鼓捣的乐趣

2014-06-20

我从小就对所有关于电气的东西感到好奇，家里四散着我的各种实验项目的烤面包机、收音机、转盘、电池等，幸好我的父母容忍了这一切。日后我从事电气工程工作似乎是命中注定的。

作为一名电气工程专业的大学生，我学习了晶体管在原子水平上的工作原理虽然能够描述少数载流子注入，但却不知道晶体管到底什么样。参加工作之初，让我感到尴尬的是，我竟然不能利用欧姆表确定晶体管的引脚，这激起了我自学应用电子学的愿望。不过，那真是一次非常棒的体验！

思考如何激发未来模拟设计工程师的兴趣时，我必定会回想起小时候鼓捣东西的经历。动手尝试是鼓舞工程专业学生深入学习数学和科学方面的核心分析科目，从而为最终成长为合格的设计工程师打下基础的有效方法。

通过鼓捣和观察获得的设计本能及应用知识是任何其它方式都难以获得的。年前，罗彻斯特理工学院的课程设置中引入了，如今这项改革已经取得令人惊喜的成绩。在该课程以及其它学院计划的影响下，2001至 2010 年间第一学年电气工程专业学生的保留率从以下提高到除此之外，它还带来了一份意外收获：女生由于有机会独自鼓捣而感到更有能耐。

典型的两年制校园数学和科学工程新兵训练营并不能真正激发新人对此领域的兴趣。二年级学生常常抱怨：工程在哪里？当我加入罗彻斯特理工学院 (RIT) 并担任电气工程系主任后，我决心打破这一僵局。对于一年级学生，我们开设了新生实习课，这是一门基于实验室的 1 学分课程。不需要电子方面的任何经验，也不用考试。学生们会熟悉简单的电路，了解一些东西的工作原理，获得经验性知识，从而激发他们去学习正规分析。

我们知道，许多好学生都是在鼓捣东西中长大的，但更多学生上大学时没有什么实际知识技能。但是，一旦将烙铁交到他们手中，他们就像有了魔法一样开始变魔术。在新生实习课中，学生们将小元件焊接到印刷电路板上，以构建收音机或音频振荡器等玩意。我们发现，女生的身手更敏捷，完成焊接作业的速度快于男生。突然间，女生觉得她们属于这一行当。看到她们的信心与日俱增是一件令人欣慰的事。一旦学生对电气工程有了切身体验，他们就更有理由去学习电路、微积分、物理等核心科目。

接下来还有更多的鼓捣。在二年级实习课中，学生们摆弄红外 LED 和光电二极管，探究串行数据接口，构建红外光通信数据链路，通过 IR 光数据链路将两台计算机连接起来。他们会了解如何通过红外光束在两台计算机之间传输他们喜爱的 mp3 曲目，而中断光束就会停止音乐。这无疑是一个值得津津乐道并与家人分享的故事。

两年前，我们开设了一门新的设计课程，旨在帮助学生更好地准备将来的高级毕业设计项目世界各地的每所工程大学都有这一要求。在罗彻斯特理工学院，高级项目通常是由六七名不同工程专业的学生组成的团队完成，他们共同解决一个大型跨专业项目。然而，许多学生临到高级设计项目时，尚未准备好为典型项目需求设计解决方案。部分原因是学分要求，许多高级项目已变得过于偏重过程。因此，这些项目并不总是以工程设计为中心。此外，在较大型的团队中，有些学生会被遗忘在设计过程之外。

这些问题导致我们开设了一门四年级的学分课程个人设计体验，它专注于个人体验式学习，遵从工程设计周期，包括确定技术规格、分析和设计、构建、测试、排除故障、编写文档。学生从高级设计项目中的许多项目常用的多个技术平台中选择一个平台，从而掌握高级设计所需的特定技能技巧。个人设计项目为期周，文档和报告在课程结束时提交。每名学生都要亲自走完整个工程设计周期。

但是，罗彻斯特理工学院以及其他工程院校仍然存在一个巨大障碍。上述每门实验课程都要求学生能够方便地使用设施齐全的电子实验室。我常常想：要是我们能提供一种方式来让学生更自由自在地鼓捣该有多好！我们尝试过在宿舍公共区域中安放一个小型实验室，但发现那样无法维护。哎，并不是每间宿舍都有示波器。然而，目前我正在评估一个大小约为一副扑克牌的小型电子模块，它可能会对我们基于实验室的实践课程产生重大影响。这个名为 Analog Discovery 的模块由 Digilent Inc. 与 ADI 公司共同推出，旨在替代大学实验室里价值 5000 美元的典型仪器组合 —— 示波器、信号发生器和电源，让用户拥有自己的电子工具箱来鼓捣并观察。

借助 Discovery 模块还可以实现在线电子授课，因为每位学生都有自己的实验室。我目前正在开发罗彻斯特理工学院的首门全集成式电子课程，它将完全通过在线方式提供。这是一个面向电子技师、科学家或任何对电子学感兴趣的人士的证书课程的一部分，但它需要一个在线实验室组件。

我的一些同事不无道理地担心这种新型在线授课方式是否有效。然而，现实是世界上大部分有前途的学生仍在等待学习工程设计课程的机会。只让少数特殊人士有机会进入顶级工程院校学习是悲哀的。为什么不让所有有志之士都能受益？这是大势所趋，我选择投身其中。

我同时希望，诸如 Discovery 模块之类的新型设备能够鼓励并帮助更多的女生克服驾驶舱问题（即女生常常依靠男生去操作更复杂的仪表）。个人探索的机会无处不在。该模块非常小(1/2" x 3 1/2" x 2 1/2")，橡胶护套可以承受一定的折腾，价格比一本教科书还低。我还是刚刚开始评估，不过，假设经过优化的最终版本能够充当 10MHz 双通道示波器、双通道信号发生器和双路输出电源，那么 Discovery 模块将能彻底革新学生们的个人电子探索体验。配上笔记本电脑、原型开发板和电子器件套装，您就拥有了我所说的背包实验室。

我常常对我的学生说：你们的设计有可能改变世界。如果你们以成为改变世界的人为目标，你们的大学教育将有助于你们在职业上和社会上取得成功。美国国家工程院曾于 2000 年发布一份报告，评定了二十世纪的 20 项伟大工程成就，电气工程领域涉及到其中的项。这说明，电气工程能够让您先于任何其他人看到未来，因为未来是由您创造的。

富有创新的思想来自个人的聪明头脑。我们需要为个人创造性思维的发展开拓更广阔的空间。个人发现可以实现这一点。Analog Discovery 模块也支持这一点。体验式学习和个人探索将点燃学生突破知识界限的欲望。富有活力的年轻头脑将创造并发现我们只曾梦想过的事物。我不希望世界上的任何人因为没有机会参与而放弃。只要想参与，任何人都可以参与以改变世界。