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不忘百年 後事之師— 早期科技發展的回顧與前瞻

科學月刊_96
・2011/08/08 ・6444字 ・閱讀時間約 13 分鐘 ・SR值 560 ・八年級

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過去,中國科學家走過篳路藍縷、畢生奉獻,為國家的科技發展打造堅固基石。
而今,急功近利的氛圍瀰漫台灣科學界,扭曲高等教育的真實意義。

錢致榕 著

《科學月刊社》藉今年(2011)張昭鼎紀念研討會,對國家百年來的科技做一個回顧與前瞻,是一件很有意義的工作。它可以提供一個檢討過去百年我們科學與技術發展的途徑及得失,也可以為未來的世紀提供一個努力的方向。

現在我們常用的科技一詞,其實包含了兩個相關而又很不同兩部分:科學與技術。科學包括數學、天文、地質、物理、化學、生物、氣象、心理等科學;技術包含了兵工、造船、鐵路、礦業、農業、漁業、工業等技術。它的內涵,包羅現代文明的很大一部分,它的建立過程,是一個民族在幾乎不可能的困難情況下,創立一個偉大事業的可歌可泣的典範,值得後代仔細研究。在這裡由於篇幅的限制,只能略述大概,然後透過物理學這個例子,回顧現代科技早期在中國生長的經過,現在發展的情況,最後從過去的經驗,展望未來。我們把有限篇幅著重於初期,因為那一段時期的發展最有共同性,最不為人熟知,也對現在最有參照的意義。

2011年5月7日在台大舉辦的張昭鼎紀念會,以〈國家百年科技史的回顧與前瞻〉為題,回顧、反思建國百年以來科技發展的成果。

 

物理學在中國的創立與發展

本文所稱的物理學是指根據實驗結果,用邏輯和數學語言,研究物質世界的基本結構和其演變規律而發展出來的一套完整的理論,透過它嚴謹的理論體系,不只使它和很多其他科學聯為一體,並且不斷衍生出新的學科和現代科技。十七世紀末,當西方科學開始發展時,簡單的物理知識開始透過西方傳教士,傳到中國。可惜十八、十九世紀中當經典物理在西方經過牛頓的系統整理後蓬勃發展時,由於教禁,中西交流切斷,中國進入閉關自守的時代,物理學在中國的發展也因此陷於停頓。

到十九世紀中葉,中國的門戶被西方的砲艦打開,開始面臨亡國的危機,才突然追求西方的現代知識。但是起初只限於船堅炮利的技術,到二十世紀初葉,大量派遣留學生以後,了解到科學是現代技術的基礎。1915年,一群留學生在美國成立科學社,以「提倡科學,鼓吹實業,審訂名詞,傳播知識」為使命,團聚同志,啟發民智。到五四運動時,知識分子提出科學民主的口號,展開全面的啟蒙運動。但是在列強環伺的壓力下,救亡圖存成了當務之急,科學救國的意念高漲,激起了一代知識份子,投入科學發展,也帶動了各種技術的發展。經過成千位科學家的艱苦開創,才在極端艱難的情況下,使現代科學在中國萌芽、生根。

物理學在現代科學和技術中,處於基礎的地位,並且牽涉較廣,所以現在我們以物理學為例,來看現代科技在中國百年來的發展的過程。二十世紀初中國開始有系統地引進物理學時,現代物理正在西方崛起並且蓬勃發展,所以物理學在中國的創立和發展,大致是和西方的現代物理發展同步,也和民國的百年歷史同步。

1840年鴉片戰爭,敲開中國閉鎖的大門,面對亡國的危機,迫使中國政府開 始追求西方科學知識。

艱苦初創  1910~1950年代

在二十世紀的上半葉,一百六十多位留學生,在西方完成嚴謹博士訓練的年輕物理學家,回到他們生長的土地上,從無到有,一磚一瓦地把科學教育的支撐結構,從根建立起來。他們一方面透過「科學社」,團聚同志,喚起民智;一方面從小學中學科學教科書編起,進而健全大學的課程;同時創設儀器廠,不再仰賴進口,在各地建立科學教學實驗室,促進科學在全國的普遍發展。更重要的是,他們從不放棄從事面向世界水準的學術研究工作,默默地做長期累積。即使當時科學設備一無所有,學校經常欠薪一年,最初的一批科學家常被迫改行,他們還是前仆後繼,堅持不懈。

譬如,李復幾是中國第一位物理學博士,他於1907年在德國波恩大學完成一個突破性的光譜實驗,獲得博士學位,立刻束裝歸國。由於當時大學還沒有物理系的設備,無法從事物理學的工作,但是他抱著科學救國的信念,就任江南造船廠、漢治萍公司、京漢鐵路、四川鹽務局等總工程師的職位,鞠躬盡瘁,在中國創下以物理振興工業的先河。過世時靠鹽務局同事們的集資,勉強得以購得棺木,面向家鄉蘇州,葬於四川鄉下,充分反映了當時科學工作人員的困境。

李復幾回國七年之後,第二位物理學博士李耀邦,在芝加哥大學名物理家密立根指導下完成學位歸國。那時中國已有一兩所大學創設了物理系,他得以在南京高等師範教授物理。但是當時民國陷入軍閥割據的局面。學校長期欠薪的狀況,屢見不鮮,工作極其困難。三年後李耀邦放棄了物理學,在商業界獲得成功,後來創立上海滬江大學。

