“數智化”背景下柔性電子學專業課程建設研究

張奎奎,楊 波,鄭素娟

(1.南京工業大學,江蘇 南京 211800;2.江蘇省高校科技發展中心,江蘇 南京 210024;3.江蘇集萃智能制造技術研究所有限公司,江蘇 南京 211899)

0 引言

柔性電子學是一門新興的學科領域[1],它研究和應用柔性、可彎曲、可拉伸的電子材料和器件。與傳統硬性電子器件相比,柔性電子器件具有輕薄、柔軟、可穿戴等特點,可以廣泛應用于智能穿戴設備、可穿戴醫療器械、智能家居等領域,具有巨大的市場潛力和社會價值。2021年,柔性電子學專業列入普通高等學校本科專業目錄的新專業名單。“數智化”是指以人工智能、大數據分析、物聯網等技術為基礎,通過智能化、自動化的方法進行信息處理和決策的能力[2]。“數智化”技術的快速發展和廣泛應用不僅改變了社會和產業的方方面面[3-5],也對柔性電子學專業提出了新的要求和挑戰。柔性電子學專業需要適應“數智化”時代的需求,掌握與“數智化”相關的核心理論和技術,以應對日益增長的市場競爭和技術發展。本文的目的是探討在“數智化”背景下柔性電子學專業課程建設的思考和實施方法。通過更新課程內容、強化實踐環節和引入跨學科的合作,柔性電子學專業可以更好地適應“數智化”時代的需求和挑戰。

1 “數智化”時代對柔性電子學專業的影響

在“數智化”時代,人工智能、大數據分析和物聯網等技術的快速發展為柔性電子學專業帶來了新的機遇和挑戰。這些技術的特點包括高度智能化、自動化和互聯互通。柔性電子學專業需要充分利用這些技術,推動柔性電子器件的創新和發展。

1.1 “數智化”的快速發展與應用范圍擴大

“數智化”技術包括人工智能、大數據分析、物聯網等領域的技術,在各個行業和領域都得到了廣泛的應用。人工智能技術在圖像處理、語音識別、自動控制等方面的應用已經取得了重大突破。在柔性電子學領域,人工智能可以幫助優化柔性電子器件的設計和制造過程,提高生產效率和產品質量。隨著互聯網和物聯網的普及,產生和積累了大量數據。利用大數據分析技術,可以從龐大的數據中挖掘出有價值的信息和模式。在柔性電子學領域,大數據分析可以幫助優化產品設計、市場預測和供應鏈管理等環節。在柔性電子學領域,物聯網技術可以實現智能穿戴設備和智能家居的互聯互通,為用戶提供更加智能化和便捷的體驗。

1.2 對柔性電子學專業知識與技能需求的變化

隨著“數智化”時代的到來,柔性電子學專業的知識與技能需求也發生了變化。學生需要掌握與人工智能、大數據分析和物聯網等相關技術的能力,需要了解人工智能的基本原理、機器學習算法和深度學習模型,以及如何將這些技術應用于柔性電子器件的設計和控制。此外,學生還需要了解大數據分析的方法和工具,能夠從海量數據中提取有價值的信息和模式。物聯網的應用也需要學生掌握相關的通信協議、傳感器技術和數據安全等知識。

1.3 對柔性電子學發展的機遇與挑戰

“數智化”時代為柔性電子學帶來了許多機遇和挑戰。首先,技術發展的機遇使得柔性電子器件的設計和制造效率得到提高。人工智能和自動化工具可以實現自動設計和優化,幫助快速開發新型柔性電子器件,提高設計質量。其次,智能化控制的機遇使得柔性電子產品能夠實現智能化的控制和操作,提供更智能和個性化的用戶體驗。通過人工智能技術,柔性電子產品可以學習用戶的習慣和喜好,從而提供定制化的服務。此外,大數據分析的機遇使得柔性電子產品能夠從海量數據中提取有價值的信息和模式,為產品的優化和決策提供支持。通過分析用戶數據和市場趨勢,柔性電子產品可以更好地滿足用戶需求。然而,“數智化”時代也帶來了一些挑戰。柔性電子學專業需要與計算機科學、數據科學等相關學科進行跨學科的合作和交叉學習,培養綜合能力和創新思維。此外,“數智化”時代對學生的技能需求更高,他們需要不斷更新知識和技能,跟上技術的發展步伐。專業教育需要提供相應的課程和訓練,以滿足學生的需求。

