如何造就未來的工程師——從激光感應線開始

有機會嘗試使用實際工程設計工具的學生更有希望將來在工程設計方面有所作為

Digilient公司 Clint Cole

美國教育有一個令人不安的趨勢，那就是孩子們不想成為工程師。在即將畢業(yè)的高中生中，有興趣以工程為職業(yè)的學生已為數(shù)不多。大學電氣和計算機工程專業(yè)的招生人數(shù)不斷減少。最令人擔憂的是，最近十年來，工程專業(yè)的畢業(yè)生人數(shù)持續(xù)下降。

幸運的話，今年美國將有2萬名主修工程和計算機科學的大學生畢業(yè)。然而，據(jù)某些資料來源，就業(yè)市場預計會提供80萬個工作崗位。我們培養(yǎng)的工程師不足以滿足經濟發(fā)展的需求，甚至不能彌補退休工程師留下的空缺。

如果對工程師的需求比以往更大，那么為什么會出現(xiàn)供給短缺呢？原因也許是如今人們更難以進入該領域，因為工程專業(yè)學生需要學習的技術和系統(tǒng)比以前多很多。但是，對于當今年輕的工程師來說，工程專業(yè)也更有意思，因為可以借助非常多的模塊和計算機輔助設計工具。

現(xiàn)在，年輕的工程師幾乎單槍匹馬就能組裝非常復雜、不容小視的系統(tǒng)。他們在自家的工作臺上便能做出一些激動人心的非常棒的產品，幾乎無需他人幫助。當然，掌握過去幾年開發(fā)出來的桌面工具和技術需要時間。不過，如果年輕人喜歡創(chuàng)造和構建一些東西，這將是很好的學習和鍛煉的機會，對他們日后成為工程師大有裨益。

那么，如何才能激發(fā)學生的更大興趣呢？我們需要為高中（甚至初中）的學生配備低成本、精心設計的產品和服務，以便導入數(shù)字和模擬設計的基本概念。我們需要以一種更有說服力且饒有趣味的方式介紹科技知識、傳統(tǒng)工具和設計方法。

一項教育計劃要達成什么目標，需要教育家規(guī)劃遠景。但是，十幾歲的小孩就能編寫真正的代碼，達成所愿。假設有一位小朋友想要構建一個激光感應線裝置來檢測爸爸何時回家，在爸爸走入家門時拍照進行識別，并自動為他接通電源煮咖啡。這其中就涉及到大量模擬電路。幫助學習控制各種電路，正是我們的Analog Discovery產品的宗旨。該套件包括ADI公司器件、電路板、虛擬示波器及其他工具，可以利用它構建基本模擬電路，了解如何在電路中約束電壓和電流以解決有意義的問題，如放大音頻信號或讓電機旋轉等。此類實用的器件級模擬問題為教授工程基礎知識提供了極佳的途徑。很多大學都在使用這款套件并取得了巨大的成果。

學生們進入高中或者大學以后，需要能夠在自家桌面上親自動手開展獨具創(chuàng)意的設計。這項任務對我而言并不陌生，而且有過切身體會。1997年我離開企業(yè)界后，開始教授入門級數(shù)字設計課程。遺憾的是，那時使用的電路板非常簡陋，嚴重限制了大學生的設計能力。在我教授的更高級課程中，情況更糟糕。學生們只能紙上談兵，無法真正進行試驗。

后來，我從一家企業(yè)拿到了一塊普通的可編程計算機芯片，設計了一個能夠用來進行任何編程、包括復雜微處理器的電路板。

利用實際的電路板進行試驗，我的工程專業(yè)學生積累了經驗和信心，離開大學后，能夠更有準備地適應工作環(huán)境。因此，我創(chuàng)立了Digilent公司來制作并向學校銷售這種電路板。我們與業(yè)界領先的ADI公司合作，生產一種硬件套件，教師和學生們可利用它來開展自己的設計。我們還開發(fā)各種項目和指導實例，以便推動工程方法、工具和技術的學習過程。

讓學生從原始材料和工程設計的基本觀念開始學起，這才是工程教育的真諦。一旦有了關于創(chuàng)意過程和解決問題方法的某種觀念，他們就會發(fā)展出規(guī)范化的思維方式。他們嘗試設計，與之互動，收集數(shù)據(jù)，并將其反饋到設計過程中。起先是小步前進，掌握一定的知識后，他們就會邁出更大的步子。

這不是“組合式機器人套件”之類的方法。我們討論的是工業(yè)級的先進微處理器和工具。學生們了解這些方法和工具后，可以盡其所愿地勇往直前。這可是真家伙。造就未來工程師的最佳途徑是在很早的階段便激發(fā)其興趣。接觸大學數(shù)學和物理學之前，學生們可通過動手設計直觀地學習知識。

想象一下，若有更多孩子是在鼓搗基本電路和創(chuàng)造各種事物中長大的，工程領域或許就不會發(fā)生勞動力短缺的問題了。

作者介紹：

Clint Cole是美國華盛頓州立大學電氣工程教授及Digilient公司總裁。Digilient公司總部位于美國華盛頓州普爾曼，目前為70多個國家和地區(qū)的2 000多所高等院校提供科技教育設計工具。他曾做過軍醫(yī)，后來在一家工程公司工作，開發(fā)便攜式除顫器。2000年，他進入學術界并創(chuàng)立Digilent公司。