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金涌院士:让更多青年爱上“美丽化工”和“美丽化学”

发布时间:2016-06-06 点击数:

  ——《探索化学化工未来世界》系列科普片及配套科普书发布会专访金涌院士

记者 王 蕾

看不见、摸不着的M13噬菌体病毒,通过基因改造,“学会”了发电,成为能提高锂电池电量和功率的重要材料。

受损伤的航天器,借助特殊的复合材料,可以像受伤的动植物一样,识别自身损害,快速进行自我修复。

一粒普通的药丸,利用先进的药物传递技术,实现了定时、定量和定向释放,药物使用变得更加精准、便利。

这些“脑洞大开”的知识、技术与创意,正是清华大学化工系金涌院士发起,由清华大学化工系联合华东理工大学、南京工业大学、太原理工大学等单位共同制作的《探索化学化工未来世界》系列科普片中的生动片段。“病毒制造”“复合材料”“智能释药”——10部短片、每段10分钟,将无比神奇的科学现象和科技成果娓娓道来,展现一个个无比奇妙的化工世界。

《探索化学化工未来世界》光盘资料。

“我们希望通过这套科普作品,将最先进、最前沿的化学化工技术进展深入浅出地介绍给大家,让人们从科学和工程的前沿视角,看到不一样的美丽化学和美丽化工,吸引更多青年投身化学化工的学习和研究,并立志终生从事化学化工事业。”金涌院士说。

“化学和化学工程是仅次于上帝的人”

提及化学工业,也许有人会想到环境污染、气候变暖、碳排放超标,以及常常见诸新闻的爆炸事故。笼罩在质疑、恐惧阴影下的化学工业,在人类生活和社会发展中,究竟扮演着什么样的角色?

“事实上,现代社会的经济发展和人类的衣食住行,都离不开化学和化工产品。”金涌院士介绍说,我国每年生产的合成纤维约占全世界60%,可为全球每个人制作4套衣服;生产的农用化学品,如化肥、薄膜、农药等,使粮食产量从建国初的1亿吨提高到如今的6.5亿吨;全国每年新增建筑面积16-20亿平方米,水泥、钢筋、塑料、涂料等大都来自化学工业领域;中国已是世界第一大汽车产销国,汽车生产和使用所需的汽油、柴油、电池、钢材、橡胶等同样来自泛化学工业。

微观生物的电镜图。

化学和化学工程更是高新科技的源头和支撑。先进制造业的发展需要各种高性能材料,包括高强度、高耐热、高耐寒、高耐磨、高气密封、高超导、超细、超含能、超结构和自组装材料等,都需要化学和化学工程技术的发明和制造。

化学工业为解决能源短缺问题提供了广阔前景。100年、500年、1000年以后,地球上现在常用的矿产资源、化石能源可能所剩无几。只有依靠化学和化工开发可再生资源和清洁能源,才能使社会经济循环永续发展。

锂电池运行原理示意图。

“自然界合成的物质,大概是107 到1010种。可以人工合成的物质,据估计达到1030、甚至10200种。人工合成前景之广阔,无疑将对人类福祉起到巨大推动作用。夸张一点说,化学和化学工程是仅次于上帝的事业。上帝没给我们的,它给了。”金涌说。

然而,由于管理缺位和安全意识淡薄,一些和化学工业有关的事故频发,人们似乎患上“化工恐惧症”“化工焦虑症”,对化学工业避之唯恐不及。金涌非常担忧,“近年来许多负面信息,把化学工业‘妖魔化’了。民众对化工产生了偏见,家长和学生对学习化工怀有恐惧心理。作为关系国计民生的基础性专业,却在专业人才培养环节遇冷。如不能及时解决这个问题,必将对我国化工学科教育和化工产业进步产生难以估量的负面影响。”

“向社会普及化学化工知识,尤其要对青年做出正确引导。让他们知道,我们的世界会因为化学工业而更加美丽。” 在金涌看来,在基础教育中以科普形式传递化学前沿知识,是增加化学化工学科吸引力的一个有效途径。“我们当然也可以到中学做讲座、办夏令营,但毕竟受众面小。如果把几万张科普光盘、几万本科普参考书配备给中学,给新入学的相关专业大学新生播放科普片,效果会大不一样。”

在青少年中加强化工知识科普教育的念头就像一粒种子,在金涌院士心中迅速萌发。

43位院士倡议,6年努力,是让青年了解化学化工

2009年,经金涌院士发起,中科院、工程院43位院士联名发表了《振兴化学与化学工程教育,从中学生抓起》的倡议书,号召通过化学化工的科普教育,让更多青年学生了解化学化工专业的前沿进展。2010年,“‘高中化学与工程’教育与我国社会经济发展优化衔接研究”项目由中国工程院批准立项。2012年,该项目分别被列为中国工程院和中国科学技术协会的重点资助项目。

