用深度神經網路求解「薛丁格方程式」，AI 開啟量子化學新未來

作者 雷鋒網 | 發布日期 2021 年 01 月 02 日 0:00 |

19 世紀末，量子力學的提出為解釋微觀物質世界打開了一扇大門，徹底改變了人類對物質結構及相互作用的理解。已有實驗證明，量子力學解釋了許多被預言、無法直接想像的現象。

由此，人們也形成了一種既定印象，所有難以理解的問題都可以透過求解量子力學方程式來解決。

但事實上能夠精確求解方程式的體系少之又少。

薛丁格方程式是量子力學的基本方程式，即便已經提出七十多年，它的氫原子求解還是很困難，超過兩個電子的氫原子便很難保證精確度。

不過，多年來科學家們一直在努力克服這一難題。

最近，來自柏林自由大學（Freie Universität Berlin） 的科學團隊取得了突破性進展，他們發表的一篇名為《利用深度神經網路解電子薛丁格方程式》的論文，登上《Nature Chemistry》子刊。

論文明確指出：利用人工智慧求解薛丁格方程式基態解，達到了前所未有的準確度和運算效率。該人工智慧即為深度神經網路（Deep-neural-network），他們將其命名為 PauliNet。

在介紹它之前，我們先來簡單了解薛丁格方程式。

什麼是薛丁格方程式？

薛丁格方程式（Schrödinger Equation），是量子力學中的一個基本方程式。又稱薛丁格波動方程式（Schrödinger Wave Equation），它的命名來自一位名為埃爾溫·薛丁格（Erwin Schrödinger）的奧地利物理學家。

Erwin 曾在 1933 年獲得諾貝爾物理學獎，是量子力學奠基人之一。他在 1926 年發表的量子波形開創性論文中，首次提出了薛丁格方程式。它是一個非相對論的波動方程式，反映了描述微觀粒子的狀態隨時間變化的規律。

具體來說，將物質波的概念和波動方程式相結合建立二階偏微分方程式，以描述微觀粒子的運動，每個微觀系統都有一個相應的薛丁格方程式，透過「解方程式」可得到波函數的具體形式以及對應的能量，從而了解微觀系統的性質。

薛丁格方程式在量子力學的地位，類似牛頓運動定律在經典力學的地位，在物理、化學、材料科學等多領域都有廣泛應用價值。

比如，應用量子力學的基本原理和方法研究化學問題已形成「量子化學」基礎學科，研究範圍包括分子的結構、分子結構與性能之間的關係；分子與分子之間的相互碰撞、相互作用等。

也就是說，在量子化學，透過求解薛丁格方程式可以用來預測出分子的化學和物理性質。

波函數（Wave Function）是求解薛丁格方程式的關鍵，在每個空間位置和時間都定義一個物理系統，並描述系統隨時間的變化，如波粒二象性。同時還能說明這些波如何受外力或影響發生改變。

以下透過氫原子求解可得到正確的波函數。

不過，波函數是高維實體，使捕獲特定編碼電子相互影響的頻譜變得異常困難。

目前在量子化學領域，很多方法都證實無法解決這難題。如利用數學方法獲得特定分子的能量，會限制預測的精確度；使用大量簡單的數學構造塊表示波函數，無法使用少數原子進行計算等。

在此背景下，柏林自由大學科學團隊提出了一種有效的應對方案。團隊成員簡‧赫爾曼（Jan Hermann）稱，到目前為止，離群值（Outlier）是最經濟有效的密度泛函理論（Density functional theory ，一種研究多電子體系電子結構的方法）。相比之下，他們的方法可能更成功，因在可接受計算成本下提供前所未有的精確度。

PauliNet：物理屬性引入 AI 神經網路
Hermann 所說的方法稱為量子蒙地卡羅法。

論文顯示，量子蒙地卡羅（Quantum Monte Carlo）法提供可能的解決方案：對大分子來說，可縮放和並行化，且波函數的精確性只受 Ansatz 靈活性的限制。

