許多理工類（STEM）項目和課程，大部分時間都花在使用Arduino這樣的平臺來“編程”了，而許多真正的設(shè)計挑戰(zhàn)是在物理和接口層面。了解物理層電路的最佳方法當然是構(gòu)建一些電路并使用它們，我發(fā)現(xiàn)一個非常適合的模擬電路，簡單、實用、無風(fēng)險，低于1/2mΩ以下為短路、高于?MΩ為開路。。。

你肯定知道，無論是學(xué)校、家庭、還是公司，都在積極鼓勵從小學(xué)到高中的學(xué)生對理工科（Science、Technology、Engineering、Math，科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)，縮寫為STEM）產(chǎn)生濃厚興趣。在我看來，這是好消息，因為未來理工科領(lǐng)域可能需要更多人才。您永遠無法預(yù)知哪些人會用創(chuàng)新而有遠見的方法來解決許多設(shè)計挑戰(zhàn)。

即使理工科學(xué)生最后沒能成為卓越的創(chuàng)新者，他們?nèi)阅芡瓿稍S多基本的工程任務(wù)，例如將更多的器件擠進越來越小的外殼里，同時功耗更低，這些功夫都需要扎實的基礎(chǔ)工程技術(shù)和技能。

注意：我只提到了STEM而不是STEAM（其中的A表示Art），因為我認為藝術(shù)有自己的位置并且已經(jīng)得到相當多的關(guān)注。

對于“我們需要更多工程師和科學(xué)家”的說法，也許有人會反駁，因為目前確實不缺這樣的人才，技術(shù)從業(yè)者太多反而會導(dǎo)致工資水平下降。這說得沒錯，“工程人才短缺迫在眉睫”的話已經(jīng)喊了幾十年啦。到底缺什么，以及工程師人數(shù)的增減會對工作狀況產(chǎn)生怎樣的影響，暫時還不知道。

因此，我很高興看到人們對理工科的興趣，其中大部分與機器人一類的項目有關(guān)。這是有道理的，因為那些項目激發(fā)人的想象力，保持學(xué)生的興趣，并且會得到一個可展示的結(jié)果。

然而，有一件事讓我煩惱。我看到許多STEM項目和課程，大部分時間都花在使用Arduino這樣一些大家都熟知的平臺來“編程”了。因此，這些學(xué)生關(guān)于理工科的認知僅僅是通過鍵盤得到的，似乎一切只是一堆代碼或應(yīng)用程序，而且似乎所有工程問題都可通過編程來解決。

抱歉，事實根本不是這樣。富有經(jīng)驗的工程師都知道，許多真正的設(shè)計挑戰(zhàn)是在物理和接口層面，包括驅(qū)動電流和電壓、拉和灌、瞬態(tài)、損耗、寄生、泄漏、負載特性、噪聲、時序，毛刺等問題，還有很多很多……在大多數(shù)情況下，看似聰明的代碼是解決不了問題的。相反，“粗活重活”都涉及模擬電路功能和元件（有源和無源）。即使一個電路名義上是數(shù)字的，實際上在物理層面，所有系統(tǒng)都是模擬的，當然這只是物理學(xué)的觀點。

了解物理層電路的最佳方法當然是構(gòu)建一些電路并使用它們，同時將處理器/軟件方面的因素減到最小甚至消除它們，至少一開始應(yīng)該這樣。我發(fā)現(xiàn)一個非常適合的小電路，見圖1。該電路很容易在面包板上實現(xiàn)，因為它沒有關(guān)鍵元件，不存在布局或構(gòu)建問題，電壓和電流都沒有任何風(fēng)險，低于1/2mΩ以下為短路、高于?MΩ為開路。構(gòu)建該電路的人可以使用基本的DVM或示波器測量各種電流和電壓，還可以探索改變元件值會產(chǎn)生什么影響。讓人怎能不喜歡？

圖1：這個在音頻/ LED連續(xù)性和泄漏檢測器中采用的模擬電路，簡單、有用又無風(fēng)險，可以讓理工科學(xué)生了解組件及其實際功能。 （來源：QST）

許多STEM項目的學(xué)生在涉足具體項目以后發(fā)現(xiàn)工程和科學(xué)領(lǐng)域不適合他們，這沒關(guān)系。如果沒有別的用處，他們至少會清楚工程師和科學(xué)家們創(chuàng)造出“神奇作品”是多么不容易而贊賞和尊重他們。也許下次當他們看到一個產(chǎn)品時，就會更好地理解其設(shè)計、原型制造、調(diào)試和上市需付出的努力。

同樣重要的是，他們也可能會慢慢接受一種最重要的設(shè)計現(xiàn)實：折衷和約束。因此，當他們發(fā)現(xiàn)一個產(chǎn)品的特征或功能他們并不喜歡，或者一個產(chǎn)品沒有他們喜歡的特征或功能時，就不會粗暴地說，“為什么他們不這樣做，難道有什么問題嗎？“不好意思，增加或改變那個小“東西，的確生影響重大的”連鎖反應(yīng)“。

那么，在STEM項目中，讓學(xué)生們只依賴代碼，或者自己動手制作電路和接口并完成檢測和修改，您認為哪一個更重要？