数据驱动的智能化学合成实验平台：开启化学教育与研究新时代

近期，教育部等九部门印发《关于加快推进教育数字化的意见》，强调将人工智能技术融入教育教学全要素全过程，鼓励建设高校智慧课程和人工智能特色课程，探索人机协同教学新模式。这一政策为化学教育的改革与创新指明了方向。在这样的背景下，数据驱动的智能化学合成实验平台应运而生，为化学教育和研究带来了新的机遇与变革。

大连理工大学化学学院院长陶胜洋对于化学教育、特别是实验研究与课程的智能化有着独到见解，其分享的数据驱动的智能化学合成实验平台，可谓正在开启化学教育与研究的新时代。

当前化学的挑战与机遇

在当今时代，化学教育正面临着诸多严峻挑战。传统的化学教学模式难以满足社会对化学人才的多样化需求。

一方面，化学学科的复杂性和深度性导致人才培养周期过长；另一方面，新兴学科不断涌现，化学学科的吸引力有所下降，优秀学生流失现象严重。

同时，化学专业就业形势严峻，招生人数下滑，传统的科学情怀教育方式已无法有效激发当代青年学生的学习兴趣。

那么，如何打破这些困境，重塑化学教育的活力与吸引力呢？

重塑化学的召唤

美国科学院院士、哈佛大学教授GeorgeM.Whitesides提出，化学在知识和商业层面的高速增长已经结束，整个化学界需要全新的学科结构和研究方法。他强调，化学的使命必须从“分子”拓展到“任何与分子相关的事物”，打破化学与其他学科之间的壁垒，以适应时代的发展需求。在信息时代早已降临的今天，我们的生活被便携、自动、数字、智能等特性所定义。

在世间万物都可以按照人的意愿进行定向设计的时候，我们不得不思考：化学如何设计？化学真的能设计吗？精准化学何时能够实现？

数字时代化学发展的新范式

随着科技的不断进步，我们迎来了Data-IntensiveScientificDiscovery（数据密集型科学发现）第四代研究范式。

在化学领域，这一范式转变标志着化学发展阶段的演进。从有史以来至公元1600年的实验经验阶段，到1600-1950年的经典流体学、经典反应动力学的理论公式阶段，再到1950-2000年的分子动力学模拟、有限元仿真、量子化学计算的计算仿真阶段，直至2000年至今的机器学习分子设计、预测反应过程和分子性质的数据驱动阶段。

化学研究正朝着更加智能化、精准化的方向发展。超级计算机、云计算、大数据分析、数值模拟程序等工具已成为化学研究的重要推动力。利用这些先进技术，无经验的硕士生在3个月内就能完成1700个合成反应，大大提高了研究效率。

智能化自动化学合成平台的崛起

在这样的时代背景下，智能化自动化学合成平台应运而生。

这一平台的出现，为化学合成领域带来了革命性的变革。它使分子与功能材料的制造向着自动、可控的方向发展，实现了从称量、配制到反应、检测的全流程智能化操作。这不仅提高了实验的精度和效率，还有效降低了高危、高毒、高重复疲劳实验的风险。

如今，硬件一流的高通量自动化实验室已建成并投入使用，配备了由机器人化学家运行的无人高通量有机合成平台和数字孪生控制监测系统。该实验室采用了多种先进的高通量自动化合成系统，包括孔板模式、微流控模式、多功能自动化合成系统、管道泵串联模式和机器人串联模式等。通过这些系统，研究人员能够轻松实现高通量合成的智能机器人化学家操作。

结语

数据驱动的智能化学合成实验平台的出现，为化学教育和研究开启了一扇通往新时代的大门。它不仅为解决当前化学教育面临的挑战提供了有效途径，也为化学学科的发展注入了新的活力。

随着这一平台的不断推广和完善，我们有理由相信，化学教育将更加贴合时代需求，化学研究将迈向新的高度，为培养更多优秀的化学人才、推动化学学科的创新发展做出积极贡献。