人人都該懂的工程學

從生物醫學轉生物醫學工程，我覺得我有必要由淺入深地系統瞭解一下工程學思維和方法，然後驚喜地發現這本書的第三章完全就是我要找的東西啊，於是開始看。但是看完了很失望，因爲這本書過於淺顯了。若是針對以前完全沒有接觸過工程學的學生，這倒還能算是一本輔助準大學生選擇專業的工程學專業簡介。至於我所期待的由淺入深，則完全不存在😂 甚至就連我以爲第三章能給我的答案，也沒有找到，最接近答案的內容反倒是出現在第二章： ◆ 工程學與科學 >> 工程師既要理解科學理論及其侷限性，還要理解哪些應用是必要的，哪些可能成功。尋找科學理論的可行之處，調整知識架構以得到有益結果，這些活動本身就是極具創造性的。 >> 科學旨在通過觀察世界和發現新現象來構建和檢驗理論，從而更好地理解自然世界；工程學則是在設計和測試不斷循環的基礎上創造工程產品，從而讓人們更好地適應自然世界，在其中生活。 >> 物理學家歐陽瑩之這樣說：“自然科學家們發現未知之事，工程師們創造未有之物。” >> 不要過分強調科學和工程學之間的區別。兩者並不是一枚硬幣的兩面，而是一條光譜的兩端，而且在很大程度上並不處於兩個極端。工程科學領域的核心與其說是設計，不如說是物理學。 相較而言，第二、三、四章算是比較有看頭的，其餘部分可以省略。

讀完這本書，我有一個感受，那就是工程學的世界真複雜。但是你不用擔心，因爲工程師的世界越複雜，你的世界就越簡單。 這纔是工程師所有工作的最終目標：他們把全部的複雜都封裝起來，只交給你一個簡單的界面。 不過恰恰是因爲這種複雜，反而讓工程學的世界，很難講出動人的故事。因爲對於我們來說，不論是科學還是技術，我們更期待一個英雄創造奇蹟。我們更願意相信弗萊明孤軍作戰，發現了青黴素，改變了這個世界。更願意相信愛迪生憑藉一己之力，就創造了1000多項發明。可是在真實的世界裏，這些故事的背後，往往都有一支工程師團隊在默默努力。如果我們只想聽一個簡單的故事，那麼這些人就會被淡化成配角，甚至羣衆演員。 如果你願意在享受簡單生活的間隙，偶爾換一種眼光，瞭解一點這個世界的複雜，還有那羣一直在努力馴服複雜世界的工程師們，你就擁有了一種新的思考問題的方式。當你下一次打開電腦的時候，或是走進電梯的時候，你可以花一點時間去想一個問題，你現在正在做的這件事，是原本就很簡單，還是有人經過努力創新，幫你變得簡單？ 如果你能看到簡單背後的複雜，你對世界的理解，就會變得不同。

《人人都該懂的工程學》核心觀念與詳細思維導圖 《人人都該懂的工程學》是英國皇家工程院政策顧問娜塔莎·麥卡錫的通識科普著作，屬於湛廬“新核心素養”系列。全書跳出“工程=修橋造機器”的刻板印象，面向普通讀者全景拆解工程學的本質、思維方法、分支領域、社會屬性與倫理責任，核心是揭示：工程學是連接科學與現實生活的實踐學科，是塑造現代文明的底層力量。 一、核心主要觀念 1. 工程的本質：以人爲中心的問題解決實踐 工程學的核心不是擺弄零件、堆砌技術，而是運用知識創造對人有用的人工物與系統，回應真實世界的具體需求。小到手機芯片，大到城市供水網絡，本質都是工程對人類需求的落地回應。工程天然帶有實用屬性，所有技術最終都要服務於人的使用。 2. 工程≠科學：互補而非從屬，目標完全不同 - 科學的目標是求真，發現自然本身的規律，解釋“世界爲什麼是這樣”； - 工程的目標是求用，基於規律創造從未存在的事物，回答“我們能造出什麼、解決什麼問題”。 