云计算、大数据和人工智能时代的来临
当前，信息化时代的第三次浪潮正扑面而来。过去20余年信息科技和信息化的井喷式发展推动信息技术的使用成本不断降低，互联网及其延伸带来了无处不在的信息技术应用，宽带移动、泛在互联驱动着人机物的广泛连接，云计算模式驱动了数据大规模的汇聚，信息技术和互联网的新进展衍生了数据类型的多样性和规模的指数增长，积累了规模巨大的多源异构数据资源，产生了“大数据现象”。以此为标志，信息化时代正在开启一个新的阶段，即以数据的深度挖掘与融合应用为主要特征的智慧化阶段（可称为信息化3.0时代）。
信息化3.0时代与以下技术的发展密切相关，云计算、大数据、移动互联、物联网以及人工智能。云计算、大数据、移动互联为信息化3.0时代奠定了基础，而物联网及人工智能则在信息化3.0时代获得了新的发展契机，并最终推动了信息化3.0时代的进程。
1.云计算
云计算的兴起和网络应用的转型密不可分。随着Web 2.0时代的来临，紧密的、高维护成本的网络正转换为松散的、低维护成本的网络模式。对网络应用提供商来说：维护一个大型的可以赚钱的网站往往意味着维护一个从硬件维护人员到市场分析、服务设计人员的大团队，并且公司必须对硬件、软件问题完全负责。而最终赚取利益的网络服务可能只是这个巨大系统金字塔的顶上的小部分。这种不平衡的特征极大地阻碍了网站的进一步发展。[15]
正是在此背景下，云计算应运而生。云计算就是将应用以服务的方式通过因特网进行发布，以及实现这些服务所涉及的硬件以及系统软件。其中“云”这个词特指硬件以及系统软件，而服务则是云用以服务用户，赚取商业利益的关键。[16]因此，云计算平台可以将底层平台的基础设施的建设与维护中解放出来，利用虚拟化技术，云计算平台可以实现按需提供服务，这一方面降低了云的成本，另一方面保证了用户的需求得到满足。此外，云计算平台基于大规模的数据中心或者网格，可以提供高性能的计算服务。目前，全球范围内比较成熟的云计算平台有：微软的云计算平台，全称Azure Service Platform，Google的云计算技术，Amazon的EC2（弹性计算云），还有国内的阿里云技术。
云计算技术与大数据相互依存。大数据就像漂浮在海洋里的冰山，云计算就是挖掘数据冰山、开发数据价值的“破冰船”。可以说，云计算让大数据成为可能。在云计算出现之前，传统的计算机是无法处理如此量大、并且不规则的“非结构性数据”。以云计算为基础的信息存储、分享和挖掘手段，可以高效地将这些海量的、非结构的、多变化的终端数据存储下来，并随时进行分析与计算。通过云计算对大数据进行分析、开发，可以释放出更多的数据隐藏价值，获得更加全面、完整、系统的数据，将会使企业与政府的行为更理性，决策更为精准。可以说，云计算为大数据时代的来临奠定了技术基础。
2.大数据
2008年9月，《耶路撒冷公告》宣称：“我们正在进入一个物理、生物、环境、社会和经济系统的信息高速产生的时代。信息的记录、存取、数据挖掘和传播将在今后一些年里对人类知识的进步产生重大影响。科学家们应当设计、探索和验证各种存取和利用这些信息的协议，以便最大程度地利用信息和促进研究，同时，保护和尊重作为信息本身一部分的私有属性。”[17]这是国际性组织最早对大数据时代的到来发出的预言。
随着互联网技术的发展，可以预见，物理、生物、环境、社会和经济系统都将产生大量的数字化的信息，对这些信息的存储、挖掘和利用就是大数据技术。大数据借助互联网技术在数据量、数据特性、数据来源和应用领域等方面都发生了重大的飞跃，表现出了明显的特征，也有很多文献将这些特征归结为4个“V”，即Volume（数据量）、Velocity（数据产生速度）、Variety（数据类型）和Value（数据价值）。
