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褚君浩院士到“国培示范”项目高职学校校长班讲座讲座

发布日期: 2022-11-08   浏览次数 11

 2022年7月30日下午14:00,华东师范大学2022年“职教国培”示范项目--高职学校校长高级研修,特别邀请到中国科学院院士褚君浩教授做讲座。

专家介绍

 

褚君浩:华东师范大学终身教授,博导,2005年当选为中国科学院院士,半导体物理和器件专家;中国科学院上海技术物理研究所研究员;1981年和1984年先后获中国科学院上海技术物理研究所硕士、博士学位;现任中国科学院上海技术物理研究所科技委副主任。

讲座内容

本次讲座,褚君浩院士以迎接智能时代弘扬科学精神”为主题给大家进行了分享。主要内容包括第四次工业革命、智能时代大趋势、弘扬科学精神三个部分。

 

一、第四次工业革命

(一)18世纪以机械化为特征的第一次工业革命

第一次工业革命起源于英国,主要特征是大机器生产取代手工劳动。其具有深远的影响:解放和发展了生产力;出现拥有资产的阶层;改变了世界的面貌,造成西方先进;把劳动力从农村引向城市,开始了城市化的进程。褚院士给大家介绍了1712年纽科门蒸汽机的原理,1769年瓦特改进版瓦特蒸汽机双向汽缸,第一次工业革命通过科学改进技术水平。

(二)19世纪以电气化为特征的第二次工业革命

第二次工业革命美德两国处于领先地位,主要特征是电力的广泛应用及石油的大量开采和应用,其影响主要为:科学技术成就循序运用到生产中,推动了世界经济的迅速增长,进一步改变了人民的生活方式;垄断资本影响国家和世界的政治和经济的生活;加强了世界联系,带来了环境污染。第二次工业革命的科学发现是电磁学规律:法拉第感应定律,推动发电机的使用。

(三)第三次工业革命一信息化

原子物理、量子力学、固体物理、现代光学和半导体科学规律的发现促进了电子技术、微电子技术、原子能技术、光学技术、新材料技术、信息技术以等一系列新兴产业。

褚院士表示,量子力学--能带理论- -半导体技术,半导体技术为现代信息技术打下基础;半导体晶体管取代真空电子管大大减小了计算机等电子设备体积和重量,集成电路技术实现计算机微型化,是现代信息社会的基石;受激辐射理论,实现激光,激光技术可以实现存储、通讯、成像等功能,为信息技术发展提供硬件基础;光纤为信息传输提供高速、低成本方案,是现代互联网的硬件基础;赫兹实验证明电磁波存在,电磁波理论是无线通讯基础;无序-有序相变机理为液晶显示器实现是供理论指导;巨磁阻效应实现了高密度存储,这些都说明了科学与技术的交叉推动。

(四)第四次工业革命的驱动力

1. 能源和环境问题突显,全球可持续发展面临巨大压力;

 

2. 人类不断追求更加美好的生活;

3、信息科学技术高度发展为工业革命创造条件:(1)基于物质科学新发现和微纳米器件制造新技术;(2)基于脑科学和认知科学发展促进高度智能化;(3)数字化发展成为大数据,程序化发展到智能化,小型化发展到微纳化,网络化由机一机网络发展到人一 机一物网络;(4)数字、物理和认知网络将实现高度融合,人类将处于无所不在的网络之中。

信息、生物、材料、能源、环境等领域的一些重大突破已出现萌芽,人类进入后IT时代,迎接智能时代。智慧融入物理(实体)系统,第四次工业革命走向智能化。

二、智能时代大趋势

褚院士提到,第四次工业革命的总趋势是智能化,我们走向智能时代。在互联网、传感器、物联网、大数据、云计算、元宇宙等的基础上,智能时代的技术趋势体现在:(1)智能化低碳技术、能源互联网、分布式能源系统;(2)智能化复杂体系、人工智能、智慧城市;(3)智能化制造技术、先进材料、极端制造;(4)智能化诊断、修复技术、智慧医疗;(5)传统工业的智能化升级。

(一)低碳技术

低碳技术的三个方面:第一,减碳技术:指节能减排,LED照明,煤的清洁高效利用、油气资源和煤层气的勘探开发技术等; 第二,无碳技术:包括核能、太阳能、风能、生物质能等可再生能源技术:第三,去碳技术:如二氧化碳捕获与埋存。发展低碳技术实现双碳目标,解决能源环境问题实现人类可持续发展!

