嵌入式系統設計

嵌入式系統整合設計

課程 訪談

童建樺副教授兼系主任 弘光科技大學資訊工程學系

主辦單位：智齡聯盟 指導單位：教育部 承辦單位：臺大智活中心 指導教授：劉佩玲、王秀槐、康仕仲 撰文：林怡廷

嵌入式系統整合設計 1

談到「資訊工程」，想到的是⼀一堆複雜難解的運算符號，還是硬梆梆的 電路板？這四個大字，讓人充滿專業的距離感。過往理工思維常以技術、 理論套用在他人身上，卻鮮少考慮使用者真正的需要。不過，「教育，是 要幫他點起火苗」，只要改變方法，便能讓⼀一群關在房裡寫程式的學生們 觀察、發現需求：長者會因為尿袋外掛而不想外出、長期臥病在床容易產 生褥瘡。從注入人文素養與社會關懷開始，由使用者需求出發，便能讓資 訊工程走出課本和教室，成為平易近人的知識技能，提升其價值。

嵌入式系統整合設計 2

個人經驗，開啟跨領域的契機

轉換理工思維，改由需求出發

臺灣資工系何其多，而弘光科技大 學資工系的亮點究竟在哪？身為系 主任，我總是思索這個問題。終 於，有了答案。過去，弘光為護理 專科學校，深耕護理領域，因此， 希望能善用優勢，將資訊工程與護 理領域結合，擴大兩種可能。

其中⼀一次的對話令我印象深刻。如 果要減少長者跌倒造成的傷害，你 會怎麼做？⼀一般技術人員的直覺反 應是，在他們身上裝感應器，跌倒 後感應器便會發出求救訊號，這樣 就好啦！可是，「如果你是長者， 會希望身上配戴各種機械儀器 嗎？」老人福利與事業學系的老師 從對方觀點，帶來新的啟發，而這 句話重重地打了我⼀一拳。原來，理 工科系的我們，常常用個人想法、 技術套用在他人身上，卻從沒考慮 過對方感受。

當時，我逢人就問，臨床上需不需 要資訊工程提供協助？卻久久得不 着回應。探其究竟，原來是「資訊 工程」這四個字，讓人充滿距離 感。後來，我便改變策略，找資工 系、護理系、老人福利與事業系的 老師們「聊天」。在沒有壓力的氣 氛下，老師們完整描述臨床上遇到 的困難，而資工系的老師就可介 入，紛紛提出解決方案。在需求與 技術的交流、對話間，產生許多可 行的點子。

因此，我們便改變想法，從人最平 常的習慣發想。只要跌倒，通常會 喊救命，就從這麼⼀一個生活小細節 開始，了解需求、設定場域，這樣 規格就出來了，接著再想有哪些技 術、又該怎麼應用。其實，只要從

嵌入式系統整合設計 3

實際的需求出發，產品設計便能更 貼近使用者、更有價值。 漸漸地，許多校內老師知道我正從 事跨領域合作，常主動找我討論新 的跨領域點子。⼀一次偶然機會下， 便受邀參訪弘光科技大學附屬老人 醫院。在觀察、體驗和提問的過程 中，點子⼀一個個浮現，再次驗證了 ⼀一 大 事 實 ： 只 要 轉 換 傳 統 理 工 思 維，改由需求出發，便會極具價 值。對資工系的學生而言，這是很 棒的訓練；因此，在「智齡聯盟」 的支持下，改變「嵌入式系統整合 設計」的課程設計。

資工結合護理，新課程設計讓 １＋１大於２ 學生初步入社會，大多像小螺絲 釘，站在第⼀一線，負責部分任務。 小螺絲釘固然重要，可是總希望他

們能成長，作為上層管理者。此 時，便必須顧及整體層面，而這就 是系統整合的概念。因此，「嵌入 式系統整合設計」是希望讓大四學 生整合過去三年的知識、技能，同 時提升學習高度。 舉例來說，如果要做出⼀一個MP3， 需要許多步驟。從怎麼整合電路、 撰寫韌體等，都是關鍵，可是這些 知識技能分別屬於不同課程安排， 便希望透過這堂課引導他們把這些 步驟接合。 然而過去幾年，這堂課的課程設計 是和學生分享產學合作經驗。老師 站在台上說，學生坐在台下聽，較 為枯燥。這學期，我改變方法，讓 生硬的理工課程融合人文素養、讓 資訊工程應用於老人護理領域中， 期望發揮⼀一加⼀一大於二的效果。

