如何造就未来的工程师——从激光感应线开始

有机会尝试使用实际工程设计工具的学生更有希望将来在工程设计方面有所作为

Digilient公司 Clint Cole

美国教育有一个令人不安的趋势，那就是孩子们不想成为工程师。在即将毕业的高中生中，有兴趣以工程为职业的学生已为数不多。大学电气和计算机工程专业的招生人数不断减少。最令人担忧的是，最近十年来，工程专业的毕业生人数持续下降。

幸运的话，今年美国将有2万名主修工程和计算机科学的大学生毕业。然而，据某些资料来源，就业市场预计会提供80万个工作岗位。我们培养的工程师不足以满足经济发展的需求，甚至不能弥补退休工程师留下的空缺。

如果对工程师的需求比以往更大，那么为什么会出现供给短缺呢？原因也许是如今人们更难以进入该领域，因为工程专业学生需要学习的技术和系统比以前多很多。但是，对于当今年轻的工程师来说，工程专业也更有意思，因为可以借助非常多的模块和计算机辅助设计工具。

现在，年轻的工程师几乎单枪匹马就能组装非常复杂、不容小视的系统。他们在自家的工作台上便能做出一些激动人心的非常棒的产品，几乎无需他人帮助。当然，掌握过去几年开发出来的桌面工具和技术需要时间。不过，如果年轻人喜欢创造和构建一些东西，这将是很好的学习和锻炼的机会，对他们日后成为工程师大有裨益。

那么，如何才能激发学生的更大兴趣呢？我们需要为高中（甚至初中）的学生配备低成本、精心设计的产品和服务，以便导入数字和模拟设计的基本概念。我们需要以一种更有说服力且饶有趣味的方式介绍科技知识、传统工具和设计方法。

一项教育计划要达成什么目标，需要教育家规划远景。但是，十几岁的小孩就能编写真正的代码，达成所愿。假设有一位小朋友想要构建一个激光感应线装置来检测爸爸何时回家，在爸爸走入家门时拍照进行识别，并自动为他接通电源煮咖啡。这其中就涉及到大量模拟电路。帮助学习控制各种电路，正是我们的Analog Discovery产品的宗旨。该套件包括ADI公司器件、电路板、虚拟示波器及其他工具，可以利用它构建基本模拟电路，了解如何在电路中约束电压和电流以解决有意义的问题，如放大音频信号或让电机旋转等。此类实用的器件级模拟问题为教授工程基础知识提供了极佳的途径。很多大学都在使用这款套件并取得了巨大的成果。

学生们进入高中或者大学以后，需要能够在自家桌面上亲自动手开展独具创意的设计。这项任务对我而言并不陌生，而且有过切身体会。1997年我离开企业界后，开始教授入门级数字设计课程。遗憾的是，那时使用的电路板非常简陋，严重限制了大学生的设计能力。在我教授的更高级课程中，情况更糟糕。学生们只能纸上谈兵，无法真正进行试验。

后来，我从一家企业拿到了一块普通的可编程计算机芯片，设计了一个能够用来进行任何编程、包括复杂微处理器的电路板。

利用实际的电路板进行试验，我的工程专业学生积累了经验和信心，离开大学后，能够更有准备地适应工作环境。因此，我创立了Digilent公司来制作并向学校销售这种电路板。我们与业界领先的ADI公司合作，生产一种硬件套件，教师和学生们可利用它来开展自己的设计。我们还开发各种项目和指导实例，以便推动工程方法、工具和技术的学习过程。

让学生从原始材料和工程设计的基本观念开始学起，这才是工程教育的真谛。一旦有了关于创意过程和解决问题方法的某种观念，他们就会发展出规范化的思维方式。他们尝试设计，与之互动，收集数据，并将其反馈到设计过程中。起先是小步前进，掌握一定的知识后，他们就会迈出更大的步子。

这不是“组合式机器人套件”之类的方法。我们讨论的是工业级的先进微处理器和工具。学生们了解这些方法和工具后，可以尽其所愿地勇往直前。这可是真家伙。造就未来工程师的最佳途径是在很早的阶段便激发其兴趣。接触大学数学和物理学之前，学生们可通过动手设计直观地学习知识。

想象一下，若有更多孩子是在鼓捣基本电路和创造各种事物中长大的，工程领域或许就不会发生劳动力短缺的问题了。

作者介绍：

Clint Cole是美国华盛顿州立大学电气工程教授及Digilient公司总裁。Digilient公司总部位于美国华盛顿州普尔曼，目前为70多个国家和地区的2 000多所高等院校提供科技教育设计工具。他曾做过军医，后来在一家工程公司工作，开发便携式除颤器。2000年，他进入学术界并创立Digilent公司。