1. 究竟什么是电子工程?
电子工程有太多方面,就像是一个人的诞生,先是有了扣耳鼻喉、再有了手臂腿脚。
我们人身上的骨架和肌肉就等于电子里的硬件,比如电脑的机箱,主板,总线,电源,硬盘...
然而,人类的思考和情感就像是软件。比如我们左脑负责理性、右脑负责感性,说明他们处理事情的方式不同,即便二者相貌极为相似。
我们的大脑还分为上中下。大脑上层管下肢、中层管躯干、下层管头部,就像控制器。储存器除了记忆,还对应着身体各个部位,胆汁在胆里、血液在血管、尿液在膀胱...
我们的面容就是屏幕,时刻输出喜怒哀乐。我们的嘴巴和鼻腔可以同时输入喜欢的食物空气、输出讨厌的脏话和废气。那么,通过在输入输出口连接配件,人的功能会变大。很简单的例子,就是我穿上最新款的超薄跑鞋,就能提速、我用麦克风能让声音传播、用助听器能让听力敏锐。
那么电子工程说到这里就是很神圣的一个产业。就像人类谨慎学习上帝意愿,来通过智慧制造同类。那么电子工程下的产物,和真正的人类有何区别:它们尽可能将所有输入、输出变成数字化。比如放大一张照片,可以看到色块,而每个色块都可以用0和1表达,那么整个照片就是数字的排列组合。这种情况绝不会出现在自然成型的胶卷相机上。除此之外,正因为“万事万物数字化”了,计算机也开始黑白分明,不用考虑情感、不用预测未来,根据现有数据,和内在逻辑,快速达到结果。那么速度就是它的长处。所以繁冗复杂的工作可以放心交付它。
2. 可是电子工程何时真正融入人们的生活的呢?
什么是电子工程?就要从静电说起?就是圣诞节时候,大家为了把气球贴在窗上,在头上蹭来蹭去时产生的看不见的“吸引力”。17世纪之前的人们很难感应到静电。那个年代没有烘干机,也没有毛绒毯,所以用脚在地上蹭、或用干燥的手触摸门把手时产生不了静电的。不过现在,现代的电子工程能够解答这些问题。
15世纪的威廉·吉尔伯特是伊丽莎白女王的御医,也是英国伦敦皇家内科医学院的院长、物理学家,还曾获得过医学博士学位。吉尔伯特可能是世界上第一个电子工程师了。他最初研究化学,然后开始对磁电感兴趣。在1600年,也就是他过世前三年出版了《论磁石》,是物理学史上第一个关于磁学的著作。伽利略称这本书已经伟大到令人嫉妒的地步。
吉尔伯特制造了球状磁石,称其为“小地球”。他在球面上用罗盘针和粉笔画出磁子午线。根据实验中发现的磁力现象,他建立了一个体系:地球是个大磁石,最上面是水、岩石和泥土。他认为地球的磁力就是引力,伸到天上和宇宙合为一体。虽然理论荒谬,但他发明了静电验电器,能告诉谁的身上带有静电。这就引起轰动,因为在此之前,“电”这个概念从未在人们脑海中出现。
在那之后的电子工程直到18世纪都没什么进展。18世纪之后,欧姆定律出现了,法拉利定律出现了。所以说呢,在十八世纪八十年代早期,电子工程算是属于物理下面的学科,没什么专属的研究范畴。
在1882年,那个发明了电灯泡的托马斯爱迪生,给当时哥伦比亚大学校长写信,说要开个电子工程。与此同时,他在曼哈顿开了第一个电站,帮助年轻的工程师学习电力科学,还有如何运用到机器、照明和交通的应用上。
爱迪生还表示,想捐赠一些仪器来做一个“教学博物馆”。即便这个伟大的科学家都表态了,这个想法在哥伦比亚大学还是发酵了十年。因为学校认为,电子工程系将会和物理系,还有矿业学校的工程系混为一谈。所以电子工程应该变成理论,还是应用学科呢?他们还没搞明白。
就在爱迪生发信的同一年,也就是1882,位于德国的达姆施塔特工业大学建立了世界上的第一个电子工程系。这个大学非常厉害,被称
之为优秀工程师的摇篮,出了很多诺贝尔奖得主。还有一些知名企业家,比如金士顿,文具店常常看见的U盘品牌,创始人杜纪川就是这学校的。爱因斯坦也说过,“我认为,你们一定要去达姆施塔特,因为那里有一所杰出的理工学院”。