因此,柔性電子學專業需要緊跟時代的步伐,適應“數智化”的特點,培養學生的跨學科能力和創新思維。同時,也需要不斷更新課程和培訓內容,提供與“數智化”相關的知識和技能培訓,幫助學生更好地適應這個變化迅速的時代。只有不斷地學習和創新,柔性電子學專業才能在“數智化”時代中蓬勃發展。

2 “數智化”背景下柔性電子學專業課程建設的思路

在“數智化”時代,柔性電子學專業面臨著新的機遇和挑戰。為了培養適應時代需求的柔性電子學專業人才,課程建設需要緊跟“數智化”的核心理論和技術,強化實踐環節,同時注重跨學科合作,培養學生的綜合能力和跨學科思維。

2.1 更新課程內容,融入“數智化”核心理論和技術

將人工智能、大數據分析和物聯網等“數智化”領域的核心理論和技術引入柔性電子學專業課程中。學生可以學習到人工智能算法在柔性電子器件設計和制造中的應用,大數據分析在市場預測和產品優化中的作用,以及物聯網技術在柔性電子系統互聯互通中的應用。通過增加實踐項目和案例分析,培養學生在“數智化”應用方面的能力。學生可以參與真實的柔性電子產品開發項目,應用“數智化”技術解決實際問題,從而加深對理論知識的理解和應用。可以設計專門的課程模塊,涵蓋“數智化”技術的原理、方法和應用。通過理論教學、案例分析和實踐項目,培養學生對“數智化”技術的理解和應用能力。

2.2 強化實踐環節,提升學生的操作和問題解決能力

注重學生的實際操作和實驗設計能力的培養。通過實驗,學生親自操作柔性電子器件的制造和測試過程,加深對相關技術的理解,并培養問題意識和解決能力。與柔性電子相關的企業合作,提供實際的項目實踐和實習機會,使學生能夠了解行業的最新發展和應用需求,并將所學知識應用到實際工作中。

2.3 跨學科合作,培養綜合能力和跨學科思維

加強與材料科學、計算機科學等學科的合作,促進知識的交流和跨學科融合。例如:與材料科學合作,研究新型柔性材料的開發和應用;與計算機科學合作,研究柔性電子設備的智能控制和數據分析算法等。通過跨學科合作的項目和課程設置,培養學生的綜合能力和跨學科思維能力。學生將學習如何在不同學科領域之間進行交叉思考,解決復雜問題。

2.4 強化創新能力培養

柔性電子學專業的課程建設應注重培養學生的創新能力。可以設置創新實踐課程,鼓勵學生進行科研項目和創業實踐;提供創新思維培訓和創業指導,引導學生從理論到實踐的轉化。同時,與企業、研究機構建立合作關系,組織學生參與創新項目,提供實際場景和資源支持,激發學生的創新潛力。

2.5 教師培訓和學科交流

為了保持教師的專業水平和教學能力,需要定期進行教師培訓,使其了解“數智化”領域的最新發展和應用。同時,也應鼓勵教師積極參與學科交流和學術研究,與同行分享經驗和合作研究,促進柔性電子學領域的學術發展。

因此,更新課程內容、強化實踐環節、跨學科合作、強化創新能力培養以及教師培訓和學科交流是“數智化”背景下柔性電子學專業課程建設的主體思路。這將有助于培養適應“數智化”時代需求的柔性電子學專業人才,提升學生的綜合能力并促進學科的發展。