再過四年,第三位和第四位物理學博士顏任光和胡剛復又分別從芝加哥及哈佛大學學成歸國,他們對國內物理學,做出突破性的貢獻。他們不但使物理在北大及東南大學生根,並且幫助當時國內十幾所大學建立物理實驗室,並且自籌公司,生產科學實驗儀器,促進全國的科學教育及研究工作。同時他們得以培養出很多傑出的學生,他們及以後十年陸續歸國的20多位博士,很多都成為以後中國物理學的奠基人。同時也有很多非常傑出的年輕物理學家,投入工業,發展航空投身兵工發展飛機、動力工業、礦山工業、及其他備戰產業,甚至投身截聽無線電報、破譯敵方軍事電報;那些科學家,對各方面工業及技術發展,也都做出獨特的貢獻,後成為中國科技界的先驅。

1937年7月7日發生盧溝橋事變後,日軍的侵略摧毀許多教學研究設施,讓 一度發展蓬勃的中國科學停擺。

在這三十年內,雖然面對長期積弱,列強環伺,日軍侵華,他們能夠篳路藍縷、慘澹經營,使中國科學從一無所有,建設到略具楷模,可以向世界水平邁進的層次。1927~1937這十年,也是中國物理學的黃金時代。在這一群物理學先驅的共同努力下,物理學在中國完成本土化:中央研究院、北平研究院物理所與中國物

理學會相繼成立,到1931年中國已經有37所大學設有物理系,可以培養自己的學生;學者開始在Nature上發表研究成果,三十年的艱苦奮鬥,物理學在中國蓬勃發展終於指日可待。

不幸七七盧溝橋事變以後,日軍全面侵華,中國開始了歷史上少有的民族大遷移,使得那欣欣向榮、蓬勃發展的黃金十年突然停止。稍具規模的教學研究設備因而摧毀殆盡,所幸當時中國科學界最頂尖的人才,包括所有的老師、大部分的學生,都已經隨著政府播遷到西南大後方,替中國科學界日後的發展保存了命脈。他們成為物理學在兩岸劫後重生的重建骨幹。

劫後重生 1950~1980年代

勝利之後,緊接著內戰又全面爆發,使中國科學界的發展再次受到重創。雖然五年後,兩岸各自休生養息,在二十年戰亂的灰燼裡試圖重建二十年前的成就,但是等到社會真正安定,科技稍具規模時,那黃金十年已經過了四十年。這四十年,世界的科學技術已經有了跳躍性的發展。中國科技在1950~1980的30年中,經歷了劫後重生的過程。這段期間的艱苦和前面艱苦初創的過程非常類似,但也有幾點非常不同的地方。

科學社為近代中國歷史上第一個民間綜合性 科學團體,也是近現代中國歷史上規模最 大、影響最廣的科學團體。圖為1915 年出 版之《科學》雜誌第一卷第一期。

最大的分別是,雖然經過二十多年的抗日及內戰,大部分戰前辛苦培養出來的物理學人才都得以倖存,他們可以立刻推動戰後重建工作。雖然戰後台灣科學人才較少,仍然很快地建立了台大、師大、成大幾個基地,並且衍生出很多物理系。其次是兩岸休兵,但是長期處於冷戰對峙的狀態,互相以匪稱,完全不同於當年全國團結救亡圖存的氣概。最後國際的冷戰,演變成一場尖端科技大競賽,國際科技經費大量增加,造成科技迅速發展,使得落後國家的科技,處於更大的劣勢。

同時由於兩岸處境的不同,他們的科技發展各自採取非常不同的途徑。大陸上由於1950年以後長期的國際封鎖,採取自力更生、腳踏實地、一切從頭做起,雖然初期進展緩慢,30年後發展出一些自給自足的基礎工業及兩彈一星(對核彈、飛彈和人造衛星的簡稱)的國防及太空工業。這樣的背景,也帶來科學發展一個意想不到的收穫,那就是較高的科學本土化程度。以物理學為例,至今世界上只有三種語言作為主要教學媒介,分別是英語、俄語與華語。其中華語可以成為物理學的主要教學語言,靠的就是大陸科學界在這段期間的努力。但是連續不斷的政治運動,知識分子長期受到壓抑,顯然減緩了基礎科學的發展。

在這劫後重生期間,台灣科學界則受惠於較開放的社會和與歐美學界較為緊密的接觸,以及在科學教育上比較豐沛的人力資源,才奠定下今日科學教育與科技發展的基礎。但是由於沒有禁運圍堵,一般設備可以自由進口,台灣沒有發展出工業設備的基礎結構,至今大部分設備還是靠進口。國防工業至今仍屢遭外國封殺,就是一個例子。

然而困於物資的貧乏,當時台灣科學界慘澹經營的困境,也只比中國大陸略好一些。譬如當時物理、化學教授的收入雖然經過大幅度調整,可以溫飽,仍然和市場賣包子的小販相差無幾。不過由於沒有政治運動,科學工作人員可以安心工作,為日後的發展打下基礎。

1970年,一群在美國的留學生,組合了國內外科學菁英,創辦了《科學月刊》,延續了半個世紀前《科學》的使命,在台灣發揮了類似的功能。

公益刊物《科學月刊》於1970 年創刊,宗 旨是「普及科學、介紹新知、啟發民智、培 養科學態度」。

穩定發展 1980~2010年代

到了二十世紀的最後20年,海峽兩岸都進入穩定發展的時期,累積了半個世紀的能量,得以釋放出來。80年代後,台灣經過數十年的穩定政策,和全民胼手胝足克難奮鬥的努力,經濟開始急速起飛,造成亞洲四小龍之一的奇蹟;中國大陸也開始改革開放,從反右及文革的後遺症中,解放出來,開始迅速發展,透過穩定的發展政策,十億人民的努力,及以港台為主的投資合作,到了2010年,超越亞洲首富的日本,成為世界第二經濟體,造成亞洲另一個奇蹟。

兩岸社會日趨安定富足,同時培養了大量科技人才,使得科技發展在人才和經費上,都得到合理的支持。基礎科學,才開始在海峽兩岸茁壯發展,各自在國際學界的表現和能見度上與日俱增。經過了一個世紀的努力奮鬥,開始有了永續發展的條件,終於可以在世界科技舞台上爭一席之地,爭取領先的地位。所以在回顧這百年來的科技發展之際,一方面可以反思過去各個領域的成就得失,同時值得考慮近十年的趨勢,決定將來科技發展那裡去?

