人人都该懂的工程学

从生物医学转生物医学工程，我觉得我有必要由浅入深地系统了解一下工程学思维和方法，然后惊喜地发现这本书的第三章完全就是我要找的东西啊，于是开始看。但是看完了很失望，因为这本书过于浅显了。若是针对以前完全没有接触过工程学的学生，这倒还能算是一本辅助准大学生选择专业的工程学专业简介。至于我所期待的由浅入深，则完全不存在😂 甚至就连我以为第三章能给我的答案，也没有找到，最接近答案的内容反倒是出现在第二章： ◆ 工程学与科学 >> 工程师既要理解科学理论及其局限性，还要理解哪些应用是必要的，哪些可能成功。寻找科学理论的可行之处，调整知识架构以得到有益结果，这些活动本身就是极具创造性的。 >> 科学旨在通过观察世界和发现新现象来构建和检验理论，从而更好地理解自然世界；工程学则是在设计和测试不断循环的基础上创造工程产品，从而让人们更好地适应自然世界，在其中生活。 >> 物理学家欧阳莹之这样说：“自然科学家们发现未知之事，工程师们创造未有之物。” >> 不要过分强调科学和工程学之间的区别。两者并不是一枚硬币的两面，而是一条光谱的两端，而且在很大程度上并不处于两个极端。工程科学领域的核心与其说是设计，不如说是物理学。 相较而言，第二、三、四章算是比较有看头的，其余部分可以省略。

读完这本书，我有一个感受，那就是工程学的世界真复杂。但是你不用担心，因为工程师的世界越复杂，你的世界就越简单。 这才是工程师所有工作的最终目标：他们把全部的复杂都封装起来，只交给你一个简单的界面。 不过恰恰是因为这种复杂，反而让工程学的世界，很难讲出动人的故事。因为对于我们来说，不论是科学还是技术，我们更期待一个英雄创造奇迹。我们更愿意相信弗莱明孤军作战，发现了青霉素，改变了这个世界。更愿意相信爱迪生凭借一己之力，就创造了1000多项发明。可是在真实的世界里，这些故事的背后，往往都有一支工程师团队在默默努力。如果我们只想听一个简单的故事，那么这些人就会被淡化成配角，甚至群众演员。 如果你愿意在享受简单生活的间隙，偶尔换一种眼光，了解一点这个世界的复杂，还有那群一直在努力驯服复杂世界的工程师们，你就拥有了一种新的思考问题的方式。当你下一次打开电脑的时候，或是走进电梯的时候，你可以花一点时间去想一个问题，你现在正在做的这件事，是原本就很简单，还是有人经过努力创新，帮你变得简单？ 如果你能看到简单背后的复杂，你对世界的理解，就会变得不同。

