“芯片”融入《硅》教學中的愛國主義教育

福建省南平市第九中學 福建 南平353000

5G 芯片是什么？它有什么用？

現在的5G 就是最新一代的芯片，新的數據處理軟件將加速數字化進程，AI，物聯網和機器人將激發2020-2025 年的數字創新。5G 正在對汽車行業，媒體行業，醫療健康，能源，交通物流，生產制造等領域產生巨大影響。5G 是一場革命，它所產生的影響力會超過電力給人類帶來的改變。中興通信被美國制裁的事件引發的了關于“中國缺芯”的大討論。有很多人覺得，經過這樣被人一劍封喉的教訓，將迎來中國芯片產業快速發展壯大的契機。

那么，這么厲害的芯片是由什么制成的？是怎么誕生的呢？

芯片的前世，都是一捧黃沙而已。它們默默地沉睡著，絲毫不知自己將在信息世界掀起巨大的波瀾。

在這些唾手可得的不起眼沙子里，蘊含著芯片制造最基礎的元素：“硅”。它在元素周期表里排行14，符號為Si，原子量28，最外層有4 個電子。硅是地球上含量第二高的元素，含量最高的元素是氧。這兩種元素組合成二氧化硅（SiO2），蘊含在浩瀚的沙海里，廣泛而廉價。二氧化硅就是石英。高純度的石英又叫“水晶”。這樣，引入了新課《硅》的學習，情景新穎，與時俱進，融入了愛國主義教育。

從漂亮天然水晶為原料，提取高純度硅(硅錠),純度達到99.999999999%（11 個9），又叫“單晶硅”。這樣的冶金級硅就能用來做芯片了嗎？還差得遠！這仍然只是原料而已。經過打磨，切割，再打磨，就形成了一個個圓形的薄片，叫做“晶圓”

然后，借助計算機語言和相關設計軟件進行邏輯設計，轉化成具體的電路圖，叫晶體管。再把這些電路映射到一層層的光罩上去。有了晶圓和光罩，終于可以進行芯片的制造了。因為硅這種材料比較特殊，導電性介于導體和絕緣體之間，因此叫做半導體。給它摻雜不同的離子（砷，磷，磞等）會改變導電特性形成晶體管，如此之多的晶體管就是基于這樣的原理通過摻雜不同離子的方式刻進去的。

那所謂了多少納米的制程工藝是指什么呢？說白了就是這些晶體管的大小。晶體管越小，集成度越高，反應速度越快。目前14 納米工藝已經成熟，下一步就要到7 納米工藝了。這可以說是整個信息產業最為“高精尖”的設備了。

荷蘭的ASML 公司的極紫外光刻機，超級復雜的巨無霸。為了買這臺光刻機，中芯國際下了血本，就是為了搶先登陸目前世界上最先進的7nm（納米）芯片量產，而全世界能做7nm 芯片用的光刻機的廠家，只有ASML 一家。可是ASML 跳票了。中美兩國的芯片戰爭，還遠遠沒有結束。讓人憂心的是，中國芯片到底已經發展到什么程度了？這是個謎一樣的問題。有人拆開了華為最新款的5G 手機，發現里面包括CPU 在內、各種用途的36 塊芯片里，有18 塊都是華為海思自己造的。

晶圓的切割，切下來的每塊叫晶片，也叫裸晶。至于切多大就看設計和使用的需要了。然后再進行測試封裝！焊上管腳，固定，封裝，測試完成。成品芯片出爐圖，可以包裝后拿出去賣了！市面上Intel的i7 CPU 售價約人民幣5000 元。

這就是從沙子到芯片的完整旅程。這小小的芯片，里面卻包含了像整個宇宙一樣浩瀚的電路，真可謂一粒沙子就是一個世界。

這樣的高精尖技術，形成了整個規模龐大的全球產業鏈。

那么，為什么中國人要做自己的芯片？

中國的經濟升級，最大的兩個領域是汽車制造工業和集成電路工業。我們要實現最終打垮西方列強，也就是要在這兩個超級產業完成逆襲。未來的十年，我們要做好長期戰斗的準備,如果我們成功了，那中國就是真正的超級大國。如果這兩個領域我們失敗了，中華民族復興就不能稱之為成功。

有一首小詩，或許它可以為中國芯片60 年的漫漫征途做一個注

米雕千字何須服，硅集電路妙思苦，

美歐鏈就強基業，華夏憾缺定鼎礎。

若非當年漢芯誤，何來今日中興屠？

國勢仰賴匠心琢，斬荊除蠻方為路。

結語：

今天的教育，應該讓人成為完整的人。完整的人之素養是在知識學習過程中形成的，過程中的重要一環就是情景。情景是知識轉化為素養最主要的路徑。在《硅》教學中，通過設置“芯片的誕生—沙子到芯片”的教學情景，說明化學可以實現神奇的轉化。在視頻播放之初，為什么要學《硅》？學《硅》有什么用？學生不太明確。通過視頻的播放，設置的芯片的誕生教學情境，體現了硅的社會應用價值，激發了學生學習的興趣。加深對硅元素觀的構建，這樣的課堂，把硅知識，與其在社會生活中的價值聯系起來，讓枯燥的知識鮮活化，學生在獲得知識的同時感悟不同的科學精神和品質，激發了他們學習的樂趣及愛國熱情，為社會的進步而努力，這就是學習化學的最終目的。