電子信息化對化學(xué)化工教學(xué)的影響及對策初探

陳曉勇，董 帥，劉海容，穆繼亮

（1.中北大學(xué)化工與環(huán)境學(xué)院，山西 太原030051）

（2.中北大學(xué)電子測試技術(shù)重點實驗室儀器科學(xué)與動態(tài)測試教育部重點實驗室，山西 太原030051）

（3.晉西工業(yè)集團有限公司，山西 太原030027）

（4.中北大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，山西 太原030051）

我們已邁入電子信息新時代，早在2004年電子信息產(chǎn)業(yè)即成為人類社會最大的產(chǎn)業(yè)部門。目前，我國是世界上最大的電子信息產(chǎn)品制造國，國家把發(fā)展電子信息產(chǎn)業(yè)等高端制造業(yè)定為戰(zhàn)略國策，給予了大量政策支持和財政資助。強勢的電子信息產(chǎn)業(yè)顛覆了既有的產(chǎn)業(yè)秩序并重構(gòu)了社會生產(chǎn)和知識體系，也革新了人類的生活方式和思維方式，對各行各業(yè)特別是化學(xué)化工行業(yè)造成了廣泛且深遠的影響，因此如何迎接、消化、吸收、應(yīng)對電子信息產(chǎn)業(yè)影響成為當(dāng)前化學(xué)化工教學(xué)亟須解決的任務(wù)。

一、電子信息新時代特征

電子信息技術(shù)發(fā)展迅速，在不足百年中即完成了從分立電子元器件、集成電路到基于大規(guī)模集成系統(tǒng)如電腦、工作站等的網(wǎng)絡(luò)時代的過渡，而目前已跨入互聯(lián)網(wǎng)與移動網(wǎng)絡(luò)融合的移動互聯(lián)網(wǎng)時代。移動互聯(lián)網(wǎng)是電子信息的新時代，此時代的特征是：（1）大規(guī)模數(shù)據(jù)、信息真正“大爆炸”。人、事、物混同一體的物聯(lián)網(wǎng)出現(xiàn)。物聯(lián)網(wǎng)的使用帶來大數(shù)據(jù)時代，信息數(shù)量巨大、數(shù)據(jù)種類奇多。鄔賀銓院士介紹：到2020年人類制造的數(shù)據(jù)將達40ZB，若以光盤存貯，光盤重量將達424艘航母重；（2）更加開放共享：不僅僅是原始資源共享，共享者之間補充的新資源亦共享；不僅僅是書本、電子資料等靜態(tài)電子資源和數(shù)據(jù)共享，思想、做事方法等動態(tài)、無形資源亦開始共享，并且共享者之間開始互動；（3）更加自動化、電氣化和互聯(lián)網(wǎng)化：智能機器人、無人裝備不斷進步和應(yīng)用，互聯(lián)網(wǎng)思維已不僅僅限于信息行業(yè)，社會各生產(chǎn)領(lǐng)域均開始擁抱互聯(lián)網(wǎng)，最典型的例子就是電子零售行業(yè)的興起；（4）技術(shù)要求更加高精尖、知識更新更快、電子信息產(chǎn)業(yè)對傳統(tǒng)行業(yè)影響更大：人類目前集成電路制造工藝商用已在20nm級、實驗室已在10nm級。

二、電子信息產(chǎn)業(yè)對化學(xué)化工教育的影響

在新時代下，化學(xué)化工教育正面臨前所未有的影響，主要包括正、反兩個方面。

（一）正的影響是電子信息產(chǎn)業(yè)帶給化學(xué)化工教育的機遇

1.電子信息產(chǎn)業(yè)給化學(xué)化工教育輸送了新的教育技術(shù)和教學(xué)手段。電化教學(xué)在現(xiàn)代化學(xué)、化工教育中廣泛采用，PPT（PowerPoint）、電動幕、拾音器成為現(xiàn)在課堂教學(xué)的標(biāo)配；動畫或動態(tài)圖展示單元操作、實驗過程和流程控制成為化學(xué)化工專業(yè)教育必要教學(xué)技巧；CAD（電腦輔助設(shè)計）、CAI（電腦輔助教學(xué)）得到深入應(yīng)用，在化工管道、容器設(shè)計、單元操作仿真計算等方面大展拳腳。除此之外，電子信息時代可以將化學(xué)實驗室“搬到網(wǎng)上”，這樣既實現(xiàn)了現(xiàn)場試驗一樣的教學(xué)效果，又有效避免了由操作不當(dāng)帶來的危險后果及現(xiàn)場試驗時有毒試劑、有害氣體帶給學(xué)生的人身安全問題；同時對一些實驗室無法實現(xiàn)的原理、化學(xué)過程展示如核爆均可以通過數(shù)字手段進行呈現(xiàn)，極大地增加了教學(xué)的直觀性。另外電子書包、教學(xué)云等知識媒介概念亦開始深入人心。

