2016年12月29日

陳剛:發展綠能 解決全球暖化的迫切問題

作者/林宮玄(本刊副總編輯。)、文詠萱(本刊編輯。)




陳剛教授任職於美國麻省理工學院(Massachusetts Institute of Technology, MIT)機械系,除了在工程上的研究,研究的主題也常牽涉到基礎科學,並發表在物理領域的權威期刊。陳院士的研究團隊主要專注在奈米尺度的能量傳輸、轉換與儲存。奈米(10-9 公尺)已經很接近材料中的原子間距(埃,10-10 公尺),許多應用於大尺度下的物理模型,譬如熱傳輸,在奈米尺度已不適用。目前元件很多已經小到奈米尺度,小尺度下的性質研究很重要,也跟能源課題相關。MIT 在科學與工程領域,是世界上屬一屬二的頂尖大學,而陳剛院士目前為MIT 機械系主任。藉由陳院士來臺參加2016 年中研院院士會議的機會,我們很榮幸訪問到陳剛院士,分享他的研究與MIT 教育理念。



談談麻省理工
科學月刊(以下簡稱科):您目前是麻省理工機械系的系主任,請問你們是否有特別舉辦一些招生活動?你們想找什麼樣的學生?

陳剛(以下簡稱陳):首先,MIT 大學部招生不是以系為主,是整個學校統一來招生。學生入學第一年是不分專業的。第二年學生想到哪個專業,都可以,每個院系不會拒絕想來系上的學生。至於招生,我們當然是想招最好的學生,學校有各種方法來吸引學生,譬如為了增加麻省理工的女生數量,我們每年夏天會舉辦「女性科技計畫(Women Technology Program)」活動,專門遴選全球優秀的高三女學生來參與4 周的活動(機械系選20 個;電機系選40 個)。因為很多高中女孩子可能對工程不是很瞭解,我們可以讓她們瞭解工程是什麼。

科:您提到MIT 第一年不分系,所以MIT 是以學院來招生嗎?有文科的學院嗎?

陳:是以整個學校招生。我們文科的學生不是很多,因為是麻省理工,是吧?主要是讓剛入學的學生,第一年有足夠的時間考慮他們要選的專業。

科:因此生命科學背景的學生,也有機會進入機械系嗎?

陳:我認識一個學生,本來想要學生物的,後來到了我們系。他們有很大的自由度,因為很多時候,他們高中時對哪一個院系具體在做什麼,並不是特別清楚。到了學校,他們有更好的瞭解以後,再做這個決定。MIT 第一年不分科系是傳統。我們的理念是,高中生並不完全知道想學什麼,而且有些學科他們也不是很瞭解。進了學校先瞭解以後,再跟高年級同學談,從各種管道讓他們做更好的決定。

科:臺灣的學制是大學一年級有必修課程,MIT 大學一年級有必修課程嗎?

陳:我們也有必修,但在各個領域中有很多選擇,包括人文、數理、生物這些方面。我們要求廣式(通識)教育。一年級的學生很多是修物理、化學、數學、生物這些方面。但一般在4 年之內,每一學期都有人文的教育。

科:臺灣的大學系所,還是有系的框架,也許MIT 的作法可以提供參考。請問你們系有做高中生推廣教育的工作嗎?

陳:剛才講我們有女性科技計畫,還有其他為中學生辦的活動。除此之外,部分教授自己夏天的時候會帶進高中生做一些實驗。不過我們教授都很忙,學校也有規定年齡問題,具體執行起來不容易。很多實驗,因為安全我們也不能把高中學生帶到實驗室,所以教授要花很大的勁。高中生能跟著做研究,對他們是一個很好的經歷。我經常收到高中生寄來e-mail問我們問題,很多時候我沒時間,就轉寄給我的學生們看他們有沒有興趣回答。有的學生就會說,這個高中生我來回答他一些問題。這種事情我們非常鼓勵,我們做教育的,希望能保持高中生的熱情,幫助他們解答一些問題,我們很樂意做這些事。我們也有高中生到學校,進入實驗室做實驗,甚至發表文章。

科:很多高中或是大學階段的學生,他們可能立志想要成為科學家或工程師。此時您會建議他們如何保持熱忱,往這個方向前進?

陳:這個問題我想是因人而異。我是幾個新生的導師,當中有個學生談到高中時參加很多工程之類的活動, 如FIRST 機器人競賽(FIRST Robotics Competition),這是由許多高中生,甚至國中、小學等學生自己組織學校團隊所參加的競賽。這個活動是從我們系開始,我們系上就有一門課教學生設計機器人,讓學生去參加比賽。FIRST 機器人競賽全球已有20 多萬學生參加比賽,很多我們的學生以前經常參加這個比賽。透過這類活動競賽,可以增加學生對工程、數理的興趣。

麻省理工學院著名的10 號大樓,畢業典禮等重要活動會在此舉行。(John Phelan)
研究工作與人才
科:您一開始做理論,現在也做實驗。發表許多基礎科學研究成果,但您又在機械工程學系任教。請問您對理論與實驗間,科學與工程間的界線,有什麼特別看法?

陳:我一開始的確是理論做的比較多,但實驗也有做一些。我訓練學生也是,讓他們大部分都要做理論也做實驗。我做了教授以後,一開始也是理論方面比較有建樹,但是隨著經驗的增長,覺得也必須做一些實驗。我覺得跨領域是美國一個非常大的優勢,特別是MIT。現在MIT 機械系的研究範圍包羅萬象,我們70 個教授的研究,包括了固體力學、流體力學、設計、製造、精密儀器控制機器人、能源、海洋、生物工程、生物醫學及微奈米技術。我們很強調做一個研究課題時,存在著什麼樣的基礎問題與應用背景。如果把基礎問題弄懂,我們就希望能在應用上有所貢獻。並不是所有的研究能做到應用,但我的信念是,如果基礎搞懂的話,就會留下很多有價值的工作,所以在基礎和應用方面,我們都儘量同時考慮。這一點在美國很普遍,譬如現在機械系有個教授對量子計算機的理論貢獻很大,他風趣的叫自己「量子力學工程師(quantum mechanics engineer)」。我們有做電池、太陽能及光伏(photovotaics)領域的,有做密度泛函理論(density function theory) 的, 連我自己都做這方面。因為現在的研究非常跨領域,如果大家只是侷限在自己以前的框框,很難有突破。我自己研究從基礎的,比如說密度泛函理論作為我們的工具,來做材料的設計,到材料的製造,到最後系統。同時我們也跟很多專家合作,進步也會快一些。 ......【更多內容請閱讀科學月刊第565期】

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