像工程师一样思考(原书第4版）

编者推荐

本书介绍工程师的行为准则、日常交流、团队工作、思考问题的方法、文字处理、图形化方法以及编程基础等方方面面。同时，引入了大量不同工程领域的实际例子，重点讲述如何解决实际问题，并且注重培养工程师的思维能力。

 

【本书特色】

●帮助读者摆脱“填鸭式”的学习模式，学会主动思考解决问题的方法。

●诠释提出正确的工程问题在工程师工作中的重要性。

●帮助读者培养用书写、图表或口头表达等形式高效交流的能力。

●微信关注“华章计算机”，回复“64860”，获取本书配套资源。（日常工程、EXCEL工作表、理解检查答案、公示表、MATLAB绘图属性等）

【这一版的新内容】

第4版包含了新的材料和对第3版的修订。这些材料和修订是基于使用这本教材的教师、审稿人的建议，以及学生的反馈，其中，学生的反馈对于我们最为重要。我们继续努力使用软件的新版本。在这一版中，软件版本升级到Microsoft Office（Excel）2016和MATLAB 2016。我们增加了大约30%的新习题，并修改了大约25%以前出现的习题。我们也增加了新的材料,以反映工程教育不断变化的面貌。

【相关章节新增内容】

●第2章

○扩展了对设计的讨论，特别是关于产生创意的更一般讨论。

○扩展了对团队协作的讨论，包括对普通团队动态的讨论。

○新的关于项目管理方法的讨论。

●第3章

○改进了用于演示的不良实践的例子。

○扩展了技术海报设计中的“要做”和“不要做”两个清单。

●第5章

○将SOLVEM作为一个特定过程，加入更一般的解决问题的过程中。

●第7章

○改进了对质量与重量的讨论。

○改进了对压强的讨论。

○增加了贯穿全章的新示例。

●第三部分

○修订后与Excel 2016的外观和操作一致。

●第四部分

○在适当的情况下，对算法（之前的第13章）进行了实质性的修改，并将其整合到其他章节中。

○修订后与MATLAB 2016的外观和操作一致。

内容简介

本书介绍了工程师应该掌握和了解的相关知识，内容涵盖四个部分，包括工程基础、工程问题的思考维度、处理工程问题的工具以及编程技巧。本书力求展示工程师解决问题的方法论和相关技术，帮助学生多实践，多动手，为做一名合格的工程师做好准备。

 

●第一部分　工程基础

用三条线索将前五章的内容联系在一起。第一条线索体现在“工程基础”这个标题中，它们是成功工程师所应具备的基础知识。第二条线索是交流。第三条线索是解决问题的方法论。

 

●第二部分　工程问题的思考维度

作为一名有经验的工程师，你必须理解那些未受过系统工程训练的人常常容易误解的术语，如“维度”（也称为量纲），它是一个可测量的物理概念，可用单位进行量化。理解单位对于判定一个问题的数值解是否正确至关重要，通过学习单位相关知识，工程师可以洞悉各种参数的相互作用，提高解决问题的能力。

 

●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用Excel。在本部分中，用物理现象来描述和解释数学模型，用数学模型来描述实验数据，并以图形化方法呈现工程问题的解决过程。

 

●第四部分　编程技巧

以工程课程中常用的MATLAB作为编程语言。本部分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。

作者简介

★大卫·R.鲍曼（David R. Bowman）

上大学之前，我对音乐非常感兴趣。在高中我参加了不同的乐队（管弦乐队、爵士乐队等），我喜欢演奏和听音乐，这给了我创造音乐作品的灵感。我追求工程的原因与之类似，作为工程师，我可以创造。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，是有创造力地为问题找到解决方法。

—— D. Bowman，计算机工程师

 

★威廉·J.帕克（William J. Park）

对我来说，理解事物的工作方式是所有工程工作的基础。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，但对该主题的理解可延伸至一切领域！人们永远不知道，当在某个领域发现了一些看似随机的知识或某种模式时，它们可能会是解决另一个领域内工程问题的关键。　　　

——W. Park，电气工程师

 

★伊丽莎白·A.斯蒂芬（Elizabeth A. Stephan）

我喜欢把数学和化学等学科比喻为“黑色和白色”——可对方程求积分和平衡化学反应，而工程是灰色的，它不一定有一个明确的答案。像工程师一样思考，是训练你的思维，从许多不同的角度研究一个问题，以便有条理地解决问题。工程师的工作就是在灰色中找到一个解决方案，并用黑色和白色呈现。

——E. Stephan，化学工程师

 

★马修·W.奥兰（Matthew W. Ohland）

像工程师一样思考，是思考如何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，并学会以一种人人都能理解的方式交流技术问题。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

——M. Ohland，土木工程师

 

 

★本杰明·L.西尔（Benjamin L. Sill）

工程学有点像打高尔夫球。没有两根高尔夫球杆是完全相同的。在工程中，没有两个问题或设计是完全相同的。想要成功，工程师需要一袋球杆（数学、化学、物理、英语、社会学等），然后需要进行训练，以便能够在打球过程中选择正确的球杆组合，打出标准杆的成绩（如果幸运的话，打出小鸟球）。简而言之，需要教会工程师去思考。

