“數(shù)智化”背景下柔性電子學專業(yè)課程建設研究

張奎奎,楊 波,鄭素娟

(1.南京工業(yè)大學,江蘇 南京 211800;2.江蘇省高?？萍及l(fā)展中心,江蘇 南京 210024;3.江蘇集萃智能制造技術(shù)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(tǒng)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(yī)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(yè)列入普通高等學校本科專業(yè)目錄的新專業(yè)名單。“數(shù)智化”是指以人工智能、大數(shù)據(jù)分析、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)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]?！皵?shù)智化”技術(shù)的快速發(fā)展和廣泛應用不僅改變了社會和產(chǎn)業(yè)的方方面面[3-5],也對柔性電子學專業(yè)提出了新的要求和挑戰(zhàn)。柔性電子學專業(yè)需要適應“數(shù)智化”時代的需求,掌握與“數(shù)智化”相關(guān)的核心理論和技術(shù),以應對日益增長的市場競爭和技術(shù)發(fā)展。本文的目的是探討在“數(shù)智化”背景下柔性電子學專業(yè)課程建設的思考和實施方法。通過更新課程內(nèi)容、強化實踐環(huán)節(jié)和引入跨學科的合作,柔性電子學專業(yè)可以更好地適應“數(shù)智化”時代的需求和挑戰(zhàn)。

1 “數(shù)智化”時代對柔性電子學專業(yè)的影響

在“數(shù)智化”時代,人工智能、大數(shù)據(jù)分析和物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的快速發(fā)展為柔性電子學專業(yè)帶來了新的機遇和挑戰(zhàn)。這些技術(shù)的特點包括高度智能化、自動化和互聯(lián)互通。柔性電子學專業(yè)需要充分利用這些技術(shù),推動柔性電子器件的創(chuàng)新和發(fā)展。

1.1 “數(shù)智化”的快速發(fā)展與應用范圍擴大

“數(shù)智化”技術(shù)包括人工智能、大數(shù)據(jù)分析、物聯(lián)網(wǎng)等領域的技術(shù),在各個行業(yè)和領域都得到了廣泛的應用。人工智能技術(shù)在圖像處理、語音識別、自動控制等方面的應用已經(jīng)取得了重大突破。在柔性電子學領域,人工智能可以幫助優(yōu)化柔性電子器件的設計和制造過程,提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。隨著互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的普及,產(chǎn)生和積累了大量數(shù)據(jù)。利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù),可以從龐大的數(shù)據(jù)中挖掘出有價值的信息和模式。在柔性電子學領域,大數(shù)據(jù)分析可以幫助優(yōu)化產(chǎn)品設計、市場預測和供應鏈管理等環(huán)節(jié)。在柔性電子學領域,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以實現(xiàn)智能穿戴設備和智能家居的互聯(lián)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(yè)知識與技能需求的變化

隨著“數(shù)智化”時代的到來,柔性電子學專業(yè)的知識與技能需求也發(fā)生了變化。學生需要掌握與人工智能、大數(shù)據(jù)分析和物聯(lián)網(wǎng)等相關(guān)技術(shù)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(shù)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(shù)據(jù)分析的方法和工具,能夠從海量數(shù)據(jù)中提取有價值的信息和模式。物聯(lián)網(wǎng)的應用也需要學生掌握相關(guān)的通信協(xié)議、傳感器技術(shù)和數(shù)據(jù)安全等知識。

1.3 對柔性電子學發(fā)展的機遇與挑戰(zhàn)

“數(shù)智化”時代為柔性電子學帶來了許多機遇和挑戰(zhàn)。首先,技術(shù)發(fā)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(xiàn)自動設計和優(yōu)化,幫助快速開發(fā)新型柔性電子器件,提高設計質(zhì)量。其次,智能化控制的機遇使得柔性電子產(chǎn)品能夠?qū)崿F(xiàn)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(shù),柔性電子產(chǎn)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(shù)據(jù)分析的機遇使得柔性電子產(chǎn)品能夠從海量數(shù)據(jù)中提取有價值的信息和模式,為產(chǎn)品的優(yōu)化和決策提供支持。通過分析用戶數(shù)據(jù)和市場趨勢,柔性電子產(chǎn)品可以更好地滿足用戶需求。然而,“數(shù)智化”時代也帶來了一些挑戰(zhàn)。柔性電子學專業(yè)需要與計算機科學、數(shù)據(jù)科學等相關(guān)學科進行跨學科的合作和交叉學習,培養(yǎng)綜合能力和創(chuàng)新思維。此外,“數(shù)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(shù)的發(fā)展步伐。專業(yè)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(yè)需要緊跟時代的步伐,適應“數(shù)智化”的特點,培養(yǎng)學生的跨學科能力和創(chuàng)新思維。同時,也需要不斷更新課程和培訓內(nèi)容,提供與“數(shù)智化”相關(guān)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(chuàng)新,柔性電子學專業(yè)才能在“數(shù)智化”時代中蓬勃發(fā)展。

2 “數(shù)智化”背景下柔性電子學專業(yè)課程建設的思路

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

2.1 更新課程內(nèi)容,融入“數(shù)智化”核心理論和技術(shù)