過往科學界的特徵與貢獻

早期的科學界、尤其是當時的科學家前輩們,有兩項非常鮮明的特點:

不同出身背景,同樣只求貢獻
早期創立中國科學的先行者,來自全國各省市、各階層,透過各種渠道,留學西方各國名校,在完成學業以後,立刻回國,投入於科學墾荒開路的工作,為科技救國的大業努力。早期台灣科學界前輩們也來自五湖四海,但是都對台灣的科學發展默默地作出貢獻。以我最佩服的張昭鼎與浦大邦這兩位台灣科學界前輩為例:前者出生於台灣台南,後者出生在中國北京;前者是戰後台灣大專院校所訓練出來的第一批化學家,後者則是第一批留學美國、在美國執教又為台灣服務的物理學家。不同的背景,卻都是台灣科學研究發展的開路先鋒,為台灣科學的發展奮鬥奠定深厚的基礎。

另外早期替台灣這塊土地努力的,還包括了日本籍的「台灣蓬萊米之父」磯永吉,與更早之前在淡水行醫、加拿大籍的馬偕博士。由此可知,從科學發展的角度來看,省籍、國籍都不重要,重要的是能對當地社會與民眾有實質的貢獻。

致力應用科技,嘉惠民眾生計

早期台灣的科學發展還有一項特色,就是科學上的研發成就,可以直接讓一般民眾受惠。我們最熟知的就是由吳振輝和郭啟彰引進台灣的吳郭魚,經過不斷的品種改良後,成為肉質鮮美、價格低廉的台灣重要水產品。在當時資源缺乏的台灣,吳郭魚的營養價值,讓台灣得以免去很多開發中國家所面臨到學童營養不均衡的普遍問題。

其它的例子,還包括建造當時總長度是「遠東第一、世界第二」橫跨分隔台灣南北濁水溪的西螺大橋,讓台灣農民的農產品物流配送,從此不再受自然地形的限制。後來的嘉義農業試驗分所經過十八年選育的台農十七號金鑽鳳梨,更是科技發展嘉惠民生的經典案例。

近年科學發展的重點與缺失

我們都知道「教育靠百年樹人,學術靠長期累積,技術靠長期努力。」科學的生根發展,有以下幾項必備條件:踏實的基礎科學教育、嚴謹的高級人才培養和科技的研究中心。早期的科技發展,受到社會財力的限制,很難做到。現在社會富足了,經費不再是瓶頸,今日科學研究與科學教育的發展,卻同時產生了急功近利、浮而不實的現象。

學術研究層面:趨於急功近利

近年台灣習慣用各種指標數據,來引導發展的方向、並藉以衡量發展的績效。例如講到經濟發展,政府關心的通常只是GDP(國內生產毛額)的數據;大家只看到台灣過去幾年來GDP年增長率有3~5%左右的成績,但是卻忽略了人民實際收入並沒有增加的事實。

科學發展更是如此!從國科會到教育部,近年來都以國際期刊發表的數量SCI、SSCI為學者研究成果與大專院校發展的評判標準。最鮮明的例子,就是教育部現在為了發展頂尖大學進入「世界一流」,推動五年五百億計畫。這個計畫過度偏重數據與量化指標,間接造成急功近利的風氣;大學教授與碩博士生成為量產學術論文的機器,卻無法替台灣的科學教育與研發創新帶來突破性的發展。同時由於盲目追求論文數量,很多大學的教學質量大受影響。

長此以往,如果不及時改正,可預見再過二十年後,我們回頭看這個十年計畫,可能發現它是台灣高等教育發展史上的一場災難。因為過了二、三十年以後,現今哪個大學在世界上排名第幾名、發表幾篇論文,根本不會有人在乎!後人只看到台灣的高等教育,因為過度急功近利的傾向,而忽視了科學教育的紮根與科學人才的培育,讓台灣的科學發展,出現後繼無人的窘境。

基礎教育層面:沒有踏實紮根

今天大家過度重視科學發展的上層結構,例如研究機構的設立與研發經費的爭取,但卻忽視了下層結構「基礎科學教育」踏實紮根的重要性。急功近利的心態,從高等教育蔓延到了基礎教育;各級學校莫不以讓學生在奧林匹亞競賽得獎為發展目標。

但是調查顯示,學生們對數學、物理、化學等學科的興趣,卻是不增反減。我們很多的教育做法,有意無意地把孩子逼上了死路,扼殺了他們原本對科學的興趣。當從小學到大學、大家都在以「點數」、「獎牌數」為目標的時候,就不會有人去注意基礎科學教育的重要性。

未來的發展方向

高等教育發展的目的,不是為了拼點數、搶積分,而是為了替未來的社會培育人才,解決未來社會的問題。學術研究的目的,不是單純為了發表文章,而是為了增進學術知識、訓練科學家的思維方式,然後將這些科學知識與思維方式,傳遞給下一代的人才。

如果量化指標真的是科學研究與教學發展上無法避免的評量標準的一部分,那至少我們所訂出的量化目標,要能夠「按照我們社會的需要」來訂立;如果連自身的科學發展需要都搞不清楚,又怎麼能夠與世界科學界的發展趨勢順利接軌?

