng)絡(luò)安全環(huán)境進(jìn)行重新定義,實(shí)際操作中需要保證職業(yè)院校內(nèi)所有的網(wǎng)絡(luò)軟件和硬件交換機(jī)都能夠開啟對OpenFlow協(xié)議的支持。校內(nèi)的安全管理系統(tǒng)通過對軟件定義網(wǎng)絡(luò)的調(diào)試與控制能夠獲取網(wǎng)絡(luò)控制器的所有網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔?nèi)容,并且根據(jù)職業(yè)院校網(wǎng)絡(luò)安全管理的實(shí)際需求能夠?qū)崿F(xiàn)業(yè)務(wù)系統(tǒng)操作之間的信息流交換與多頻次轉(zhuǎn)發(fā)。同時(shí),在云技術(shù)支持下,職業(yè)院校傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全管理系統(tǒng)具有了虛擬化處理能力,此時(shí)需要保證傳統(tǒng)的物流交換機(jī)與虛擬交換機(jī)時(shí)刻開啟并支持OpenFlow協(xié)議。職業(yè)院校傳統(tǒng)的物理網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)仍需要以物理局域網(wǎng)進(jìn)行安全檢測以達(dá)到邊界安全防護(hù)的目的,而虛擬局域網(wǎng)的應(yīng)用方式可以在虛擬環(huán)境中借助虛擬機(jī)的方式拓展傳統(tǒng)物理局域網(wǎng)的規(guī)模,不斷提高職業(yè)院校的系統(tǒng)架構(gòu)安全性與穩(wěn)定性。3.2業(yè)務(wù)安全管理流程為了滿足職業(yè)院校對業(yè)務(wù)處理系統(tǒng)的安全管理需要,本文提出了結(jié)合業(yè)務(wù)流可信表的方式加強(qiáng)業(yè)務(wù)模型與系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)流之間的安全管控效率,在職業(yè)院校信息化網(wǎng)絡(luò)安全管理系統(tǒng)中通過管配接口,可以保證系統(tǒng)安全管理員完成邏輯邊界的構(gòu)建工作,不斷形成職業(yè)院校安全管理邊界模型。系統(tǒng)內(nèi)業(yè)務(wù)流以可信表的方式進(jìn)行管理控制則在系統(tǒng)層面提供了以軟件方式進(jìn)行業(yè)務(wù)流程信息訪問的便捷途徑,其中包含業(yè)務(wù)系統(tǒng)內(nèi)部主機(jī)之間的訪問可信,系統(tǒng)中不同業(yè)務(wù)之間的相互訪問可信等具有明顯差異化的訪問規(guī)則。系統(tǒng)中與業(yè)務(wù)安全管理流程相關(guān)的互訪關(guān)系的構(gòu)建是在SDN控制流表生成規(guī)則基礎(chǔ)上構(gòu)建的,當(dāng)系統(tǒng)確認(rèn)職業(yè)院校業(yè)務(wù)互訪關(guān)系為可信狀態(tài)時(shí),則不會(huì)對業(yè)務(wù)流進(jìn)行檢測。3.3安全設(shè)備接入在基于SDN技術(shù)的職業(yè)院校網(wǎng)絡(luò)安全管理系統(tǒng)中,在完成所有業(yè)務(wù)流安全管理流程工作后,需要由安全防護(hù)與專業(yè)檢測工作對安全設(shè)備進(jìn)行再次檢測,之后系統(tǒng)中的安全設(shè)備需要直接接入到職業(yè)院校的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中,安全設(shè)備自接入時(shí)起便由職業(yè)院校的安全管理系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)配管理。安全管理系統(tǒng)正常啟動(dòng)后,會(huì)率先通過管控與SDN技術(shù)管控獲取全部的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔?,并將拓?fù)湫畔?nèi)容進(jìn)行可視化展示,幫助用戶在可視化數(shù)據(jù)信息基礎(chǔ)上完成業(yè)務(wù)系統(tǒng)邏輯邊界的建模處理,并確定虛擬機(jī)應(yīng)具體屬于哪個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)內(nèi)。