《人人都该懂的工程学》核心观念与详细思维导图 《人人都该懂的工程学》是英国皇家工程院政策顾问娜塔莎·麦卡锡的通识科普著作，属于湛庐“新核心素养”系列。全书跳出“工程=修桥造机器”的刻板印象，面向普通读者全景拆解工程学的本质、思维方法、分支领域、社会属性与伦理责任，核心是揭示：工程学是连接科学与现实生活的实践学科，是塑造现代文明的底层力量。 一、核心主要观念 1. 工程的本质：以人为中心的问题解决实践 工程学的核心不是摆弄零件、堆砌技术，而是运用知识创造对人有用的人工物与系统，回应真实世界的具体需求。小到手机芯片，大到城市供水网络，本质都是工程对人类需求的落地回应。工程天然带有实用属性，所有技术最终都要服务于人的使用。 2. 工程≠科学：互补而非从属，目标完全不同 - 科学的目标是求真，发现自然本身的规律，解释“世界为什么是这样”； - 工程的目标是求用，基于规律创造从未存在的事物，回答“我们能造出什么、解决什么问题”。 二者不是“科学指导工程”的单向关系：工程反过来为科学提供仪器、平台与工具，推动前沿科学突破。 3. 工程思维的核心：约束下的权衡与迭代 工程问题不存在绝对完美解，所有方案都诞生于多重约束之中——成本、时间、材料、安全、环境、用户需求彼此冲突。工程师的核心能力，是在冲突目标中找到可行的平衡点，通过原型测试、负反馈迭代持续优化，而非追求单一指标的极致。 4. 工程是广谱学科，渗透人类生活全部角落 大众认知里的土木、机械只是工程的一部分。全书覆盖了土木工程、结构工程、机械工程、电气工程、信息通信、化工材料、生物医学等七大分支，从医疗设备、互联网系统到娱乐产业，现代生活的所有底层支撑几乎都来自工程。 5. 工程具备强社会属性：双向塑造关系 - 工程深刻塑造社会：基础设施、电力系统、通信网络定义了人类的生活方式与组织形态； - 社会需求也反向塑造工程：消费偏好、公共政策、文化观念会决定工程的发展方向与技术选型。 工程不是脱离社会的纯技术活动，始终内嵌在社会语境之中。 6. 工程师的核心责任：伦理与公共安全 工程决策直接关乎公共安全、环境公平与公众利益。工程师必须遵守职业伦理准则，对风险、失败与长期影响负责，不能只追求技术实现而忽略社会代价。这是工程职业区别于纯科研的核心边界。 7. 工程知识的独特性：实践智慧重于理论 工程知识不止是书本上的定理公式（know-what），更核心的是实践经验与判断（know-how）——代代工程师通过成功与失败沉淀下来的隐性知识。复杂系统的落地，永远需要经验直觉与理论的结合，这也是工程无法只靠书本学会的根本原因。 二、全书详细思维导图（按章节逻辑） 前言：什么是工程学 - 破除刻板印象：工程≠修桥盖楼的体力/技术工作 - 宽泛定义：所有创造人工物、解决现实问题的系统性实践 - 本书定位：通识视角，理解工程对世界的广泛影响 第1章 工程学的历史与发展 1. 工程学的悠久起源 - 古代文明工程：金字塔、水利、城墙、器械 - 军事工程是早期工程的核心驱动力 2. 近代工程行业的成型 - 18世纪法国专业工程院校建立，工程走向职业化 - 工业革命推动民用工程快速分化 3. 工程师职业的诞生 - 从工匠、匠人到专业工程师的身份演变 - 行业协会、注册制度与职业规范的建立 4. 工程与科学、技术的边界 - 与科学：发现规律 vs 创造应用，双向促进 - 与技术：技术是工具，工程是整合工具解决问题的系统活动 第2章 工程的世界与世界的工程 1. 土木工程：创建城市，改变乡村 - 道路、桥梁、水利、给排水、城市规划 - 定义人类聚居地的物理骨架 2. 结构工程：更高、更轻、更强 - 材料力学与结构设计 - 超高层建筑、大跨度建筑的突破 3. 机械工程：从火车到动力系统 - 动力机械、传动系统、精密制造 - 工业生产与交通的核心支撑 4. 电气工程与电子学：电力的普及 - 发电、输电网络，电力系统工程 - 半导体、电子器件的微型化革命 5. 信息与通信技术：数字革命 - 计算机、通信网络、软件系统 - 从实体工程延伸到数字虚拟工程 6. 化学工程、材料科学与纳米技术 - 化工生产流程、新材料研发 - 微观尺度的工程化改造 7. 生物医学工程：成像、修复与监控 - 医疗设备、人工器官、医学影像技术 - 工程与生命科学的交叉融合 第3章 工程师的思维与方法：工程学的核心要素 1. 发明、创新与制造：从概念到现实 - 发明：提出全新技术路径 - 创新：把技术转化为可用产品 - 制造：规模化落地的工程实现 2. 科学、数学与计算：建模、预测、测试 - 数学建模：抽象模拟真实系统 - 计算仿真：低成本验证方案 - 物理测试：最终验证可靠性 3. 工程设计：从需求到解决方案 - 定义需求与约束条件 - 多方案对比与选型 - 迭代优化：原型→测试→修改的闭环 4. 系统与复杂性 - 复杂系统的涌现性：整体大于部分之和 - 不可预测性与人为因素的影响 - 系统思维：兼顾局部与整体的平衡 5. 风险、不确定性与失败 - 工程天然伴随风险，无法绝对消除 - 风险评估、冗余设计与安全边际 - 失败的价值：从事故中沉淀行业认知 第4章 工程学与社会 1. 工程如何塑造社会 - 基础设施定义生活方式 - 技术革命重构社会分工与组织形态 2. 娱乐产业中的工程学 - 影视特效、游乐设施、体育场馆的工程支撑 - 大众文化背后的隐形工程力量 3. 社会如何塑造工程学 - 市场需求、公共政策决定技术路线 - 文化观念、公众认知影响工程选型 4. 工程学中的伦理责任 - 公共安全是底线原则 - 环境影响、代际公平与社会责任 - 避免技术滥用的职业义务 5. 职业规范：工程师的道德准则 - 行业协会的伦理守则 - 工程师的职业操守与问责机制 第5章 我“修”故我在：工程学与知识 1. 工程所需的非技术知识 - 法律、经济、管理、心理学 - 工程落地必须跨越的非技术边界 2. 工程对科学发展的支撑 - 科研仪器、实验平台由工程打造 - 工程技术突破开辟科学新领域 3. 哲学工程：理解人类思想 - 用工程视角研究认知、意识问题 - 工程与哲学的交叉思考 4. 工程知识的独特之处 - 区分“知道是什么（know-what）”与“知道怎么做（know-how）” - 隐性经验、实践判断是工程知识的核心 - 工程知识靠代际传承与实践积累，无法完全书本化 第6章 传承与发展：工程学的过去与未来 1. 基础设施老化：全球共同难题 - 老旧系统的维护、更新与风险 - 存量时代的工程新挑战 2. 工程能力的代际传承 - 经验流失与人才培养 - 知识沉淀与行业传承 3. 能源挑战 - 化石能源局限与新能源工程 - 能源转型的工程约束与权衡 4. 气候调节与环境工程 - 工程应对气候变化的路径 - 技术干预的边界与潜在风险 结论：工程学的局限性 - 工程不是万能钥匙，无法解决所有社会问题 - 工程永远在约束中工作，必须承认自身边界 - 工程的价值，始终在于在局限中寻找可行的、对人有益的解决方案