學術靠長期累積,技術靠長期努力,教育靠百年樹人;但是近十年的趨勢似乎是研究以論文篇數為準,科學發展以諾貝爾為目的,教育以奧林匹亞為目標,體育以國外大獎或僱用為標竿。這樣的趨勢,能夠發展科學,建立科技,振興社會,改進人民生活,使社會永續發展嗎?

回首四十年前因有《科學月刊》雜誌,結合一批科學菁英,承擔了早期《科學》的使命,為台灣奠定了深厚基礎。希望今天在此科技百年反思之際,《科學月刊》能夠再度發動社會的力量,面對當今的挑戰,檢討過去發展的得失,策劃未來的努力方向,發揮時代先行者的功能,使我們的社會對人類文明能做更大的貢獻,永遠不再落後。

注:本文內容細節部分,可參見錢致榕和劉源俊合著,〈中華民國百年來物理學的發展〉,《中華民國發展史:學術發展篇》,台北,國立政治大學人文中心,2011。

錢致榕:國立政治大學講座教授
美國約翰霍普金斯大學物理暨天文學教授

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科學月刊_96
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AI 是理科「主場」? AI 也可以成為文科人的助力!
研之有物│中央研究院_96
・2022/08/13 ・5646字 ・閱讀時間約 11 分鐘

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本文轉載自中央研究院研之有物,泛科學為宣傳推廣執行單位。

  • 採訪撰文/田偲妤
  • 美術設計/蔡宛潔

AI 的誕生,文理缺一不可

人工智慧(Artificial Intelligence,簡稱 AI)在 21 世紀的今日已大量運用在生活當中,近期掀起熱議的聊天機器人 LaMDA、特斯拉自駕系統、AI 算圖生成藝術品等,都是 AI 技術的應用。多數 AI 的研發秉持改善人類生活的人文思維,除了仰賴工程師的先進技術,更需要人文社會領域人才的加入。

中央研究院「研之有物」專訪院內人文社會科學研究中心蔡宗翰研究員,帶大家釐清什麼是 AI?文科人與工程師合作時,需具備什麼基本 AI 知識?AI 如何應用在人文社會領域的工作當中?

中央研究院人文社會科學研究中心蔡宗翰研究員。圖/研之有物

詩詞大對決:人與 AI 誰獲勝?

一場緊張刺激的詩詞對決在線上展開!人類代表是有「AI 界李白」稱號的蔡宗翰研究員,AI 代表則是能秒速成詩的北京清華九歌寫詩機器人,兩位以「人工智慧」、「類神經」為命題創作七言絕句,猜猜看以下兩首詩各是誰的創作?你比較喜歡哪一首詩呢?

猜猜哪首詩是 AI 做的?哪首詩是人類做的?圖/研之有物

答案揭曉!A 詩是蔡宗翰研究員的創作,B 詩是寫詩機器人的創作。細細賞讀可發覺,A 詩的內容充滿巧思,為了符合格律,將「類神經」改成「類審經」;詩中的「福落天赦」是「天赦福落」的倒裝,多念幾次會發現,原來是 Google 開發的機器學習開源軟體庫「Tensor Flow」的音譯;而「拍拓曲」則是 Facebook 開發的機器學習庫「Pytorch」的音譯,整首詩創意十足,充滿令人會心一笑的魅力!

相較之下,B 詩雖然有將「人工」兩字穿插引用在詩中,但整體內容並沒有呼應命題,只是在詩的既有框架內排列字句。這場人機詩詞對決明顯由人類獲勝!

由此可見,當前的 AI 缺乏創作所需的感受力與想像力,無法做出超越預先設定的創意行為。然而,在不久的將來,AI 是否會逐漸產生情感,演變成電影《A.I. 人工智慧》中渴望人類關愛的機器人?

AI 其實沒有想像中聰明?

近期有一則新聞「AI 有情感像 8 歲孩童?Google 工程師爆驚人對話遭停職」,讓 AI 是否已發展出「自我意識」再度成為眾人議論的焦點。蔡宗翰研究員表示:「當前的 AI 還是要看過資料、或是看過怎麼判讀資料,經過對應問題與答案的訓練才能夠運作。換而言之,AI 無法超越程式,做它沒看過的事情,更無法替人類主宰一切!

會產生 AI 可能發展出情感、甚至主宰人類命運的傳言,多半是因為我們對 AI 的訓練流程認識不足,也缺乏實際使用 AI 工具的經驗,因而對其懷抱戒慎恐懼的心態。這種狀況特別容易發生在文科人身上,更延伸到文科人與理科人的合作溝通上,因不了解彼此領域而產生誤會與衝突。如果文科人可以對 AI 的研發與應用有基本認識,不僅能讓跨領域的合作更加順利,還能在工作中應用 AI 解決許多棘手問題。

「職場上常遇到的狀況是,由於文科人不了解 AI 的訓練流程,因此對 AI 產生錯誤的期待,認為辛苦標注的上千筆資料,應該下個月就能看到成果,結果還是錯誤百出,準確率卡在 60、70% 而已。如果工程師又不肯解釋清楚,兩方就會陷入僵局,導致合作無疾而終。」蔡宗翰研究員分享多年的觀察與建議:

如果文科人了解基本的 AI 訓練流程,並在每個訓練階段協助分析:錯誤偏向哪些面向?AI 是否看過這方面資料?文科人就可以補充缺少的資料,讓 AI 再進行更完善的訓練。

史上最認真的學生:AI

認識 AI 的第一步,我們先從分辨什麼是 AI 做起。現在的數位工具五花八門,究竟什麼才是 AI 的應用?真正的 AI 有什麼樣的特徵?