由金涌院士总策划,清华大学化工系教师组成项目实施团队,多位院士、几十位在高校及研究机构从事教学科研的专家,热忱参与短片制作及配套科普书的编写。期间,院士及专家们在几乎没有任何可现成利用资料的情况下,从零开始、反复摸索,召开研讨、修改会议上百次,反复打磨修改各方面的细节问题。

碳元素的一种单质富勒烯 ,又名足球烯。

物有甘苦,尝之者识;道有夷险,履之者知。“科技工作者除了做研究,也有义务为社会服务。再伟大的科学家也有进行科普宣传的责任。”金涌说,“相较于做研究写论文,科普工作并不是件容易上手的事情。尤其考虑到受众是对专业知之不多的中学生,视频选择哪些主题,以什么形式表现,都需要一步步摸索。”

选题曾是团队面临的首要问题。大家“理所应当”地认为,应该从化学发展史讲起,使中学生对化学和化学工业有整体而全面的认知。于是,团队老师拿着脚本,在一次化学夏令营上讲给学生们听,但同学们普遍反应过于简单。“他们很熟悉互联网,基本的知识点可以很快查到。讲到‘合成氨工业的诞生被誉为近代化学工业的开端’时,学生说‘都什么时候了,还在讲这个?’差点让院士们下不了台。”金涌不无感慨地说。

经过多方调研、多次讨论,编写团队确立了以当今世界前沿的化学化工科技成果为首选,希望能让青年学生了解化学化工学科的内涵和深度。选题确定后,各位专家在研究工作之余、立即着手亲自撰写脚本。如果内容不够通俗易懂,就反复修改打磨。拍摄时要实现对抽象概念的可视化,难度很高。科学家和艺术家反复讨论,通过制作动画、演员表演等多种形式,将抽象概念形象生动地展示出来。

M13噬菌体的微观结构。

经过6年的不断努力,2016年5月,视频短片及配套科普书终于由清华大学出版社付梓出版。“我们做这件事是无偿的,就是抱着让青年了解化学化工的一颗心。能对我们国家化学化工事业做点自己的贡献,足矣。”金涌院士如是说。

不为传授知识,只为启迪兴趣

微化工系统、新型大规模储电技术、不同形态的碳元素相互转化、新一代梦幻显示器OLED…… 在10部短片中,没有通常媒体映像里排着废水、冒着黑烟的化工厂。化学化工技术作为当代先进技术的代表,在方方面面造福人类的生产生活。10分钟的视频,要能一下讲清楚深奥的前沿课题很难。金涌院士说,好奇心是推动人学习和探究的原动力。片子的重点并不在于传授知识,而是通过“抛砖引玉”,引起大家对化学和化学工程的兴趣。“学生看了这些片子,如果觉得有趣,发出‘哦,原来原来化学能做这么多神奇的事情’的感慨,产生进一步了解和研究的欲望,我们拍摄的初衷就实现了。”

空气燃料电池示意图。

在项目团队看来,科普教育的目的,就在于启迪和引导青年人对化学化工的兴趣。“高中阶段化学学科所占学时并不多,关注前沿科学的选修课更是寥寥,这种情况直接影响了的化学化工人才的培养和输送。目前,虽然在学术研究方面,我国论文数量已经是第一位,但质量还有待提高。产业化方面,与发达国家有着较大差距,许多高科技核心技术有待于突破。所以,我们需要具有工匠精神的专业化学工程师,前赴后继地进行探索。”

令人欣慰的是,科普视频推出后,受到青年学生的热烈欢迎。项目组在清华大学化工系等多所高校及多所中学进行了试映,学生们普遍反映很有启发,提高了对21世纪化学化工的认识。在2015年清华大学的中学生化工学科夏令营中,项目团队为来自全国100多所中学的优秀高中生进行了试映。在随后的满意度调查中,选择“非常满意”的占48.6%,满意的占50%。

金涌院士在现场发言。记者 张 宇 摄

“本月发行后,我们将在全国面向高中和高校无偿发行2万套。希望这些片子能播放5年甚至10年,如果一年有一批学生观看学习,那么5年、10年就会翻倍,这将产生多么深远的影响啊!”

“从毕业算起,我已经在化学化工领域工作了57年。希望有更多热爱化工事业的青年学子,积极投身化学化工事业,为美丽化学和美丽化工贡献力量。”如今,耄耋之年的金涌院士还在忙碌奔波,计划再选10个话题进行拍摄。他正憧憬着未来,继续和科学界的同仁们一起,奋战在化学化工科普教育的第一线。

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