娜塔莎·麦卡锡，英国知名的工程学专家，曾担任英国皇家工程学院政策顾问，英国皇家学会高级政策领导小组成员，伦敦大学学院科学、技术、工程与公共政策跨学科荣誉讲师。 工程学涵盖了一系列涉及范围极其广泛的活动。工程师负责汽车、电脑、电话和真空吸尘器等日常用品的设计、生产和维护，也负责航天飞机和肾透析机等非日常用品的设计和生产。他们还负责直观上根本不是物品的事物：公路和铁路系统、输送水电的管道和电线网络、支持移动电话的蜂窝网络，以及每天处理数百万笔金融交易的 IT 系统。从设计某种设备的最小部件到管理整个设计项目，再到监督施工现场和生产线，工程师的工作涉及诸多层面。工程学和工程师遍布我们生活的每个角落。 本书从工程学以外的视角出发，捕捉工程实践对世界产生的巨大、广泛且包罗万象的影响，了解工程师和工程学在提高人们生活品质方面所起的至关重要的作用。 核心内容 解读本书分成两个部分，选择两个读者最关心的问题。在第一部分，我们向外看，看看工程师都在做什么，也就是回答第一个问题：工程学和工程师都在解决哪些问题？到了第二部分，我们向内看，看看工程师都在想什么，也就是回答第二个问题：工程师想问题，有什么不一样的地方？大家提到的「工程师思维」有哪些独到之处？