基本上,有「預測」功能的才是 AI,你無法得知每次 AI 會做出什麼判斷。如果只是整合資料後視覺化呈現,而且人類手工操作就辦得到,那就不是 AI。

數位化到 AI 自動化作業的進程與舉例。圖/研之有物

蔡宗翰研究員以今日常見的語音辨識系統為例,大家可以試著對 Siri、Line 或 Google 上的語音辨識系統講一句話,你會發現自己無法事先知曉將產生什麼文字或回應,結果可能正是你想要的、也可能牛頭不對馬嘴。此現象點出 AI 與一般數位工具最明顯的不同:AI 無法百分之百正確!

因此,AI 的運作需建立在不斷訓練、測試與調整的基礎上,盡量維持 80、90% 的準確率。在整個製程中最重要的就是訓練階段,工程師彷彿化身老師,必須設計一套學習方法,提供有助學習的豐富教材。而 AI 則是史上最認真的學生,可以穩定、一字不漏、日以繼夜地學習所有課程。

AI 的學習方法主要分為「非監督式學習」、「監督式學習」。非監督式學習是將大批資料提供給 AI,讓其根據工程師所定義的資料相似度算法,逐漸學會將相似資料分在同一堆,再由人類檢視並標注每堆資料對應的類別,進而產生監督式學習所需的訓練資料。而監督式學習則是將大批「資料」和「答案」提供給 AI,讓其逐漸學會將任意資料對應到正確答案。

圖/研之有物

學習到一定階段後,工程師會出試題,測試 AI 的學習狀況,如果成績只有 60、70 分,AI 會針對答錯的地方調整自己的觀念,而工程師也應該與專門領域專家一起討論,想想是否需補充什麼教材,讓 AI 的準確率可以再往上提升。

就算 AI 最後通過測試、可以正式上場工作,也可能因為時事與技術的推陳出新,導致準確率下降。這時,AI 就要定時進修,針對使用者回報的錯誤進行修正,不斷補充新的學習內容,讓自己可以跟得上最新趨勢。

在了解 AI 的基本特徵與訓練流程後,蔡宗翰研究員建議:文科人可以看一些視覺化的操作影片,加深對訓練過程的認識,並實際參與檢視與標注資料的過程。現在網路上也有很多 playground,可以讓初學者練習怎麼訓練 AI,有了上述基本概念與實務經驗,就可以跟工程師溝通無礙了。

AI 能騙過人類,全靠「自然語言處理」

AI 的應用領域相當廣泛,而蔡宗翰研究員專精的是「自然語言處理」。問起當初想投入該領域的原因,他充滿自信地回答:因為自然語言處理是「AI 皇冠上的明珠」!這顆明珠開創 AI 發展的諸多可能性,可以快速讀過並分類所有資料,整理出能快速檢索的結構化內容,也可以如同真人般與人類溝通。

著名的「圖靈測試」(Turing Test)便證明了自然語言處理如何在 AI 智力提升上扮演關鍵角色。1950 年代,傳奇電腦科學家艾倫・圖靈(Alan Turing)設計了一個實驗,用來測試 AI 能否表現出與人類相當的智力水準。首先實驗者將 AI 架設好,並派一個人操作終端機,再找一個第三者來進行對話,判斷從終端機傳入的訊息是來自 AI 或真人,如果第三者無法判斷,代表 AI 通過測試。

圖靈測試:AI(A)與真人(B)同時傳訊息給第三者(C),如果 C 分不出訊息來自 A 或 B,代表 AI 通過實驗。圖/研之有物

換而言之,AI 必須擁有一定的智力,才可能成功騙過人類,讓人類不覺得自己在跟機器對話,而這有賴自然語言處理技術的精進。目前蔡宗翰的研究團隊有將自然語言處理應用在:人文研究文本分析、新聞真偽查核,更嘗試以合成語料訓練臺灣人專用的 AI 語言模型。

讓 AI 替你查資料,追溯文本的起源

目前幾乎所有正史、許多地方志都已經數位化,而大量數位化的經典更被主動分享到「Chinese Text Project」平台,讓 AI 自然語言處理有豐富的文本資料可以分析,包含一字不漏地快速閱讀大量文本,進一步畫出重點、分門別類、比較相似之處等功能,既節省整理文本的時間,更能橫跨大範圍的文本、時間、空間,擴展研究的多元可能性。

例如我們想了解經典傳說《白蛇傳》是怎麼形成的?就可以應用 AI 進行文本溯源。白蛇傳的故事起源於北宋,由鎮江、杭州一帶的說書人所創作,著有話本《西湖三塔記》流傳後世。直至明代馮夢龍的《警世通言》二十八卷〈白娘子永鎮雷峰塔〉,才讓流傳 600 年的故事大體成型。

我們可以透過「命名實體辨識技術」標記文本中的人名、地名、時間、職業、動植物等關鍵故事元素,接著用這批標記好的語料來訓練 BERT 等序列標注模型,以便將「文本向量化」,進而找出給定段落與其他文本的相似之處。

經過多種文本的比較之後發現,白蛇傳的原型可追溯自印度教的那伽蛇族故事,傳說那伽龍王的三女兒轉化成佛、輔佐觀世音,或許與白蛇誤食舍利成精的概念有所關連,推測印度神話應該是跟著海上絲路傳進鎮江與杭州等通商口岸。此外,故事的雛型可能早從唐代便開始醞釀,晚唐傳奇《博異志》便記載了白蛇化身美女誘惑男子的故事,而法海和尚、金山寺等關鍵人物與景點皆真實存在,金山寺最初就是由唐宣宗時期的高僧法海所建。

