工程師養成教育的改革是一個持續性的話題,各方也有不同的相關意見;而最重要的是,該如何讓它切合電子設計領域的實際情況?以及它到底還缺少什麼?這是合理的思考,因為教育與學生的體驗必須要順應變化、適時調整,就像設計技術本身也在不斷演進…

最近有一些媒體消息指出,美國各家大專院校的理工科系越來越注重讓學生親自動手做的實踐專案、跨學科的團隊項目等等,不那麼需要坐在課堂上聆聽純理論教學的課程;而《Machine Design》網站的資深編輯Stephen Mraz最近寫了一篇文章,題為「革新工程系所的時候到了(Time to Update Engineering Colleges)」,也是設計相關的主題。

Mraz在文章中指出,學校應該把微分方程式(differential equations)的課程拿掉,因為:「根據幾年前我們針對讀者的一項調查,那是被認為不實用程度最高的課程;」他補充表示,還有狹義相對論(special relativity)以及量子力學(quantum mechanics)等等,也是被認為不實用程度較高的課程。

我對此感到兩難,但較偏向於支持他的說法──在一方面,你確實需要基礎科學,以提供理解工程原理、權衡、限制以及現實的框架,再加上你永遠不知道那些知識在什麼時候會被需要;但在另一方面,問題在於那些基礎理論你會需要多少,而且何時需要?

以微分方程式為例,我認為這是理解微分、積分以及相關架構原理的關鍵,因為它們對很多工程議題至關重要(例如功率是能量的時間導數,能量則是功率的時間積分);但你不需要為了學習解複雜的積分/微分方程式而學習,那些專注於高度專業化科目的工程師們,總是能去上其他的課程或是找別的方法學到更多。

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例如經典波動方程式等偏微分方程式,很容易會讓大多數的理工科系學生感到恐慌,而且理由充分;但它對於某些工程專案的分析至關重要

與熱學相關的科目也是類似的情況,那對於理解熱源、熱阻抗、功耗、溫升等等相關問題絕對非常重要,但我永遠也忘不了可怕的熱物理(Thermal Physics)課程──我被引導去了解有關於原子與分子熱壽命(thermal life)的一切,但對於做為一個以設計為導向工程師需要了解的宏觀熱度與能量一無所知。

所以,你該如何在「恰好足夠」的理解程度之間找到甜蜜點(sweet spot)以及平衡點,而不至於陷入「太少」(如果你推導出太天真或是誤導性的結論,會非常危險)或是「太多」(你知道的遠超出你需要的)?

這會是特別困難的任務,因為今日的設計工程師比起一、二十年前的前輩們,得精通更多的學科,而這些新學科甚至是建立在物理學、化學、材料科學、功率、處理器架構、作業系統、軟體語言…等等種類繁多不及備載的基礎之上。

就算我們極度仰賴各種優異的建模與模擬工具,例如Basic Spice、Ansys、Flotherm與Comsol…等等等等(多到你列不完),能對於什麼是有意義的有所領悟會更好;你需要在電腦分析結果告訴你要用超級大容量的電容才能讓一切運作順暢時,抱持一點懷疑態度。

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模擬軟體能在幫助你預測設計是否可行方面發揮很大作用,但你仍需要能自己掌握狀況
(圖片來源:Comsol)

我不羨慕教育者處於能發現自我的位置,特別是那些尋求能給予學生更多教育、而不是只注重抽象的學術論文發表的教育者;無論他們做什麼都會招致許多批評,學生們也有正當的觀點。對一個想開發物聯網(IoT)節點的學生,要說服他/她需要去學習偏微分方程式是很困難的,即是他們可能需要先進的熱分析。

幸運的是,或許並非大多數、但有許多美國的大專院校已經適應了工程設計的新現實,了解產品上市時程的急迫性以及跨學科設計的重要性;實際情況是,現在的理工科系學生們與學校研究團隊在研究主題、複雜度、執行力、洞察力甚至建檔能力方面都有令人印象深刻的表現,看看一些業界廠商主辦的學生設計大賽的優勝作品,你會有很多的驚喜。

你覺得呢?做為工程師、曾親身經歷過理工科系教育的你,認為哪些課程真的可以拿掉或是盡量減輕?又有哪些是需要添加、調整的?歡迎與我們分享你的看法!

編譯:Judith Cheng

(參考原文: Does Engineering Education Need a New Focus?,by Bill Schweber)