第1章-工程學(xué)概論

1IntroductiontoEngineering軟件工程學(xué)院黃健工程導(dǎo)論（必修16）工程院校是培養(yǎng)工程師的搖籃。從專業(yè)的角度：工程師的主要工作內(nèi)容是什么？需要哪些能力？工程教育有責(zé)任向?qū)W生傳授廣泛的學(xué)科知識(shí)。工程師必須具備廣泛的個(gè)人能力、人際溝通能力以及產(chǎn)品、過(guò)程及系統(tǒng)的構(gòu)建能力，這些能力保證學(xué)生在社會(huì)和企業(yè)背景環(huán)境下的團(tuán)隊(duì)工作中發(fā)揮重要作用。為什么要開(kāi)設(shè)這門課？2本課程的目標(biāo)使你確定近期人生目標(biāo)——當(dāng)一名什么類型的工程師、

長(zhǎng)遠(yuǎn)人生目標(biāo)——當(dāng)一名什么水平的工程師；成為工程師必備的品德、能力和知識(shí)要求；如何構(gòu)思和設(shè)計(jì)一個(gè)工程項(xiàng)目；如何高效、低耗地完成一個(gè)工程項(xiàng)目；借鑒和創(chuàng)新。

希望學(xué)完本課程，諸位能在思考問(wèn)題時(shí)，有前瞻性、系統(tǒng)性；在解決問(wèn)題過(guò)程中，有團(tuán)隊(duì)精神、要積極準(zhǔn)確表述你的意見(jiàn)。4工程師所應(yīng)具有的能力和素質(zhì)

美國(guó)波音公司提供較好掌握工程科學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)（數(shù)學(xué)、物理、生物、化學(xué)）較好了解設(shè)計(jì)和制造流程具有復(fù)合學(xué)科和系統(tǒng)的觀點(diǎn)基本了解工程實(shí)際知識(shí)（經(jīng)濟(jì)學(xué)、商務(wù)、歷史、環(huán)境、顧客及社會(huì)需求）較好的溝通能力（寫(xiě)作、口頭交流、圖形、理解別人）高道德水準(zhǔn)批判性、創(chuàng)新的思維能力，既能獨(dú)立思考，又能博采眾家之長(zhǎng)具有自信和能力去適應(yīng)多變快變的環(huán)境具有終身學(xué)習(xí)的愿望和求知欲深刻了解團(tuán)隊(duì)工作的重要性及具備能力第1章

工程學(xué)概論第2章

設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)建設(shè)第3章

時(shí)間管理第4章

軟件工程概述第5章

軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程第6章

工程師的職業(yè)道德課程內(nèi)容5紀(jì)律要求有事請(qǐng)假，遲到、早退（1次扣2分）、缺勤（1次扣5分）將影響平時(shí)成績(jī)3次曠課將取消考試資格1.2.6成績(jī)?cè)u(píng)定平時(shí)成績(jī)（考勤、課堂回答問(wèn)題）考試成績(jī)（閉卷考試）20%80%7第一章工程學(xué)概論工程學(xué)及其分支

1工程學(xué)與社會(huì)的關(guān)系2工程設(shè)計(jì)的演化38手機(jī)的設(shè)計(jì)、制造是一個(gè)工程的問(wèn)題。第一章工程學(xué)概論提問(wèn)：你們的手機(jī)是如何進(jìn)入到你們的手中？9第一章工程學(xué)概論兩個(gè)目的：認(rèn)識(shí)自然，適應(yīng)自然、保護(hù)自然和改造自然理學(xué)工程學(xué)第一節(jié)工程學(xué)及其分支10工程的定義工程是將自然科學(xué)原理應(yīng)用到工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)部門中去而形成各學(xué)科的總稱。在現(xiàn)代社會(huì)中，“工程”一詞有廣義和狹義之分。就狹義而言，工程定義為“以某組設(shè)想的目標(biāo)為依據(jù)，應(yīng)用有關(guān)的科學(xué)知識(shí)和技術(shù)手段，通過(guò)一群人的有組織活動(dòng)將某個(gè)（或某些）現(xiàn)有實(shí)體（自然的或人造的）轉(zhuǎn)化為具有預(yù)期使用價(jià)值的人造產(chǎn)品過(guò)程”。就廣義而言，工程則定義為由一群人為達(dá)到某種目的，在一個(gè)較長(zhǎng)時(shí)間周期內(nèi)進(jìn)行協(xié)作活動(dòng)的過(guò)程。