二者不是“科學指導工程”的單向關係：工程反過來爲科學提供儀器、平臺與工具，推動前沿科學突破。 3. 工程思維的核心：約束下的權衡與迭代 工程問題不存在絕對完美解，所有方案都誕生於多重約束之中——成本、時間、材料、安全、環境、用戶需求彼此衝突。工程師的核心能力，是在衝突目標中找到可行的平衡點，通過原型測試、負反饋迭代持續優化，而非追求單一指標的極致。 4. 工程是廣譜學科，滲透人類生活全部角落 大衆認知裏的土木、機械只是工程的一部分。全書覆蓋了土木工程、結構工程、機械工程、電氣工程、信息通信、化工材料、生物醫學等七大分支，從醫療設備、互聯網系統到娛樂產業，現代生活的所有底層支撐幾乎都來自工程。 5. 工程具備強社會屬性：雙向塑造關係 - 工程深刻塑造社會：基礎設施、電力系統、通信網絡定義了人類的生活方式與組織形態； - 社會需求也反向塑造工程：消費偏好、公共政策、文化觀念會決定工程的發展方向與技術選型。 工程不是脫離社會的純技術活動，始終內嵌在社會語境之中。 6. 工程師的核心責任：倫理與公共安全 工程決策直接關乎公共安全、環境公平與公衆利益。工程師必須遵守職業倫理準則，對風險、失敗與長期影響負責，不能只追求技術實現而忽略社會代價。這是工程職業區別於純科研的核心邊界。 7. 工程知識的獨特性：實踐智慧重於理論 工程知識不止是書本上的定理公式（know-what），更核心的是實踐經驗與判斷（know-how）——代代工程師通過成功與失敗沉澱下來的隱性知識。複雜系統的落地，永遠需要經驗直覺與理論的結合，這也是工程無法只靠書本學會的根本原因。 二、全書詳細思維導圖（按章節邏輯） 前言：什麼是工程學 - 破除刻板印象：工程≠修橋蓋樓的體力/技術工作 - 寬泛定義：所有創造人工物、解決現實問題的系統性實踐 - 本書定位：通識視角，理解工程對世界的廣泛影響 第1章 工程學的歷史與發展 1. 工程學的悠久起源 - 古代文明工程：金字塔、水利、城牆、器械 - 軍事工程是早期工程的核心驅動力 2. 近代工程行業的成型 - 18世紀法國專業工程院校建立，工程走向職業化 - 工業革命推動民用工程快速分化 3. 工程師職業的誕生 - 從工匠、匠人到專業工程師的身份演變 - 行業協會、註冊制度與職業規範的建立 4. 工程與科學、技術的邊界 - 與科學：發現規律 vs 創造應用，雙向促進 - 與技術：技術是工具，工程是整合工具解決問題的系統活動 第2章 工程的世界與世界的工程 1. 土木工程：創建城市，改變鄉村 - 道路、橋樑、水利、給排水、城市規劃 - 定義人類聚居地的物理骨架 2. 結構工程：更高、更輕、更強 - 材料力學與結構設計 - 超高層建築、大跨度建築的突破 3. 機械工程：從火車到動力系統 - 動力機械、傳動系統、精密製造 - 工業生產與交通的核心支撐 4. 電氣工程與電子學：電力的普及 - 發電、輸電網絡，電力系統工程 - 半導體、電子器件的微型化革命 5. 信息與通信技術：數字革命 - 計算機、通信網絡、軟件系統 - 從實體工程延伸到數字虛擬工程 6. 化學工程、材料科學與納米技術 - 化工生產流程、新材料研發 - 微觀尺度的工程化改造 7. 生物醫學工程：成像、修復與監控 - 醫療設備、人工器官、醫學影像技術 - 工程與生命科學的交叉融合 第3章 工程師的思維與方法：工程學的核心要素 1. 