终于,1889年,哥伦比亚大学决定建立电子工程系,给完成矿业大学四年工程学业的学生提供两年研究生课程。第一届只有两个学生,然而仅有的两名学生也意见不合。他们一个是马达公司老板,支持实践、一个是优秀的塞尔维亚物理学家,支持理论。
自那之后的仅仅三年,也就是1892年,新成立的科系就开始提供四年的本科生项目。十年来,这项目的重要性和受欢迎程度节节攀升。从1901到1904,班级人口从最初的5个,升到30个。也就是六倍的的增速。有趣的事,爱迪生也在1892年创立了今日美国的知名能源产品集团通用电气公司,将电子工程对于世界的的重要性推上一个台阶。
3. 战争的力量
然而,1914年的一战之前,电子工程还主要关注于直流/交流电路,还有一些配电(空旷的地方上的铁架子,家家户户的用电)。那个时候,电子工程领域还没有什么能称之为研究工作,标准的职业规划就是得到一个本科生学位,然后再通过工作获得电子工程的真正知识。
1918年,一战结束后以后,通讯系统还有广播技术就诞生了,这也让工程系有了远程沟通这个门科。
与此同时,越来越多人对于这个领域的教授和研究工作有兴趣,开始争取研究生学位。然而,这依旧只是一小部分人,而且基本上没人想去学博士。比如,在麻省理工大学,这个世界数一数二的理工科大学,直到1925年才有一个电子工程系博士生。它们的电子工程系一半的人都只有一个本科学位。这种情况下,电子工程系里的正式学科都是很肤浅的,但领域开创者们都在做着艰苦卓绝的努力。
世界大战二战后,大量的电子和电器新技术因为战争诞生了。比如雷达、控制系统、导弹,近炸引信。什么是近炸引信呢?就是二战期间,炮弹发射采用两种方式。一种是撞击引爆。就是打中目标就爆炸,不打中就落到地上再爆炸。这样对于高空射击和小体积目标瞄准很困难。第二种是计时或高度引爆,也就是达到相应时间或者高度以后就会爆炸,不管是否击中。这样就算对准目标,计算得过早过晚、过高过低都会导致失败。所以才有了近炸引信,也称之为无线电引信,这样只要瞄准了、接近了目标,就能爆炸,大大增加命中率。
那时候的电子工程学生没有足够的基础知识和研究背景去创造这些产品。所以大多是由科学家,尤其是物理学家创作。后来这些物理学家就变为了工程师。
差不多十年后,这种电子工程学生的可有可无的地位被彻底改变。随着时间,课程被不断翻新,更加强调数学和物理学习。这两者是电子工程的基石。所以,数学和物理好的同学,更有可能在这个科系发光发热。与此同时,研究生课被大力推崇,如果想做老师,这是必经之路。如果想在实验室做研究,那么博士学位必不可少。大量政府资金也被投入到顶级实验室。
到了1969年,一组研究调查发现:82%的高新科技的公司的代表人都同意,那个年代的工程师已经掌握足够科技和基础数学,从而完全顶替曾经的物理学家们。当世界发生大的变动、灾难来临,他们才是引领人类走出困境的领头羊。
到了1970年,晶体管(开关,信号调节的一起),数字电路,也就是集成电路,计算机啊就都出来了,奠定了现代电子工程学的基础。而且这些科系开始和工业社会接轨,在沟通啊,电子啊,现代雷达系统等领域大放光彩。
4. 中国的电子工程留学简史
直到上个世纪八十年代,决定投身电子工程系的中国学生,依旧是凤毛麟角。
当时在数理大师陈景润,杨振宁,李政道等人的宣传下,中国最优秀的高中生都会投身基础专业。如数学,物理,化学,生物等。更何况当时的英文考试雅思、托福等在中国还没有完善机制,自费出国也基本不存在,所以基础专业最方便出国。大量的留学计划应运而生,比如李政道教授亲自引领的CUSPEA计划(即中美联合招收赴美攻读物理学博士计划)、吴瑞教授组织的生物博士计划,还有化学等,这些都刺激着大家学习基础学科。那当时学电子的人想出国,只有两条路: 第一,物理系的同学一起竞争美国博士的名额,机会渺茫,另一个就是直接出国,可是难以实现。
