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線上教學的幾個訣竅:遠距教學該如何讓學生投入又有歸屬感?

人機共生你我它_96
・2020/04/10 ・5093字 ・閱讀時間約 10 分鐘 ・SR值 504 ・六年級

  • 作者/楊期蘭 (感謝沈奕超提供編輯建議)

“We do not learn from experience… we learn from reflecting on experience.”
― John Dewey

圖/Nam Hoang @ Unsplash

近期為了防止近日流行傳染病疫情擴散,各校開始建議老師們以遠距授課,各位突然被授與這任務的老師們在準備過程中是否有點措手不及?

不過別擔心!根據人機互動領域的研究,本篇將分享幾個遠距教學的不同進行訣竅、使用時機與注意事項。幫助各位老師運用不同線上媒體,產生比實體班級授課更有效的教學體驗。

班級的存在感與歸屬感很重要

首先,為了讓學生有動力學習授課內容,班級經營是不可或缺的一個元素但虛擬課堂班級經營時需要多花點心力。虛擬課堂(線上授課)與實體班級其中一個較不同的地方在於,虛擬課程容易缺乏同學的存在感(awareness of others)與班級歸屬感(sense of community)3,使得學生們不容易感覺到自己在一個班級裡與其他師生共學。

在實體班級中,學生可以知道什麼時間要上哪堂課、這個時間旁邊會坐著哪些同學、誰有來上課誰缺席、其他同學對這堂課是不是感興趣、班上同學是不是都很認真吸收老師講的內容、我的問題是不是對其他同學有貢獻、我是不是班級上的一份子等。

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但換到虛擬課堂中,學生們都是獨自在自己房間裡跟大家「虛擬」地聚集在一起(alone together),線上軟體也不全都有提供這些資訊來幫助遠距共學的學生們明確感受到自己並不是孤軍奮戰,因此在虛擬課堂中學生們比較難持續投入 1,3

圖/Mikael Kristenson @ Unsplash_

利用聊天室與社群媒體,讓學生感覺不孤單

為什麼線上共學的歸屬感重要?因為當學生們感受到自己隸屬於某個學習群體時,就會因為各種社交因素讓自己更加投入學習中;而向同儕學習、與同儕討論也對個人學習、理解有幫助1,7

為了讓班上同學在虛擬課堂中感受到更多班級的存在感與歸屬感,進而讓學生線上學習時更加投入、更有動機3,各位老師們可以嘗試制定固定的線上共學時間,其中一個作法是:

開一個線上聊天室讓想要一起自習的同學們在同一時間裡加入聊天室,大家開視訊一起自習,也可以安排 TA、RA 讓學生們問問題。

這個目的主要是讓學生們明確知道彼此現在都一起在學習,就如同考前大家在 K 書中心 K 書的感覺,學生們看到其他人也很認真讀書,自己也會受群體氛圍影響。

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如此一來,除了能夠讓同儕的存在感更明顯,也能隨著時間的累積營造線上班級的歸屬感,因為學生們會在這過程中感受到自己是在跟一個班級裡的某些人一起努力,當學生們在虛擬課堂中能感受到其他同學的存在感與班級歸屬感時,就會更有學習動力。

此外,善用線上數位學習平台(moodle、iLMS  etc)或一些線上社群軟體(slack、 discord、skype etc),讓同學們知道現在班上有誰在線上、幾個人已經繳交作業,讓大家擁有更多社交線索得知自己並不孤單。

圖/ Mimi Thian @ Unsplash

三種虛擬課堂的進行方式

接著,當我們為班級建立好遠距學習的歸屬感後,接著可以根據授課內容需求(概念課、實作課、討論課)、班級規模、課堂設計偏好選擇以下三種不同的虛擬課堂進行方式。

小班教學、小團體討論:透過視訊會議讓師生即時互動

小班教學時,如果老師希望有比較深入的團體討論、並想即時關注每個學生學習狀態的話,可以透過視訊會議的方式直接對談,有許多遠距會議軟體可以運用(Skype、Google hangout、Zoom、Discord etc)。

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執行上,可以先與班上同學確立一套線上溝通模式,例如什麼時候希望沒發言的人先把自己的麥克風靜音、想發言的時候製作明顯的色卡放在螢幕前讓其他人看到、提醒學生在沒有其他背景噪音的環境下加入視訊會議、或是適時在別人發言後給出「嗯」「聽到」等回應,發言的學生有線索知道自己有被聽到。

我想讓學生有更多線上課堂討論,該怎麼做?