——參閱《工程系統(tǒng)論》，王連成著，中國(guó)宇航出版社，2002年8月第一版。一群人實(shí)現(xiàn)一個(gè)目有關(guān)鍵詞人力管理任務(wù)管理技術(shù)方法實(shí)現(xiàn)方法質(zhì)量管理效益管理第一章工程學(xué)概論

工程是服務(wù)于某個(gè)特定項(xiàng)目的各項(xiàng)技術(shù)工作的總和，以一系列的科學(xué)為依托，應(yīng)用這些科學(xué)知識(shí)并結(jié)合經(jīng)驗(yàn)的判斷，經(jīng)濟(jì)地利用自然資源為人類服務(wù)地一種專門技術(shù)。

工程強(qiáng)調(diào)的是解決實(shí)際問(wèn)題，同時(shí)強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新。13工程學(xué)及其分支科學(xué)社會(huì)科學(xué)自然科學(xué)基礎(chǔ)科學(xué)工程技術(shù)科學(xué)農(nóng)業(yè)、林業(yè)工程、水力電力工程、土木建筑工程、電子/計(jì)算機(jī)工程、工業(yè)工程、機(jī)械工程、化學(xué)工程、環(huán)境工程、海洋工程、生物工程、航天/航空工程、軍事工程等14第一章工程學(xué)概論航空/航天工程客機(jī)組裝工作現(xiàn)場(chǎng)15中國(guó)設(shè)計(jì)制造的第三代殲敵機(jī)——?dú)炇谝徽鹿こ虒W(xué)概論16中國(guó)宇航員在太空中出倉(cāng)第一章工程學(xué)概論17翟志剛、劉伯明與景海鵬第一章工程學(xué)概論18楊利偉第一章工程學(xué)概論19第一章工程學(xué)概論汽車工程汽車檢修20生物工程第一章工程學(xué)概論生物工程是二十世紀(jì)四十年代被明確地提出，相對(duì)于土木工程、建筑工程、農(nóng)業(yè)工程而言，該工程屬新型工程，但從出現(xiàn)第一個(gè)人為的工程分支以來(lái)，該工程已實(shí)際存在了幾千年。21包括生物學(xué)工程、醫(yī)學(xué)工程、臨床工程三個(gè)分支。第一章工程學(xué)概論22電子/計(jì)算機(jī)工程電子/計(jì)算機(jī)工程目前是工程領(lǐng)域最大的分支。專業(yè)領(lǐng)域包括通信、電力電子、模擬/數(shù)字電路、控制、信號(hào)與系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、安全性與可靠計(jì)算、半導(dǎo)體/微電子技術(shù)、軟件系統(tǒng)、電磁場(chǎng)、天線、傳輸系統(tǒng)等領(lǐng)域。第一章工程學(xué)概論23第一章工程學(xué)概論早期的計(jì)算機(jī)24第一章工程學(xué)概論日本“京”超級(jí)計(jì)算機(jī)(2011年)25第一章工程學(xué)概論IBM“Sequoia（紅杉）”超級(jí)計(jì)算(2012年)26第一章工程學(xué)概論“天河一號(hào)”超級(jí)計(jì)算機(jī)(2012年中國(guó))27美國(guó)的火星探測(cè)器——機(jī)遇號(hào)第一章工程學(xué)概論28“機(jī)遇號(hào)”發(fā)現(xiàn)奇特火星巖石第一章工程學(xué)概論29第一章工程學(xué)概論環(huán)境工程環(huán)境工程涉及的是自然資源的合理利用和環(huán)境的保護(hù)。通常，環(huán)境工程的課程相對(duì)較新，并且在多數(shù)情況下屬于其它學(xué)科的專業(yè)。草場(chǎng)的退化是日益嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題之一30第一章工程學(xué)概論石油工業(yè)對(duì)環(huán)境的影響31第一章工程學(xué)概論污水處理設(shè)備32第一章工程學(xué)概論工業(yè)工程