当然,还是有成功案例。比如北大电子工程系的长江学者彭练矛教授是当年北大电子系唯一一个考上物理博士的学生。首先去了世界三大光学中心亚利桑那州进修,随后更是挺进了牛津和剑桥,领跑世界纳米电子学。
另一个就是微软亚洲研究院现任院长张亚勤。他12岁考入中国科技大学少年班。当年收到麻省理工普林斯顿、哥伦比亚等十所名校录取通知书。后选择乔治华盛顿大学,并在23岁就收获了博士学位,31岁成为美国电器和电子工程师协会院士,也是这学会百年来获此殊荣的最年轻科学家。
不过,中国的电子工程发展在九十年代突飞猛进。1991年4月,人们都被人民日报的一则报道震惊:19岁的东南大学电子系学生邹求真被斯坦福大学录取,且得到非常优秀的GRE分数,这在当时没有新东方、没有小红书的年代非常罕见,为千千万万的电子工程系学弟妹们的留学申请送来一束曙光。
1995年后,几个关键技术,比如通信技术和计算机科学和半导体技术的突飞猛进,使得发达国家的制造业、研发岗位急需大量人才,这也彻底打开中国科学人才海外求学的大门。
当然,迅速膨胀的泡沫总有一天会破碎。电子工程的留学井喷期结束后,各种难题扑面而来:美国方面对于电子工程系人才的需求趋于饱和。再加之当时资本主义经济危机的周期性导致美国经济并不繁荣,美国大学教授们经费不足,开始减少招生名额。除此之外,拿到录取书后,签证也并非简单简单的事。最后,中国大学的不断扩招,使得电子工程系学子数量飞速上升,竞争更加激烈,也因此各类条件水涨船高。
5. 我和电子工程的故事
我是一名来自新加坡国立大学的电子工程生。我学校的电子工程系世界排名第六。我的成绩位置呢,差不多算是中等,要是没我,可能这名次还能往前点。此时此刻的我在一家半导体工厂做供应链相关工作,虽和老本行渐行渐远,我却从没觉得当初选错专业。
爱因斯坦说过:“教育就是当一个人把在学校所学全部忘光之后剩下的东西。”,那么我相信在这个科系我所收获得那些忘不掉的东西,大概就是理性、逻辑、对科学的信仰。
在我心中,电子工程有几个优点可供参考。它被称为万金油,能和计算机工程、计算机编程都能挂上钩,以后跨专业读研很方便。除此之外,工程系都非常注重人的逻辑思维力和执行力,而这两种能力是每个社会精英的必备素养。工程系毕业的学生可以在各行各业发光发热...比如,高晓松是清华大学88届的电子工程系学生,知名斜杠青年,身兼数职,样样不错。另外,憨豆先生的扮演者罗温艾金森,也曾是纽卡斯尔电子工程系高材生,后来还在顶尖名校牛津继续攻读。
这门学科的学习状态比较与众不同。我大一、大二期间,常常拎着个工具箱,里面是五颜六色的电线。相比于商学院那些光鲜亮丽、妆容精致的学生们,我们工程系无论男女基本上就是怎么舒服怎么来。再加之新加坡气候热、学校文化衫随便发放,所以工程系内一片裤衩背心的海洋。
即便看着档次低,但是做的事却是很有趣。大一期间,同学就开始组队制作可以躲避光源的小车。现在回想起来非常简单,但是那时是第一次亲眼看到一台机器在我们的努力下有了灵魂,还是非常感动的。其余的项目层出不穷、那么集体合作必不可少,软硬实力一起提高,这点对于学生迈入社会非常有帮助。我个人偏好飞行器项目,因为总是喜欢高处。曾经参加过两个飞行器相关项目。一个是可以载人的、六轴无人机形状的飞行器,后来送到英国,还让威廉王子试飞。另一个是学校和国家地理的合作项目,在三个月之内建立一个飞行器。我当时加入这团队,被选为驾驶员,还被学校派到泰国学习滑翔伞初级课程。每次借着课本知识上天,我就感受到科技的真正力量。