如果希望鼓勵學生們線上討論課程內容,可以試著讓學生分成 3–5 人線上小組,並在討論前告訴學生們可以自行協調出一個會議主持人(moderator),讓這個主持人調配大家的發言比例、協調發言順序,避免大家同時講話而聽不清楚。

除此之外,也可以透過額外溝通管道來鼓勵學生分享想法,像是在 Q&A 階段鼓勵大家透過打字的方式分享問題與想法,如此一來大家除了口頭討論外,也可以透過文字多看到不同人的問題與意見。透過文字互動的另一個好處在於當班上不是每個學生都有穩定網路可以視訊時,就可以暫時開啟語音通話就好,透過打字來「插嘴」或是補充想法。

圖/ Edvin Johansson @ Unsplash

大班授課:老師當實況主,單方向直播課程

當一個班級大約20~30人以上時,也許視訊會議就會讓場面太難以控制,這時候可以透過直播教學內容的方式講課,現有許多直播平台可以使用,像是 Microsoft Teams、 Zoom教育版的功能(此軟體近期因資安問題教育部建議停用)、YouTube 直播、Twitch 直播等,或是直接開視訊會議要求其他人以靜音方式加入,透過聊天室打字方式來得到學生的即時回饋。

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畫面擷取自ZOOM官網

直播教學課程困難點在於考驗老師的多工訊息處理能力(這時候就知道實況主不好當啊~),因為需要同時講自己想講的內容、適時分享螢幕、同時看文字聊天室內同學們有沒有問題、回應學生的問題等5

這時候就很需要TA、RA的協助,在直播教學的時候,可以安排 1~2 位 TA 幫忙分享螢幕畫面、整理聊天室裡的問題、安排問問題先後順序、分享相關資訊給同學等,如此一來能讓直播的過程更加順利,也能盡量減少被打斷、互相協調的時間。

除了直播平台提供的文字聊天室外,也可以使用線上問答服務,像是 SlidoPiazza,讓同學們即時在一個線上空間發問,如果大家看到別人問的問題自己也想知道,就可以透過按讚來表示自己也有類似疑問,如此一來可以讓老師更好安排問題回應順序。

圖/ ConvertKit @ Unsplash

翻轉教室:預錄課程,學生自主學習

先自行把講課內容錄下來,讓學生自己觀看就比較像是 MOOCs 現在的進行方式。這種形式對老師的困難點在於,要對著空氣自言自語,對不習慣的老師會因為沒辦法看到聽眾而難以對著電腦講課;另一方面,為了錄影品質也可能需要規劃基本腳本、搭配適當螢幕畫面分享來掌控內容流程,進而吸引學生注意力。

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學生觀看線上課程會遇到最大的障礙在於難以專心投入看完整部影片,因此如何製作出讓學生可以吸收的教學影片需要費不少功夫6

圖/ Hal Gatewood @ Unsplash

針對開放式線上學習平台的研究,研究者整理出了幾種教學影片製作方式,能讓學生比較投入觀看6

  1. 將一大段課程拆成許多小段落,每一個段落小於 6 分鐘。並在段落結束後,搭配簡單測驗、或是引導學生們討論幾分鐘。
  2. 畫面以投影片內容為主時,將老師同步講課的頭像放在畫面小角落,也會讓學生更投入。
  3. 在一個背景看起來較休閒的環境錄影,學生看影片的投入程度會比背景是教室或是太正式的空間來得高。
  4. 透過像可汗學院這種投影平板內容的呈現方式,比單純呈現投影片或是分享程式編譯軟體畫面能夠讓學生投入。
  5. 相較於直接上傳高畫質老師在傳統班級授課的影片,事後剪輯過的分段小短片反而會讓學生更投入。
  6. 當老師語速比較快,又用比較有熱誠的語氣講課的時候,學生觀看影片也會比較投入。
  7. 學生對於講課式與實作式的內容吸收方式不同。研究建議如果課堂類型屬於講課式,影片製作時可著重於觀賞體驗;如果是實作式的,製作時可著重於內容有明確段落可以讓學生重複回放或快速瀏覽。