工業(yè)工程覆蓋了所有規(guī)模組織的各類活動(dòng)。該專業(yè)的主要目的是將理論應(yīng)用到人類的行動(dòng)，從而改善工業(yè)、政府和非盈利機(jī)構(gòu)的競(jìng)爭(zhēng)力和活力。在工業(yè)工程教育過(guò)程中，需均衡地理解數(shù)學(xué)、物理和工程科學(xué)的相關(guān)知識(shí)，并要求工程師具有實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)經(jīng)驗(yàn)。33第一章工程學(xué)概論制作工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)34第一章工程學(xué)概論機(jī)械工程

機(jī)械工程師從事各種形式的能量產(chǎn)生、分配、利用和轉(zhuǎn)換；機(jī)器的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)；自動(dòng)系統(tǒng)的控制；材料的制作和處理以及環(huán)境問(wèn)題的創(chuàng)新解決方案。其工程師的經(jīng)歷通常與研究、制作、操作、測(cè)試、市場(chǎng)營(yíng)銷、管理和數(shù)學(xué)有關(guān)。35第一章工程學(xué)概論機(jī)械模具36軟件工程用計(jì)算機(jī)、數(shù)學(xué)、邏輯學(xué)及管理學(xué)科等原理，開(kāi)發(fā)軟件的工程。其中，計(jì)算機(jī)科學(xué)、數(shù)學(xué)用于構(gòu)建模型與算法，工程科學(xué)用于制定規(guī)范、設(shè)計(jì)范型(paradigm)、評(píng)估成本及確定權(quán)衡，管理科學(xué)用于計(jì)劃、資源、質(zhì)量、成本等管理。第一章工程學(xué)概論第二節(jié)工程學(xué)與社會(huì)的關(guān)系

在早期，人類以小范圍的、原始的流動(dòng)部落的形式生活了幾萬(wàn)年。在此期間，人們依靠狩獵、收集植物的果實(shí)或植物為生，為了捕捉到更多的動(dòng)物，人們開(kāi)始改進(jìn)狩獵工具，從而開(kāi)始了最早的工程。38第一章工程學(xué)概論新石器時(shí)代的玉斧39第一章工程學(xué)概論4041第一章工程學(xué)概論原始的農(nóng)業(yè)耕作方式在目前世界范圍內(nèi)仍然存在42第一章工程學(xué)概論

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，生產(chǎn)出了更多的糧食，使有些人可以脫離農(nóng)業(yè)勞動(dòng)而從事其它的產(chǎn)業(yè)或進(jìn)行相應(yīng)的“管理”，如木匠、陶工、音樂(lè)師、面包師等手藝人；而最早的管理者，可能是那些了解天文知識(shí)，他們利用該知識(shí)來(lái)預(yù)測(cè)河流是否漲水，從而指導(dǎo)農(nóng)業(yè)從事者進(jìn)行生產(chǎn)的人，最終發(fā)展成為以王國(guó)、領(lǐng)地為邊界的社會(huì)制度。43第一章工程學(xué)概論大約公元前4000年，出現(xiàn)了最原始的冶煉技術(shù)。銅青銅從公元前1000年至公元300年，歐洲進(jìn)入了希臘與羅馬時(shí)期。由于戰(zhàn)爭(zhēng)的需要，青銅鐵