白蛇傳中鎮壓白娘子的雷峰塔。最早為五代吳越王錢俶於 972 年建造,北宋宣和二年(1120 年)曾因戰亂倒塌,大致為故事雛形到元素齊全的時期。照片中雷峰塔為 21 世紀重建。圖/Wikimedia

在 AI 的協助之下,我們得以跨時空比較不同文本,了解說書人如何結合印度神話、唐代傳奇、在地的真人真事,創作出流傳千年的白蛇傳經典。

最困難的挑戰:AI 如何判斷假新聞

除了應用在人文研究文本分析,AI 也可以查核新聞真偽,這對假新聞氾濫的當代社會是一大福音,但對 AI 來說可能是最困難的挑戰!蔡宗翰研究員指出 AI 的弱點:

如果是答案和數據很清楚的問題,就比較好訓練 AI。如果問題很複雜、變數很多,對 AI 來說就會很困難!

困難點在於新聞資訊的對錯會變動,可能這個時空是對的,另一個時空卻是錯的。雖然坊間有一些以「監督式學習」、「文本分類法」訓練出的假新聞分類器,可輸入當前的新聞讓機器去判讀真假,但過一段時間可能會失準,因為新的資訊源源不絕出現。而且道高一尺、魔高一丈,當 AI 好不容易能分辨出假新聞,製造假新聞的人就會破解偵測,創造出 AI 沒看過的新模式,讓先前的努力功虧一簣。

因此,現在多應用「事實查核法」,原理是讓 AI 模仿人類查核事實的過程,尋找權威資料庫中有無類似的陳述,可用來支持新聞上描述的事件、主張與說法。目前英國劍橋大學為主的學者群、Facebook 與 Amazon 等業界研究人員已組成 FEVEROUS 團隊,致力於建立英文事實查核法模型所能運用的資源,並透過舉辦國際競賽,廣邀全球學者專家投入研究。

蔡宗翰教授團隊 2021 年參加 FEVEROUS 競賽勇奪全球第三、學術團隊第一後,也與合作夥伴事實查核中心及資策會討論,正著手建立中文事實查核法模型所需資源。預期在不久的將來,AI 就能幫讀者標出新聞中所有說法的資料來源,節省讀者查證新聞真偽的時間。

AI 的無限可能:專屬於你的療癒「杯麵」

想像與 AI 共存的未來,蔡宗翰研究員驚嘆於 AI 的學習能力,只要提供夠好、夠多的資料,幾乎都可以訓練到讓人驚訝的地步!圖/研之有物

AI 的未來充滿無限可能,不僅可以成為分類與查證資料的得力助手,還能照護並撫慰人類的心靈,這對邁入高齡化社會的臺灣來說格外重要!許多青壯年陷入三明治人(上有老、下有小要照顧)的困境,期待有像動畫《大英雄天團》的「杯麵」(Baymax)機器人出現,幫忙分擔家務、照顧家人,在身心勞累時給你一個溫暖的擁抱。

機器人陪伴高齡者已是現在進行式,新加坡南洋理工大學 Gauri Tulsulkar 教授等學者於 2021 年發表了一項部署在長照機構的機器人實驗。這名外表與人類相似的機器人叫「娜丁」(Nadine),由感知、處理、互動等三層架構組成,可以透過麥克風、3D和網路鏡頭感知用戶特徵、所處環境,並將上述資訊發送到處理層。處理層會依據感知層提供的資訊,連結該用戶先前與娜丁互動的記憶,讓互動層可以進行適當的對話、變化臉部表情、用手勢做出反應。

長照機構的高齡住戶多數因身心因素、長期缺乏聊天對象,或對陌生事物感到不安,常選擇靜默不語,需要照護者主動引導。因此,娜丁內建了注視追蹤模型,當偵測到住戶已長時間處於被動狀態,就會自動發起話題。

實驗發現,在娜丁進駐長照機構一段時間後,住戶有一半的天數會去找她互動,而娜丁偵測到的住戶情緒多為微笑和中性,其中有 8 位認知障礙住戶的溝通能力與心理狀態有明顯改善。

照護機器人娜丁的運作架構。圖/研之有物

至於未來的改進方向,研究團隊認為「語音辨識系統」仍有很大的改進空間,需要讓機器人能配合老年人緩慢且停頓較長的語速,音量也要能讓重聽者可以清楚聽見,並加強對方言與多語混雜的理解能力。

臺灣如要發展出能順暢溝通的機器人,首要任務就是要開發一套臺灣人專用的 AI 語言模型,包含華語、臺語、客語、原住民語及混合以上兩種語言的理解引擎。這需花費大量人力與經費蒐集各種語料、發展預訓練模型,期待政府能整合學界與業界的力量,降低各行各業導入 AI 相關語言服務的門檻。

或許 AI 無法發展出情感,但卻可以成為人類大腦的延伸,協助我們節省處理資料的時間,更可以心平氣和地回應人們的身心需求。與 AI 共存的未來即將來臨,如何讓自己的行事邏輯跟上 AI 時代,讓 AI 成為自己的助力,是值得你我關注的課題。

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研之有物│中央研究院_96
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至少三次面臨停辦危機,到處募款是就為了傳播知識——台灣的第一本科普刊物《科學月刊》,五十週年紀錄片首映會
PanSci_96
・2022/11/24 ・2381字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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  • 文/嚴融怡