大数据首先在早期商业智能方面进行了成功应用，向人们展示了数据的威力。在见识数据的巨大威力后，目前世界各国都非常重视大数据方面的研究，并分别从国家战略层面相继推出了自己的研究计划。以美国为例，2012年3月美国白宫科技政策办公室发布的《大数据研究和发展倡议》提出，将提升美国利用收集的庞大而复杂的数据资料提炼真知灼见的能力，协助加速科学、工程领域创新步伐，强化美国国土安全，转变教育和学习模式。该倡议还承诺将在科学研究、环境保护、生物医药研究、教育以及国家安全等领域利用大数据技术进行突破。与此同时，美国总统办公室发布了《遍及联邦政府的大数据》，披露了12个国家部门制订的大数据发展计划，旨在应对大数据革命的挑战并抓住它所带来的机遇，推进本部门的工作并促进长远的科学发现和创新。[18]
除了政府的推动之外，美国工业界和学术界同样高度重视大数据。市场研究公司IDC预测的2013年九大科技发展趋势，其中第七个趋势就是“大数据将发展壮大”。IDC表示，大数据市场的年增长率将达到40%，2012年该市场的规模约为50亿美元，到2013年规模为100亿美元，到2017年规模将达到530亿美元。咨询公司麦肯锡的全球研究所也认为，大数据是下一个创新、竞争和生产力提高的前沿。2012年，遍及全美的大数据研究者们发布了联合白皮书《大数据的机遇和挑战》，书中指出，针对大数据的研究问题不仅是适时的，而且有可能在今后一些年里对美国经济产生巨大的经济价值，如果正确地引导在大数据上的重要投入，不仅可以产生重大的科学进步，而且可以为下一代科学、医学和商务的发展打下基础。[19]
早期的大数据技术主要在大型互联网企业中使用，用于分析网站用户数据和用户行为等。现在，传统企业、公用事业机构等有大量数据需要处理的组织和机构，也在越来越多地使用大数据技术完成各种功能需求，除了常见的商业智能和企业营销外，大数据技术也开始较多地应用在社会科学领域，并开始在这些领域发挥巨大的影响力。大数据现象的出现以及数据应用需求的激增，使大数据成为全球关注的热点和各国政府的战略选择，大数据蕴藏的巨大潜力被广泛认知，正引发新一轮信息化建设热潮。
3.移动互联
移动互联技术，指的就是在智能手机、平板电脑、智能穿戴设备等方面进行的网络互联技术，移动互联技术是在4G网络兴起后发展起来的。移动设备小巧方便、易于携带的特点受到广大用户的欢迎，为人们的生活提供了便利。2001年，我国的Gs M移动网络用户已经超过1亿，我国的移动通信网络，成为世界最大的Gs M网络。另一方面，互联网的网络规模正在以惊人的速度不断扩大，互联网已经深入到人们生活的每一个方面。人们不仅仅满足于通过固定的网络设备接入互联网，随着个人流动性的增强，如何通过移动终端接入到互联网的需求日益变得迫切。[20]近几年来，我国移动通信技术与互联网技术发展的突飞猛进，加快推进我国进入移动互联时代。如何让人们随时随地方便地接入互联网，成为当前无线通信和互联网技术研究中的一个热点。2011年，我国手机网民数量首次超越计算机网民，我国已经全面进入移动互联网时代。
如果说云计算、大数据、移动互联为第三次信息化浪潮奠定了技术基础，那么，物联网及人工智能则借助第三次信息化浪潮，迎风起舞，获得了更大的发展动力，并最终进一步推动了信息化浪潮的进一步发展。
4.物联网
物联网的概念兴起于1999年，其英文为“The Internet of Things”。目前，物联网被世界公认为是继计算机、互联网与移动通信网之后的世界信息产业第三次革命。[21]物联网目前还没有统一的概念，总体来说，它是一个将各种信息传感设备（如射频识别装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等）与互联网结合起来而形成一个巨大网络，就像电脑插上网卡、WIFI等上网设备，让所有的物品都能通过射频自动识别（RFID）电子标签等技术联系在一个庞大的网络之中，实现智能化的监控、识别和管理。
