將成果導向的科普推廣納入大學價值鏈

錫昌科教
3天前
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從慈善模式轉向戰略價值的引擎

在 2024 年美國控制會議（ACC）上，我們 QUANSER 工程師與大約 50 位教育工作者交流，認為 STEM 推廣應從高中開始，但普遍面臨難以快速證明成效與尋求贊助的困境。傳統模式常將推廣視為「慈善」，導致活動零散且不可持續。STEM 推廣需要戰略性轉型，從依賴贊助的姿態轉變為推動大學核心流程（招生、品牌、經費、人脈）的價值引擎。將推廣置於一個共生的生態系統中，讓學術利害關係人共同參與，方能建立持續的支持體系。

Quanser 科普推廣框架：成果導向的實作模型

Quanser 認為，成果導向的推廣模型應嵌入大學價值鏈中，旨在增強品牌、提高計畫競爭力、增加大學與研究所招生，並提升留校率。該框架採用層級式且強調動手實作（Hands-on）的設計，學習者透過多層次使用者介面（UI），從引導式實驗進階至開放式專案。由於各階段皆使用相同的儀器平台（如 QCar, QDrone, QBot, Qube, QArm）與開放式架構資源，學習經驗具備可擴展性與可重複性。

實踐證明：GEMS 計畫的卓越成效

美國聖道大學（UIW）的 GEMS 計畫，正是此模式的典範。計畫於 2015 年於自動駕駛車輛系統研究室成立，運用 Quanser 平台引導高中與大學生參與，計畫包含三階段(見圖一)，並且計畫擴大參與範圍，不再侷限最初的西班牙女性團體。

有效的推廣在於持續性的參與，該計畫不僅擴大了參與度，並且貫穿了整個學年，包含課程、導師指導與有薪研究職位，並記錄不同學年學員的參與。此外，透過與社區優先事項相符的定向會議和聚會，參與範圍也擴展到家庭。對 K-12 和大學低年級學生而言，有意義的參與取決於他們能否了解實際應用背後的技術原理；然而，當代工程系統往往難以觸及這些層面。為了彌補這一差距，平台必須易於使用、互動性強且功能齊全，並輔以循序漸進的指導，支持他們從引導式任務逐步過渡到開放式專案。如圖 2 所示，Quanser 平台（QDrone、QCar、QBot、Qube）提供了易於上手且具有挑戰性的環境，並由 Python、Simulink 和平板風格介面支援多層使用者介面和開放架構資源。這種結構使得使用者能夠在低階和高階抽象層面上進行參與，從而滿足不同學習背景的需求。項目記錄表明，幾乎沒有相關經驗的學生可以在大約兩個月內完成 SLAM 等複雜項目，這表明 Quanser 框架和學習資源有效地加快了學生的入門速度。

綜上所述，這些實踐可轉化為五個設計要素，如圖 3 所示：長期參與、模擬真實工作、適當的實驗室平台、包容性和可衡量的結果。

除了平台和基礎設施之外，設計能夠讓學生在合理時間內完成、基於實際應用並最終取得引人入勝的行業級成果的項目也並非易事，需要對平台和基礎設施進行周密的規劃。

本研究探討了 GEMS 和 miniGEMS 專案中如何透過開放式架構平台、分層式學習材料以及高度智慧化的 Quanser 硬體協同工作來應對這項挑戰。專案主管和導師的角色也至關重要；他們的指導、進度安排、安全監督和評估工作使得這些成果成為可能。

表 1 展示了代表性範例。每一行都將一個學習者群體與 Quanser 平台關聯起來，描述項目，並報告時間表和成果，以展示與產業相關的結果。

University of the Incarnate Word之GEMS 和 miniGEMS 專案成果 — ***表 1.*** *University of the Incarnate Word 進行之 GEMS 和 miniGEMS 專案成果*

GEMS 和 miniGEMS 計畫的活動表明，同一套硬體（QCar、QDrone、QBot、Qube、QArm）無需切換生態系統即可適用於從高中到大學各個階段的學生。經驗較少的學生大約一周即可完成首次演示，並在一個學期內取得與行業相關的成果。他們從引導式使用者介面逐步過渡到開放式的研究級工作。每個專案都對應一項行業能力，例如感知和 SLAM、MPC、RL、優化和用於品質控制的視覺，並產生清晰、可審計的成果。