發明、創新與製造：從概念到現實 - 發明：提出全新技術路徑 - 創新：把技術轉化爲可用產品 - 製造：規模化落地的工程實現 2. 科學、數學與計算：建模、預測、測試 - 數學建模：抽象模擬真實系統 - 計算仿真：低成本驗證方案 - 物理測試：最終驗證可靠性 3. 工程設計：從需求到解決方案 - 定義需求與約束條件 - 多方案對比與選型 - 迭代優化：原型→測試→修改的閉環 4. 系統與複雜性 - 複雜系統的湧現性：整體大於部分之和 - 不可預測性與人爲因素的影響 - 系統思維：兼顧局部與整體的平衡 5. 風險、不確定性與失敗 - 工程天然伴隨風險，無法絕對消除 - 風險評估、冗餘設計與安全邊際 - 失敗的價值：從事故中沉澱行業認知 第4章 工程學與社會 1. 工程如何塑造社會 - 基礎設施定義生活方式 - 技術革命重構社會分工與組織形態 2. 娛樂產業中的工程學 - 影視特效、遊樂設施、體育場館的工程支撐 - 大衆文化背後的隱形工程力量 3. 社會如何塑造工程學 - 市場需求、公共政策決定技術路線 - 文化觀念、公衆認知影響工程選型 4. 工程學中的倫理責任 - 公共安全是底線原則 - 環境影響、代際公平與社會責任 - 避免技術濫用的職業義務 5. 職業規範：工程師的道德準則 - 行業協會的倫理守則 - 工程師的職業操守與問責機制 第5章 我“修”故我在：工程學與知識 1. 工程所需的非技術知識 - 法律、經濟、管理、心理學 - 工程落地必須跨越的非技術邊界 2. 工程對科學發展的支撐 - 科研儀器、實驗平臺由工程打造 - 工程技術突破開闢科學新領域 3. 哲學工程：理解人類思想 - 用工程視角研究認知、意識問題 - 工程與哲學的交叉思考 4. 工程知識的獨特之處 - 區分“知道是什麼（know-what）”與“知道怎麼做（know-how）” - 隱性經驗、實踐判斷是工程知識的核心 - 工程知識靠代際傳承與實踐積累，無法完全書本化 第6章 傳承與發展：工程學的過去與未來 1. 基礎設施老化：全球共同難題 - 老舊系統的維護、更新與風險 - 存量時代的工程新挑戰 2. 工程能力的代際傳承 - 經驗流失與人才培養 - 知識沉澱與行業傳承 3. 能源挑戰 - 化石能源侷限與新能源工程 - 能源轉型的工程約束與權衡 4. 氣候調節與環境工程 - 工程應對氣候變化的路徑 - 技術干預的邊界與潛在風險 結論：工程學的侷限性 - 工程不是萬能鑰匙，無法解決所有社會問題 - 工程永遠在約束中工作，必須承認自身邊界 - 工程的價值，始終在於在侷限中尋找可行的、對人有益的解決方案

娜塔莎·麥卡錫，英國知名的工程學專家，曾擔任英國皇家工程學院政策顧問，英國皇家學會高級政策領導小組成員，倫敦大學學院科學、技術、工程與公共政策跨學科榮譽講師。 工程學涵蓋了一系列涉及範圍極其廣泛的活動。工程師負責汽車、電腦、電話和真空吸塵器等日常用品的設計、生產和維護，也負責航天飛機和腎透析機等非日常用品的設計和生產。他們還負責直觀上根本不是物品的事物：公路和鐵路系統、輸送水電的管道和電線網絡、支持移動電話的蜂窩網絡，以及每天處理數百萬筆金融交易的 IT 系統。從設計某種設備的最小部件到管理整個設計項目，再到監督施工現場和生產線，工程師的工作涉及諸多層面。工程學和工程師遍佈我們生活的每個角落。 本書從工程學以外的視角出發，捕捉工程實踐對世界產生的巨大、廣泛且包羅萬象的影響，瞭解工程師和工程學在提高人們生活品質方面所起的至關重要的作用。 核心內容 解讀本書分成兩個部分，選擇兩個讀者最關心的問題。在第一部分，我們向外看，看看工程師都在做什麼，也就是回答第一個問題：工程學和工程師都在解決哪些問題？到了第二部分，我們向內看，看看工程師都在想什麼，也就是回答第二個問題：工程師想問題，有什麼不一樣的地方？大家提到的「工程師思維」有哪些獨到之處？