2.電子信息產(chǎn)業(yè)給化學(xué)化工教育提供了新的教學(xué)模式和環(huán)境。以網(wǎng)絡(luò)教學(xué)為代表的泛在教育（u-learning）漸成主流，網(wǎng)絡(luò)課程（開放在線課堂）服務(wù)（MOOC，如斯坦福大學(xué)牽頭的Coursera、MIT和哈佛創(chuàng)立的edX）蓬勃發(fā)展并加速擠壓傳統(tǒng)教學(xué)空間。同學(xué)們可以方便地學(xué)習(xí)MIT的化工原理、物理化學(xué)、普通化學(xué)等課程，了解不同的教學(xué)風(fēng)格和自主決定學(xué)習(xí)時間、場合，實現(xiàn)了教育資源共享和公平，充分體現(xiàn)泛在教育的優(yōu)越性。翻轉(zhuǎn)課堂在全國各地開始受到重視并在多地試點。這些教學(xué)模式改變了傳統(tǒng)的教師主導(dǎo)教學(xué)模式，變教師主導(dǎo)為教師引導(dǎo)，而學(xué)生學(xué)習(xí)也由以聽為主變?yōu)橐詫W(xué)為主。

3.電子信息產(chǎn)業(yè)給化學(xué)化工教育帶來了新的教學(xué)內(nèi)容。電子信息產(chǎn)業(yè)也給化學(xué)、化工學(xué)科帶來了全新的教學(xué)內(nèi)容和理論知識，如半導(dǎo)體材料、納米材料制備、摻雜、微觀結(jié)構(gòu)調(diào)控以及刻蝕加工，光刻膠的合成、改性，光催化、電子束催化化學(xué)理論建立與發(fā)展，化學(xué)從下而上（bottom-up）的自組裝開始替代從上而下（top-down）的機械加工，以突破集成電路產(chǎn)業(yè)的<15nm尺度結(jié)構(gòu)制備工藝等等，這些與電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展前沿緊密相關(guān)的工藝與化學(xué)知識均應(yīng)該在化學(xué)化工教學(xué)中充分體現(xiàn)和反映。

（二）電子信息產(chǎn)業(yè)帶給化學(xué)化工教育的負(fù)面影響

1.技術(shù)“恐懼”與知識的更新壓力。電子信息技術(shù)的高速發(fā)展使教育技術(shù)、理論知識等瞬息變化。教育工作者再無法繼續(xù)一份教案教一輩子的工作狀態(tài)，必須時時關(guān)注理論前沿和工業(yè)發(fā)展，并隨時補充新的知識，以支撐電子信息產(chǎn)業(yè)等的發(fā)展和需要。如我國的集成電路制造，國家在2006年起開展“核高基”重大專項，先后發(fā)展微電子32nm及其以下制造工藝公關(guān)，電子信息產(chǎn)業(yè)高速、前沿和高制造標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展，要求化學(xué)化工教育不斷地增加、更新教學(xué)內(nèi)容和相關(guān)理論知識以緊跟并支撐電子信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，如光刻膠制備、微加工工藝等電子信息產(chǎn)業(yè)工藝，與化學(xué)化工緊密相關(guān)，故作為一名化學(xué)化工教育工作者必須掌握并能推動上述知識成熟、優(yōu)化和發(fā)展；要求從事化工化學(xué)教育的教師不斷地學(xué)習(xí)、更新自身知識、了解電子信息產(chǎn)業(yè)需要和理論前沿以滿足電子信息產(chǎn)業(yè)行業(yè)發(fā)展需求。教育技術(shù)電教化后，新的教學(xué)工具和軟硬件設(shè)施不斷更新和裝備課題，教師們必須與時俱進學(xué)習(xí)掌握新教育技術(shù)運用技能。

2.“人機”親密而情商鍛煉弱化。網(wǎng)絡(luò)教育迅猛發(fā)展，同學(xué)們學(xué)習(xí)知識的手段、接觸知識方便性急劇增加，也更多地愿意在電能、智能移動終端上查詢、獲取知識，這就勢必造成同學(xué)們之間“人機”接觸遠多于“人師”接觸，甚至遠多于同學(xué)與同學(xué)之間的交流。而人與人之間交往，即情商教育亦是教育的一部分，顯然網(wǎng)絡(luò)教育的發(fā)展對學(xué)生的情商教育是不利的。