从字面上看，物联网就是“物物相连的互联网”。而从本质上看，物联网是现代信息技术发展到一定阶段后出现的一种聚合性应用与技术提升，将各种感知技术、现代网络技术和人工智能与自动化技术聚合与集成应用。[22]这里有两层意思：第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上延伸和扩展的网络；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，并能进行信息交换和通信。[23]因此，物联网实际上就是借助各种信息传感设备把任何物品与互联网相连接，并进行信息交换和通信，以实现对物品的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。
目前，物联网已开始被用于管理商品、监控公共安全、检测人体健康以及确保食品安全等领域。如，为了增强安全，新西兰的奥塔哥博物馆安装了一台功能强大的“收音机”，通过它来追踪馆内所有物件。[24]另如，为确保食品安全，IBM同挪威最大食品供应商Nortura附属的IT公司Matiq达成了一项协议：使用射频识别技术，“从农场开始，贯穿供应链，直到超市货架”，跟踪家禽和肉类产品，以保证肉类和禽类产品“在供应链内保持最优状况”。[25]同时，物联网在建构智能化教学环境、丰富实验教学、辅助教学管理、拓展课外活动方面也开始发挥重要的作用。
虽然目前物联网的发展还面临很多的挑战，但是毫无疑问，物联网不仅在商业领域，同时在教育领域也拥有广阔的应用前景。如，2012年由美国新媒体协会（NMC）与美国高等教育信息技术协会（EDUCAUSE）联合发布的《地平线报告》将物联网技术视为未来4～5年内有可能在学校中运用的技术。
作为新兴战略性产业的代表，物联网将与媒体互联网、服务互联网和企业互联网一起，构成未来的互联网，并被视为是下一个推动世界高速发展的“重要生产力”。[26]毋庸置疑，物联网的出现将会引领第三次信息革命，并促进教育信息化的进一步发展，带来更多的教育创新应用和服务。
5.人工智能
1956年夏季由麦卡锡（McCarthy J）、明斯基（Minsky M L）、罗彻斯特（Lochester N）和香农（Shannon C E）共同发起，并邀请其他6位科学家，在美国达特茅斯（Dartmouth）大学举办了一次研讨会，讨论用机器模拟人类智能问题，首次使用“人工智能”这一术语。这是人类历史上第一次人工智能研讨会，标志着国际人工智能学科的诞生，具有十分重要的历史意义。发起这次研讨会的人工智能学者麦卡锡和明斯基，则被誉为国际人工智能的“奠基者”或“创始人”（The founding fath，有时也称为“人工智能之父”）。[27]
从1956年达特茅斯会议首次定义“人工智能”（Artificial Intelligence，AI）开始，人工智能研究经历了几次历史浮沉。20世纪50—70年代是人工智能的黄金时代：1966年，美国麻省理工学院（MIT）的魏泽鲍姆发布了世界上第一个聊天机器人ELIZA。ELIZA的智能之处在于她能通过脚本理解简单的自然语言，并能产生类似人类的互动；1966—1972年期间，美国斯坦福国际研究所研制出机器人Shakey，这是首台采用人工智能的移动机器人。20世纪七八十年代，人工智能研究跌入低谷。20世纪70年代初，人工智能遭遇了瓶颈。当时的计算机有限的内存和处理速度不足以解决任何实际的人工智能问题。研究者很快发现，要求程序对这个世界具有儿童水平的认识，这个要求太高了。1970年没人能够做出如此巨大的数据库，也没人知道如何让程序学习如此丰富的信息。由于缺乏进度，对人工智能提供资助的机构（如英国政府、美国国防部高级研究计划局和美国国家科学委员会）对无方向的人工智能研究逐渐停止了资助，人工智能研究跌入低谷。
