学习现场‧手脑并用完善生活

报导：方俊心
图：张智玟、受访者提供

想像一下，有个这样的垃圾桶——当垃圾存到一定容量，它会自动使用内建太阳能仪器把垃圾压扁，节省垃圾桶的内部空间，垃圾装满后，它还会自动通知清洁人员来处理，节省80%的人力资源以及75%的回收费用。

这不是哆啦A梦的想像世界，千真万确，这款垃圾桶已在全球47个国家登陆，由美国公司Bigbelly发明和生产。

从古至今，工程师都在帮我们解决生活上的疑难杂症，他们少了对一毫米的斤斤计较，他们忽略一秒钟的误差或多花一块钱，产品也许变得难以负担，也许会发生威胁生命的意外事故。

地球环境在21世纪越趋严苛，很多议题等着我们着手改革，气候变迁、能源不足、资源短缺、更多的传染病……

我们对许多行业寄以厚望，当中包括了工程师，希望借助他们的专业，让这颗宇宙中的蓝色星球得以永续，人类也才有永续的可能。

传统的工程师训练是个循序渐进、“手把手”的教学过程。今天的工程师除了完成被托付的工作，能够研发出造福人类的产品更显重要。

美国国家工程院（National Academy of Engineering，简称NAE）在2008年提出了14项重大挑战，透过“重大挑战学者计划”（Grand Challenge Scholars Program，简称GSCP），希望每年能培育至少20位工程界菁英，为全人类福祉而努力。

培育工程是迎战未来

NAE是美国非营利学术机构，在美国工程界拥有权威地位，他们进行学术研究，也针对政策与工程议题向白宫进谏。在英国，类似的团体是英国皇家工程院（Royal Academy of Engineering），我国则有马来西亚科学院（Academy of Sciences Malaysia）。

NAE在2008年向白宫提呈报告，报告中提出了14项重大挑战，透过启动GSCP，NAE跟大学合作，为世界培养能够迎接这些挑战的工程师。

NAE所列出的14项挑战如下：

⊙促进更好的个人化学习
⊙使太阳能更经济实惠
⊙加强虚拟实境
⊙掌握大脑相关研究，以研发更好的仪器
⊙促进更好的医学
⊙促进更好的医疗信息学
⊙修复与改善城市基础设施
⊙保障网络空间安全性
⊙使净水更易取得
⊙核能
⊙防止核灾
⊙管理氮循环
⊙开发封存碳的方法
⊙研发科学探勘仪器

目前美国境内已有超过100所大学跟NAE合作，在校内提供GCSP。所有提供GCSP的学校都经过了NAE严格审核，确保他们在课纲、设备、讲师阵容、教学方法等都符合NAE的要求。

克莉丝汀娜（Christina White）博士是NAE的GCSP与K12伙伴计划（K12 Partners Program）全球主席与理事。她说，GCSP目标是每年有20位工程菁英顺利“毕业”，并且放眼未来十年内培育出一万个能够迎接这些挑战的工程师。

用专业知识过五关

GCSP是在学工程系学生可自由选择参加的计划。申请的学生顺利通过笔试与口试的筛选后，正式成为GCSP参与者，在就读期间完成GCSP设下的五关。

这五关分别如下：

一、着手进行实际的项目或研究；
二、学习跨领域知识；
三、培养创业思维；
四、累积国际经验；
五、服务。

五关的终点，是上文所列的“14项重大挑战”，意即从一至五，学生在进行时都不能脱离“重大挑战”的最终目标，必须为这些挑战服务。

举个例子，若有学生选择挑战“修复与改善城市基础建设”，那他必须完成五件事情。其一，研发或研究一项能够改善城市基础建设的东西，如开头所说的垃圾桶。其二，学习人口统计学知识，尽管这跟工程系无关，但这对认识一座城市很有用。三，学习企业知识，从自己研发的产品中获利。四，跟外国学生、老师交流，或到国外进行研究。五，到社区服务。

顺利通过这五关，学生就是GCSP的毕业生了。他们可获得美国总统亲笔签署的个人化函件，函件将点评学生所完成的事情与表现。

Christina认为，GCSP毕业生具有独特优势，“他们有机会分享、实际进行计划、跟其他菁英交流、拥有社区经验，”这些是别的学生所没有的。同时在这过程里，学生获得导师与其他优秀学者的反馈意见，无形中累积了踏实的专业基础。

博览会平台激发创意

我国泰莱大学是美国境外第一所获NAE认可，可以提供GCSP的学校。学校工学院代理院长Satesh Narayana Namasivayam博士说，经过连串漫长的审核与来回修正后，泰莱大学终于在去年三月正式受认可，自那时起，学校通过了30位学生参加GCSP的申请，今年11月，将有三位学生正式从GCSP毕业。

他表示，NAE正准备在亚洲大力推动GCSP，据知，新加坡国立大学和香港大学也在申请中。

若说泰莱大学有什么优势，Satesh说，他们是国内唯一一个以“项目”为主导（project-based）的工学院。学校一年两学期，每学期学生都必须“研发”和“制造”一项新产品，每学期学院还会举办工程博览会。

在2014年的一场博览会里，学生曾热情地向记者介绍他们的产品，这些产品五花八门，有机动型的，如跑车、打乒乓的机器人；有创新设计，如一款特别的雨伞，收起时雨水不会把手沾湿；有种植业、医疗相关的，学生改善了制作流程或创造更好的用品等。这些设计不尽然完美，却使学校呈现出生机勃勃的景象，课程的开放性、学生自主学习可见一斑。

“GCSP跟我们这样的学习方向很符合，学生是从做中学的。”

传统工学院以循序渐进的方式指导学生，稳打稳扎为知识奠基；以项目为导向的学生，他们处在一个相对开放的学习环境里，从自己的兴趣出发，在研发和制作过程中，他们必须主动求知，否则产品不能完成，透过手作，他们得以不断累积与修正自己的知识和经验。

Christina非常认同这样的学习方法。“以项目为导向的方式，是为学生将来做领导的准备。他们要定义问题、找出限制、对周遭环境有批判性思考，这些都是领导人的特质。传统的‘手把手’教学，只能训练出一般的工程师员工。”