3.思維訓(xùn)練強度和動手能力培養(yǎng)不足。訓(xùn)練學(xué)生的思維能力、養(yǎng)成思考習(xí)慣是教育的重要任務(wù)之一，而在電子信息時代，一般知識、通用知識網(wǎng)上一查就有，不利于學(xué)生思考；另外信息量大了，理論知識多了，但是實踐相對少了，而化學(xué)化工是一個實踐性很強的學(xué)科，這對學(xué)生的動手能力是個制約。

三、化學(xué)、化工教育界對電子信息產(chǎn)業(yè)影響的應(yīng)對與實踐

電子信息產(chǎn)業(yè)崛起需要化學(xué)、化工教育界在課程建設(shè)、教育思想和教學(xué)體系架構(gòu)等多方面進行調(diào)整、改革甚至重構(gòu)，以適應(yīng)電子信息產(chǎn)業(yè)要求和發(fā)展，為我國由電子信息產(chǎn)業(yè)制造大國、代工大國向電子信息產(chǎn)業(yè)強國過渡貢獻重要力量。分析表明，中國化工教育規(guī)模位居世界前列；化工人才培養(yǎng)的數(shù)量和質(zhì)量基本滿足當(dāng)前中國經(jīng)濟一般發(fā)展的需要，但未來化學(xué)工程師的培養(yǎng)還應(yīng)在全面工程教育的框架下更加重視電子信息方面的創(chuàng)新能力、實踐能力和全球化理念的培養(yǎng)。

根據(jù)國家的“十二五”規(guī)劃，面向電子信息產(chǎn)業(yè)，化學(xué)化工教育應(yīng)該通過優(yōu)化人才培養(yǎng)方案，培養(yǎng)卓越的具有電子信息背景知識的化工化學(xué)人才；加強和改進教學(xué)團隊的建設(shè)，全面提升師資教育隊伍水平；加強課程改革與教學(xué)資源建設(shè)，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，并改革教學(xué)方式方法，全面提高教學(xué)水平。加強實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，促進人才培養(yǎng)水平的整體提升，形成一個教育觀念先進、改革成效顯著、特色更加鮮明的化學(xué)化工的現(xiàn)代化教育。

（一）確立面向電子信息產(chǎn)業(yè)的新化學(xué)、化工教育理念和人才培養(yǎng)目標(biāo)，架構(gòu)新的培養(yǎng)方案

化學(xué)、化工專業(yè)教育與人才培養(yǎng)目標(biāo)定位應(yīng)該從服務(wù)傳統(tǒng)化工生產(chǎn)轉(zhuǎn)向服務(wù)電子信息產(chǎn)業(yè)及相關(guān)化學(xué)品行業(yè)，重視化學(xué)、化工與電子信息產(chǎn)業(yè)的協(xié)同發(fā)展和相互促進，實施以電子信息產(chǎn)業(yè)為導(dǎo)向的化學(xué)、化工專業(yè)人才培養(yǎng)模式，把電子信息產(chǎn)業(yè)要求引入化學(xué)、化工人才培養(yǎng)方案、課程體系和評價要求，培養(yǎng)電子信息產(chǎn)業(yè)導(dǎo)向的創(chuàng)新型化學(xué)、化工特色人才，適應(yīng)電子信息化的時代要求。

（二）架構(gòu)新的課程、教材體系，大力吸納電子信息產(chǎn)業(yè)的知識成果與面向電子信息產(chǎn)業(yè)未來要求

把半導(dǎo)體可控、潔凈生產(chǎn)及微納跨尺度加工，光刻蝕等新興化合物及體系的合成、制備，功能薄膜化學(xué)生長、后處理及器件應(yīng)用等方面的相關(guān)成果和理論知識作為化學(xué)、化工學(xué)科新的課程之一，大力擴充或者更新現(xiàn)有化學(xué)合成、化工單元操作知識與課程內(nèi)容，架構(gòu)新的課程體系。編寫如“半導(dǎo)體化學(xué)”“焊接、封裝材料與化學(xué)理論”等緊密結(jié)合電子信息產(chǎn)業(yè)的實際教材，系統(tǒng)介紹電子信息產(chǎn)業(yè)用化合物、材料的制備與加工，有效地實施電子信息產(chǎn)業(yè)理論知識生產(chǎn)、傳播和更新。

