虎嗅注：本文作者是香港科技大学电子与计算机工程学系教授、大疆创新科技有限公司董事长、松山湖机器人产业基地创始人兼董事长李泽湘教授。对于很多人来说，其更为知名的是他是大疆创始人汪滔的导师。今年7月2日，师徒二人一起荣获了2019IEEE机器人与自动化大奖（IEEE Robotics and Automation Award）。
美国硅谷过去 60 年的产业发展为我们提供了很好的借鉴经验。一个包括大学（Stanford，Berkeley，San Jose State 等），风投资本和创业文化的不断完善和迭代进步的创新生态体系使得硅谷能抓住新的技术突破，占领一个又一个产业制高点（从电子仪器到芯片、计算机、互联网、移动互联网、生物科技等等）。硅谷的大学尤其是 Stanford 和 Berkeley 与时俱进，为硅谷的科创产业源源不断地提供核心技术、工程师和创业者。由这两所大学师生创办的科技公司有如群星闪烁，在世界科技产业史上留下段段佳话。
而以七所大学为核心的以色列科技创新体系在自然资源匮乏，缺少本土市场且四面受敌的情况下创造了一个又一个奇迹。以色列拥有美国本土之外纳斯达克最大的上市群体，超过欧盟总和。包括 Intel 和 Google 在内的世界科技巨头纷纷把最重要的研发中心设立在以色列，其根本的考虑是以色列大学优秀的大学毕业生和工程师资源。
工业革命时代大学里的工科教育主要以培养机器操作工为主。比如 1902 年从物理系分出来的 MIT 电机系直到 1930 年依然如此，西点军校也主要以培养武器（另类机器）操作工为主。
图2 爱迪生发明实验室及西点军校早期武器操作手培养
2. 科学时代的工程教育
MIT 的物理学家 K. Compton 教授于 1930 年担任 MIT 校长。在他的推动下，物理学和科学领域的研究文化被推广到 MIT 的工科院系。1932 年，MIT 著名的电机工程师、企业家和科技领导者 Vanevar Bush 教授担任 MIT 工学院院长和副校长。在与 MIT 数学系著名教授、控制论发明者 N. Wiener 合作研制模拟计算机的过程中，他认识到科学训练对工程学生的重要性。
他认为，“工程研究不能超出支撑它的数学基础范畴”（Engineering can proceed no faster than mathematical analysis on which it is based）。在他的呼吁下，罗斯福总统于 1940 年成立了美国国防科技研究委员会（NDRC）并任命 Bush 为首任主任。 NDRC的主要职责是协调民间科技力量为即将到来的战争做武器技术研究，其著名项目包括曼哈顿原子弹工程和在 MIT 设立的雷达研究实验室 （MIT Radiation Lab）等。这些研究项目的特点是利用科学原理来研制之前没有的新技术和新产品（进入了无人区，以往的经验没有太大的借鉴作用）。在这个过程中，项目的组织者，包括 Bush 和他的几个著名弟子，如伺服技术发明者 H. Hazen 教授及信息论创始人 C. Shannon 和被誉为“硅谷之父”的 Stanford 工学院院长 Terman 等都成长为在工程领域非常有建树的科学家。
图 3 MIT 工程教育 的 Karl Compton (校长 1930-1948)和 V . Bush 教授
Bush 的另一位弟子、数控机床的发明者，MIT 伺服机构实验室(Servomechanism Lab, AILab 和 Lincon Lab 前身)的创始人 G. Brown 教授注意到哈佛大学物理和数学毕业的学生远比 MIT 工科毕业的学生突出。虽然哈佛学生没有工程训练，开始时动手能力差些，但经过一段时间的工作后迅速成长起来，利用他们扎实的理论基础脱颖而出。1950 年，由 G. Brown 教授主导的一个工程教育改革委员会经过大量的调研后给学校提出了一个被后来称为 Brown Report 的报告。报告认为之前的培养机器操作工的工程教育模式虽然在动手能力培养方面有其可取之处，但不能培养真正的科技创新工程师。该报告对未来的工程教育改革提出了两点重要的建议：
1. 科学主导工程(Science dominates engineering. The modern engineers should be educated as a scientist)，强调教学中数学和科学的地位