本書太工程學了，😄👍🀄️⛽️！作者博學思維宏大，博大精深，高瞻遠矚，高談闊論，但比較不容易跟上其思想套路，因爲現實生活中各種複雜工程太多，因此思維方式中往往更容易自然產生視覺😪疲勞或者心理疲勞？ 好在可先選擇騎馬觀花，無需比較費力過書一遍。合書後也更像是被人哲學工程改造了一番，還出點汗。可什麼又是工程或者工程學？爲什麼要說它還需帶點哲學味道？它爲什麼還涉及如此廣泛內容，例如、各類別工程能夠做什麼，其目的何在、它有什麼特性及其相應政治，歷史及生活意義？它與其它學科關係？各工程學科本身又是如何劃分或者定義的？各種工程學認知本質上區別有哪些？像此等一系列能追根刨底也搞不清問題，開腦洞，增見識。 簡言之，這些都像是讀本書有關工程科普知識之必然 後遺症或者像更被魔症了問題😄呵呵打一哈哈！ 顯然想知道上面問題，需能真靜下心來讀本書，當然這就算是口水泡泡吧。作者科學家大侃，忒能忽悠不能不服。 不記得曾經什麼地方讀到過：人類社會發展內在“鐵三角”其實更應該是理性，科學與工程學。然而工程學這部分往往是最容易被人或者容易被輿論媒體工程所忽略。特別是各種工程之間差別還可以如此巨大？例如、在美國爲什麼人們 近日對於油價關心遠遠超過對於基因工程里程碑式成果關心，例如，2022年8月17日，FDA批准Bluebird基因療法betibeglogene autotemcel上市，用於治療需要規律紅細胞輸血的β-地中海貧血書患者，商品名爲Zynteglo。顯然，如果不是與相關研究沾點關係之讀書人，又是誰真在乎它？ 更不用說人們對於未來工程，例如，特別像是那些本身就不起眼之納米工程關注，其遠比不如娛樂行業中有腦殘粉絲關心各種娛樂工程？儘管納米工程纔是能夠給人類生活發展帶來翻天覆地革命影響。Who cares? 這些難道僅僅是現實經濟生活條件與人面對未來工程之間認知博弈？當然此可能會產生水中望月，鏡中探花🌹質疑，畢竟是智者見智。 最喜歡讀本書第三章，因爲它“通過考察工程師的工作方式、工程學的核心概念和工程師的思維方式來審視工程學的本質。本章將確定貫穿所有工程實踐和研究的主題，只有掌握了這些要素，工程師才能夠處理他們必須處理的各種複雜問題”。當然還特別想知道工程師與科學家思維方式本質區別在何處？本書能夠提供點令人信服說法嗎？ 書其中當然它穿插許多大公司，例如，谷歌公司故事八卦。而工程學核心其中科學、數學與計算：建模、預測、測試是重中之重，例如軟件工程。而生命醫學工程或者例如基因工程的思想大套路在方法手段上有其獨特之處，其是與生命有關。什麼是生命，生命目的意義與本質是什麼？回答此問題似乎它又跨入科學，信仰及哲學等更爲廣闊多元思維領域，.…。 當然，“工程設計對工程產品的規範進行系統、智能的生成和評估，這些工程產品的形式和功能達到了既定目標，並滿足規定的約束條件”，這些不論是何種工程，它都有同一性。例如，書中“戴森的故事表明，工程設計可能基於科學原理，但它需要有創造性思維，不斷從經驗中學習，才能創造出滿足日常需求的設計”。