地理原因航海技術(shù)44第一章工程學(xué)概論古希臘的其它重要貢獻(xiàn)：建筑、美學(xué)、哲學(xué)女神雅典娜神廟遺址45第一章工程學(xué)概論太陽(yáng)神阿波羅神廟遺址46第一章工程學(xué)概論哲學(xué)：著名的希臘神話傳說(shuō)就是當(dāng)時(shí)哲學(xué)的具體表現(xiàn)。中國(guó)：約公元前5000年，伏曦氏世界由陰陽(yáng)構(gòu)成，陰中有陽(yáng)、陽(yáng)中有陰，二者相互獨(dú)立、相互轉(zhuǎn)換、缺一不可八卦《易經(jīng)》(老子)47第一章工程學(xué)概論在羅馬時(shí)期，由于帝國(guó)實(shí)力的強(qiáng)大，疆土遼闊，為了便于統(tǒng)治和管理交通網(wǎng)絡(luò)十分發(fā)達(dá)；城市建設(shè)成效卓著

隨著人口的增加，對(duì)糧食供應(yīng)提出了更高的要求水利技術(shù)得到了發(fā)展48第一章工程學(xué)概論

進(jìn)入到公元4世紀(jì)，隨著羅馬帝國(guó)的衰亡，歐洲步入了中世紀(jì)時(shí)期，而中華民族經(jīng)歷了唐、宋兩個(gè)主要王朝。至公元15世紀(jì)期間，隨著中國(guó)勞動(dòng)生產(chǎn)力及國(guó)力的提高，當(dāng)時(shí)的主要科學(xué)成果或工程成果出現(xiàn)在中國(guó)。造紙、印刷術(shù)、火藥、指南針?biāo)拇笾陌l(fā)明。天文、地質(zhì)、建筑等方面貢獻(xiàn)顯著，如至今仍在使用的趙州橋；地動(dòng)儀、天文儀等。49第一章工程學(xué)概論趙州橋50第一章工程學(xué)概論地動(dòng)儀天文儀51第一章工程學(xué)概論

在歐洲，“工程師”的稱號(hào)開(kāi)始出現(xiàn)，其詞根來(lái)自于拉丁文ingeniare，表示“設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)”的意識(shí)。約公元1200年，ingeniator用于稱呼那些操作戰(zhàn)爭(zhēng)機(jī)器的人們，要求他們具有工程經(jīng)歷，在作戰(zhàn)武器中進(jìn)行創(chuàng)新。在工業(yè)時(shí)代，“工程師”賦予了新的含義，要求他們?cè)趹?yīng)用基本數(shù)學(xué)知識(shí)和牛頓運(yùn)動(dòng)定律等科學(xué)理論的基礎(chǔ)上，在設(shè)計(jì)和分析現(xiàn)有現(xiàn)象、系統(tǒng)及工具中具有創(chuàng)新能力。52第一章工程學(xué)概論

進(jìn)入公元16世紀(jì)，隨著生產(chǎn)力的進(jìn)一步提高，人類認(rèn)識(shí)世界、改造世界的欲望越來(lái)越強(qiáng)烈，自然科學(xué)，特別是基礎(chǔ)學(xué)科得到了顯著的發(fā)展，其科學(xué)也成為近代自然科學(xué)，使人類進(jìn)入到了工業(yè)時(shí)代。近代自然科學(xué)是以天文學(xué)領(lǐng)域的革命為開(kāi)端。1543年，哥白尼公開(kāi)發(fā)表《天體運(yùn)行論》，恢復(fù)了地球普通行星的本來(lái)面貌，猛烈地震撼了科學(xué)界和思想界，這是近代自然科學(xué)誕生的主要標(biāo)志，也是天文學(xué)發(fā)展史上一個(gè)重要的里程碑。53第一章工程學(xué)概論開(kāi)普勒發(fā)現(xiàn)了行星運(yùn)動(dòng)的三大定律（橢圓定律、面積定律、周期定律）；1632年，伽利略發(fā)現(xiàn)了自由落體定律；1687年，牛頓發(fā)表《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》，系統(tǒng)論述了牛頓力學(xué)三定律（慣性定律、作用力反作用力定律、加速度定律）和萬(wàn)有引力定律。這些定律構(gòu)成一個(gè)統(tǒng)一的體系，把天上的和地上的物體運(yùn)動(dòng)概括在一個(gè)理論之中。這也是人類認(rèn)識(shí)史上對(duì)自然規(guī)律的第一次理論性的概括和綜合。數(shù)學(xué)，進(jìn)入理性階段54第一章工程學(xué)概論