具體來說，團隊設計一個深層神經網路表示電子波函數，這是一種全新方法。PauliNet 有當成基準內建的多參考 Hartree-Fock 解決方案，結合有效波函數的物理特性，並使用變分量子蒙地卡洛訓練。

弗蘭克‧諾（Frank Noé）教授解釋：「不同於簡單標準的數學公式求解波函數，我們設計的人工神經網路能夠學習電子如何圍繞原子核定位的複雜模式。」

電子波函數的獨特特徵是反對稱性。當兩個電子交換時，波函數必須改變符號。我們必須將這種特性構建到神經網路體系結構才能工作。

這類似包立不相容原理（Pauli’s Exclusion Principle），因此研究人員將該神經網路體系命名為「PauliNet」。

除了包立不相容原理，電子波函數還具有其他基本物理特性。PauliNet 成功之處不僅在於利用 AI 訓練數據，還在將這些物理屬性全部整合到深度神經網路。

對此，FrankNoé 還特意強調說：

「將基本物理學納入 AI 至關重要，因為它能夠做出有意義的預測，這是科學家可以為 AI 做出有實質性貢獻的地方，也是我們關注的重點。」

實驗結果：高精確度、高效率

PauliNet 對電子薛丁格方程式深入學習的核心方法是波函數 Ansatz，它結合了電子波函數斯萊特行列式（Slater Determinants），多行列式展開（Multi-Determinant Expansion），Jastro 因子（Jastrow Factor），回流變換（backflow transformation,），尖點條件（Cusp Conditions）以及能夠編碼異質分子系統中電子運動複雜特徵的深層神經網路。如下圖：

論文中，研究人員將 PauliNet 與 SD-VMC（singledeterminant variational，標準單行列式變分蒙地卡羅）、SD-DMC（singledeterminant diffusion，標準單行列式擴散蒙地卡羅）和 DeepWF 進行比較。

實驗結果顯示，在氫分子（H_2）、氫化鋰（LiH）、鈹（Be）以及硼（B）和線性氫鏈 H_10 五種基態能量的對比下，PauliNe 相較於 SD-VMC、SD-DMC 以及 DeepWF 均表現出更高的精準度。

同時論文中還表示，與專業的量子化學方法相比──處理環丁二烯過渡態能量，其準確性達到一致性的同時，也能夠保持較高的計算效率。

開啟「量子化學」新未來

需要說明的是，該項研究屬於一項基礎性研究。

也就是說，它在真正應用到工業場景之前，還有很多挑戰需要克服。不過研究人員也表示，它為長久以來困擾分子和材料科學的難題提供了一種新的可能性和解決思路。

此外，求解薛丁格方程式在量子化學領域的應用非常廣泛。從電腦視覺到材料科學，它將會帶來人類無法想像的科學進步。雖然這項革命性創新方法離落地應用還有很長的一段路要走，但它出現並活躍在科學世界已足以令人興奮。

如 Frank Noé 教授所說：「相信它可以極大地影響量子化學的未來。」

附圖：▲ Ψ 表示波函數。

資料來源：https://technews.tw/2021/01/02/schrodinger-equation-ai/?fbclid=IwAR340MNmOkOxUQERLf4u3SK0Um6VQVBpvEkV_DxyxIIcUv8IP88btuXNJ6U

<文茜的世界周報>世界的孩子教育系列：貧富差距·愛在偏鄉程式

台灣非常多的家長，家境比較好的，把小孩送到雙語學校，或者就是聘請家教，最終把孩子送出國。即使沒有送出國，也想辦法擠進美國學校，擠進歐洲學校。歐洲學校的一個負責人就說，大家對台灣教育信心的崩潰，已經太多這個現象買一個護照進了歐洲學校，你以為你到了歐洲學校，和外國小孩在一起，結果全班都是台灣小孩。