在此基礎(chǔ)上已經(jīng)完成業(yè)務(wù)系統(tǒng)邏輯邊界構(gòu)建的能夠自由地在業(yè)務(wù)流可信表中進(jìn)行可信互訪,在滿足制定互信互訪關(guān)系后業(yè)務(wù)系統(tǒng)環(huán)境下的主機(jī)便可進(jìn)行可信互訪,完成業(yè)務(wù)內(nèi)容的交換與瀏覽。3.4網(wǎng)絡(luò)流監(jiān)測監(jiān)測是信息網(wǎng)絡(luò)安全管理系統(tǒng)內(nèi)部不可或缺的重要部分,SDN技術(shù)可實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)邏輯與網(wǎng)絡(luò)流量控制的關(guān)聯(lián)?;赟DN的網(wǎng)絡(luò)安全管理系統(tǒng)能夠利用業(yè)務(wù)流信任表,將業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)流進(jìn)行連接,完成關(guān)聯(lián)工作后,系統(tǒng)即可通過交換機(jī)的網(wǎng)絡(luò)流,對每個(gè)網(wǎng)絡(luò)流量進(jìn)行系統(tǒng)性的監(jiān)控和審核,具有全面、及時(shí)的優(yōu)點(diǎn)。其中,針對符合業(yè)務(wù)流可信表定義監(jiān)測條件的網(wǎng)絡(luò)流,系統(tǒng)可以直接實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)處理,以此降低系統(tǒng)與設(shè)備的安全負(fù)載壓力。針對不符合監(jiān)測要求的外部主機(jī)訪問請求,系統(tǒng)對利用SDN功能自動(dòng)轉(zhuǎn)發(fā)到相關(guān)的安全設(shè)備上進(jìn)行深層次分析與檢測。其中需要考慮到系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和web服務(wù)器的是否存在可信關(guān)系,如果認(rèn)為二者之間的連接關(guān)系是可信的,則可以直接將其中的網(wǎng)絡(luò)流進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)處理。除此,SDN系統(tǒng)還可實(shí)時(shí)對業(yè)務(wù)流關(guān)系展開跟蹤,分析數(shù)據(jù)安全性,提供了安全跟蹤和預(yù)警功能,針對不受信任訪問或病毒入侵的情況,系統(tǒng)可及時(shí)提供報(bào)警提示,進(jìn)一步加強(qiáng)了整個(gè)系統(tǒng)的安全管理篩查和防入侵性能。
4結(jié)語
綜上所述,盡管5G通信已經(jīng)開始普及和應(yīng)用,但I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)在未來幾年仍將占領(lǐng)市場,基于此趨勢,SDN技術(shù)的研究仍具有重要意義。本次研究中,筆者首先對軟件定義網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的的概念進(jìn)行了定義,并以其應(yīng)用優(yōu)勢為前提,對應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行了闡述,同時(shí)指出了網(wǎng)絡(luò)環(huán)境信息化發(fā)展的大背景下職業(yè)院校信息體系建設(shè)所面臨的主要安全問題,根據(jù)職業(yè)院校業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境建設(shè)情況與業(yè)務(wù)發(fā)展情況展開了較為全面、系統(tǒng)的分析。在此基礎(chǔ)之上,本文提出了一種運(yùn)用軟件定義網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的安全管理系統(tǒng)機(jī)構(gòu),其中運(yùn)用業(yè)務(wù)可問關(guān)系構(gòu)建了業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間的安全管理新模式,嘗試為職業(yè)院校的網(wǎng)絡(luò)安全管理工作提供了一種新的發(fā)展思路,為日后我國職業(yè)院校網(wǎng)絡(luò)信息安全體系的可持續(xù)發(fā)展提供有價(jià)值的參考。
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