嵌入式系統整合設計 4

從關起門來寫程式，到走 出課本、走出教室 學生進行傳統專題製作時， 總會面臨⼀一大問題：成品完 成了，但是它卻⼀一點也不人 性。電腦螢幕畫面明明那麼 大，字體卻像顆小芝麻，怎 麼叫老人家使用？手錶的提 示功能以文字顯示，沒有考 量到長者不識字或是老花問 題。對學生而言，這些只是 生活小細節，可是對長者來 說，卻是大困擾。 因此，第⼀一階段課程從觀察 與體驗開始，讓學生們貼近長 者們的生活。學期初，便安排老化 體驗。活動時，學生們鬧著玩，請 彼此念出股票機上的數字。這才知 道長者在視力退化後，原本輕而易 舉的事竟然會變得如此困難。從親 身體驗，到深刻記憶，這樣的同理 心對接下來的產品設計有很大的幫 助。 接著，則是讓學生走出教室，參訪 老人照護醫院，從實際的生活經驗 中尋找需求，進而能設計出產品。 原先，只安排⼀一次參訪行程，可是 發現這還不夠。因為學生初次進入 新場域，多是走馬看花，沒有深入 觀察、體會需求。因此，在分組構

思設計方案後，結合服務學習，再 次前往老人照護醫院。服務中心主 任張簡琳玲，同時也是這門課的協 同主持人認為，專業服務學習具有 正面意義。學生不僅能當個小幫手 從旁協助，還能從中思考：究竟可 以把專業可以應用在哪？ 學生張子敬便表示，想法在過程中 會慢慢改變，態度也更加積極，不 僅懂得從蛛絲馬跡中尋找需求機 會，就連護士抄病例、病人上下床 等細微動作都會仔細觀察，還會訪 問相關人員，徵詢意見。從需求出 發，再改良設計，漸漸地，設計方 案變得更明確、更符合使用者。

嵌入式系統整合設計 5

由實際範例引導整體設計方案 資工系學生擅長寫程式，卻不知道 前、後端的產製過程，像是：產品 需求是什麼、怎麼讓產品上市、成 本如何評估。這時便需要具體的畫 筆描繪出前端與後端的輪廓。因 此，第二階段的課程設計為個案教 學。以研發成功的產品－「尿溼偵 測」作為範例，從需求分析、成本 分析與評估、系統設計改良，到開 發流程推演，讓抽象觀念具體化， 引導學生⼀一步⼀一步完成設計方案。 其實，運用個案教學的最主要原 因，牽涉到學生們自高職以來的思 維訓練模式，是以「做中學」為核 心。對技職體系的學生而言，實際 案例與實作課程就像催化劑，能在 短時間內理解課本上所描述的知識 基礎，並促使他們思考可能的應用 範圍，這跟⼀一般大學注重理論教育 較為不同。我想，在人才培育的過 程中，技職體系與高校體系的差 異，能為「智齡聯盟」提供不同想 法。

培養發現問題、回答問題的能 力 臺灣學生的學習態度較為被動。常 常，老師在台上講得口沫橫飛，請 同學提問時，台下總是⼀一片靜默。 因此，第三階段的課程目標，是讓 學生成為課堂主角，而老師則是課 堂配角。 每兩週，我會從第二階段的個案教 學中，指定⼀一個主題，如：需求分 析、成本分析等，請各組學生應用 方法，評估他們的設計方案，並上 台報告。不僅如此，還設計了⼀一項 課程巧思，請其他組學生在每組報 告後，準備問題提問，而報告組別 則依序回答，藉此培養學生們問問 題、回答問題的能力。 此時，老師成為配角，從旁補充， 或是鼓勵，增強提問者與回答者的 自 信 ， 並 願 意 走 下 ⼀一 步 。 除 此 之 外，還為學生們建立觀念：他人提 問，並不是要找麻煩，而是要幫助 你解決問題。未來，若要在公司推 出新產品，不僅要說服老闆，還要 能回答不同部門對產品的疑慮。因 此，從課堂練習開始，學會發現問 題、對難題進行回覆。

嵌入式系統整合設計 6

使用者與經營者回饋，指引產 品改良方向 課程的另⼀一個新嘗試，是讓學生們 在產品場域－老人醫院，對照護者 與經營者提出產品構想。原本忙於 公事，打算輪流出席的醫護人員 們，大多從頭到尾、聚精會神地聆 聽，並給予回饋。第⼀一線人員的正 向鼓勵為學生們注入⼀一股自信，還 從專業角度為產品提供改善方案。 舉例來說，⼀一組學生為了減少長者 跌倒所造成的傷害，設計出膝關節 與肘關節護墊。現場護理人員補充 說明，長者跌倒時最易受傷、而影 響最大的部分是在腰部的髖關節。 因此，學生在期末成果報告時，增 設髖關節護墊，提升產品的實用性 與安全性。

