不可以用「獎品」鼓勵孩子探索興趣？心理學的過度辯證效應

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！

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）。

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？

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。

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。

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。

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）。

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！

一直以來我們都知道，實驗老鼠常常應用在心理學領域，像是透過研究老鼠的行為，期待能將研究成果類比到人類的心智活動。

不過你知道歷史上，有哪些以老鼠作為實驗對象，而且你非知道不可的經典實驗呢？今天就要來帶你一窺兩個經典的心理學實驗！

第一個經典老鼠實驗：史金納的操作制約實驗

美國的心理學家史金納 (B. F. Skinner) 被稱作是操作制約之父，他發明了一種特殊的箱子叫做「史金納箱」，用來做許多操作制約的動物實驗。

實驗一開始，史金納把一隻飢餓的老鼠放進史金納箱中，箱子中有一個桿子。老鼠在箱子裡到處亂跑，不小心觸動到桿子的時候，就會有食物掉出來。

後來，老鼠發現當牠壓到桿子第二次，又會有食物掉出來。久而久之老鼠就學會只要「壓桿子」就可以「得到食物」，屢試不爽。

因此，這種「壓桿子」的行為就是一種「操作制約的反應」，而那掉下來的「食物」就是獎賞。

這個實驗也可以拿來說明「正增強 (positive reinforcement)」效應：只要壓桿子，就可以吃食物填飽肚子，因此當老鼠餓肚子的時候，去壓桿子就對了！

• 延伸閱讀：為什麼好人們能如此不求回報？原來都是操作制約在作祟！

第二個經典老鼠實驗：亞歷山大的老鼠樂園

是什麼讓人們對毒品上癮？你可能會不假思索地回答：就是毒品本身阿！

不過有個心理學家不是這麼想的：加拿大的心理學家亞歷山大 (Bruce Alexander) 在 1978 年提出一個新的主張：居住環境可能會影響老鼠的成癮行為。

亞歷山大設計了兩種老鼠的居住環境：第一種是把一隻老鼠單獨放在一個 18×251×8 （公分）大小的籠子裡，籠子裡面只有兩種水可以喝，一種是水，一種是嗎啡水。

第二種是把很多隻老鼠放在邊長 8.8 公尺的正方形沒有天花板的大箱子裡，地板鋪著一層木屑，大概有 12 個小籠子可以探索，還有一支長 70 公分的爬桿可以玩（這就是所謂的「老鼠樂園」），同時也只放了水和嗎啡水給老鼠們喝，然後觀察在兩種居住環境下的老鼠會主動去喝哪種水。

實驗結果發現，當老鼠獨自在籠子裡容易因為飲用過量的嗎啡水而致死；而住在「樂園」裡的老鼠則不太會選擇去喝嗎啡水。所以說導致老鼠對毒品上癮的，其實是有沒有一個「可以和其他同類產生連結」的居住環境。

• 延伸閱讀：人都需要連結，而這可能是吸毒成癮的真正原因

從這兩個經典實驗我們知道，心理學家們可以從設計不同的實驗情境，觀察老鼠的行為來推測牠們做決策的心路歷程，並嘗試類推到人類的心智活動。或許在看完這篇文章之後，我們可以對這些實驗老鼠們多一份敬佩，也感謝牠們對心理學界知識的貢獻。

更多跟實驗動物有關的故事？自己去找吧，我把站內的延伸閱讀都放在下面鏈結了：

• 泛知識節紀實：你不知道的實驗動物

• 實驗動物與牠們的產地，恆溫恆濕還有乾淨空氣

• 為實驗而生的動物們：國研院實驗動物中心專訪

1. Skinner, B. F. (1990). The behavior of organisms: An experimental analysis. BF Skinner Foundation.
2. 〈操作制約〉超普通心理學
3. Alexander, B. K., Coambs, R. B., & Hadaway, P. F. (1978). The effect of housing and gender on morphine self-administration in rats. Psychopharmacology, 58(2), 175-179.

