學習現場‧手腦並用完善生活

報導：方俊心
圖：張智玟、受訪者提供

想像一下，有個這樣的垃圾桶——當垃圾存到一定容量，它會自動使用內建太陽能儀器把垃圾壓扁，節省垃圾桶的內部空間，垃圾裝滿後，它還會自動通知清潔人員來處理，節省80%的人力資源以及75%的回收費用。

這不是哆啦A夢的想像世界，千真萬確，這款垃圾桶已在全球47個國家登陸，由美國公司Bigbelly發明和生產。

從古至今，工程師都在幫我們解決生活上的疑難雜症，他們少了對一毫米的斤斤計較，他們忽略一秒鐘的誤差或多花一塊錢，產品也許變得難以負擔，也許會發生威脅生命的意外事故。

地球環境在21世紀越趨嚴苛，很多議題等著我們著手改革，氣候變遷、能源不足、資源短缺、更多的傳染病……

我們對許多行業寄以厚望，當中包括了工程師，希望藉助他們的專業，讓這顆宇宙中的藍色星球得以永續，人類也才有永續的可能。

傳統的工程師訓練是個循序漸進、“手把手”的教學過程。今天的工程師除了完成被託付的工作，能夠研發出造福人類的產品更顯重要。

美國國家工程院（National Academy of Engineering，簡稱NAE）在2008年提出了14項重大挑戰，透過“重大挑戰學者計劃”（Grand Challenge Scholars Program，簡稱GSCP），希望每年能培育至少20位工程界菁英，為全人類福祉而努力。

培育工程是迎戰未來

NAE是美國非營利學術機構，在美國工程界擁有權威地位，他們進行學術研究，也針對政策與工程議題向白宮進諫。在英國，類似的團體是英國皇家工程院（Royal Academy of Engineering），我國則有馬來西亞科學院（Academy of Sciences Malaysia）。

NAE在2008年向白宮提呈報告，報告中提出了14項重大挑戰，透過啟動GSCP，NAE跟大學合作，為世界培養能夠迎接這些挑戰的工程師。

NAE所列出的14項挑戰如下：

⊙促進更好的個人化學習
⊙使太陽能更經濟實惠
⊙加強虛擬實境
⊙掌握大腦相關研究，以研發更好的儀器
⊙促進更好的醫學
⊙促進更好的醫療信息學
⊙修復與改善城市基礎設施
⊙保障網絡空間安全性
⊙使淨水更易取得
⊙核能
⊙防止核災
⊙管理氮循環
⊙開發封存碳的方法
⊙研發科學探勘儀器

目前美國境內已有超過100所大學跟NAE合作，在校內提供GCSP。所有提供GCSP的學校都經過了NAE嚴格審核，確保他們在課綱、設備、講師陣容、教學方法等都符合NAE的要求。

克莉絲汀娜（Christina White）博士是NAE的GCSP與K12夥伴計劃（K12 Partners Program）全球主席與理事。她說，GCSP目標是每年有20位工程菁英順利“畢業”，並且放眼未來十年內培育出一萬個能夠迎接這些挑戰的工程師。

用專業知識過五關

GCSP是在學工程系學生可自由選擇參加的計劃。申請的學生順利通過筆試與口試的篩選後，正式成為GCSP參與者，在就讀期間完成GCSP設下的五關。

這五關分別如下：

一、著手進行實際的項目或研究；
二、學習跨領域知識；
三、培養創業思維；
四、累積國際經驗；
五、服務。

五關的終點，是上文所列的“14項重大挑戰”，意即從一至五，學生在進行時都不能脫離“重大挑戰”的最終目標，必須為這些挑戰服務。

舉個例子，若有學生選擇挑戰“修復與改善城市基礎建設”，那他必須完成五件事情。其一，研發或研究一項能夠改善城市基礎建設的東西，如開頭所說的垃圾桶。其二，學習人口統計學知識，儘管這跟工程系無關，但這對認識一座城市很有用。三，學習企業知識，從自己研發的產品中獲利。四，跟外國學生、老師交流，或到國外進行研究。五，到社區服務。

順利通過這五關，學生就是GCSP的畢業生了。他們可獲得美國總統親筆簽署的個人化函件，函件將點評學生所完成的事情與表現。

Christina認為，GCSP畢業生具有獨特優勢，“他們有機會分享、實際進行計劃、跟其他菁英交流、擁有社區經驗，”這些是別的學生所沒有的。同時在這過程裡，學生獲得導師與其他優秀學者的反饋意見，無形中累積了踏實的專業基礎。

博覽會平臺激發創意

我國泰萊大學是美國境外第一所獲NAE認可，可以提供GCSP的學校。學校工學院代理院長Satesh Narayana Namasivayam博士說，經過連串漫長的審核與來回修正後，泰萊大學終於在去年三月正式受認可，自那時起，學校通過了30位學生參加GCSP的申請，今年11月，將有三位學生正式從GCSP畢業。

他表示，NAE正準備在亞洲大力推動GCSP，據知，新加坡國立大學和香港大學也在申請中。

若說泰萊大學有什麼優勢，Satesh說，他們是國內唯一一個以“項目”為主導（project-based）的工學院。學校一年兩學期，每學期學生都必須“研發”和“製造”一項新產品，每學期學院還會舉辦工程博覽會。

在2014年的一場博覽會裡，學生曾熱情地向記者介紹他們的產品，這些產品五花八門，有機動型的，如跑車、打乒乓的機器人；有創新設計，如一款特別的雨傘，收起時雨水不會把手沾濕；有種植業、醫療相關的，學生改善了製作流程或創造更好的用品等。這些設計不盡然完美，卻使學校呈現出生機勃勃的景象，課程的開放性、學生自主學習可見一斑。

“GCSP跟我們這樣的學習方向很符合，學生是從做中學的。”

傳統工學院以循序漸進的方式指導學生，穩打穩紮為知識奠基；以項目為導向的學生，他們處在一個相對開放的學習環境裡，從自己的興趣出發，在研發和製作過程中，他們必須主動求知，否則產品不能完成，透過手作，他們得以不斷累積與修正自己的知識和經驗。

Christina非常認同這樣的學習方法。“以項目為導向的方式，是為學生將來做領導的準備。他們要定義問題、找出限制、對周遭環境有批判性思考，這些都是領導人的特質。傳統的‘手把手’教學，只能訓練出一般的工程師員工。”