最近參與了《科學月刊》五十週年紀錄片首映會,從中感受了林孝信老師、曹亮吉老師等科普前輩在開創時期的篳路藍縷,以及五十年來經營路上的不容易。

首映會現場。圖/《科學月刊》

四處奔走,實現第一本中文科普刊物

《科學月刊》是國人第一本自行發行的科普刊物,也是臺灣第一本由旅美留學生發起的中文科普刊物。1969 年,當時還是學生的林孝信老師,想要為國人發起第一本中文科普刊物,希望發展國內還未有的大眾科學。

他召集周邊認同他的同窗好友,也跑遍美國各州登門尋求願意支持的新夥伴,同時並設置特殊的循環電話來聯繫成員,就這樣串聯起眾多的留學生,第零號的科學月刊正式開始發行。

由於《科學月刊》製作非常嚴謹,又是以親切的中文來報導最新的科學知識,很快便在當時傳遍國內外許多年輕學生而廣受好評。而這些投入科月創刊的學生,有許多人後來都成為國內外重要的科學家,也持續為臺灣科普事業投入心力。

《科學月刊》第一卷第一期。 圖/wikipedia

隨後保釣運動的發生,使得《科學月刊》發行重心從美國回到臺灣,這些年又陸續歷經淡水河紅樹林濕地保護行動、衛星研發大投資的爭議、台大論文造假風波、新冠疫情等等……,《科學月刊》不僅是本科普刊物,也一直以科學的角度為社會正義和環境守護等課題去發聲,是一本真正實現科學責任的重量級刊物。

紀錄片當中,有些老師現今已垂垂老矣,有些甚至早已過世,然而他們的熱情卻依舊透過影音感動每一位觀眾。我尤其感動的是,看到劉源俊老師答應協助林孝信老師一起辦科月,隨後就是以一生時間去相挺朋友的夢想,與貫徹自己的諾言,彼此的情誼堅定而恆久。

協助林孝信老師創辦《科學月刊》的劉源俊老師。 圖/《科學月刊》

薪火相傳,承載著世代夢想

科學月刊社與其說是一間出版社,反而像是一個小小俱樂部。在過去物質與精神方面都匱乏的台灣社會,提供了科學家或是熱衷於科學的人們,可以熱情、但又嚴謹的談論科學知識的地方。

我自己一直是《科學月刊》的忠實讀者,它不僅是啟迪我知識的重要刊物,我之所以會在高中推薦甄選大學時選擇走向環境科學的領域,也是受到當時《科學月刊》341 期〈台灣的土壤污染專輯〉影響。

國高中時期,我因為參與科展而接觸水污染議題,以為水污染就是最嚴重的污染,但是《科學月刊》給予我極大的震撼——原來土壤污染更為複雜也更為持久,會影響土地甚至水源。

還記得我高二時候,我們兩位松山高中生物研究社的幹部受邀去參與當時《科學月刊》徵求高中生給予報導內容建議的活動;當下有種很特別的感受油然而生,帶著一種深深的感動。當時僅僅是高中生的我們,總編輯卻願意徵詢我們閱讀的感想。

一路走來,《科學月刊》五十年了。 圖/《科學月刊》

這也是同一時期另一本我也很喜歡的《牛頓雜誌》所沒有的情形,雖然《牛頓雜誌》印刷更為精美,甚至還有精美的小書籍贈品。但是科月諮詢高中生對於刊載科學議題的喜好方向,是一個非常令人難忘的體驗。特別是對於高中生科學興趣與自信的養成,我覺得這是一個相當好的活動。

我在高中的另外一群夥伴,特別喜歡當時 338 期的「科學與科幻」方面的專題,那次的專題曾經讓高中社團有一些小寫手開始夢想有朝一日自己也能成為厲害的科幻作家。

直到現在,我仍把 1998 年 338 期與 341 期這兩期影響我們當時學生生涯很重要的兩本《科學月刊》珍藏在書櫃當中。

高中時期收藏的《科學月刊》。圖/嚴融怡

科普薪傳之光,照亮莘莘學子

《科學月刊》從創刊以來,便一直透過不同的方法設法普及科學。

在網路發達的現代,知識與訊息的取得非常容易,然而還有一群年輕學子,住在城鄉的交界處,因其地緣關係,既無法有城市充沛的資源,卻又被當作城市;因為坐落在城市邊緣,而沒有足夠的社會關懷與保障。他們成為教育體制下被遺落的一群,即便近期政府立定專案,將像這樣非山非市的學校列入補助對象,依然無法解決資源缺乏的問題。

為此,科月團隊準備啟動非山非市「星火相傳」計畫。

透過四個階段協助這些區域的學生獲得更好的科普學習:

  1. 贈與學校兩年份的《科學月刊》,提供多元的科學閱讀教材。
  2. 串聯學校或科研社團,舉辦不定期的科普講座與體驗活動。
  3. 與學校合作,讓學生以在地知識出發,進行科普寫作課程。
  4. 結合當地鄉鎮,辦理地方性小型科學活動。

這些嘗試不僅是想幫助當地的學生,減少他們所面對的資源困境,更希望能讓科學從課本上走出來,融入大眾生活的知識中。期望《科學月刊》能持續散播科學知識的種子,在新世代當中發芽茁壯。

夾在偏鄉與城市之間,非山非市的學校很容易成為教育體制下被冷落的角落。圖/《科學月刊》

與我們一起支持《科學月刊》【非山非市「星火相傳」計畫】讓探索生活科學之趣,不再受到地域的限制

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大科學人專訪|許奶爸:站在孩子的角度找到適合的學習方法
LIS_96
・2022/11/18 ・2002字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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在桌遊界走跳的朋友一定都聽過致力於親子桌遊推廣的「許奶爸」。他曾是一位照三餐罵小孩的爸爸,沒想到在他現在的教養觀念中「成績不再是罵小孩的理由」。幾年前,許奶爸因為孩子接觸了桌遊,無意間開啟了自身興趣,為此他也改變照三餐責罵孩子的教養觀念,開啟他將親職教養技巧融合陪伴孩子玩桌遊的動機。