能源是人類生產(chǎn)、生活的基本要素之一，早期人們通過(guò)開(kāi)發(fā)畜力、水力和風(fēng)力來(lái)解決能源問(wèn)題。16世紀(jì)末到17世紀(jì)后期，英國(guó)的采礦業(yè)，特別是煤礦，已發(fā)展到相當(dāng)?shù)囊?guī)模，單靠人力、畜力已難以滿足排出礦井地下水的要求，而現(xiàn)場(chǎng)又有豐富而廉價(jià)的煤作為燃料?，F(xiàn)實(shí)的需要促使許多人，如英國(guó)的帕潘、薩弗里、紐科門等就致力于“以火力提水”的探索和試驗(yàn)。55第一章工程學(xué)概論

薩弗里制成的世界上第一臺(tái)實(shí)用的蒸汽提水機(jī)，在1698年取得標(biāo)名為“礦工之友”的英國(guó)專利。他將一個(gè)蛋形容器先充滿蒸汽，然后關(guān)閉進(jìn)汽閥，在容器外噴淋冷水使容器內(nèi)蒸汽冷凝而形成真空。打開(kāi)進(jìn)水閥，礦井底的水受大氣壓力作用經(jīng)進(jìn)水管吸入容器中；關(guān)閉進(jìn)水閥，重開(kāi)進(jìn)汽閥，靠蒸汽壓力將容器中的水經(jīng)排水閥壓出。待容器中的水被排空而充滿蒸汽時(shí)，關(guān)閉進(jìn)汽閥和排水閥，重新噴水使蒸汽冷凝。如此反復(fù)循環(huán)，用兩個(gè)蛋形容器交替工作，可連續(xù)排水。薩弗里的提水機(jī)依靠真空的吸力汲水，汲水深度不能超過(guò)六米。56第一章工程學(xué)概論紐科門及其助手卡利在1705年發(fā)明了大氣式蒸汽機(jī)，用以驅(qū)動(dòng)獨(dú)立的提水泵，被稱為紐科門大氣式蒸汽機(jī)。紐科門大氣式蒸汽機(jī)的熱效率很低，這主要是由于蒸汽進(jìn)入汽缸時(shí)，在剛被水冷卻過(guò)的汽缸壁上冷凝而損失掉大量熱量，只在煤價(jià)低廉的產(chǎn)煤區(qū)才得到推廣。57第一章工程學(xué)概論1764年，英國(guó)的儀器修理工詹姆斯·瓦特為格拉斯哥大學(xué)修理紐科門蒸汽機(jī)模型時(shí)，注意到了這一缺點(diǎn)，并于1765年發(fā)明設(shè)計(jì)了與汽缸壁分開(kāi)的凝汽器的蒸汽機(jī)，并于1769年取得了英國(guó)的專利。初期的瓦特蒸汽機(jī)仍用平衡杠桿和拉桿機(jī)構(gòu)來(lái)驅(qū)動(dòng)提水泵，為了從凝汽器中抽出凝結(jié)水和空氣，瓦特裝設(shè)了抽氣泵。他還在汽缸外壁加裝夾層，用蒸汽加熱汽缸壁，以減少冷凝損失。58第一章工程學(xué)概論發(fā)明創(chuàng)造不是一蹴而就的，它是在前人設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，不斷地改造、完善而產(chǎn)生的。瓦特改良的蒸汽機(jī)59第一章工程學(xué)概論早在兩千多年前，人們就發(fā)現(xiàn)了電現(xiàn)象和磁現(xiàn)象。我國(guó)早在戰(zhàn)國(guó)時(shí)期(公元前475-211年)就發(fā)明了司南。1785年，法國(guó)物理學(xué)家?guī)靵鲈诳偨Y(jié)前人對(duì)于電磁現(xiàn)象認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，提出了后人所稱的“庫(kù)侖定律”，使電學(xué)與磁學(xué)現(xiàn)象得到了統(tǒng)一。60第一章工程學(xué)概論1822年，英國(guó)的法拉第在前人所做大量工作的基礎(chǔ)上，提出了電磁感應(yīng)定律，證明了“磁”可以產(chǎn)生“電”，發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)的理論基礎(chǔ)。