例如太阳电池技术:中国太阳能资源较丰富利用部分荒漠地区太阳能可解决全国能源需求,假如太阳能利用率15%,则只需要将13万平方公里土地(大约等于我国10%的荒漠区)的太阳能转化,就可以满足全国一年的能源需求。目前电池分类:第一代光伏电池(硅基)——单晶硅、多晶硅电池;第二代光伏电池(薄膜,低成本)——非晶硅、砷化镓、碲化镉、铜铟镓硒;第三代光伏电池(薄膜为主,高效率、低成本)——染料敏化、宽光谱、叠层多结、量子点/纳米、有机电池等多种新概念电池。太阳电池技术的挑战在于:效率、成本、寿命、柔性几点。

未来我们将需要继续在以下几方面努力:(1)发展太阳能技术:光伏、光热、光化学、光生物;(2)发展智能化分布式能源系统和能源互联网技术;(3)因地制宜推广太阳能技术的广泛应用。

(二)人工智能、智慧地球、数字城市

其中智能化的系统是基础,智能化的系统以动态感知、智慧识别、自动反应为依据,而这些都建立在传感器、大数据、物理模型、控制、基础信息平台、互联网、物联网、云计算、元宇宙5G、6G技术之上。

1、基本概念

智慧地球=互联网+物联网(The Internet of things),把所有物品通过信息传感设备与互联网连接起来进行智能化识别和管理,它有三大基础信息化技术:互联网、物联网、大数据和云计算。(1)互联网是人与人之间的信息网络平台;(2)物联网技术是通过信息传感设备,把任何物品信息与互联网连接起来的一种网络;(3)大数据技术是从各类海量数据中,快速获得有价值信息的技术能力,建立城市海量数据库;云计算技术支持用户在任意位置、使用各种终端获取应用服务。

2、技术与应用

在技术层面,智慧城市至少应该有四层架构:感知层、互联层、分析层、反应层。分别对应以下特征:(1)全面透彻的实时感知:传感器;(2)宽带泛在的互通互联:数据传输;(3)智慧融合的判断分析:处理模型;(4)及时快速的行动反应:动作执行。

五大应用:智慧城市是以互联网、物联网、电信网、广电网、无线宽带网等网络组合为基础,以智慧技术高度集成、智慧产业高端发展、智慧服务高效便民为主要特征的城市发展新模式,主要可在以下五大方面获得广泛应用:城市综合管理、交通物流贸易、能源环境安全、医疗文化教育、城市社区安居。

例如智慧医疗:数字化技术应对COVID-19,实现疫情监测、疫情追踪、密接人员排查、医疗用品预约发放、医院挂号预约、健康码、位置轨迹查询、药品配送、快递外卖、人员密集场所管控。

3、核心技术

人工智能、智慧地球的两个核心技术:实时感知技术(传感器芯片)、智慧分析技术(模型分析和大数据分析智能芯片)。

1)实时感知技术:大力发展传感器和物联网技术,发展多种种类信息传感器,包括红外、紫外、X光、y射线、压力、振动、声响、电磁、化学、生物、单光子等传感器,同时发展多频谱范围的传感技术。发展单细胞、单分子、单原子、单光子信息传感技术。

传感器发展趋势:高精度、高灵敏、高速响应、高稳定性、高可靠性、微型化、柔性化、多功能集成化数字化、智能化、无线通信化强环境适应能力、绿色、环保、节能。

 

2)智慧分析:波动世界的大数据:机械波、电磁波、引力波、频率、强度、位相、波矢、偏振、时间轴。例如:目标对象光谱特征(强度、波长、位相、偏振)的获取、标定和分析应用。

三、弘扬科学精神

(一)加强基础研究,研发核心技术

基础研究是历次工业革命的科学源泉,又在历次工业革命中得以发展,基础研究将推动第四次工业革命发展,将在智能时代背景中催生新发现,发展新技术。科学——技术——科学——技术之间相互促进、交叉推动。褚院士用老子的“有道无术,术尚可求也。有术无道,止于术”和庄子的“以道驭术,术必成。离道之术,术必衰”两句话表达科学规律和技术的关系。

(二)培育创新能力

培育创新能力,对于一个单位、科学家、工程师、学生都是重要的,关键是人。第一要遵循客观规律,尤其是发现规律,开发技术,实际应用特别重要,要把关系处理好;第二要修炼内在的素质,要勤奋,有好奇心,有创新精神,要渐进,不要浮躁,有远大志向;第三要凝聚驱动的力量,驱动的力量非常重要的是兴趣,要有兴趣来做这件事,只有产生兴趣才能做得最好;第四要有责任的驱动,有精神的驱动;第五要培养一种极致的精神,就是精益求精,一丝不苟。他用一个轴承质量比较的案例,表达了工匠精神的重要性。最后要培养奋斗精神:只有在崎岖道路的攀登上不畏劳苦的人才能到达光辉的顶点!幸福是奋斗出来的!要幸福就要奋斗!

 

讲座最后,褚院士把他的一句座右铭:勤奋好学追求科学真理,踏实渐进实现创新跨越。送给大家,希望各位老师在为实现富强、民主、文明、和谐、美丽的社会主义现代化强国的建设道路上勇于承担责任,完成在职业教育领域培养人才的重要责任。

教师感悟

讲座之后老师们纷纷表示感悟良多,有老师表示:“新科技革命和产业变革的时代浪潮奔腾而至,互联网、大数据、云计算、物联网、人工智能、5G、VR/AR、区块链等都正在融合于职业教育实施的全过程中,并赋予职业和职业教育新的内涵和要求。随着社会的发展、科技的进步、智能化的广泛运用,对老师的要求也越来越高,尤其是当‘以人为本,因材施教’的订制化教育和个性化培养需求慢慢暂露头角,所以人工智能时代老师更需要不断地学习提高,不断地完善自己。”