2. 实验与课堂教学紧密结合(Laboratory instruction will coordinate closely with classroom instruction as an integral part of the subject)
图 4 G. Brown 教授
与此同时，美国工程教育助进学会 (SPEE， Society For Promotion of Engineering Education) 也发表了份报告，强调人文和社会科学 (Humanity and Social Sciences, HSS)在工程教育中的重要性。1952 年 G. Brown 担任 MIT 电机系系主任， 1959 年担任工学院院长。在他的推动下，新的工科课程体系在 MIT 电机系、工学院以及美国其他主流大学逐步施展开来。
表 1 以电机系为例展示了科学主导工程教育改革后新的课程体系。先从数学/物理/化学课程开始，再到专业基础课程和专业课程（部分专业基础或专业课程会配有相应的实验环节以加深学生对理论的理解）。最后年有门毕业设计课程（英文叫 Capstone Project ）让学生把之前所有学到的知识整合起来。人文与社会科学课程不少于 8 门。这个课程体系的最大挑战是学生要有耐心按班就序的学好学完前面的科学、专业基础和专业课程知识，最后通过毕业设计来实现集大成的功能。就好比学少林武功，一步步把挑水、劈柴、站桩等基本功练好，最后才能学武功招式。毅力之外，学生还需具备对这个课程体系的信心。当然，这对于从战场回来的二战老兵或者经历过文革后的大学生们这都不成问题。这套扎实的课程体系为当时的美国企业和大学培养了批批优秀的工程师和研究人员，同时支撑了美国工程教育和美国科技产业 50-90 年代的高速持续发展（IBM，Bell Lab, Silicon Valley, Boston 128 等），在此基础上，Berkeley 微电子 program 的建立，更催生了美国芯片产业 50 年的长盛不衰。
上世纪九十年代为应对互联网技术的快速发展、MIT 建筑学院设立了一个以研究生教育为主的交叉学科（他们称作为反学科，anti-disciplinary）实验室。其目的是用设计思维去发现和定义问题，然后通过融合艺术、科学与工程去找到解决问题的新方法[4]。学生来自理、工、艺术和文科等多种背景。有共同兴趣的学生组成项目组，围绕某个问题开展跨学科研究，以研制出款能演示的原型机为最终目的。Media Lab 的企业合作伙伴不止为实验室提供项目费用，也负责把实验室技术产业化。实验室的口号是 Design & Demo。
图5 两组MediaLab的学生项目
2011 年，MIT Media Lab 迎来了它第二任主任 Joi Ito. 日裔，两次大学都未能毕业，却成为世界著名的 Media Lab 实验室主任，这在学界引起了不小的震动。但 Ito 对教育的观点通过几次 TED 演讲迅速被社会所理解和认同。2014 年， Ito 访问了被誉为世界制造之都的深圳，参观了富士康和大疆创新等公司，回去后即把 MIT Media Lab 的口号从 Design & Demo (Demo or Die) 改成了 Design & Deploy (Deploy or Die)。他认为，Media Lab 在过去 30 年虽然取得了不少原创性的研究成果，但透过第三方（企业）去将其产业化的效果并不佳。好比自己生的小孩要让别人抱养样。互联网、硬件、3D 打印等技术的快速进步使得产业化的难度和成本都大大降低。学生完全有可能通过创业自己去将自己的技术产业化。
图6 MediaLab第二任主任JoiIto（伊藤穰一）
2）新加坡设计科技大学（SUTD）
SUTD 是 2012 年由新加坡政府设立的所集设计与创新于研究和工程中的公立大学。MIT 前工学院院长 T. Magnanti 担任第任校长，设有工艺与可持续设计、工程产品开发、工程系统与设计以及信息系统技术与设计四个系。以社会对产品、过程、系统和服务的需求为出发点，融合技术与设计去培养能满足社会需求的产业领导为其定位。