這是台灣的現狀，這些小朋友或者有機會，因為家庭給他們的經濟資助，他們可以在台灣上雙語學校。然後接著，在高中或是大學的時候至美國接受教育。

但其他的小朋友呢？他們是台灣多數的孩子，他們的未來呢？

他們可能永遠的被拋棄在角落裡。台灣有無數的政治問題，政黨不斷的輪替，每天有各種政治議題，過去的、現在的、清算的、奪權的，但是我覺得再也沒有比因為貧富差距所造成的教育資源落差，再也沒有一個政治議題比這個議題更重要。

我們所談的是下一代人，他們所有的希望都會因爲相對貧窮葬送人生，這個國家似乎不打算提供給他們將來發展足夠的機會。

台灣有很多英語流浪老師，可是從中央教育部到地方教育局，卻不願意在禮拜六禮拜天的時候增加雙語教育，反而不斷的討論要增加其他的地方語言，但是真正重要的雙語教育，這是對孩子們將來發展關鍵性的教育，卻被擱在一邊。

在我們過度講究本土化的狀況下，雙語教育被忽略了。雖然本土化本來沒有錯，可是任何事情只要過度，就會產生偏差。那麼多的流浪英語老師，那麼多的學子，他們需要學習雙語教育，可是他們只好看著有錢人家的小孩，羨慕別人的背影，然後自己呢，或許認真的自學，將來長大，英語可能免不了仍有口音，永遠不如那些比較有錢小孩子們的未來。

第二個是程式教育，在人工智慧的時代，你可能需要很好的其他跨領域的背景，但是你不能夠不學程式設計。可是我們現在大多數的學校裡，並沒有程式設計的課程。在美國小學、在愛爾蘭從5歲開始，在歐盟很多學校，從國中的時候開始，在新加坡高中程式設計是必修課程。

台灣現在列入了國中課綱，可是並沒有準備足夠的師資。那麼什麼學校可以教？當然又是貴族學校，又是有錢人的學校！

所以再也沒有一個議題，比因為貧富差距，有一群小朋友他不必是三級貧戶，他只要是普通的家庭，他的父母親是正常的收入，他們就不會得到雙語教育的機會，不會得到程式教育的機會。

所幸台灣有一些企業界，例如趨勢科技，所幸台灣有一些非常有心的人士像成功大蘇文鈺教授，他們願意投注他們自己或企業的力量，他們的員工或者老師帶著他的研究生，到偏鄉地區教授程式教育。

今年1月，這些有心人辦了一個冬令營。過去可以參加夏令營冬令營的都是有錢的小朋友，然後到美國去騎馬，或是到美國去學英文。

如今終於有一個冬令營，專為偏鄉老師及小孩，而且聚焦有趣的程式設計課程。

他們希望拋磚引玉，孩子不該因為家境而限制了他們的基本教育。這是一個國家對下一代最起碼的義務。

====================
文德國小，彰化八卦山之巔。
高湘樺四年級，她和五年級的許羽恩是全校54個孩子中 好感情的"小閨密"。離家四天和其他兩位同學，一塊兒到台南參加科學營。
本來以為湘樺會帶上她所有的好玩玩意兒，沒想到，偏鄉孩子們的行李很單純。

(高湘樺\文德國小學生\)
(最想)去逛老街
(許羽恩\文德國小學生)
我沒去過台南，而且聽說台南很多小吃 我想去吃
(高湘樺母親)
生活上自己要..獨立一點。

不管是透過FB，還是其他通訊軟體，你就會覺得，城鄉差距真的是..還真的蠻大的。
什麼是偏鄉學校?可能是那些不在市區，也不在深山，而是少有企業捐贈和媒體青睞，真正因為教育資源造成城鄉差距的地方

(李政穎\文德國小校長)
其實 (偏鄉)孩子的資質，其實他沒有比一般都市的差
欠缺的只是機會，沒有那個觸動它(機會)的因子。就是說，可能視野可能文化

六個年級只有54個學生的文德國小，全校十多位使命感十足的老師，在這兒推動<流浪犬陪讀>的生命教育，還和<特有生物中心>合作，師生們一起拔山涉水 架設紅外線，甚至拍到瀕臨絕種的石虎蹤跡，讓日本研究單位都為之振奮，但是 對於明年將上路，涉及科學專業的"12年國教科技課綱"，老們們坦言，"需要幫助 不是太容易"