本书太工程学了，😄👍🀄️⛽️！作者博学思维宏大，博大精深，高瞻远瞩，高谈阔论，但比较不容易跟上其思想套路，因为现实生活中各种复杂工程太多，因此思维方式中往往更容易自然产生视觉😪疲劳或者心理疲劳？ 好在可先选择骑马观花，无需比较费力过书一遍。合书后也更像是被人哲学工程改造了一番，还出点汗。可什么又是工程或者工程学？为什么要说它还需带点哲学味道？它为什么还涉及如此广泛内容，例如、各类别工程能够做什么，其目的何在、它有什么特性及其相应政治，历史及生活意义？它与其它学科关系？各工程学科本身又是如何划分或者定义的？各种工程学认知本质上区别有哪些？像此等一系列能追根刨底也搞不清问题，开脑洞，增见识。 简言之，这些都像是读本书有关工程科普知识之必然 后遗症或者像更被魔症了问题😄呵呵打一哈哈！ 显然想知道上面问题，需能真静下心来读本书，当然这就算是口水泡泡吧。作者科学家大侃，忒能忽悠不能不服。 不记得曾经什么地方读到过：人类社会发展内在“铁三角”其实更应该是理性，科学与工程学。然而工程学这部分往往是最容易被人或者容易被舆论媒体工程所忽略。特别是各种工程之间差别还可以如此巨大？例如、在美国为什么人们 近日对于油价关心远远超过对于基因工程里程碑式成果关心，例如，2022年8月17日，FDA批准Bluebird基因疗法betibeglogene autotemcel上市，用于治疗需要规律红细胞输血的β-地中海贫血书患者，商品名为Zynteglo。显然，如果不是与相关研究沾点关系之读书人，又是谁真在乎它？ 更不用说人们对于未来工程，例如，特别像是那些本身就不起眼之纳米工程关注，其远比不如娱乐行业中有脑残粉丝关心各种娱乐工程？尽管纳米工程才是能够给人类生活发展带来翻天覆地革命影响。Who cares? 这些难道仅仅是现实经济生活条件与人面对未来工程之间认知博弈？当然此可能会产生水中望月，镜中探花🌹质疑，毕竟是智者见智。 最喜欢读本书第三章，因为它“通过考察工程师的工作方式、工程学的核心概念和工程师的思维方式来审视工程学的本质。本章将确定贯穿所有工程实践和研究的主题，只有掌握了这些要素，工程师才能够处理他们必须处理的各种复杂问题”。当然还特别想知道工程师与科学家思维方式本质区别在何处？本书能够提供点令人信服说法吗？ 书其中当然它穿插许多大公司，例如，谷歌公司故事八卦。而工程学核心其中科学、数学与计算：建模、预测、测试是重中之重，例如软件工程。而生命医学工程或者例如基因工程的思想大套路在方法手段上有其独特之处，其是与生命有关。什么是生命，生命目的意义与本质是什么？回答此问题似乎它又跨入科学，信仰及哲学等更为广阔多元思维领域，.…。 当然，“工程设计对工程产品的规范进行系统、智能的生成和评估，这些工程产品的形式和功能达到了既定目标，并满足规定的约束条件”，这些不论是何种工程，它都有同一性。例如，书中“戴森的故事表明，工程设计可能基于科学原理，但它需要有创造性思维，不断从经验中学习，才能创造出满足日常需求的设计”。并且工程师可能会更多考虑所设计系统和复杂性：特别是会涌现不可预测性与人为因素。另外，例如，“人们逐渐认识到人体是由相互作用的部分组成的复杂整体，而不仅仅是细胞的简单连接，由此，系统思维正逐渐进入生物学领域。目前，对开发系统技术工程师的需求量很大，因为这些技术在管理从医院到金融机构的各种复杂系统方面非常重要。在日益复杂化、网络化和全球化的世界里，系统思维是一种非常有益的态度”。工程师在现实中可能遇到的东东及伦理责任，道德准则等书中都有高论。特别是作者对于“工程知识的本质以及独特之处进行了一些反思。虽然工程学充分利用科学和数学知识，并在内容上与这些学科有很多重叠，但工程学包含更多的内容，工程师知道的也更多”，不知道科学界是否服？ 简言之，本书言语不多，道理深，它能吸引读者更深度思考，求未知之知学问，它不仅能够带来人在思想思维领域共鸣，它更是通过对工程学本身的哲学反思，它自然还能联想到与工程有关哪句名言：“深挖洞，广积粮，脚踏实地喜洋洋”。 人类社会可持续性发展标志应该是，其不间断培养出有平衡比例更多科学家，思想家及工程师。结出更多世纪工程⚠️。一本可以读N次开眼界相当不错工程扫盲书。

这本书是一本通识类的科普书，相对来讲趣味性不是很强，但还是坚持把它看完了。 作者娜塔莎·麦肯锡是英国知名的工程学专家，曾担任英国皇家工程学院政策顾问，伦敦大学学院科学、技术、工程与公共政策跨学科荣誉讲师。 书中为我们介绍了工程学的起源和发展，涉及的学科和范围，工程学与科学、社会学、环境、人类活动的关系，这部分内容可以把它当字典查。 作为非工科的我看这本书的初衷并不是要成为工程师学习工程知识，而是工程这个词在我们生活中听到的很多，比如建筑类工程师、机械工程、软件工程师……同命名为工程师他们之间是否因为有些共通的底层思维模式，它能否跨界应用，对经济商业管理方面是否有启发，这是我想去看到的内容。书中关于这部分的内容只有一个章节，我也学习到了： --科学是发现未知之事，工程师们创造未有之物，工程是把科学理论应用到实践中创造产品、系统，从而满足人类的需求和欲望 --既然工程是围绕人们的需求和欲望，它就必然离不开商业的目的，是商业的温床才能让科学的发现通过工程的实践变成可视化可应用的产物，那么量产化、规模化和效益化是商业目的对工程提出的需求 --工程的工作离不开工程科学和数学的分析计算，它通过建模、预测、测试反复的循环最终再去到实物的创造中 --工程的设计从需求出发，然后进行可行性分析，需求的设计与概念设计同步进行，其中包括对设计进行各种测试：使用数学模型或计算机模型的分析测试，在屋里模型上进行实验，构建一个原型，根据初始需求对该原型进行测试，一旦完成了所有测试，就要制造产品了 --系统工程是一项复杂的系统，它的各部分之间相关关联，整个系统的行为大于各部分行为的总和，它不能分解为各个部分来独立对待，它具有所谓的涌现性。工程系统生命周期中的所有阶段都必须在最初设计时进行设想和规划。 它的设计和管理涉及诸多因素，需要多个设计团队、施工团队和维护团队，以及多次失败和错误的机会 --工程对风险的可容忍性很低，它需要事先对故障点可能性做出预计，确定故障模式是管理工程风险的第一步，之后采取多种对策来降低失败的风险。降低风险通常会增加系统的成本，有时还会增加系统的复杂性，这种财务风险必须依据安全风险来权衡。 --工程师还面临道德伦理的约束，对环境、人类生活的改善之间的利弊如何进行衡量，有时还要国家政策来干预 总之工程学要考虑的方方面面很多，我们在衡量一个科技产物的利弊时也要衡量未来可持续性。 工程学作为