關於許奶爸引導孩子學習動機的方法以及教育觀點,邀請你一起往下閱讀 >>>

找到適合自己的學習方法是關鍵

許奶爸回憶過往的求學歷程,為了拼數學考試拼到凌晨,「像之前數學怎麼考,我上課認真聽,晚上拼到凌晨,數學、物理、化學的成績怎麼樣都好不起來,從來沒有及格過,每一科都是不及格(笑)」。

許奶爸補充自己成績不理想並不是學校老師教得不好,「我覺得是方法,不管以前學習的狀況是怎麼樣,重點是要找到適合你的方法,有好方法學習才會事半功倍。」許奶爸提到過去沒有這麼多的學習資源和教材,以前大人教我們怎麼做就怎麼做,一樣都是參考書、課本、聽講,但這些內容大部分看了只會想睡覺,提不起勁。

不論是學校體制教育還是一般自學家庭,許奶爸相信:當你能找到適合自己的有效方法,便會提起學習動機和內在動機。「方法好了自然會有成績的效益出來,聽進去知道在講什麼,就會內化到自己的身上,也許會透過自己考試的成績展現,提升自己的自信心。」

創造好的學習環境引導孩子找到學習動機,家長是孩子的學習引導者

家長是孩子學習道路上的引導人,找到「適合小孩的方式」是關鍵。圖/Pexels

家庭教育很重要,許奶爸是孩子們學習道路上的啟蒙老師,如果家長認為英文能力很重要,那就從小為孩子創造英文的學習環境,讓孩子從小自然喜歡英文,從小在生活中學習英文。

「我們每一天在車上,每一天眼睛張開醒著就放英文 CD,兒子兩歲我們會念一些英文繪本,一起親子共讀,英文是這樣從小培養的。」

許奶爸提到引導小朋友的方式有兩種,一是要趁孩子還不了解時就讓他去接觸,並且要能站在孩子的角度,用他覺得有趣的方式接觸。第二種方式是給予孩子多方嘗試的機會,在過程中與孩子溝通核對,讓孩子願意嘗試、自己做決定是很重要的!

「看 LIS 的教材也是一樣的概念,我們先找到 LIS 的影片讓孩子看,之後問他覺得怎麼樣,很有趣就繼續看,自由選擇你要看有什麼內容,有問題就找其他方法來補強。」家長很重要,家長是引導人,家長去找到「適合小孩的方式」,而不是大人自以為的方法,這是許奶爸想提醒大家的關鍵。

拿掉考試,科學的重要性和意義是什麼

「我個人不注重成績,才會在小孩六年級之前沒有補習。但我不得不說,學校的考試成績會反映出孩子現在學習的狀態怎麼樣。」許奶爸提到家長應當關注孩子的學習狀態,我們要去注意到的不是成績,成績是反映學習的程度,家長要做的是協助他找到他的問題點,不是去追究他怎麼會考得那麼差,而是挖掘背後的原因。

許奶爸在協助孩子找到問題點後,會再找到另一個方法來解決這個問題,「我個人尊重考試制度,很多家長把考試成績看的很重,但忘記成績對孩子的意義是什麼」。

好奇心是開啟科學領域大門的金鑰

好奇心是開啟科學大門的金鑰。圖/GIPHY

日常中,許奶爸會透過「刻意的動作」培養孩子們的好奇心,「像我們騎摩托車過去,我就問孩子說:你知道我剛剛為什麼做這個動作嗎?你再想想看剛剛我們發生什麼事情,騎車開車都會偶爾問上幾句,從生活中問他一些事情,跟他一起對話。」最後,許奶爸也提到讓孩子「多方嘗試」是很重要的,「有嘗試總比沒有嘗試的好,試試看才能知道好不好,好當然很好,不好當成學習的經驗,累積豐富生命的土壤。」

響應本次「LIS 第二季大科學計劃」, 許奶爸分享給我們的大科學人宣言:
❛❛ 好奇心,是開啟科學領域大門的金鑰 ❜❜ ——許奶爸

這也體現了 LIS 的願景和使命感,讓孩子能像科學家一樣思考,讓孩子擁有實踐夢想的勇氣和能力。

現在,邀請您一同成為各行各業中的大科學人,您的捐款將支持「科學公益教材」的穩定開發,一起支持台灣科學教育,讓孩子從小開始像「科學家一樣思考」,帶著自信長大成為各行各業中「永保好奇」、「邏輯思辨」的大科學人!

【LIS 大科學計畫 ✦ 第二季】|

❛ 教育不只是老師的事,這是我們的任務,下一個世代的科學史,現在就得開始寫起! ❜
每月小額捐款,就能支持全台十萬名孩子都期待的科學教材:https://bit.ly/3EOSaVa

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LIS ( Learning in Science )情境科學教材,成立於2013年7月,是一個非營利組織,致力於為國中小自然教師及學生,設計有別於填鴨教育的科學教材,協助教師進行STEAM和科學素養導向的教學,讓教師更簡單地進行教學創新,幫助更多孩子找回對科學的學習動機,並培養解決問題的能力。 在 Youtube 頻道【LIS情境科學教材】上,我們會即時更新所有LIS教材的影片,而完整的教案、學習單,亦同步上傳於【LIS教材平台網】歡迎您前往瀏覽完整內容。