並且工程師可能會更多考慮所設計系統和複雜性：特別是會湧現不可預測性與人爲因素。另外，例如，“人們逐漸認識到人體是由相互作用的部分組成的複雜整體，而不僅僅是細胞的簡單連接，由此，系統思維正逐漸進入生物學領域。目前，對開發系統技術工程師的需求量很大，因爲這些技術在管理從醫院到金融機構的各種複雜系統方面非常重要。在日益複雜化、網絡化和全球化的世界裏，系統思維是一種非常有益的態度”。工程師在現實中可能遇到的東東及倫理責任，道德準則等書中都有高論。特別是作者對於“工程知識的本質以及獨特之處進行了一些反思。雖然工程學充分利用科學和數學知識，並在內容上與這些學科有很多重疊，但工程學包含更多的內容，工程師知道的也更多”，不知道科學界是否服？ 簡言之，本書言語不多，道理深，它能吸引讀者更深度思考，求未知之知學問，它不僅能夠帶來人在思想思維領域共鳴，它更是通過對工程學本身的哲學反思，它自然還能聯想到與工程有關哪句名言：“深挖洞，廣積糧，腳踏實地喜洋洋”。 人類社會可持續性發展標誌應該是，其不間斷培養出有平衡比例更多科學家，思想家及工程師。結出更多世紀工程⚠️。一本可以讀N次開眼界相當不錯工程掃盲書。

這本書是一本通識類的科普書，相對來講趣味性不是很強，但還是堅持把它看完了。 作者娜塔莎·麥肯錫是英國知名的工程學專家，曾擔任英國皇家工程學院政策顧問，倫敦大學學院科學、技術、工程與公共政策跨學科榮譽講師。 書中爲我們介紹了工程學的起源和發展，涉及的學科和範圍，工程學與科學、社會學、環境、人類活動的關係，這部分內容可以把它當字典查。 作爲非工科的我看這本書的初衷並不是要成爲工程師學習工程知識，而是工程這個詞在我們生活中聽到的很多，比如建築類工程師、機械工程、軟件工程師……同命名爲工程師他們之間是否因爲有些共通的底層思維模式，它能否跨界應用，對經濟商業管理方面是否有啓發，這是我想去看到的內容。書中關於這部分的內容只有一個章節，我也學習到了： --科學是發現未知之事，工程師們創造未有之物，工程是把科學理論應用到實踐中創造產品、系統，從而滿足人類的需求和慾望 --既然工程是圍繞人們的需求和慾望，它就必然離不開商業的目的，是商業的溫牀才能讓科學的發現通過工程的實踐變成可視化可應用的產物，那麼量產化、規模化和效益化是商業目的對工程提出的需求 --工程的工作離不開工程科學和數學的分析計算，它通過建模、預測、測試反覆的循環最終再去到實物的創造中 --工程的設計從需求出發，然後進行可行性分析，需求的設計與概念設計同步進行，其中包括對設計進行各種測試：使用數學模型或計算機模型的分析測試，在屋裏模型上進行實驗，構建一個原型，根據初始需求對該原型進行測試，一旦完成了所有測試，就要製造產品了 --系統工程是一項複雜的系統，它的各部分之間相關關聯，整個系統的行爲大於各部分行爲的總和，它不能分解爲各個部分來獨立對待，它具有所謂的湧現性。工程系統生命週期中的所有階段都必須在最初設計時進行設想和規劃。 它的設計和管理涉及諸多因素，需要多個設計團隊、施工團隊和維護團隊，以及多次失敗和錯誤的機會 --工程對風險的可容忍性很低，它需要事先對故障點可能性做出預計，確定故障模式是管理工程風險的第一步，之後採取多種對策來降低失敗的風險。降低風險通常會增加系統的成本，有時還會增加系統的複雜性，這種財務風險必須依據安全風險來權衡。 --工程師還面臨道德倫理的約束，對環境、人類生活的改善之間的利弊如何進行衡量，有時還要國家政策來干預 總之工程學要考慮的方方面面很多，我們在衡量一個科技產物的利弊時也要衡量未來可持續性。 工程學作爲