读这本书两个问题被进一步具体定义以及被进一步提炼：什么是工程学，以及怎么样的思维方式被称为工程学思维。所以从这两个问题，个人认为第一章和第三章的材料应该是重点。同时第一章关于如何定义概念的方式个人认为值得学：先给出一个泛定义，借助历史中工程科学的应用场景以及历史中被称为工程师的从事方向，将概念的内涵定义逐渐增加，最终得出相对抽象的定义；并且对定义的边界也做出了界定，与数学科学做出了区分，有点属加种差定义的味道。 ——— a.工程学的定义： 1.工程学的核心就是将可能性转化为现实，因此，它的核心是创新与设计。 2. 现代工程是对有益于人类的具体问题进行设计、创造与实施的活动，实际上更多的目的是让人类生活变得轻松从而实现双赢。 ——— b.关于工程学的主要思维注重点 1.发现不足，提出创新方案，个人认为这需要细致的观察能力 2.清晰的需求理解与定义，有明确的行动目的指导 3.以数学与科学为辅建模测试问题，结合逻辑思考构建系统解决方案，并且对系统中的对象的同一性与自然本质有足够清晰地认知，甚至达到玩弄真假的地步 4.对设计中所做的每一个选择与决策都对风险作出评估，甚至做二阶思维，从而提前应对高风险的能力以及尽可能减少弊端 5.如何更好的结论汇总，进行方案展示与交付 ——— 大多数的道理都是互通的，工程学的思维也可以不局限于工程学。不过光是认识还是或许抽象，工欲善其事必先利其器，工程设计必须通过实践而不是仅仅通过理论来学习。

我前两章真的有在很认真很努力地读，但是读到第三章，我真的撑不下去了。读每章的最后总结能浅层地懂工程学（明白工程学的各类特点），但是如果花精力细读，其实本书根本不能带你了解得更深，因为作者花绝大多篇幅在阐释总结出的内容，而且笔墨都偏向于对应工程和工程产物的名称，以及与主题工程无关的信息。 具体来说，我是一个国内的土木类建筑工程方向本科在读，这篇文章内的些许情况是国外特有的，毕竟国标和美国标准以及欧盟标准等，在各类工程上遇到问题的重心也不一样，所以读的过程中会与我有的知识冲突，但这只是一个小问题。最大的问题就是，这篇文章的篇幅不算小，但是写出来的结论完全用不着这么多笔墨；每节内容都会介绍标题里的工程，然后引用一位对应的著名工程师的故事；这无疑是一个好的阐释结构，但是，作者的介绍似乎总在用一大段一大段的话来说明一个工程的一个特性，而且各项工程都有在强调所有工程都通用的几个特性，而且引用著名工程师太注重该工程师本人，如果把这段引用放在人物传记里当然是很流畅的，但是放在这个主旨是带大众了解工程学的话，真的很不恰当。

不了解工程学的历史，我们就不知道人类在认识世界和改造世界的过程中做了什么。工程师思维是一种基于科学的发展性思维，一个经济体中拥有有工程师思维的人越多，这个经济体改造世界的能力就越强。如果我们的农业行业拥有足够多的农业工程师，我们的农业就会不自觉去追求效率，而非死守18亿母土地红线。英美从工业革命开始引领世界300年，主要就是因为这种工程师思维。目前，我们成为世界工厂也是因为工程师红利。

人类社会的发展已经深刻的影响了整个生态系统，而生态系统本身是一个复杂系统，人类活动与生态系统的互动可以是恶性循环也可以走入良性循环，最终还是必须通过系统工程来解决，发展中出现的问题只能通过发展来解决！