1月31號，我們看見台灣科學教育的希望與熱情。南台科技大學產品設計系和PTWA主辦的<設計自造營>，參加的64位國中小學生，都和湘樺一樣 來自台灣的偏鄉，最遠還從澎湖七美而來

(蘇文鈺\成功大學資工系教授)
四軸飛行器 要不要帶回家呢 (要)

靈魂人物，成功大學資訊工程系教授蘇文鈺說，來參加的必要條件是「老師要帶自己的學生來台南」。課程的三大主題是老屋音樂盒 飛行船 自走車
課程的設計顯然已經脫離了純寫程式的模式，變成"程式是配角"，而主角是"跨領域的學習"

(蘇文鈺\成大資工系教授 & PTWA創辦人)
我們不希望程式設計 變成是"學科"，我在過溝(教會)那邊上過我程式教育課的學生
應該超過200個，可是目前為止，還留在這個程式設計路上面的大概只剩下7.8個
所以都是程式設計的情況之下，大部分的小孩子一定會在中間會...會掉隊的
我們從沒想過，原來學科學 可以這麼快樂

== 課程1: <老屋音樂盒> ===
教孩子們做"老屋音樂盒"，文德國小美術老師李秉軒，帶孩子們先到台南新化老街寫生，1920年代 台灣巴洛克風格的建築

(李秉軒\文德國小老師)
山頭基本上會有兩種結構喔，有些山頭上面會先有女兒牆，可能像這樣，會做欄杆
，欄杆完之後，它可能再做一個很漂亮的山形牆，再來第二件事情，中間我們剛剛講有幾根柱子?四根，再來是什麼，我們剛剛是不是講中間有個什麼?"飾帶"

(黃子恩\玉里國中學生)
軟體裡面沒有程式是有圖形是可以(切斜邊)的，所以我是用長方形，然後用一個正三角形去切斜邊，要一直不斷的嘗試，雖然在過程中可能會..會很想生氣(笑)

(李秉軒\文德國小老師)
我們的孩子他(如果)失去了手做的能力，他不曉得如果我只有一張紙一枝筆，我該怎麼表達我自己的意思，但是你不覺得這好像就少了一點什麼嗎，他少了一點人味

== 課程2: 飛行船 ==
在我們還想像不到"飛行船"最後的成品究竟是什麼時，20年來開發出8000種紙飛機
神奇的讓紙飛機滯空秒數，長達58秒。卓志賢老師先讓孩子們摺紙飛機 進入飛行的世界

(卓志賢老師)
空氣刷到這邊的地方會怎麼樣，啊..它會被它頂上來，但是空氣不甘願 它會被它壓回來，"作用力" 再來呢 "反作用力"

邊笑邊玩邊跌倒孩子們慢慢體會，原來"飛行"整體的重量要輕，還要找出飛行體的重心支點。本來以為很難的空氣動力或流體力學，我們也聽得津津有味

== 課程3: 自走車 ===
製作自走車，整個地方好像變成"烹飪教室"了。PTWA的老師創意十足的讓孩子們用蘿蔔和地瓜雕出車體造型。孩子們的手有點拙，卻又散發出專注的學習欲望
然後再用塑料PS板加熱 真空成型

(蘇文鈺\成大資工系教授 & PTWA創辦人)
不管是 我們這個課程的自走車，或者是真正的無人車，你要從A座標走到B座標，那是個大哉問，那是個大問題。也就是說，它需要的問題 會包含很多工程上面的東西，很多的數學，但是它卻不是以前那個方式就是，你用一個數學公式帶進去，就可以解決的，你必須讓小孩子去體會到一件事情，在課本裡面跟在電腦裡面，你會碰到的問題，跟你實際生活會碰到的問題，這兩個是兩回事，他必須從小建立這個概念。要讓小孩子去"解決問題"這件事情，我覺得是更重要的，因為當要解決問題的時候，很可能就不是只有"一科"，某一個科目可以做得到的