電磁學(xué)的發(fā)展，首先引起了通信方式的變革。1837年美國(guó)畫(huà)家莫爾斯在前人的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出比較實(shí)用的、用電碼傳送信息的電報(bào)機(jī)，之后，又在華盛頓與巴爾的摩城之間建立了世界上第一條電報(bào)線路。1876年，美國(guó)的貝爾發(fā)明了電話，實(shí)現(xiàn)了人類最早的模擬通信。1880年以后，用有線電報(bào)和有線電話來(lái)傳送信息已開(kāi)始得到應(yīng)用，人類進(jìn)入了有線電通信時(shí)代。61

英國(guó)的麥克斯韋在總結(jié)前人工作基礎(chǔ)上，提出了一套完整的“電磁理論”，表現(xiàn)為四個(gè)微分方程。這就是后人所稱的“麥克斯韋方程組”。麥克斯韋得出結(jié)論：運(yùn)動(dòng)著的電荷能產(chǎn)生電磁輻射，形成逐漸向外傳播的、看不見(jiàn)的電磁波。1887年，德國(guó)物理學(xué)家赫茲年第一次用人工方式產(chǎn)生出了電磁波，以實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在。先有理論，后通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證第一章工程學(xué)概論62

意大利的馬可尼和俄國(guó)的波波夫在不同的國(guó)度里，幾乎在相同的時(shí)間(1895和1896)獲得了無(wú)線電通信的成功，他們創(chuàng)造性的勞動(dòng)，揭開(kāi)了電磁學(xué)發(fā)展的新篇章，無(wú)線電技術(shù)作為一門新科學(xué)從此誕生了。第一章工程學(xué)概論63

無(wú)線電并不是一、二個(gè)人發(fā)明出來(lái)的，它是人類文明逐步發(fā)展的結(jié)果，但是，有些人在其中起到了較為重要的作用。麥克斯韋之所以被稱為無(wú)線電通信的報(bào)春人，是因?yàn)樵诋?dāng)時(shí)，人們雖然已經(jīng)知道“電”能生“磁”，“磁”能生“電”；知道利用電磁原理來(lái)制造電機(jī)和變壓器；但是對(duì)于電與磁相互關(guān)系的本質(zhì)還并不清楚，對(duì)于伴隨某些電現(xiàn)象和磁現(xiàn)象而存在的電磁波還沒(méi)有認(rèn)識(shí)，可以說(shuō)，麥克斯韋是一名非常杰出的電磁理論學(xué)家。他在總結(jié)前人經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，用非常精辟而微妙的數(shù)學(xué)方程式，闡明了電場(chǎng)與磁場(chǎng)的基本關(guān)系，建立了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)碾姶艌?chǎng)理論。第一章工程學(xué)概論數(shù)學(xué)的重要性64