然而,这是一个压力很大的学科。不像市场分析、商业管理,有了经验和学识,就可以通过伶牙俐齿把知识空白补充。但是工科是和实打实的物件打交道,一个器件运作得好好的,结果考试时崩溃了,那么老师不会听你解释:“我真的努力了,苍天有眼啊!”,只会打个差评。这样会给人极大压力。毕竟电子器件并非总是听话,常常莫名其妙故障。再加之对于刚入门、知识量有限的本科生而言,既有的学识很难让他们追本溯源、找出问题所在,大部分实践只能干瞪眼、尽量排除环境干扰。所以,一般做硬件项目时总是担惊受怕,为了难以理解的电器元件故障操碎心。
比如之前做的载人无人机,因为硬件条件有限,所以每次充电要耗费三小时、却只能飞二十分钟。另外,只要有磕磕碰碰,就要花上一整天去修理。如果磕碰多了,这机器可能彻底报废。这有点像很多健身房的年轻人:五分钟热身,两小时照相 -- 我们是运行一小时,修理一整天。
学科的痛苦不止体现在学生身上。二零一七年,有一个广受学生好评的新加坡南洋大学电子工程系的教授,在加油站监控录像中被发现三周行窃七次,总价值约四五百块钱的杂物:比如说黄梨饼 -- 一种新加坡、马来西亚和文莱华人在农历新年时不可缺少的桌上糕点、皮革蜡、车垫、汽车洗涤剂...这些东西零零总总加起来不过四五百人民币,最便宜的是一个一块八的小牙膏。然而,教授的年薪等于一百二十五万左右的人民币呢!经调查才发现,这是教授的抑郁症导致的行窃冲动。当然,这抑郁症不一定是工作所致,但这个教授家庭平安、事业顺利、囊获各大奖项,还难以对生活释怀。由此可见,不说整个学术界,至少在新加坡的这个电子工程学术领域节节攀升不是件轻松事。
不过,不是所有人都爱钻牛角尖。条条大路通罗马。我曾有位殷姓学长,同为辩论队前辈,也是电子工程系友,传言天天在家对镜辩论、四书五经倒背如流,最后成绩跌破谷底,却凭着口才人气节节攀升,最后竟被奇葩说请了去,算是个另辟蹊径的好榜样。
但无论这学科学起来让人痛不欲生,还是逼着人另辟蹊径,都不得不说,这是一门随时能被应用的学科。电子控制系统作为系统控制的核心,控制小到家用电器,大到汽车,飞机的运行,是一切工业制品的核心。我和身边同学时不时就捡实验室废弃材料做个麦克风啊、报警器啊、撒花仪之类的玩具自娱自乐。
说件有意思的事。大学毕业后,我从新加坡回北京探亲,发现奶奶耳朵有些背了,就想着偷偷买个助听器。结果上网一查,指甲盖大小的玩意竟然动辄上万。自己刚毕业,没什么储蓄,想来想去,自己好歹是个电子工程系的学生,怎么着也要学以致用,便开始盘算自己做一个。
助听器嘛,就是帮耳朵听到听不见的东西,和麦克风应该有着差不多的原理。一个麦克风价格不过百元,那么制作助听器的原材料也应不过百。我去北京中关村海淘了一天,终于按照网上下载的电路图买够原料,忙活了一周做出一个简易版助听器,花费共89人民币。
这助听器要装好几节电池,便携程度肯定和市面上上万元的货色比不了。再加之,都是用最基础的材料拼凑成的,用的也是民间电路图,最后声音大大小小难以操纵,差点把我奶奶振聋了,最后只得沦为破烂。但这也让我和家人深刻意识到电子工程专业的实用性、和毁灭性。
所以,总而言之,这是一门血泪并存的学科。这门学科追求真理,偶尔也会抹杀人性,尤其在课业项目截止前,大部分学生需要没日没夜地赶进度,让人痛不欲生。它需要清晰、有条理的思维,不善言辞可能是个强项。拥有强大的数学、物理基础的学生必将成为此系的中流砥柱。然而, 无论就业怎样,学校期间若想有个好分数,也不能单打独斗,毕竟现实生活中的每个大工程都是不同背景的工程师合作达成。若你追求真理、崇拜科技、相信团队且擅长理科,那么电子工程将会给你难忘的大学生活。
谢谢大家收听,我们下期会讲社会学科系,晚安。
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