製作完畢後,如果要讓學生觀看預錄內容,建議可以制定一共同時間讓大家一起在線上觀賞。一來是為了文章開頭提到的共學存在感,學生在學習時,也會同時受身旁的人影響,如果知道朋友看完了什麼課程,自己也會更有動力看完;二來是能在每個小段落結束後帶領學生討論或是讓大家發問,營造討論氛圍也有助於學生投入線上課程的程度。

如何得知學生學習狀態?

最後,老師們該怎麼得知學生在家有沒有學好呢?這時候可以善用線上社群平台經營線上共學社群,像是透過 Moodel, iLMS、 eLearn、Piazza 等數位學習平台,或是 Slack、Facebook group 等線上社群軟體,讓大家有個線上互相問答、分享資訊、課後交流討論的空間。

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在這裡要注意的是,為了讓學生們得知自己主動提出的問題跟想法確實有被看到3,建議老師們與 TA 們可以定期給予學生回饋,像是按讚、回應等,維持線上討論熱度;另外也可以透過共同筆記的形式讓學生們一起做一份線上課堂筆記,運用Google Document、Dropbox paper 等協作功能,讓學生們有和大家一起學習的感覺;同時也能讓老師們在這些筆記中或課後線上問答的過程中觀察學生理解與不懂的地方,進而調整線上教學方式。

圖/ Brooke Cagle @ Unsplash

各位老師們可以趁這個機會建立起自己習慣的一套虛擬課堂流程,觀察哪些類型課程內容適用於文章分享到的三種不同遠距教學模式,也可以根據課程設計混搭不同的遠距教學與遠距師生互動方式。在設計虛擬課堂時,可以試著把握這兩個原則

  1. 經營線上共學的歸屬感3
  2. 讓遠距的每個學生與老師都能了解彼此的活動狀態2,例如現在是否理解、連線是否順利、有沒有話想說、投入程度等。

只要建立起一套師生遠距溝通模式,搭配適當線上媒介(直播軟體、社交媒體、溝通軟體、視訊會議軟體等),也能讓遠距教學達到甚至超越實體課堂教學品質。

把遠距教學或虛擬課堂流程建立起來,除了能讓大家共同度過防疫難關外,也是一個讓台灣加速推廣偏鄉教育的契機。實現文中提到的幾個方式,前提都在於每個學生有足夠軟硬體資源取得線上學習資源,包含網路頻寬、連線穩定度、家中電腦、通話設備、安靜的空間加入虛擬課堂等。希望各位老師們在設計虛擬課堂時也可以留意學生們各自擁有的資源差異,適時提供幫助。

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延伸閱讀:教育部為不同學習階段的學生還有老師整理的線上學習與教學說明

 