進(jìn)入二十世紀(jì)，新技術(shù)的發(fā)展呈指數(shù)形式快速增長(zhǎng)，從材料、生物、航空、航天到通信、計(jì)算機(jī)、化學(xué)、海洋等領(lǐng)域，其發(fā)展日新月異，特別是電子、信息技術(shù)的發(fā)展，成為發(fā)展最快的工程領(lǐng)域之一。隨著計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)及發(fā)展，以及香農(nóng)信息論的發(fā)表，使信息技術(shù)發(fā)生了翻天覆地的變化，同時(shí)深刻地影響到工程學(xué)的其它領(lǐng)域，對(duì)人們的日常生活和工作發(fā)生產(chǎn)生了顛覆性的影響。第一章工程學(xué)概論65香農(nóng)，美國(guó)科學(xué)家，于1948年創(chuàng)立了信息論(informationtheory)。香農(nóng)理論的重要特征是熵(entropy)的概念，他證明熵與信息內(nèi)容的不確定程度有等價(jià)關(guān)系。信息熵以比特(bit)為單位?！氨忍亍钡某霈F(xiàn)標(biāo)志著人類知道了如何計(jì)量信息量。香農(nóng)的信息論為明確什么是信息量概念做出決定性的貢獻(xiàn)。

第一章工程學(xué)概論66

為了解決資源共享問(wèn)題，單一計(jì)算機(jī)很快發(fā)展成計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，如Internet網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)通信、數(shù)據(jù)共享。通信介質(zhì)從普通導(dǎo)線、同軸電纜發(fā)展到雙絞線、光纖導(dǎo)線、光纜。20世紀(jì)80年代末多媒體技術(shù)的興起，使計(jì)算機(jī)具備了綜合處理文字、聲音、圖像、影視等各種形式信息的能力，日益成為信息處理最重要和必不可少的工具。第一章工程學(xué)概論672009年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)就授予了在工程學(xué)領(lǐng)域做出杰出貢獻(xiàn)的應(yīng)用科學(xué)家。高錕，被譽(yù)為“光纖之父”，前香港中文大學(xué)校長(zhǎng)，因其在“有關(guān)光在纖維中的傳輸以用于光學(xué)通信方面”取得了突破性成就，獲得2009年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。第一章工程學(xué)概論68第三節(jié)

工程設(shè)計(jì)的演化

從新石器時(shí)期晚期到如今的幾萬(wàn)年期間，三個(gè)主要的變革促成了人類由最早的、以狩獵為主的群居形式發(fā)展成為如今以信息為基礎(chǔ)的信息社會(huì)。第一章工程學(xué)概論69

最早人類以狩獵為主，采用小范圍群居的方式生存，在其晚期，由于食物供應(yīng)不足，這時(shí)產(chǎn)生了第一次變革，即由小范圍的、以狩獵為主的生活方式轉(zhuǎn)換為大范圍的、以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)為主的生活方式，其標(biāo)志是社會(huì)制度為領(lǐng)地制度；第二次變革即為大家非常熟悉的工業(yè)時(shí)代的開(kāi)始，在此期間，煤作為能源被大量地應(yīng)用，蒸汽機(jī)的出現(xiàn)及其應(yīng)用是該時(shí)期的重要標(biāo)志；第三次變革發(fā)生在近期，我們稱之為后工業(yè)時(shí)代，有時(shí)又稱為基于計(jì)算機(jī)的或基于信息的社會(huì)，在該階段，信息技術(shù)的蓬勃發(fā)展是其主要的標(biāo)志。第一章工程學(xué)概論70

在整個(gè)人類知識(shí)的演化過(guò)程中，特別是1850年之前，工程技術(shù)科學(xué)的發(fā)展先于基礎(chǔ)科學(xué)的發(fā)展，在新石器時(shí)代，人類就學(xué)會(huì)了制造一些簡(jiǎn)單的工具來(lái)增加自己適應(yīng)自然的能力。早期的人類對(duì)自然的認(rèn)識(shí)是非常模糊的，但是隨著人類對(duì)自然的適應(yīng)能力和改造能力的進(jìn)一步提高，人類對(duì)自然的認(rèn)識(shí)也越來(lái)越廣泛和深入。早期的理學(xué)家苦思冥想世界的本原，闡述著自然界的各種神秘現(xiàn)象。此時(shí)，有一批基礎(chǔ)科學(xué)是從工程技術(shù)領(lǐng)域中抽象和分化出來(lái)的。如幾何學(xué)便是在人類的營(yíng)造活動(dòng)中積累起來(lái)的，化學(xué)則產(chǎn)生于古代的香水制造和練金術(shù)?？傊?，那個(gè)時(shí)期是需求決定應(yīng)用(技術(shù))，例如，鐘表在實(shí)踐中已廣泛應(yīng)用，但人們并不懂得由哪些因素決定著鐘表運(yùn)動(dòng)的周期；在戰(zhàn)爭(zhēng)發(fā)射了無(wú)數(shù)的子彈和炮彈，卻搞不清怎樣才能把彈道計(jì)算出來(lái)，命中率如何提高。第一章工程學(xué)概論71