不只是程式教育，結合歷史.建築與音樂，結合了美學.雕塑和飛行動力，並且利用各種偏鄉不可能用到的各式科技工具，蘇文鈺說，這樣的跨領域課程，讓孩子們視野更多元，培養孩子們解決問題的能力，因為學程式很棒，但是Coding不能解決所有的問題

更重要的是，以程式為配角的"跨領域科學課程"，可能更解決了108年國高中「程式設計」列為必修課時，師資培訓不及的問題

(蘇文鈺\成大資工系教授 & PTWA創辦人)
要讓這個學校產生出來的是 ...可是有多少專家會來教，讓他們能夠從"多元"的角度上去解決他生活上碰到的問題，這個是比較重要的，而如果你假如是從這個角度出發的話，那(程式設計課程)我們可能就沒有欠缺師資的問題了。我們這個老屋課程
老屋課程的講師，本身是特教老師兼美勞老師，他是特教老師兼美勞老師，那一年半前我們在訓練他的時候，我們就是用程式設計師的方式來訓練，就把他嚇跑了。所以我們就跟這個老師，我們就開始來合作，他去解決，他去幫我們設計課程是一個大課程，可是後面需要科技的部分，就我們幫他解決，那我們花多少時間陪這個老師成長，差不多一年多，可是他這個課程一旦設計起來之後，他讓其他的美勞老師，就有信心了啊，因為大家都是美勞老師，你可以做 我們當然也可以做不是嗎
(美勞老師也可以教程式)，對 "我也可以教程式"，可是你教的那些程式，不是讓小孩子以後變成程式設計師的程式，你教的那些程式是讓小孩子能夠完成這個專案的程式就好了

一個城市孩子參加程式夏令營的話，8000元學費跑不掉。蘇文鈺不諱言，讓每個孩子能帶回家的四軸飛行器，成本就1000元，加上每組課程的材料.師資等費用，平均每個孩子，四天成本一萬元。

但PTWA藉著募款全額負擔支出，而南科大產品設計系，更把斥資6000萬元剛蓋好兩年的新系館，館內所有最新的雷切.機器人等軟硬體設備無條件讓孩子們使用

(王文雄\南科大產品設計系主任)
每個人都可以帶一個自己的作品回去，你可以帶一台空拍機回去，你可以帶一台自走車回去，你可以帶一個老屋鬧鐘回去。在這個過程裡面，我覺得最可貴的，其實是讓學生可以知道，所謂的軟硬體中間的關係是什麼，我這麼辛苦學的程式，我以後可以怎麼用它

無私的大人們打造出一個環境，讓自信心和資訊獲尋較低的偏鄉孩子，也能和城市孩子們一樣，在不斷的嘗試錯誤中學習，因為不管做壞多少次，材料總是足夠。
他們相信，當孩子們不怕做錯時，成長和爆發力，是我們無法想像的

《文茜的世界周報》FB首播

【愛在偏鄉程式設計營：南台科大產品設計系和PTWA主辦《設計自造營》 免費邀請54位最遠來自澎湖七美的偏鄉學童 參加科學營隊 程式課程: 孩子們動手做老屋音樂盒/飛行船/自走車 "程式為配角 更着重跨領域學習" 】記者：李怡慧、呂宏偉