參考資料

  1. Kulkarni, C., Cambre, J., Kotturi, Y., Bernstein, M. S., & Klemmer, S. R. (2015, February). Talkabout: Making distance matter with small groups in massive classes. In Proceedings of the 18th ACM Conference on Computer Supported Cooperative Work & Social Computing (pp. 1116–1128).
  2. Neale, D. C., Carroll, J. M., & Rosson, M. B. (2004, November). Evaluating computer-supported cooperative work: models and frameworks. In Proceedings of the 2004 ACM conference on Computer supported cooperative work (pp. 112–121).
  3. Zheng, S., Rosson, M. B., Shih, P. C., & Carroll, J. M. (2015, February). Understanding student motivation, behaviors and perceptions in MOOCs. In Proceedings of the 18th ACM conference on computer supported cooperative work & social computing (pp. 1882–1895).
  4. Zheng, S., Wisniewski, P., Rosson, M. B., & Carroll, J. M. (2016, February). Ask the instructors: Motivations and challenges of teaching massive open online courses. In Proceedings of the 19th ACM Conference on Computer-Supported Cooperative Work & Social Computing (pp. 206–221).
  5. Lu, Z., Heo, S., & Wigdor, D. J. (2018). StreamWiki: Enabling Viewers of Knowledge Sharing Live Streams to Collaboratively Generate Archival Documentation for Effective In-Stream and Post Hoc Learning. Proceedings of the ACM on Human-Computer Interaction, 2(CSCW), 112.
  6. Guo, P. J., Kim, J., & Rubin, R. (2014, March). How video production affects student engagement: An empirical study of MOOC videos. In Proceedings of the first ACM conference on Learning@ scale conference (pp. 41–50).
  7. Menekse, M., & Chi, M. T. (2019). The role of collaborative interactions versus individual construction on students’ learning of engineering concepts. European Journal of Engineering Education, 44(5), 702–725.
  8. 葉家興. (n.d.). 雲端的美麗,數位的哀愁|葉家興/吐露台客|獨立評論. Retrieved from
  9. 【投書】在家隔離也不怕!遠距教學能不能成為防疫功臣?|簡志峰/多元發聲.讀者投書|獨立評論.

本文轉載自人機共生你我它,原文為〈還在為線上教學煩惱嗎?遠距教學怎麼做才能讓學生投入又有共學歸屬感?〉

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由致力於人機互動研究(HCI, Human-Computer Interaction)的研究者與實務工作者所創立,我們定期發表人機互動相關文章,與讀者一起思考科技對社會生活帶來的好處與限制。

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ECU: 汽車大腦的演化與挑戰
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/07/02 ・3793字 ・閱讀時間約 7 分鐘

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本文與 威力暘電子 合作,泛科學企劃執行。

想像一下,當你每天啟動汽車時,啟動的不再只是一台車,而是一百台電腦同步運作。但如果這些「電腦」突然集體當機,後果會有多嚴重?方向盤可能瞬間失靈,安全氣囊無法啟動,整台車就像失控的高科技廢鐵。這樣的「系統崩潰」風險並非誇張劇情,而是真實存在於你我日常的駕駛過程中。

今天,我們將深入探討汽車電子系統「逆天改運」的科學奧秘。究竟,汽車的「大腦」—電子控制單元(ECU),是如何從單一功能,暴增至上百個獨立系統?而全球頂尖的工程師們,又為何正傾盡全力,試圖將這些複雜的系統「砍掉重練」、整合優化?

第一顆「汽車大腦」的誕生

時間回到 1980 年代,當時的汽車工程師們面臨一項重要任務:如何把汽油引擎的每一滴燃油都壓榨出最大動力?「省油即省錢」是放諸四海皆準的道理。他們發現,關鍵其實潛藏在一個微小到幾乎難以察覺的瞬間:火星塞的點火時機,也就是「點火正時」。

如果能把點火的精準度控制在「兩毫秒」以內,這大約是你眨眼時間的百分之一到千分之一!引擎效率就能提升整整一成!這不僅意味著車子開起來更順暢,還能直接省下一成的油耗。那麼,要如何跨過這道門檻?答案就是:「電腦」的加入!

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工程師們引入了「微控制器」(Microcontroller),你可以把它想像成一顆專注於特定任務的迷你電腦晶片。它能即時讀取引擎轉速、進氣壓力、油門深度、甚至異常爆震等各種感測器的訊號。透過內建的演算法,在千分之一秒、甚至微秒等級的時間內,精準計算出最佳的點火角度,並立刻執行。

從此,引擎的性能表現大躍進,油耗也更漂亮。這正是汽車電子控制單元(ECU)的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」(Engine Control Unit)。

汽車電子控制單元的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」(Engine Control Unit)/ 圖片來源:shutterstock

ECU 的失控暴增與甜蜜的負荷

第一顆 ECU 的成功,在 1980 年代後期點燃了工程師們的想像:「這 ECU 這麼好用,其他地方是不是也能用?」於是,ECU 的應用範圍不再僅限於點火,燃油噴射量、怠速穩定性、變速箱換檔平順度、ABS 防鎖死煞車,甚至安全氣囊的引爆時機……各種功能都交給專屬的 ECU 負責 。

然而,問題來了:這麼多「小電腦」,它們之間該如何有效溝通?