在那個(gè)時(shí)期，許多技術(shù)發(fā)明大都來(lái)源于工匠的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，科學(xué)和技術(shù)尚未真正結(jié)合。而自然科學(xué)研究主要是運(yùn)用觀察、實(shí)驗(yàn)、分析、歸納等經(jīng)驗(yàn)方法達(dá)到記錄、分類，積累現(xiàn)象知識(shí)的目的。

在18世紀(jì)中葉以后，由于啟蒙運(yùn)動(dòng)的發(fā)展，“自然科學(xué)便走進(jìn)了理論的領(lǐng)域而在這里經(jīng)驗(yàn)的方法就不中用了，在這里只有理性思維才能有所幫助”。理性思維就是對(duì)感性材料進(jìn)行抽象和概括，建立概念，并運(yùn)用概念進(jìn)行判斷和推理，提出科學(xué)假說(shuō)，進(jìn)而建立理論或理論體系。第一章工程學(xué)概論72

隨著基礎(chǔ)科學(xué)理性化，它便成為強(qiáng)大的力量源泉。自此以后，基礎(chǔ)科學(xué)和工程技術(shù)相互促進(jìn)，相互牽連。工程技術(shù)的發(fā)展提高了基礎(chǔ)科學(xué)研究的實(shí)驗(yàn)手段，并為基礎(chǔ)科學(xué)的研究提供新的方向和理依據(jù)。大體上，在公元1850年以前，工程技術(shù)科學(xué)對(duì)基礎(chǔ)科學(xué)的依賴性并不很強(qiáng)，兩者相對(duì)比較獨(dú)立。到了公元1850年以后，工程技術(shù)的進(jìn)步則日益依賴于基礎(chǔ)科學(xué)的進(jìn)步，基礎(chǔ)科學(xué)的原理直接推動(dòng)著工程技術(shù)的發(fā)展，至此，工程技術(shù)科學(xué)便成為了應(yīng)用科學(xué)。第一章工程學(xué)概論73

在工程設(shè)計(jì)(實(shí)現(xiàn))的過(guò)程中，不僅思想和方法發(fā)生了根本的變化，同時(shí)實(shí)現(xiàn)的形式也發(fā)生了根本的轉(zhuǎn)變。

在早期，許多技術(shù)發(fā)明都源于個(gè)人的聰明和智慧，但隨著社會(huì)的分工越來(lái)越細(xì)，單靠個(gè)人的力量已難以完成技術(shù)的創(chuàng)新和實(shí)現(xiàn)，團(tuán)隊(duì)的作用日漸顯現(xiàn)出來(lái)。

例如，中國(guó)著名的趙州橋，其設(shè)計(jì)可能由一個(gè)人（李春）完成，但要將該新穎的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，必須依靠廣大的建筑工匠。第一章工程學(xué)概論74第一章工程學(xué)概論趙州橋75美國(guó)的“曼哈頓”工程則是一個(gè)更大工程，如果沒(méi)有團(tuán)隊(duì)成員間的相互合作及協(xié)調(diào)，該工程是不可能在如此短的時(shí)間內(nèi)完成的。第一章工程學(xué)概論76

奧本海默開(kāi)始時(shí)對(duì)困難估計(jì)不足，認(rèn)為只要6名物理學(xué)家和100多名工程技術(shù)人員就足夠了。但實(shí)驗(yàn)室到1945年時(shí)，發(fā)展到擁有2000多名文職研究人員和