文德國小，彰化八卦山之巔。

高湘樺，四年級，她和五年級的許羽恩，是全校54個孩子中，好感情的"小閨密"。

可以吱吱喳喳個老半天。

明天要離家四天，和其他兩位同學，一塊兒到台南參加科學營。

本來以為，湘樺會帶上她所有的好玩玩意兒，沒想到，偏鄉孩子們的行李很單純。

「(最想)去逛老街，」文德國小學生高湘樺。

「我沒去過台南，而且聽說台南很多小吃，我想去吃，」文德國小學生許羽恩。

「生活上自己要..，獨立一點，(點頭/笑)，不管是透過FB，還是其他通訊軟體，你就會覺得，城鄉差距真的是..還真的蠻大的，」高湘樺母親。

什麼是偏鄉學校。

可能是那些不在市區，也不在深山，於是少有企業捐贈和媒體青睞，真正因為教育資源，而造成城鄉差距的地方。

「其實，(偏鄉)孩子的資質，其實他沒有比一般都市的差，欠缺的只是機會，沒有那個觸動它(機會)的因子，就是說，可能視野，可能文化，」文德國小校長李政穎。

六個年級只有54個學生的文德國小，全校十多位使命感十足的老師，在這兒推動<流浪犬陪讀>的生命教育，還和<特有生物中心>合作，師生們一起拔山涉水，架設紅外線，甚至拍到瀕臨絕種的石虎蹤跡，讓日本研究單位都為之振奮。

但是，對於明年將上路，涉及科學專業的"12年國教 科技課綱"，老們們坦言，"需要幫助 不是太容易"。

1月31號，我們看見台灣科學教育的希望與熱情。

南台科技大學產品設計系，和PTWA主辦的<設計自造營>，參加的64位國中小學生，都和湘樺一樣，來自台灣的偏鄉，最遠還從澎湖七美而來。

「四軸飛行器，要不要帶回家呢，(要)，」成功大學資工系教授蘇文鈺。

靈魂人物，成功大學資訊工程系教授蘇文鈺說，來參加的必要條件是，「老師要帶自己的學生來台南」。

課程的三大主題是，老屋音樂盒，飛行船，自走車。

課程的設計，顯然已經脫離了純寫程式的模式，變成"程式是配角"，而主角是"跨領域的學習"。

「我們不希望程式設計，變成是"學科"，我在過溝(教會)那邊，上過我程式教育課的學生，應該超過200個，可是目前為止，還留在這個程式設計路上面的，大概只剩下7.8個，所以都是程式設計的情況之下，大部分的小孩子，一定會在中間會...會掉隊的，」成大資工系教授 & PTWA創辦人蘇文鈺。

我們從沒想過，原來學科學，可以這麼快樂。

== 課程1: <老屋音樂盒> ===

教孩子們做"老屋音樂盒"，文德國小美術老師<李秉軒>，帶孩子們先到台南新化老街寫生，1920年代，台灣巴洛克風格的建築。

「山頭基本上會有兩種結構喔，有些山頭上面會先有女兒牆，可能像這樣，會做欄杆，欄杆完之後，它可能再做一個很漂亮的山形牆，再來第二件事情，中間我們剛剛講有幾根柱子，四根，再來是什麼，我們剛剛是不是講中間有個什麼，"飾帶"，」文德國小老師李秉軒。

「軟體裡面沒有程式是，有圖形是可以(切斜邊)的，所以我是用長方形，然後用一個正三角形，去切斜邊，要一直不斷的嘗試，雖然在過程中，可能會..，會很想生氣(笑)，」玉里國中學生黃子恩。

「我們的孩子，他(如果)失去了手做的能力，他不曉得如果我只有一張紙，一枝筆，我該怎麼表達我自己的意思，但是你不覺得，這好像就少了一點什麼嗎，他少了一點人味，」文德國小老師李秉軒。

== 課程2: 飛行船 ==

在我們還想像不到"飛行船"，最後的成品究竟是什麼時，20年來開發出8000種紙飛機，神奇的讓紙飛機滯空秒數，長達58秒的，卓志賢老師，先讓孩子們摺紙飛機，進入飛行的世界。