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為了解決這個問題,1986 年,德國的博世(Bosch)公司推出了一項劃時代的發明:控制器區域網路(CAN Bus)。你可以將它想像成一條專為 ECU 打造的「神經網路」。各個 ECU 只需連接到這條共用的線路上,就能將訊息「廣播」給其他單元。

更重要的是,CAN Bus 還具備「優先通行」機制。例如,煞車指令或安全氣囊引爆訊號這類攸關人命的重要訊息,絕對能搶先通過,避免因資訊堵塞而延誤。儘管 CAN Bus 解決了 ECU 之間的溝通問題,但每顆 ECU 依然需要獨立的電源線、接地線,並連接各種感測器和致動器。結果就是,一輛汽車的電線總長度可能達到 2 到 4 公里,總重量更高達 50 到 60 公斤,等同於憑空多載了一位乘客的重量。

另一方面,大量的 ECU 與錯綜複雜的線路,也讓「電子故障」開始頻繁登上汽車召回原因的榜首。更別提這些密密麻麻的線束,簡直是設計師和維修技師的惡夢。要檢修這些電子故障,無疑讓人一個頭兩個大。

大量的 ECU 與錯綜複雜的線路,也讓「電子故障」開始頻繁登上汽車召回原因的榜首。/圖片來源:shutterstock

汽車電子革命:從「百腦亂舞」到集中治理

到了2010年代,汽車電子架構迎來一場大改革,「分區架構(Zonal Architecture)」搭配「中央高效能運算(HPC)」逐漸成為主流。簡單來說,這就像在車內建立「地方政府+中央政府」的管理系統。

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可以想像,整輛車被劃分為幾個大型區域,像是車頭、車尾、車身兩側與駕駛艙,就像數個「大都會」。每個區域控制單元(ZCU)就像「市政府」,負責收集該區所有的感測器訊號、初步處理與整合,並直接驅動該區的馬達、燈光等致動器。區域先自理,就不必大小事都等中央拍板。

而「中央政府」則由車用高效能運算平台(HPC)擔任,統籌負責更複雜的運算任務,例如先進駕駛輔助系統(ADAS)所需的環境感知、物體辨識,或是車載娛樂系統、導航功能,甚至是未來自動駕駛的決策,通通交由車輛正中央的這顆「超級大腦」執行。

乘著這波汽車電子架構的轉型浪潮中, 2008 年成立的台灣本土企業威力暘電子,便精準地切入了這個趨勢,致力於開發整合 ECU 與區域控制器(Domain Controller)功能的模組化平台。他們專精於開發電子排檔、多功能方向盤等各式汽車電子控制模組。為了確保各部件之間的溝通順暢,威力暘提供的解決方案,就像是將好幾個「分區管理員」的職責,甚至一部分「超級大腦」的功能,都整合到一個更強大的硬體平台上。

這些模組不僅擁有強大的晶片運算能力,可同時支援 ADAS 與車載娛樂,還能兼容多種通訊協定,大幅簡化車內網路架構。如此一來,車廠在追求輕量化和高效率的同時,也能顧及穩定性與安全性。

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2008 年威力暘電子致力於開發整合 ECU 與區域控制器(Domain Controller)功能的模組化平台 /圖片來源:shutterstock

萬無一失的「汽車大腦」:威力暘的四大策略

然而,「做出來」與「做好」之間,還是有差別。要如何確保這顆集結所有功能的「汽車大腦」不出錯?具體來說,威力暘電子憑藉以下四大策略,築起其產品的可靠性與安全性:

  1. AUTOSAR : 導入開放且標準化的汽車軟體架構 AUTOSAR。分為應用層、運行環境層(RTE)和基礎軟體層(BSW)。就像在玩「樂高積木」,ECU 開發者能靈活組合模組,專注在核心功能開發,從根本上提升軟體的穩定性和可靠性。
  2. V-Model 開發流程:這是一種強調嚴謹、能在早期發現錯誤的軟體開發流程。就像打勾 V 字形般,左側從上而下逐步執行,右側則由下而上層層檢驗,確保每個階段的安全要求都確實落實。
  3. 基於模型的設計 MBD(Model-Based Design) 威力暘的工程師們會利用 MatLab®/Simulink® 等工具,把整個 ECU 要控制的系統(如煞車),用數學模型搭建起來,然後在虛擬環境中進行大量的模擬和測試。這等於在實體 ECU 誕生前,就能在「數位雙生」世界中反覆演練、預先排除設計缺陷,,並驗證安全機制是否有效。
  4. Automotive SPICE (ASPICE) : ASPICE 是國際公認的汽車軟體「品質管理系統」,它不直接評估最終 ECU 產品本身的安全性,而是深入檢視團隊在軟體開發的「整個過程」,也就是「方法論」和「管理紀律」是否夠成熟、夠系統化,並只根據數據來評估品質。

既然 ECU 掌管了整輛車的運作,其能否正常運作,自然被視為最優先項目。為此,威力暘嚴格遵循汽車業中一本堪稱「安全聖經」的國際標準:ISO 26262。這套國際標準可視為一本針對汽車電子電氣系統(特別是 ECU)的「超嚴格品管手冊」和「開發流程指南」,從概念、設計、測試到生產和報廢,都詳細規範了每個安全要求和驗證方法,唯一目標就是把任何潛在風險降到最低

有了上述這四項策略,威力暘確保其產品從設計、生產到交付都符合嚴苛的安全標準,才能通過 ISO 26262 的嚴格檢驗。

然而,ECU 的演進並未就此停下腳步。當ECU 的數量開始精簡,「大腦」變得更集中、更強大後,汽車產業又迎來了新一波革命:「軟體定義汽車」(Software-Defined Vehicle, SDV)。

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軟體定義汽車 SDV:你的愛車也能「升級」!

未來的汽車,會越來越像你手中的智慧型手機。過去,車輛功能在出廠時幾乎就「定終身」,想升級?多半只能換車。但在軟體定義汽車(SDV)時代,汽車將搖身一變成為具備強大運算能力與高速網路連線的「行動伺服器」,能夠「二次覺醒」、不斷升級。透過 OTA(Over-the-Air)技術,車廠能像推送 App 更新一樣,遠端傳送新功能、性能優化或安全修補包到你的車上。

不過,這種美好願景也將帶來全新的挑戰:資安風險。當汽車連上網路,就等於向駭客敞開潛在的攻擊入口。如果車上的 ECU 或雲端伺服器被駭,輕則個資外洩,重則車輛被遠端鎖定或惡意操控。為了打造安全的 SDV,業界必須遵循像 ISO 21434 這樣的車用資安標準。

威力暘電子運用前面提到的四大核心策略,確保自家產品能符合從 ISO 26262 到 ISO 21434 的國際認證。從品質管理、軟體開發流程,到安全認證,這些努力,讓威力暘的模組擁有最高的網路與功能安全。他們的產品不僅展現「台灣智造」的彈性與創新,也擁有與國際大廠比肩的「車規級可靠度」。憑藉這些實力,威力暘已成功打進日本 YAMAHA、Toyota,以及歐美 ZF、Autoliv 等全球一線供應鏈,更成為 DENSO 在台灣少數核准的控制模組夥伴,以商用車熱系統專案成功打入日系核心供應鏈,並自 2025 年起與 DENSO 共同展開平台化量產,驗證其流程與品質。

毫無疑問,未來車輛將有更多運作交由電腦與 AI 判斷,交由電腦判斷,比交由人類駕駛還要安全的那一天,離我們不遠了。而人類的角色,將從操作者轉為監督者,負責在故障或斷網時擔任最後的保險。透過科技讓車子更聰明、更安全,人類甘願當一個「最弱兵器」,其實也不錯!

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