另外，電子信息化時代為化學(xué)化工學(xué)科帶來了很多方便的畫圖及計算工具，使得化學(xué)化工的表達更加美觀、快捷。比如ChemOffice、Chemwindow、ChemDraw等，對于這些電子軟件尤其要加大教學(xué)力度，讓學(xué)生從本質(zhì)上達到了解與靈活運用，培養(yǎng)出能寫、能畫、能算的全面化工人才。

（三）鍛造面向電子信息產(chǎn)業(yè)的化學(xué)、化工立體教學(xué)體系

面向電子信息產(chǎn)業(yè)的化學(xué)、化工立體教學(xué)體系包括：一方面從理論課程開設(shè)、教材建設(shè)和實驗、實踐培訓(xùn)三環(huán)節(jié)探索建立不斷創(chuàng)新教學(xué)內(nèi)容的有效機制，另一方面設(shè)立以本科生為起點，銜接碩博各階段教育教學(xué)體系。除了開設(shè)相關(guān)電子信息教育專業(yè)課程，相應(yīng)的實驗教學(xué)和實訓(xùn)、實習(xí)環(huán)節(jié)均應(yīng)以電子信息產(chǎn)業(yè)為導(dǎo)向。實驗室相應(yīng)開展光刻膠合成、光催化實驗，刻蝕、顯影液的配制及刻蝕過程、顯影過程實驗，電鍍液配制和電鍍制備工藝實驗和培訓(xùn)。聯(lián)系相應(yīng)的集成電路生產(chǎn)企業(yè)、電子產(chǎn)品化學(xué)品制造企業(yè)為實習(xí)基地，讓化學(xué)、化工專業(yè)學(xué)生參觀、實習(xí)或建立聯(lián)合培養(yǎng)合作關(guān)系。課堂外，組織學(xué)生大量查閱電子信息產(chǎn)業(yè)、化學(xué)、化工交叉聯(lián)系的論文和資料，并組織撰寫相關(guān)論文，拓展化學(xué)、化工專業(yè)學(xué)生的電子信息視野和應(yīng)用思維。另外，積極吸收、創(chuàng)造機會讓化學(xué)化工專業(yè)學(xué)生參與電子信息前沿產(chǎn)品研究，在科研實踐中培養(yǎng)動手能力，養(yǎng)成學(xué)以致用習(xí)慣并具時代意識。同時評估、考試體系也應(yīng)多向電子信息產(chǎn)業(yè)傾斜，應(yīng)增加相應(yīng)內(nèi)容。

（四）形成教師培訓(xùn)和再教育機制

教師教育觀念和全球視野對化學(xué)、化工教育是否緊跟電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展密切相關(guān)，因此需要在新時代的化學(xué)、化工教育中建立教師培訓(xùn)和再教育機制，使教師隨時了解并掌握電子信息產(chǎn)業(yè)前沿，方向和研究熱點，特別是電子信息產(chǎn)業(yè)在國外的進展和最新成果。另外，教師從備課、講授、課后等環(huán)節(jié)都可以利用信息技術(shù)來使教學(xué)內(nèi)容更加接近科學(xué)發(fā)展前沿，達到教學(xué)目的。作為一門實驗學(xué)科，實驗是必不可少的，信息化技術(shù)也在實驗教育中起到了必不可少的作用。教師在教育的過程中可以通過計算機將大量的實驗視頻和模擬畫面帶入課堂，提高教育的知識性、形象性和趣味性。再教育的目的也正是如此，從根本上將教育改革進行到底，在探索中令老師和同學(xué)一同進步。

四、結(jié)語

大學(xué)是知識的生產(chǎn)、傳播和推廣者，面向時代發(fā)展需求培養(yǎng)人才是大學(xué)設(shè)立和運營的天職，因此面向電子信息產(chǎn)業(yè)的化學(xué)化工教育是大學(xué)化工教育的本職工作。建立面向電子信息產(chǎn)業(yè)的化學(xué)化工教育體系將直接服務(wù)于我國當(dāng)前的電子信息產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型、跨越和發(fā)展，黨中央提出的大力發(fā)展電子信息產(chǎn)業(yè)的大局，也必將為實現(xiàn)原始、自主、核心、貢獻高等院校的力量，最后也將推動我國面向電子信息產(chǎn)業(yè)的教育教學(xué)改革和化學(xué)化工的創(chuàng)新發(fā)展，這是一個機遇，也是一個挑戰(zhàn)。