高通公司的主席 Paul Jacobs 博士曾有段很难忘的经历。早期，该公司凭其在移动通信领域的专利垄断和众多的客户如 Nokia 和 Ericsson 等公司的专利费，躺在床上也能数钱。突然，冒出家原来与移动通信毫不相关的公司--乔布斯的苹果把高通的客户打得一塌糊涂。Jacobs 博士在美国知名的加州大学伯克利分校读完本科、研究生和博士。苹果事件后，Jacobs 博士深刻反省了大学教育，认为在“全球化的创新经济时代、以前那种只满足于教给学生单科知识的模式已经不行了。学生需要学会如何在跨学科团队工作、如何快速迭代从设计到制造的全过程、如何融合艺术与工程、如何理解全球市场不同的需求”。为改变伯克利分校的本科教育，他于 2015 年捐赠设立了 Jacobs 设计创新学院。该学院充分利用企业和伯克利丰富的学科资源，为学生开设了系列提升学生动手能力和系统设计能力的课程。学生的创业氛围也取得了空前的改善和提升。
图11 Jacobs设计创新学院
美国家研究机构 CB insights 利用大数据研究了百多家公司后列出了创业失败的主要因素。居第位的是产品不是市场要的(42%)，也即我们说的伪需求；其次是资源耗尽了(29%)， 第三是没有一个好的团队(23%)：第四是遇上了更强大的竞争对手(19%)；第五是价格和成本因素(16%)，也即我们所说的性价比。这些导致失败的因素教科书里也能找到，关键是如何才能最大可能的减少失败的因素、提升成功的因素。书店里充斥了各种成功企业和成功人物的传记和报道，似乎把这些书读熟了也就找到了成功之路。现实世界是残酷的，行业、公司、团队和时间地点的不样也就意味着每个公司的成功之路是完全不样的。世界上没有“成功学”这门课。硅谷著名的创业家和作者 Eric Ries 写了本很有参考价值的书，叫 The Lean Startup （精益创业），其思路与丰田公司的精益制造 (Lean Production)有相似之处，即以最低的成本最快的速度完成从创意，到样机再到市场的多次迭代。科技创业尤其是硬科技创业没有什么捷径，必需经历从创意到样机再到市场的多次迭代，而每次迭代又包含多个阶段性的样机试制。一个成功的科技产品必须经过千锤百炼才能杀出来。
图12 创业失败的主要因素总结及TheLeanStartup的创业成功原则
图13 成功的产品的迭代过程
在信息技术高度发达的今天，一个科技创业公司成功的关键就在于迭代的速度与成本控制（Jacobs 博士的观察）。如何产生好的创意？如何研制出代又代的样机？如何从市场的反馈去提取下步努力的信息？什么样的人才标准和相应的人才培养方案、包括课程体系，能够让学生成为优秀的科技创业者(entrepreneurs and intrepreneurs)？
3）综合性项目课程：从大学第学年到第二学年（广工校园阶段），学生每个学期都有门机器人项目课程 (I~ IV)， 共 13 学分。机器人项目课程 I （5 学分）从港科大Elec 1100: Introduction to Electro-Robot Design 演变而来。通过本课程学习，学生能掌握电气工程（包括电路、模拟电子技术及数字电子技术、电机控制）的基本知识和基本原理、同时具备用分离元器件设计机器人及其部件的能力。课程结束时，学生需要完成一个具备特定要求功能的寻迹机器人小车。机器人项目课程 II 以再现上年的 Robocon（或者Robomaster）比赛为课题，而机器人项目课程 III 和 IV 以参加当年的 Robocon（或者Robomaster）比赛为主题。第三、四年学生到松山湖机器人产业基地学习。第三年要完成产品设计项目课程 I 和 II（共 21 学分）。
6）《机器人学》课程改革案例介绍：这门课程起源于 20 多年前我在加州大学伯克利分校读博时的段经历。那时的机器人教科书主以 Richard Paul 和 John Craig 的两本教材为主，对串联结构为主的工业机器人的运动学、动力学和控制有比较清晰的数学描述。但从上世纪 90 年代起，机器人研究进入快车道，很多新的问题进入机器人研究者的视野，比如灵巧机器手、并联机器人、移动机器人（大狗、自动驾驶、空间机器人）等。各种不同的数学工具被引入到机器人领域去解释新现象和新对象（有如当今的机器学习）。这给要进入机器人领域的研究生带来极大的困惑。他们必须掌握多种不同的数学方法（很多非常不严谨）才能窥机器人全貌。这对大多数学生来说是几乎不可能的。我与伯克利的导师 Shankar Sastry 和师弟 Richard Murray 决定写本研究生机器人学教科书，利用近代数学的微分流形理论来统不同机器人的建模、分析与控制。
