好书 | 像工程师一样思考
科技改变生活。科技在使机器变得更加“聪明”的同时，也对人才提出了更高的要求。工程师不但要懂物理、化学、电子、机械知识，还要懂软件开发、数据分析；单枪匹马的科研创新已经成为往事，在团队中协作攻坚才是当今工程师的常态。
培养高水平的工程师一直是工科教育的重要使命之一。工程师的培养理念和方法也在不断发展。2018 年，教育部卓越工程师计划中提出，“面向工业界、面向世界、面向未来，主动应对新一轮科技革命和产业变革挑战，服务制造强国等国家战略……以新工科建设为重要抓手，持续深化工程教育改革，加快培养适应和引领新一轮科技革命和产业变革的卓越工程科技人才，打造世界工程创新中心和人才高地，提升国家硬实力和国际竞争力。”
由 Elizabeth A. Stephan 等编写的《像工程师一样思考》是克莱姆森大学在工程师教育方面的一本优秀教材，原书已经出版到第 4 版。这本书内容全面，面向工程领域的本科生，涉及工程师的行为准则、日常交流、团队工作、思考问题的方法、文字处理、图表制作以及编程基础等方方面面。
同时，本书语言生动，引入了大量不同学科范畴的实际例子，重点讲述了如何解决现实的问题。本书在知识讲解之余，从章节中的例题，到紧跟例题的理解检查，再到章节末的课堂活动习题，最后还有复习题，层层递进，不断加深学生对知识的理解，提升工具运用的熟练程度。有些例子在不同的章节中，从不同角度讲解，让学生体会到同一问题的不同解决方法，也体验到工程师解决现实问题的过程。贯穿全书的不仅仅是具体知识和工具的讲授，还处处体现出对思维的培养。这些内容和结构的设计反映出原著者对工程师教育的深刻理解和娴熟的教学手法。
【主要内容】
第一部分 工程基础
在工程基础中，有三条线索将前 5 章的内容联系在一起。第一条线索体现在这个部分的标题中，它们全部是成功工程师生涯的基础。第二条线索是交流。第三条线索是解决问题的方法论。
首先，作为一个有抱负的工程师，学生需要明白，这并不仅仅是一种适合于他们能力的职业，更可以让他们在其中得到个人的回报和成就感。
其次，熟练的工程师所做出的决定常常不仅影响到人类，也影响到星球上生态系统的生存能力，从而影响到地球上的全部生物。在做决定时，缺少牢固的道德基础，就会增加发生不受欢迎或者灾难性结果的可能性。
再者，大多数工程项目都非常庞大，一个人难以独立完成，熟练的工程师必须学会在团队中高效工作，将个人的不同观点放在一边，并且将各自独一无二的天赋、观点和想法结合起来，从而实现目标。
最后，交流使工程师们在一起协作。无论是书写、图表或口头表达等形式的交流，都是在工程中获得成功所必需的。
在这部分结束时，讨论了解决问题的方法。所有好的解决问题的方法都是从估算和解决问题的方法论开始的。在试图更精确地解决问题前，先有一个猜测总是好的。SOLVEM 提供了一种解决问题的框架，它认为创造性的观察和方法的严谨同样重要。
第二部分 工程问题的思考维度
世界可以用相对较少的维度来刻画。我们需要知道它们是什么，以及怎样使用它们来分析工程情况。但是，维度对于工程师寻找问题的数值解来说几乎是没有价值的。理解单位对于判定一个问题的数值解是否正确至关重要。不同的学科使用不同的单位来描述现象（特别是对某些材料特性，如黏度、导热性、密度等）。工程师必须知道如何从一种单位制向另一种单位制转换。关于单位的知识使得工程师可以通过揭示各种参数的相互作用，来提高他们解决问题的能力。
第三部分 处理工程问题的工具