老師手把手教學，讓你壓力很大、擔心做錯被老師罵嗎？或許你可以試試看 2019 搞笑諾貝爾醫學教育獎的方法，改用「響片訓練 (clicker training)」來訓練，說不定效果會更好喔！

2015 年有醫學院的老師們突發奇想，把「響片訓練」這個訓練寵物的常見方法，拿來訓練學生的外科手術技巧，因為他們發現學生在實習時，常常是老師在旁邊手把手教學，讓學生很有壓力。因此他們想要試試看，不講話改用拍響片的方式告訴學生做對還是做錯，會不會就少了一些壓力，結果發現學習效果真的比較好！

響片訓練是什麼？

響片訓練原本是用來訓練各種不同的動物，最常見的是用來訓練狗狗。要用這個方法訓練，首先要讓狗狗把響片的聲音和獎勵做連結，讓牠知道只要有響片聲音，就能獲得獎勵的食物。

接著才進入訓練重點，舉例來說訓練者希望狗狗做出擊掌的動作，那就要強化擊掌和獎勵的連結。方法是在訓練過程中，只要狗狗做出擊掌的動作，訓練者就要拍一下響片，再給牠獎勵的食物。

透過這樣的方式，持續很多次，牠就會知道做出這個動作，就會聽到響片聲，並且可以獲得獎勵。

用操作制約來強化行為

這個方法其實是利用「操作制約」的原理，透過不斷的練習，讓動物知道做這個行爲會有獎勵、是被期待的行為。這個方法除了狗狗之外，像是貓咪、馬、海豚和鴿子的訓練都有效。

操作制約的知名例子，就是史金納 (B. F. Skinner) 的關老鼠實驗。史金納設計了一個籠子，裡面有一個桿子，只要老鼠拉了桿子，就會有食物掉下來，獎勵牠做了這件事，老鼠一開始可能是意外拉動桿子，但久而久之，老鼠就會發現「只要拉桿子，就會掉食物」這件事，因而越來越頻繁的做出這個動作。

而這就是操作制約中「正向獎勵（又稱正增強，positive reinforcement）」的類型，當個體做出期待的行為之後，給予牠喜歡的獎勵（增強物），來提高牠未來再做出這個動作的可能性。

在老鼠實驗中的例子就是，拉桿子獲得食物，強化了拉桿子的這個動作；而在訓練狗狗擊掌的例子中，就是透過響片的聲音和獎勵的食物，來強化擊掌的行為。

※更詳細了解「操作制約」，請參考泛科學的另一篇文章：《為什麼好人們能如此不求回報？原來都是操作制約在作祟！》

響片訓練的優點：訊息明確、容易辨識

這個訓練法的優點是響片的聲音每次都一樣，對動物們來說很容易辨識。很多主人在訓練狗狗的時候，常常是用口頭鼓勵的方式，來告訴狗狗牠做對了。

但是人類的句子，對動物來說，其實訊息太複雜，從發音、音調起伏到音量，每次都會不一樣，對牠們來說要注意的資訊太多，會很難辨認到底哪些資訊才是重要的。

因此，響片的聲音就比人聲更適合拿來訓練動物，不過其實也不一定要拍響片，只要選擇聲音固定而且清晰明確的物品，就能讓動物們把聲音連結到獎勵，來強化牠們的行為。

把響片用在人類身上並非新鮮事

把訓練動物的響片訓練套用在人身上，不知道你會不會覺得這些醫學院老師也太ㄎㄧㄤ了，但是操作制約的訓練法，並不是 2015 年這篇研究才第一次用在人類的學習上。對於很多要求動作精細的運動員、表演者，響片訓練其實已經是他們日常的一部份，但是把響片效應用在醫師訓練，倒是還沒有人這樣試過。

2015 年這個實驗的目的，是想了解如果用響片訓練法來訓練外科醫生，究竟會不會比傳統口頭示範和糾正的方法更好。

他們找來一些一、二年級的醫學系學生和 PGY 第一年、第二年的學生，平均分組後教他們外科手術上會用到的兩種技術：綁一個可滑動鎖死的繩結 (a locking, sliding knot) 和小角度鑽洞 (a low-angle drill hole)。

