1. 序言和课程简介

STEM是 Science (科学) 、Technology (科技) 、Engineering (工程) 和 Mathematics (数学) 之英文释写首字母缩略词。教育局于2016年起资助中小学推动STEM教育。简而言之,本港学校推动 STEM 教育旨在强化科学、科技及数学教育,以培育相关范畴的多元人才,提升香港的竞争力。

创意 (creativity) 重思考,要不断挑战自己但可不用亲身实践。创新 (innovation) 重技巧,不仅要有创意,也需要实践技巧去创造未经面世之原型 (prototype)。课程 (1) 和 (2) 就这两范畴以DSE化学课课程Chem_C_and_A_Guide_updated_Chi_22082018.pdf (edb.gov.hk) 为本设计了一系列创新实验仪器,并介绍了相关的手工和电子技巧去实践构想。

课程 (1) 和 (2) 可作为老师和同学们 DSE 化学科 STEM 教育的增润资料。

STEM 成果是一把两面刃,既有优㸃,也会有缺点。

上图是否 「上电」之今生前世?有点夸张,也有点唏嘘。数字电子科技 (digital electronic technology) 是半个世纪STEM领域最成功的例子。数字电子科技发展是单向的,即持续不断以快和多地发展,有如4G网络制式称作 LTE, Long Term Evolution 一样。但人类利用数字电子科技成果却是多方面的,只限于创意多或少,可以是正面的如提供快速、详细、复杂、互动等讯息或负面的如作为有违法治、道德伦理等行为之平台。

19世纪中叶发明之内燃机 (internal combustion engine) 及后衍生之各种发展,不但带来交通,运输等各种各样方便,也引致今天之能源短缺,各类严重污染和极端气候变化。获得诺贝尔化学奖之齐格勒-纳塔催化剂 (Ziegler–Natta catalyst) 令大规模塑料聚合物生产得以膨胀式发展,使生活更现代化。但数十年后塑料垃圾产生之严重污染问题对地球上所有生物都带来生存威胁。今后

STEM 之成果应是适量可持续发展的,再令天人合一化。

课程 (1) 实用基础电子技巧 

课程 (1) 目的是希望读者认识和初步了解模拟 (analogue) 和数字 (digital) 电子电路和电子计算器 (即计算机, electronic computer) 运作之最基本原理,宗旨只作介绍而已。现今电子科技发展极之快速,要与其同步共处,每人都需要有基本电子知识基础。例如要知现今智能手机运作系统 (OS, operation system) iOS Android 两大类,其配合软件如 apps 等并不一定可以互相兼容。消费者有这方面认识才可以精明选择需要之电子产品。再者,不晓得如何上网也会失去很多讯息。

本课程以简易实用为出发点,首先建立个人各种手工技巧和安全意识,操作各类工艺工具。跟着介绍各种电子零件和应用,配合常用模拟和数字电路 (analogue and digital circuits) ,尤其简单闸释布尔代数学 (Boolean algebra) 如何带动整个数字电子技术发展,证明数学和科技唇齿相依不可分离关系。数字电子技术应用之深度和广泛就是 STEM 空前成功的一个极好例子。课程介绍之电子制作既可引发良好啫好,也可视为打好基础,再钻研电子科技专业,发展可见重点电子科技领域如量子计算、航天通讯、AI (人工智能)、无人机、大数据、区块链和物联网等各方面应用,建立自身事业一技之长。课程 (1) 为课程 (2) 之定量电子仪器设计建立技术基础。

STEM理念不仅限于目前之创意和创新,也要前瞻基于实践可能性之未来。笔者在主题 (11) 至 (13) 提及6G和量子计算之开发,全部数据皆来自互联网。6G应用已有广泛讨论,笔者希望有生之年见到6G 创新媒体:无线全息实时三维影像远程呈现应用,体验有视差 (深度) 之三维影像实时呈现眼前。虽然2019 IBM推出世界首台原型量子计算器,但距离实际商用模型还很远。主题 (9) 描电子逻辑闸之开关机制对电子计算之关键性作用。此认识对量子计算运算理念有了起码之认知。量子计算运算概念当然涉及高深数学、物料科学和电子工艺。