1. 序言和課程簡介

STEM 是 Science (科學) 、Technology (科技) 、Engineering (工程) 和 Mathematics (數學) 之英文釋寫首字母縮略詞。教育局於2016年起資助中小學推動STEM教育簡而言之,本港學校推動 STEM 教育旨在強化科學、科技及數學教育,以培育

相關範疇的多元人才,提升香港的競爭力。

創意 (creativity) 重思考,要不斷挑戰自己但可不用親身實踐。創新 (innovation) 重技巧,不僅要有創意,也需要實踐技巧去創造未經面世之原型 (prototype)。課程 (1) 和 (2) 就這兩範疇以DSE化學課課程Chem_C_and_A_Guide_updated_Chi_22082018.pdf (edb.gov.hk) 為本設計了一系列創新實驗儀器,並介紹了相關的手工和電子技巧去實踐構想。

課程 (1) 和 (2) 可作為老師和同學 DSE 化學科STEM 教育增潤資料。

STEM 成果是一把兩面刃,既有優㸃,也會有缺點。

上圖是否 「上電」之今生前世?有點誇張,也有點唏噓。數字電子科技 (digital electronic technology) 是半個世紀STEM領域最成功的例子。數字電子科技發展是單向的,即持續不斷以快和多地發展,有如4G網絡制式稱作 LTE, Long Term Evolution 一樣。但人類利用數字電子科技成果卻是多方面的,只限於創意多或少,可以是正面的如提供快速、詳細、複雜、互動等資訊或負面的如作為有違法治、道德倫理等行為之平台。

像19世紀中葉發明之內燃機 (internal combustion engine) 及後衍生之各種發展,不但帶來交通,運輸等各種各樣方便,也引致今天之能源短缺,各類嚴重污染和極端氣候變化。獲得諾貝爾化學獎之齊格勒-納塔催化劑 (Ziegler–Natta catalyst) 令大規模塑料聚合物生產得以膨脹式發展,使生活更現代化。但數年後塑料垃圾產生之嚴重污染問題對地球上所有生物都帶來生存威脅。今後 STEM 之成果應是適量可持續發展的,再令天人合一化。

課程 (1) 實用基礎電子技巧 

課程 (1) 目的是希望讀者認識和初步瞭解模擬 (analogue) 和數字 (digital) 電子電路和電子計算機 (即電腦, electronic computer) 運作之最基本原理,宗旨只作介紹而已。現今電子科技發展極之快速,要與其同步共處,每人都需要有基本電子知識基礎。例如要知現今智能手機運作系統 (OS, operation system) 有 iOS 和 Android 兩大類,其配合軟件如 apps 等並不一定可以互相兼容。消費者有這方面認識才可以精明選擇需要之電子產品。再者,不曉得如何上網也會失去很多資訊。

本課程以簡易實用為出發點,首先建立個人各種手工技巧和安全意識,操作類工藝工具。跟著介紹各種電子零件和應用,配合常用模擬和數字電路 (analogue and digital circuits) 尤其簡釋布林代數 (Boolean algebra) 如何帶動整個數字電子技術發展,證明數學和科技唇齒相依不可分離關係。數字電子技術應用之深度廣泛就是 STEM 空前成功的一個極好例子。課程介紹之電子製作既可引發良好啫好,也可視為打好基礎,再鑽研電子科技專業,發展可見重點電子科技領域如量子計算、航天通訊、AI (人工智能)、無人機、大數據、區塊鏈和物聯網等各方面應用,建立自身事業一技之長。課程 (1) 為課程 (2) 之定量電子儀器設計建立技術基礎。

STEM理念不僅限於目前之創意和創新,也要前瞻基於實踐可能性之未來。筆者在主題 (11) 至 (13) 提及6G和量子計算之開發,全部資料皆來自互聯網。6G應用已有廣泛討論,筆者希望有生之年見到6G 創新媒體:無線全息實時三維影像遠端呈現應用,體驗有視差 (深度) 之三維影像實時呈現眼前。雖然2019 IBM推出世界首台原型量子計算機,但距離實際商用模型還很遠。主題 (9) 描電子邏輯閘之開關機制對電子計算之關鍵性作用。此認識對量子計算運算理念有了起碼之認知。量子計算運算概念當然涉及高深數學、物料科學和電子工藝。