3 實施柔性電子學專業課程建設的策略與方法

3.1 分析行業需求與趨勢

需要對柔性電子學領域的行業需求和發展趨勢進行深入分析。了解行業中的重點領域、技術進展和應用需求,以此為基礎確定課程設置的方向。可以參考行業報告、學術研究和企業需求調研等資料,確保課程內容與實際需求緊密匹配。

3.2 設計全面的課程結構

基于對行業需求的分析,設計一套全面的課程結構,涵蓋基礎理論、實驗實踐和應用創新等方面。課程結構可以分為核心課程和選修課程,旨在給予學生廣泛的學習選擇和深入研究的機會。核心課程應包括柔性電子學的基本原理、材料與加工技術、器件設計與制備等內容。選修課程則可以根據學生的興趣和未來發展方向,設置更加專業化的課程模塊。

3.3 強化實踐教學

柔性電子學是一門實踐性較強的學科,因此實踐教學在課程建設中起著至關重要的作用。可以通過實驗課程、項目實踐和工程實習等形式,為學生提供充分的實踐機會。實驗課程可以涵蓋柔性電子材料的制備和測試、器件的設計與制造等內容,讓學生親自動手操作和實踐。項目實踐可以組織學生參與柔性電子產品的開發、智能感知系統的設計等實際項目,培養學生的問題解決能力和創新思維。工程實習則可以讓學生在實際工作環境中應用所學知識,與企業合作解決實際問題。

3.4 促進跨學科合作

柔性電子學涉及多個學科領域,因此跨學科合作是課程建設中的重要策略之一。可以與計算機科學、材料科學、機械工程等專業進行合作,開設跨學科的課程或實踐項目。通過跨學科的學習和合作,學生可以接觸到更廣泛的知識領域,培養多元思維和解決復雜問題的能力。可以組織跨學科的團隊項目,讓學生在團隊中共同解決柔性電子學領域的挑戰,培養團隊合作和領導能力。

3.5 加強教師培訓和學科交流

需要定期進行教師培訓,使其了解柔性電子學領域的最新發展和應用。可以組織教師參加學術會議、行業研討會等活動,與同行交流和學習。同時,也應鼓勵教師積極參與學科交流和學術研究,與同行分享經驗和合作研究,促進柔性電子學領域的學術發展。

3.6 運用現代教育技術

現代教育技術在課程建設中發揮著重要作用。可以利用在線學習平臺、虛擬實驗室和仿真軟件等工具,為學生提供靈活的學習方式和實踐環境。在線學習平臺可以提供課程材料、視頻講座和在線討論等功能,方便學生隨時隨地學習。虛擬實驗室和仿真軟件可以模擬實驗和設計過程,讓學生在虛擬環境中進行實踐操作和測試,提升他們的實驗技能和創新能力。

3.7 持續評估與改進

課程建設是一個持續的過程,需要不斷進行評估與改進。可以通過課程評估問卷、學生反饋和就業調查等方式,收集學生和行業的意見和建議。根據反饋結果,及時調整課程內容和教學方法,保持與行業需求的匹配性。同時,也要關注行業的動態變化和新技術的出現,及時更新課程內容,確保學生學到最新的知識和技能。

總之,實施柔性電子學專業課程建設需要綜合考慮行業需求與趨勢、課程結構設計、實踐教學、跨學科合作、教師培訓和學科交流等方面。通過合理的策略與方法,可以為學生提供全面的學習體驗和實踐機會,培養具備專業知識和綜合能力的柔性電子學專業人才。這將有助于推動柔性電子學領域的發展,并適應日益變化的科技和產業需求。

4 結語

柔性電子學專業在“數智化”背景下具有廣闊的發展前景。通過持續的課程建設和人才培養,可以為柔性電子學專業的發展提供有力支撐,培養出適應“數智化”時代需求的專業人才,并推動柔性電子學在“數智化”背景下的創新和應用。這將為社會帶來更多的科技進步和經濟發展機會。