——B. Sill，航空航天工程师

精彩书评

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

目录

【第一部分　工程基础】

●第1章　伦理道德6

1.1　伦理道德决定7

1.2　剽窃12

1.3　工程信条13

1.4　社会责任14

课堂活动15

复习题17

 

●第2章　设计、团队合作与项目管理20

2.1　设计过程20

2.2　定义问题或需求21

2.3　标准：明确什么是重要的22

2.4　产生想法25

2.5　比较设计和做出决定26

2.6　原型和测试28

2.7　可持续性—一种特殊的设计标准29

2.8　团队合作31

2.9　实验设计：PERIOD分析37

2.10　项目时间表40

2.11　现代项目管理42

课堂活动42

复习题43

小型设计项目44

 

●第3章　工程交流48

3.1　基本的陈述技巧48

3.2　演讲示例51

3.3　基本的技术写作技巧55

3.4　常用的技术交流格式59

课堂活动68

复习题74

 

●第4章　估算80

4.1　估算的基本点83

4.2　类比估算84

4.3　聚合估算84

4.4　由上下界估算85

4.5　建模估算85

4.6　有效数字86

4.7　合理性89

4.8　计数法93

课堂活动95

复习题97

 

●第5章　解决问题98

5.1　问题类型98

5.2　SOLVEM—一种解决问题的方法100

5.3　最终结果表示107

5.4　避免常规错误107

5.5　SOLVEM举例108

课堂活动110

复习题113

 

【第二部分　工程问题的思考维度】

●第6章　基本量纲和基本单位118

6.1　公制118

6.2　其他单位体制121

6.3　单位转换步骤122

6.4　包含多个步骤的转换125

6.5　涉及“新”单位的转换128

6.6　派生量纲和单位129

6.7　方程式法则133

6.8　涉及方程的转换136

课堂活动138

复习题143

 

●第7章　通用单位149

7.1　力149

7.2　重量151

7.3　密度153

7.4　量157

7.5　温度161

7.6　压强164

7.7　气体压强169

7.8　能量171

7.9　功率175

7.10　效率176

7.11　电学概念180

课堂活动189

复习题198

 

●第8章　无量纲数206

8.1　有单位的常数206

8.2　常见的无量纲数209

8.3　量纲分析211

8.4　瑞利法213

课堂活动220

复习题223

 

【第三部分　处理工程问题的工具】

●第9章　图形化解决方案230

9.1　制图术语230

9.2　恰当的图形230

9.3　Excel中可用的图形类型237

9.4　图形解释240

9.5　曲线形状的意义244

9.6　 图形化解决方案249

课堂活动255

复习题264

 

●第10章　模型和系统275

10.1　趋势线的正确绘制方法276

10.2　线性函数276

10.3　线性关系279

10.4　线性关系的组合284

10.5　幂函数293

10.6　指数函数296

课堂活动301

复习题309

 

●第11章　数学模型320

11.1　选择一种趋势线类型320

11.2　解释对数图328

11.3　对数图的适当绘图规则332

11.4　在Excel中将刻度延伸为对数333

11.5　处理Excel的局限性334

课堂活动338

复习题345

 

●第12章　统计352

12.1　直方图353

12.2　统计行为355

12.3　分布358

12.4　累积分布函数363

12.5　统计过程控制365

12.6　Excel中的统计370

12.7　MATLAB中的统计375

课堂活动380

复习题386

【第四部分　编程技巧】

●第13章　MATLAB基础392

13.1　变量基础395

13.2　数值类型和标量398

13.3　向量401

13.4　矩阵412

13.5　字符串423

13.6　元胞数组425

13.7　结构数组435

课堂活动439

复习题449

 

●第14章　算法、程序和函数456

14.1　算法456

14.2　程序463

14.3　函数473

14.4　推导数学模型481

14.5　调试MATLAB代码485

课堂活动487

复习题493

 

●第15章　MATLAB的输入与输出501

15.1　输入501

15.2　输出510

15.3　绘图515

15.4　趋势线525

15.5　Microsoft Excel I/O530

课堂活动535

复习题545

 

●第16章　逻辑和条件557

16.1　算法回顾—表示决策557

16.2　关系运算符和逻辑运算符561

16.3　逻辑变量564

16.4　MATLAB中的条件语句571

16.5　应用：分类图574

16.6　switch语句578

16.7　错误和警告580

课堂活动583

复习题594

 

●第17章　循环结构608

17.1　算法回顾—循环608

17.2　while循环613

17.3　for循环619

课堂活动631

复习题641

 

●微信关注“华章计算机”，回复“64860”，获取本书配套资源：

在线基础知识

○日常工程

○Excel工作表

○理解检查答案

○公式表

○MATLAB绘图属性

精彩书摘

【“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。我们的回答按姓名字母顺序排列。

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