在一次次的高潮和低谷的交替中，人工智能的理论和实践扎实推进，人类对于人工智能的理解与研究也进一步加深。20世纪90年代，人工智能研究开始重新迎来春天。1997年，IBM公司的电脑“深蓝”战胜国际象棋世界冠军卡斯帕罗夫，成为首个在标准化比赛时限内击败国际象棋世界冠军的电脑系统，举世震惊。2011年，Watson（沃森）作为IBM公司开发的使用自然语言回答问题的人工智能程序参加美国智力回答节目，打败两位人类冠军，赢得了100万美金的奖励。2012年，加拿大神经学家团队创造了一个具备简单认知能力、有250万个模拟“神经元”的虚拟大脑，命名为“Spaun”，并通过了最基本的智商测试。
2013年以来，人工智能迎面赶上第三次信息化的浪潮。深度学习算法开始被广泛运用到产品开发中，从而在全世界范围内又掀起了一个人工智能的研究热潮。2016年，Google人工智能AlphaGo完胜围棋世界冠军李世石，让人工智能正式被世人所熟知，整个人工智能市场也像是被引燃了导火线，开始了新一轮爆发。与以往不同的是，这次的研究热潮同时伴随着人工智能商业化浪潮，实验室成果很快就进入工业界，并获得了政府领导的关注和重视，工业界甚至政府领导在这股人工智能的热潮中也站在了学术研究的前沿。
如2016年以来，美国总统奥巴马多次为人工智能站台，参与会议讨论并接受媒体采访，阐述对人工智能的认识并展望其未来对经济社会发展的影响。2016年5月，美国白宫推动成立了机器学习与人工智能分委会（MLAI），专门负责跨部门协调人工智能的研究与发展工作，并就人工智能相关问题提出技术和政策建议，同时监督各行业、研究机构以及政府的人工智能技术研发。[28]同年，美国白宫科技政策办公室接连发布《为人工智能的未来做好准备》《国家人工智能研究和发展战略计划》和《人工智能、自动化与经济报告》3份报告，这是在奥巴马政府的大力推动下研究编制而成，更凸显出人工智能在美国国家发展中的战略地位正不断提升。
近几年来，中国的人工智能也已发展成为国家战略。2015年十二届全国人大三次会议上，李克强总理在政府工作报告中提出：“人工智能技术将为基于互联网和移动互联网等领域的创新应用提供核心基础。未来人工智能技术将进一步推动关联技术和新兴科技、新兴产业的深度融合，推动新一轮的信息技术革命，势必将成为我国经济结构转型升级的新支点。”[29]2015年7月，“人工智能”被写入《国务院关于积极推进“互联网+”行动的指导意见》。2016年3月，“人工智能”被写入“十三五”规划纲要；2016年5月，国家发展改革委员会等四部门联合下发《“互联网+”人工智能三年行动实施方案》。2017年12月，工信部出台的《促进新一代人工智能产业发展三年行动计划（2018—2020年）》，以信息技术与制造技术深度融合为主线，明确了未来三年产业发展的重点和目标，加快中国制造向中国智造转变。以上种种迹象表明，人工智能已然上升为国家战略，这也充分可以印证我国对人工智能的重视程度。
在信息化时代的第三个阶段，互联网无论从技术能力本身，还是应用的深度和广度均实现了从量变到质变的跨越，进入一个新的阶段。互联网的新阶段正是催生信息化3.0时代的核心因素和主要驱动力。该阶段呈现出三方面的新特征：一是互联网作为基础设施，计算和网络通信能力得到极大提升足够强设备和技术的成本迅速降低，云计算公用事业化，互联网范围从计算设备向万物互联进而人机物融合拓展。二是从应用视角，从个人/企业运用互联网的基数和能力两个方面看，互联网的人口渗透率已跨过临界值。三是大数据新思维和人工智能逐渐被广泛接受，开始影响社会经济生活的方方面面。