https://www.teachengineering.org/之前关于设计思维的话题，我说过很多，可能朋友们都要听出耳茧了。可是说到工程思维，可能还有不少人比较陌生。相比设计思维，工程思维也是一种非常重要、特别注重实践的思维方式。它强调从实践的角度，思考针对问题的有效解决方法。毕竟工程师关心的，是一个东西能不能用现有的技术手段实现出来。因此在工程思维的理念中，尤其注重项目实践和问题驱动。一般而言，工程思维具备七个要素，如下图所示：大家可以用顺时针的顺序理解此图。由图可见，工程思维的一大特点是以解决问题为导向的，实施该思维的前几步都是围绕问题，展开的调研和策划，最终得出设计成果。工程思维的另一大特点是，它非常注重迭代意识，设计出的成果将根据需求不断改进，而非一劳永逸。正因如此，上图呈现出的是一种循环的模式，而不是线性的模式。说了这么多理论，我们还是来说些实际的，毕竟纯讲理论也不是工程思维的本意。今天我给大家分享几个比较有趣的工程思维案例，让孩子和家长们切实地感受一下，如何像工程师一样去思考，如何利用工程思维高效地解决问题。我们先从鲁伯·戈德堡机器说起。对于很多“外行人”来说，这个机器是一个很新奇的玩意儿。但是对于工程师而言，却是他们必须要了解的常识。通俗地说，它是一种被设计的过度复杂的机械组合，以迂回曲折的方法去完成一些其实是非常简单的工作，比如倒茶、打蛋等等。听起来有点“无聊”是吗？但它确实是训练工程思维的有效方法。这里所说的活动，就是让学生设计和制造出一台鲁伯·戈德堡机器，并将该机器用于预定的项目，比如将大理石从远处滚进杯子里。学生也可以自己开发出更多的“新玩法”。这个活动的目的在于帮助学生理解机器的重要性。设计和建造对于工程来说至关重要，工程师要遵循设计过程的步骤，为现实问题创造出最佳的解决方案。这个过程中，复杂的设计要比简单的设计付出更多的努力。鲁伯·戈德堡机器的设计，在于显示机器不必要的复杂性，有时是现代技术造成的。活动采用团队合作形式，一共分为两部分。第一部分是设计机器，主要任务是构思设计流程，绘制出机器的图纸。团队讨论的内容是，如何以一种复杂的方式完成完成简单的任务，比如如何在相距一米的杯子里放上大理石。在最终的设计中，必须至少使用三台机器。第二部分是建造机器，主要任务是根据绘制的图纸，收集材料并开始实施设计。需要注意的是，学生们需要尽可能地遵循计划的设计流程。在完成设计之后，需要测试机器，并根据实际情况对原有方案进行调整。可能还是有朋友不理解，为什么简单的任务非要用复杂的方式完成？用这样复杂的机器倒茶、放石头，好像也没有什么用啊？其实话不能这么说，因为简单和复杂都是人为定义的，我们只有真正对生活中的问题拥有了自己的理解，才能够有效地解决实际问题。工程思维注重的，是运用身边的事物，来解决现实中的问题。
下面我再说说，最近我们和玩物星球正在开办的未来之城课程，让大家对工程思维有一个更加直观的了解。
关于未来之城，此前我做过该项目的介绍。本年度这个项目的目标是，运用项目制的学习方式，设计一座未来一百年后的月球城市。设计月球城市的用处，似乎很小，但是它确实是未来人类努力的目标；而设计月球城市的难度，自然是不小的。孩子们在了解天文知识、城市规划等知识的基础上，首先就是要明确设计目标，绘制出设计图纸，这同样是工程思维的体现。目前在老师的指导和孩子的努力下，形形色色的优秀的设计图纸已经成型。孩子们根据“月球生活”的基本目标，对月球城市的设计过程进行了深入思考。其中包括：各区域的分布构思（住宅区、商业区、实验区）、对月球矿山的开采、风力发电、航空局的建立等等。
我想，在将来具体的设计过程中，孩子们使用的工具、最终产出的结果，可能会出现更多的想象不到的情况，也可能会根据设计后的测试对原有方案进行调整甚至颠覆。但是无论如何，这都是工程思维的结晶。
虽然这些成果并不能很快地运用于实践，但是在针对具体问题的思考过程中，孩子们收获的远远不止是这几张图纸，而是工程思维带给他们的成长。
当然在工程思维的学习案例中，也有着非常贴近现实的项目，比如建造一座桥。桥是我们生活中一个很常见的事物，而一旦它出现故障，很容易会影响到人们的日常生活。下面便是世界各地桥梁倒塌的影像。从工程师的角度来说，虽然每座桥都是因为不同原因倒塌，但主要原因始终归于一件事，即在结构性层面出现了问题：桥梁不再能够承受放在他们身上的重量。想要让桥梁不倒塌，需要了解桥梁支撑结构的概念。一般来说，桥梁必须承受的五种不同类型的负荷分别是：压缩、拉伸、剪切、弯曲、扭转。为了让桥梁能够承受这些负荷，必须安装牢固的支撑结构，通常这种结构以称为衍架的三角形网格形式呈现。这种衍架提高了结构的整体强度，并在结构中传递了力，使其能抵抗住更多的负荷。另一种常用的桥梁设计方法，是使用大梁为甲板的平坦顶部提供水平支撑。大梁一般设计为开放箱或者工具梁形状，这些形状往往比实心梁需要更少的材料，同时仍能承受对桥施加的压缩力和拉力。
关于桥梁的话题，我们和玩物星球组织过一个名为“桥梁工程师”的课程项目。这个项目的背景，是一个地势较低的村道在经过几天连绵不绝的暴雨之后，竟然变成了小河。村里只有2只小船，而这个村道又是出村的必经之路。孩子们需要思考，如何搭建桥梁到对岸去。
依照工程思维的过程步骤，孩子们首先需要明确设计的目标，也就是要造什么样的桥，使用什么样的材料。首先要知道，除了上述的衍架桥和梁桥，桥梁还有着两种类型，即拱桥和悬索桥，这四种类型学生们可以任选。主要目标分为两部分：能通车，尽可能地承重。
课程需要的材料有：棉线（悬索桥）、海绵和一次性杯子（梁桥）、硬纸板（拱桥）、衍架桥（乐高孔梁展示），三角形的稳定性优于多边形。
由于纸的重量很轻，因此必须加以改进才可以用于建造桥梁。具体的方法包括改变纸的形状、用更多纸张叠加、将纸折起来或者卷起来等等。
之后，学生们需要绘制桥梁设计图，并着手实施。设计出桥梁的模型之后，孩子们要进行桥梁通车测试，再根据测试的情况不断改进桥梁，使之符合通车和承重的标准。看完这些案例，你对工程思维是不是有了更为直观的了解？其实工程思维并不复杂，无非是了解问题、解决问题、评估效果。所有的一切都是围绕问题而展开。我们所要知道的是，所有系统的顶层设计，都脱离不开最基础的底层思维。工程思维和设计思维一样，都是非常实用的底层思维。拥有了这样的思维，无论问题是简单还是复杂，我们都可以采取最有效的措施加以应对。