除了照護者的意見外，副院長親臨 現場，從經營者的角度講評各個設 計方案，這更為課程增添意義與價 值。經營者總希望在同樣的價格 下，能同時擁有更多功能、增加產 品的價值；生產者則希望能降低成 本，兩者間有所衝突。因此，如何 在價格與價值間取得平衡，成為產 品設計的重要關鍵。 短短的三、四個小時內，學生們練 習以「非工程、非技術性」口吻， 描述使用者情境與訴求，讓人能清 楚掌握產品設計概念；而學生們還 從使用者、經營者端得到不同角度 的回饋與建議。在這樣的雙向互動 下，為產品改良指引了⼀一條新方 向，這是過去課程所缺乏的部份。

嵌入式系統整合設計 7

學生迸發令人驚豔的點子 課前、課後的最大差異，在於點子 來自學生。過去，進行專題製作 時，學生在迸發點子上較為被動， 而能商品化的構思多來自於老師。 現在，我們發現，只要以循序漸進 的方式從旁引導、鼓勵，學生多能 產生令人驚艷的想法。在最後的成 品發表會上，各組採納先前建議， 展現改良後的產品構想，部分組別 甚至製作出實體產品，如：尿袋偵 測電路板、老人行走輔助器等。各 組報告時，還要求輔以影片呈現。 這是我從「智齡聯盟」中得到的概 念，面對微時代的來臨，學生必須 學習在短時間內以戲劇張力點出具 體需求與產品設計要點，抓入他人 注意。 ⼀一組學生觀察到長者會因為尿袋外 掛而不想外出；照護者則必須⼀一次 次查看尿袋是否需要更換，不僅增 加工作負擔，還打擾長者。因此， 從人性尊嚴的角度，設計「尿袋偵 測盒」。原先的設計概念是，尿袋 放置盒內，只要碰到盒內的按鍵， 便會傳送訊息告知照護者更換；可 是此設計有所瑕疵，走路、搖晃都 可能誤觸按鍵。學生們就此改良演 算方式，以持續感應⼀一段時間以 上，才會通報。

⼀一組同學則觀察到長期臥床者，易 產生褥瘡、造成感染，或甚至會使 血液循環不良；翻身則能減少上述 問題的發生。因此，設計「翻身守 門員」，提醒照護者定期協助翻 身，並設計記錄表。這是細微、卻 有價值的觀察與設計，接下來則可 以考量溫度、季節對人體造成的影 響，進而推出個人化設定。 在聽取建議、不斷調整的過程中， 逐步完成產品設計。學生張子敬表 示，這門課不僅要整合資工系所 學，還要查詢護理、老人領域的資 料。這並非翻翻課本便能找到解 答，而是必須動腦，從需求面想。 這樣的學習過程雖然辛苦，可是得 到意想不到的收穫。對教育者而 言，學生們的成長，則是種鼓勵。

嵌入式系統整合設計 8

產品開發，需環境與資源的配 合 這門課程，在學生們的報告聲中劃 下尾聲。不過，若能結合開發廠商 對學生產品設計的建議，或經驗分 享，將更加充實。目前臺灣的老人 照護產品多從國外進口，較難找到 此行業中的典範。雖然部分學校在 相關政策或計畫下會進行研發、設 計，但是顯得較為零星，也沒有建 立整體開發流程，如：臨床測試、 技術轉移等。我便有著切身經驗， 當初「無線尿溼偵測器」，如果沒 有護理系老師協助，根本難以進行 臨床測試。在臺灣的現存環境下， 就算設計出相關產品，也難以商品 化。步入高齡化社會之際，開發老 人照護產品成為機會點，不過，這 的確是⼀一條漫漫長路，還需要更多 資源、更多制度上的配合。

教育，是要幫他點起火苗 教育並非⼀一蹴可及，若僅以⼀一學期 課程，要讓學生有大改變，真的不 容易。不過，教育是幫他點起火 苗，而非將水桶填滿。因此，在學 期初，便跟學生說，「不要再管規 格了，重點是需求！」我必須讓他 們知道：工程，不能只是置入個人 想法，而是得回歸到使用者需求。 不僅如此，還要讓他們學習跟不同 領域的人溝通，從工程師、護士到 長者病患，試著了解對方所言、或 將自己的概念傳達，這是傳統工程 教育較難做到的事。若能把這些概 念深深印在腦海裡，甚至化身為日 後的做事習慣，為目標對象創造出 更好的使用者經驗，那麼便是身為 老師的最大價值。

智齡聯盟 教育部智慧生活人才培育計畫 計畫主持人 劉佩玲 特聘教授 （國立臺灣大學應用力學所） 共同主持人 王秀槐 教授 （國立臺灣大學師資培育中心） 康仕仲 副教授 （國立臺灣大學土木系） 專案助理 葉湘如、彭靖文、陳淑英 聯絡電話：(02)3366-­‐3366#55201 ．電子信箱：silverstaff@caece.net ．郵寄地址：北市中正區羅斯福路4段1號 (臺大土木研究大樓電輔組610室) ．聯絡地址：北市大安區辛亥路3段188號610室

智齡聯盟網站：http://t-edu.tw

智齡 聯盟