在选择用于教学的分析工具时，我们首选 Excel。学生进入大学时，使用 Excel 的经验各不相同。为了在新手用户学习基础知识的同时不影响高级用户的学习体验，我们将 Excel 的基础知识放在附录 B、C 和 D（在线材料）中，可以在线阅读学习。为了帮助学生确定是否需要理解附录 B、C 和 D 中的知识，在“Excel 工作表”（在线基础知识）、“图形化解决方案”（第 9 章）和“模型和系统”（第 10 章）的介绍中，加入了引导性文字，指导有需求的学生阅读附录 B、C 和 D。
一旦学生掌握了基础知识，就可以学习本部分每一章的 Excel 更高级的使用方法。有些内容超出了对于 Excel 的一般介绍。通常，我们教授这一部分的材料时，会采用跳跃式的教学模式。在第一学期的课程中覆盖每一章约一半的内容，在第二学期的课程中覆盖剩余部分。
第 10 章介绍不同学科之间的相似之处，以及为什么理解了某个应用中涉及的理论，常常可以帮助理解在不同应用中涉及的类似理论。我们也强调了理解模型（趋势线）的物理意义。第 11 章讨论用实验数据确定数学模型的过程，以及一些处理 Excel 局限性的高级内容。
第 12 章讨论单变量统计和统计过程控制，它们为工程学的学生提供了一种描述分布和趋势的方法。
第四部分 编程技巧
第四部分涵盖了任何编程入门教材所共有的各类主题。与传统编程教材不同，这一部分从如何将每个主题作为一个强大的工程问题解决工具，并与其他主题涉及的工具协调使用的角度来论述。在第四部分中，假设学生之前没有编程的能力，并且在各章节中不断重复编程训练。
本书选择 MATLAB 作为编程语言,因为它在许多工程课程中都很常用。本部分所涵盖的主题为使用计算机作为解决问题的工具提供了坚实的基础，并且提供了足够的框架，以将编程知识迁移到工程师常用的其他编程语言（如 C、C++和 Java）中。
【“像工程师一样思考”是什么意思】
经常有人问我们有关书名的问题。我们想花一分钟，解释一下我们每一个人对“像工程师一样思考”的认识。
对我来说，像工程师一样思考，是创造性地找到解决问题的办法。在我上大学之前，我对音乐非常感兴趣。通过学习音乐基础理论，在中学乐队开始了我的音乐生涯。在高中我参加了不同的乐队（管弦乐队、行进乐队和爵士乐队），并自学如何弹吉他。我喜欢演奏和听音乐，因为它给了我创造和发现艺术的方法。我追求工程是出于同样的原因，作为工程师，你工作在这样一个领域—能够创造（或改进）设计（或过程）。对我来说，像工程师一样思考，正如像音乐家一样思考—从本质上来讲，我能够有创造力且有条不紊地为我的问题找到解决方法。——D. Bowman，计算机工程师
像工程师一样思考，是基于任何可用的资源来解决问题，或者使用周围的材料修复破损的东西。有时，是提前思考并意识到在发生什么事情之前或某人受伤时会发生什么—特别是思考所谓的安全故障—设计当某些东西必定要产生故障时会怎样产生故障。像工程师一样思考，是如何以一种人人都能理解的方式来交流技术问题。这是在培养一种保护公众信任的本能—一种自动产生的诚信。——M. Ohland，土木工程师
对我来说，理解事物的工作方式是所有工程师工作的基础。尽管大多数工程师关注的是与他们的专业相关的技术主题，但这种理解并不局限于任何特定的领域，而是适用于一切领域！人们永远不知道，当一些看似随机的知识或某种模式在一个完全不同的研究领域被发现时，可能会是解决一个工程问题的关键。无论研究的领域是傅里叶分析、轨道力学、赫伯特盒子、性格类型、中文、菌体生命周期还是西方文明音乐的演变，你对事物了解得越多，就越可能成为一名工程师。因此，对我来说，像工程师一样思考是紧密的、不可分割的，并且与对知识的追求密不可分。此外，如果有人愿意花时间去研究它，会发现世界真是一个迷人的地方。——W. Park，电气工程师