讀這本書兩個問題被進一步具體定義以及被進一步提煉：什麼是工程學，以及怎麼樣的思維方式被稱爲工程學思維。所以從這兩個問題，個人認爲第一章和第三章的材料應該是重點。同時第一章關於如何定義概念的方式個人認爲值得學：先給出一個泛定義，藉助歷史中工程科學的應用場景以及歷史中被稱爲工程師的從事方向，將概念的內涵定義逐漸增加，最終得出相對抽象的定義；並且對定義的邊界也做出了界定，與數學科學做出了區分，有點屬加種差定義的味道。 ——— a.工程學的定義： 1.工程學的核心就是將可能性轉化爲現實，因此，它的核心是創新與設計。 2. 現代工程是對有益於人類的具體問題進行設計、創造與實施的活動，實際上更多的目的是讓人類生活變得輕鬆從而實現雙贏。 ——— b.關於工程學的主要思維注重點 1.發現不足，提出創新方案，個人認爲這需要細緻的觀察能力 2.清晰的需求理解與定義，有明確的行動目的指導 3.以數學與科學爲輔建模測試問題，結合邏輯思考構建系統解決方案，並且對系統中的對象的同一性與自然本質有足夠清晰地認知，甚至達到玩弄真假的地步 4.對設計中所做的每一個選擇與決策都對風險作出評估，甚至做二階思維，從而提前應對高風險的能力以及儘可能減少弊端 5.如何更好的結論匯總，進行方案展示與交付 ——— 大多數的道理都是互通的，工程學的思維也可以不侷限於工程學。不過光是認識還是或許抽象，工欲善其事必先利其器，工程設計必須通過實踐而不是僅僅通過理論來學習。

我前兩章真的有在很認真很努力地讀，但是讀到第三章，我真的撐不下去了。讀每章的最後總結能淺層地懂工程學（明白工程學的各類特點），但是如果花精力細讀，其實本書根本不能帶你瞭解得更深，因爲作者花絕大多篇幅在闡釋總結出的內容，而且筆墨都偏向於對應工程和工程產物的名稱，以及與主題工程無關的信息。 具體來說，我是一個國內的土木類建築工程方向本科在讀，這篇文章內的些許情況是國外特有的，畢竟國標和美國標準以及歐盟標準等，在各類工程上遇到問題的重心也不一樣，所以讀的過程中會與我有的知識衝突，但這只是一個小問題。最大的問題就是，這篇文章的篇幅不算小，但是寫出來的結論完全用不着這麼多筆墨；每節內容都會介紹標題裏的工程，然後引用一位對應的著名工程師的故事；這無疑是一個好的闡釋結構，但是，作者的介紹似乎總在用一大段一大段的話來說明一個工程的一個特性，而且各項工程都有在強調所有工程都通用的幾個特性，而且引用著名工程師太注重該工程師本人，如果把這段引用放在人物傳記裏當然是很流暢的，但是放在這個主旨是帶大衆瞭解工程學的話，真的很不恰當。

不瞭解工程學的歷史，我們就不知道人類在認識世界和改造世界的過程中做了什麼。工程師思維是一種基於科學的發展性思維，一個經濟體中擁有有工程師思維的人越多，這個經濟體改造世界的能力就越強。如果我們的農業行業擁有足夠多的農業工程師，我們的農業就會不自覺去追求效率，而非死守18億母土地紅線。英美從工業革命開始引領世界300年，主要就是因爲這種工程師思維。目前，我們成爲世界工廠也是因爲工程師紅利。

人類社會的發展已經深刻的影響了整個生態系統，而生態系統本身是一個複雜系統，人類活動與生態系統的互動可以是惡性循環也可以走入良性循環，最終還是必須通過系統工程來解決，發展中出現的問題只能通過發展來解決！