將人工智能、大數(shù)據(jù)分析和物聯(lián)網(wǎng)等“數(shù)智化”領域的核心理論和技術(shù)引入柔性電子學專業(yè)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(shù)據(jù)分析在市場預測和產(chǎn)品優(yōu)化中的作用,以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在柔性電子系統(tǒng)互聯(lián)互通中的應用。通過增加實踐項目和案例分析,培養(yǎng)學生在“數(shù)智化”應用方面的能力。學生可以參與真實的柔性電子產(chǎn)品開發(fā)項目,應用“數(shù)智化”技術(shù)解決實際問題,從而加深對理論知識的理解和應用?？梢栽O計專門的課程模塊,涵蓋“數(shù)智化”技術(shù)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(yǎng)學生對“數(shù)智化”技術(shù)的理解和應用能力。

2.2 強化實踐環(huán)節(jié),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(yǎng)。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(guān)技術(shù)的理解,并培養(yǎng)問題意識和解決能力。與柔性電子相關(guān)的企業(yè)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(yè)的最新發(fā)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(yǎng)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(fā)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(shù)據(jù)分析算法等。通過跨學科合作的項目和課程設置,培養(yǎng)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(chuàng)新能力培養(yǎng)

柔性電子學專業(yè)的課程建設應注重培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力?？梢栽O置創(chuàng)新實踐課程,鼓勵學生進行科研項目和創(chuàng)業(yè)實踐;提供創(chuàng)新思維培訓和創(chuàng)業(yè)指導,引導學生從理論到實踐的轉(zhuǎn)化。同時,與企業(yè)、研究機構(gòu)建立合作關(guān)系,組織學生參與創(chuàng)新項目,提供實際場景和資源支持,激發(fā)學生的創(chuàng)新潛力。

2.5 教師培訓和學科交流

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

因此,更新課程內(nèi)容、強化實踐環(huán)節(jié)、跨學科合作、強化創(chuàng)新能力培養(yǎng)以及教師培訓和學科交流是“數(shù)智化”背景下柔性電子學專業(yè)課程建設的主體思路。這將有助于培養(yǎng)適應“數(shù)智化”時代需求的柔性電子學專業(yè)人才,提升學生的綜合能力并促進學科的發(fā)展。

3 實施柔性電子學專業(yè)課程建設的策略與方法

3.1 分析行業(yè)需求與趨勢

需要對柔性電子學領域的行業(yè)需求和發(fā)展趨勢進行深入分析。了解行業(yè)中的重點領域、技術(shù)進展和應用需求,以此為基礎確定課程設置的方向?？梢詤⒖夹袠I(yè)報告、學術(shù)研究和企業(yè)需求調(diào)研等資料,確保課程內(nèi)容與實際需求緊密匹配。

3.2 設計全面的課程結(jié)構(gòu)

基于對行業(yè)需求的分析,設計一套全面的課程結(jié)構(gòu),涵蓋基礎理論、實驗實踐和應用創(chuàng)新等方面。課程結(jié)構(gòu)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(shù)、器件設計與制備等內(nèi)容。選修課程則可以根據(jù)學生的興趣和未來發(fā)展方向,設置更加專業(yè)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(guān)重要的作用?？梢酝ㄟ^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(nèi)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(chǎn)品的開發(fā)、智能感知系統(tǒng)的設計等實際項目,培養(yǎng)學生的問題解決能力和創(chuàng)新思維。工程實習則可以讓學生在實際工作環(huán)境中應用所學知識,與企業(yè)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(yè)進行合作,開設跨學科的課程或?qū)嵺`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(yǎng)多元思維和解決復雜問題的能力?？梢越M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(zhàn),培養(yǎng)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(fā)展和應用?？梢越M織教師參加學術(shù)會議、行業(yè)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(shù)研究,與同行分享經(jīng)驗和合作研究,促進柔性電子學領域的學術(shù)發(fā)展。

3.6 運用現(xiàn)代教育技術(shù)

現(xiàn)代教育技術(shù)在課程建設中發(fā)揮著重要作用?？梢岳迷诰€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(huán)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(huán)境中進行實踐操作和測試,提升他們的實驗技能和創(chuàng)新能力。

3.7 持續(xù)評估與改進

課程建設是一個持續(xù)的過程,需要不斷進行評估與改進?？梢酝ㄟ^課程評估問卷、學生反饋和就業(yè)調(diào)查等方式,收集學生和行業(yè)的意見和建議。根據(jù)反饋結(jié)果,及時調(diào)整課程內(nèi)容和教學方法,保持與行業(yè)需求的匹配性。同時,也要關(guān)注行業(yè)的動態(tài)變化和新技術(shù)的出現(xiàn),及時更新課程內(nèi)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(yè)課程建設需要綜合考慮行業(yè)需求與趨勢、課程結(jié)構(gòu)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(yǎng)具備專業(yè)知識和綜合能力的柔性電子學專業(yè)人才。這將有助于推動柔性電子學領域的發(fā)展,并適應日益變化的科技和產(chǎn)業(yè)需求。

4 結(jié)語

柔性電子學專業(yè)在“數(shù)智化”背景下具有廣闊的發(fā)展前景。通過持續(xù)的課程建設和人才培養(yǎng),可以為柔性電子學專業(yè)的發(fā)展提供有力支撐,培養(yǎng)出適應“數(shù)智化”時代需求的專業(yè)人才,并推動柔性電子學在“數(shù)智化”背景下的創(chuàng)新和應用。這將為社會帶來更多的科技進步和經(jīng)濟發(fā)展機會。