繩結教學：響片組學習時間長但精確度高

在可滑動鎖死繩結的部分，實驗組的教學方式，是把綁繩結的步驟拆分成 6 個精確而容易檢驗的小步驟，而且是否符合每個步驟都有各自判定標準。

老師先一次把所有的步驟邊示範邊講解完後，再換學生實際操作，這時老師就不會講話了，只要學生精確做出符合判定標準的動作，老師就會拍一下響片，這個綁繩結拍響片的過程總共要重複做 5 次。

在控制組的部分，老師會先口頭解釋繩結的打法，然後學生會拿到一張繩結步驟圖，然後在老師在旁邊打一個繩結，但這時老師不會去糾正學生的任何動作。

為了要了解這兩種教學方法所需要的時間差多少，研究者會記錄下每個學生「從開始綁繩結到打出第一個繩結」所花的時間。接著讓學生們到旁邊自己練習 15 分鐘，在這段時間老師不會給建議，研究者估計這個時間大概可以讓他們練習 100 個以上的結。

練習完之後，再來就是測驗時間。兩組的每個學生都要打 10 個結，然後評分方式是完成動作所花的時間，以及繩結的精準度（完成 6 個步驟的精確要求，記錄有多少人精確達到要求）兩項。

結果發現，學習過程所花費的時間（示範後綁的第一個繩結），實驗組（響片提示）需要的時間比較長，而控制組的時間比較短。

但是經過 15 分鐘的練習後，打 10 個繩結所花的時間，兩組學生沒有顯著差異，平均都是約 95 秒可以完成，也就是說經過練習之後，熟練度並沒有差別。但操作的精確度，響片提示實驗組的精確度比較高（12 人成功／全組共 12 人），而控制組較低（4 人成功／全組共 11 人）。

鑽洞教學：響片法的動作精確度較高

第二個是模擬外科手術中，需要的鑽洞技巧。這個技巧是要在 PVC 塑膠管上，與切面夾 45° 角鑽入管中。實驗方法也是一樣，分成一組使用響片訓練的實驗組，另一組是使用傳統教法的控制組。

實驗組的教法也是一樣，把鑽洞分解成 6 個精確而容易檢驗的步驟，而且每個步驟也有判定標準，在示範完之後，換學生操作，老師用響片來告訴他動作是否正確，之後再給他們 10 分鐘的練習時間。而控制組，指導者會示範兩次操作方式，同時口頭解說，之後同樣會有 10 分鐘練習。

最後的結果是，實驗組和控制組的學生鑽 10 個孔所花的時間，沒有顯著差異，分別是 193 ± 26 秒和 146 ± 63 秒。而學生操作這個動作的準確度，用響片教學的實驗組同學操作準確度比較高，平均每個人會鑽出 9 個符合標準的孔，但控制組就差很多了，平均只有 1.1 個孔符合標準。

看來用響片訓練對於「需要動手操作」的動作，會是一種滿有效的方法，雖然訓練過程所花的時間比較長一些，但是最後學生的操作精確度很高。

不過，研究者也說這個方法雖然看起來很好用，但是要在學校裡用這個方法還有點困難，一方面不知道其他的動作是不是也有同樣效果；另一方面，會這套教法的老師不多，因此還要先教會老師怎麼教學生，而搭配的教材也需要一起調整，是個滿大的工程。但他們會繼續努力的開發適用響片訓練的教學法。

但不管怎麼樣，響片訓練倒是值得期待，未來會被應用到更多不同操作技巧的教學上，讓學生更不用因為怕被老師罵而學不好了！

1. 響片訓練—維基百科
2. 操作制約—超普通心理學
3. 泛科學：為什麼好人們能如此不求回報？原來都是操作制約在作祟！
4. Levy, I. M., Pryor, K. W., & McKeon, T. R. (2016). Is teaching simple surgical skills using an operant learning program more effective than teaching by demonstration?. Clinical Orthopaedics and Related Research, 474(4), 945-955.