「空氣刷到這邊的地方會怎麼樣，啊..它會被它頂上來，但是空氣不甘願，它會被它壓回來，"作用力"，再來呢，"反作用力" ，」卓志賢老師。

邊笑邊玩邊跌倒，孩子們慢慢體會，原來"飛行"，整體的重量要輕，還要找出飛行體的重心支點。

本來以為很難的空氣動力或流體力學，我們也聽得津津有味。

== 課程3: 自走車 ===

製作自走車，整個地方好像變成"烹飪教室"了。

PTWA的老師，創意十足的，讓孩子們用蘿蔔和地瓜，雕出車體造型。

孩子們的手，有點拙，卻又散發出專注的學習欲望。

然後，再用塑料PS板加熱，真空成型。

「不管是，我們這個課程的自走車，或者是，真正的無人車，你要從A座標，走到B座標，那 那是個大哉問哪，那是個大問題，也就是說，它需要的問題，會包含很多工程上面的東西，很多的數學，但是它卻不是以前那個方式就是，你用一個數學公式帶進去，就可以解決的，你必須讓小孩子去體會到一件事情，在課本裡面跟在電腦裡面，你會碰到的問題，跟你實際生活會碰到的問題，這兩個是兩回事，他必須從小建立這個概念，要讓小孩子去"解決問題"這件事情，我覺得是更重要的，因為當要解決問題的時候，很可能就不是只有"一科"，某一個科目可以做得到的，」成大資工系教授 & PTWA創辦人蘇文鈺。

不只是程式教育，結合歷史，建築，與音樂，結合了美學，雕塑，和飛行動力，並且利用各種偏鄉不可能用到的，各式科技工具。

蘇文鈺說，這樣的跨領域課程，讓孩子們視野更多元，培養孩子們解決問題的能力，因為，學程式很棒，但是Coding不能解決所有的問題。

更重要的是，以程式為配角的"跨領域科學課程"，可能更解決了，108年國高中「程式設計」列為必修課時，師資培訓不及的問題。

「要讓這個學校產生出來的是，...可是有多少專家會來教，讓他們能夠從"多元"的角度上，去解決他生活上碰到的問題，這個是比較重要的，而如果你假如是從這個角度出發的話，那(程式設計課程)我們可能就沒有，欠缺師資的問題了，我們這個老屋課程，老屋課程的講師，本身是特教老師兼美勞老師，他是特教老師兼美勞老師，那一年半前我們在訓練他的時候，我們就是用程式設計師的方式來訓練，就把他嚇跑了，所以我們就跟這個老師，我們就開始來合作，他去解決，他去幫我們設計課程，是一個大課程，可是後面需要，需要科技的部分，就我們幫他解決，那我們花多少時間陪這個老師成長，差不多一年多，可是他這個課程一旦設計起來之後，他讓其他的美勞老師，就有信心了啊，因為大家都是美勞老師，你可以做，我們當然也可以做不是嗎，(美勞老師也可以教程式)，對，"我也可以教程式"，可是你教的那些程式，不是讓小孩子以後變成程式設計師的程式，你教的那些程式，是讓小孩子能夠完成這個專案的程式，就好了，」成大資工系教授 & PTWA創辦人蘇文鈺。

一個城市孩子參加程式夏令營的話，8000元學費跑不掉。

蘇文鈺不諱言，讓每個孩子能帶回家的四軸飛行器，成本就1000元，加上每組課程的材料，師資等費用，平均每個孩子，四天成本一萬元。

但PTWA藉著募款，全額負擔支出，而南科大產品設計系，更把斥資6000萬元，剛蓋好兩年的新系館 ，館內所有最新的雷切，機器人等，軟硬體設備，無條件讓孩子們使用。

「每個人都可以帶一個自己的作品回去，你可以帶一台空拍機回去，你可以帶一台自走車回去，你可以帶一個老屋鬧鐘回去，在這個過程裡面，我覺得最可貴的，其實是，讓學生可以知道，所謂的軟硬體中間的關係是什麼，我這麼辛苦學的程式，我以後可以怎麼用它，」南科大產品設計系主任王文雄。

無私的大人們打造出一個環境，讓自信心和資訊獲尋較低的偏鄉孩子，也能和城市孩子們一樣，在不斷的嘗試錯誤中學習，因為不管做壞多少次，材料總是足夠。

他們相信，當孩子們不怕做錯時，成長和爆發力，是我們無法想像的。

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