工程导论笔记第二章
工程导论笔记第二章工程与科学
1.定义
什么是科学？科学不仅仅是关于自然的事实、概念及有用思想的集合而且是对自然的系统探索和研究。科学是探索\了解自然并揭示可靠自然知识的方法。所谓可靠的知识，就是可重复验证的、真实的、可以信赖的知识。私学具有挖掘和发现可靠知识的属性。科学工作者会说科学是人类的自豪，因为它是通往发现的道路。通过发现问题并寻求不带偏见的、统一且一致的答案，科学让人们了解真实的世界。
什么是工程？大英百科全书将工程定义为“应用科学原理将自然资源，以 研优化的方式转换成结构、机器、产品、系统及工艺，以造福人类的方法”。工程 一 工是应用于实际的、科学的、符合数学法则、重视经验、需要判断力和常识的艺
术。满足人类社会发展需求、基于自然规律、运用人类智慧及创造力是工程的关键要素。工程来源于人类社会发展的需要，从人类试图使用工具改善其生活和生存环境时，对工程及其技术的需求也随之产生。在古代，原始的工程及其技术知识来源于人类使用工具的经验，大多为经验知识，由于没有文字甚至语言，原始工程技术知识的传承通过前一代人示范、下一代人的反复模仿与练习实现，此时经验知识的示范式传承是古代工程技术发展的主要方式。随着语言和文字的发展，人类可以记载、归纳和提炼工程的经验知识，从而逐渐形成了系统的工程理论知识，特别是英国工业革命之后，人类对工程技术的需求达到了前所未有的程度，经过两百多年的发展，逐步出现了学科门类齐全的多个工程领域。工程是创造造福人类产品的手段几乎所有围绕在人类周围的物体(通常称为产品)都是工程师努力工作的结果。如人们现在所坐的椅子就是一个典型的工程产品。椅子的金属零件，其材料来源于矿山中开采出来的金属矿石，采矿的过程是由采矿工程师设计的；金属矿石由冶金工程师通过冶金机械设备提炼，而这些设备则是由土木工程师和机械工程师设计制造的；机械工程师负责设计椅子的各个零件及制造椅子的机器；椅子上的高分子材料或纺织物大多来源于石油，石油工程师负责石油的开采与生产，而化学工程师则从石油中提炼并制造出高分子材料；装配好的椅子是通过货车甚至飞机运送到客户所在地，而货车或飞机是由机械工程师、航空工程师和电气工程师在工厂中设计与制造的；工业工程师则完成优化工厂的空间使用、资金和劳动力；货车行驶的道路是由土木工程师设计和修建的。
工程师不仅在把产品推向市场的过程中起着关键作用，还是一些非常具有挑战性的人类探索活动的核心参与者。例如，我国的“神州系列”项目是使人类摆脱地球引力、登上太空的伟大事业。这是我国迄今为止最伟大的工程成就顾 之一。
2.工程与科学的关系
人类来源于自然。随着人类社会的进步，人类产生了越来越多的认识自然甚至改造自然的需求，从而也诞生了满足这些需求的科学、技术、工程及最终的产品。在人类发展历史上，面向人类实际需求的工程技术常常在时间上超前于相应的理论探索。投石机在其理论被理解之前就被广泛建造和使用。很多现代理论知识和概念，如力向量和功则被认为是由工程师发现的，因为这些知识可以在工程上用于改善投石机的性能。
当代科学及技术的革命，极大地推动了工程及其产品的发展，而这些实现人类梦想的工程及其产品，反过来又为科学和技术的发展提供了新的手段。近百年来，人类在航空航天领域的成就，就是科学与工程技术相互推动、共同发展的典范。从牛顿1687年发现万有引力，过去几个世纪人类对太空的探索，大多数均停留在理论阶段，直到1961年加加林首次搭乘宇宙飞船克服地球引力飞间太空，人类花了200多年才真正迈出了从太空科学理论走向太空工程会跟的第一步。宇宙飞船载人飞向太空是迄今为止人类所取得的最伟大的工程皮就之一，但这项伟大的工程成就是基于人类对万有引力的科学认知。另一方面类登上太空之后，可以完成以前无法完成的科学探索(如培育太空种子等)，而太空种子技术又能为人类生产出产量高、味道好的食物。
工程与科学又不总是同步、并行发展的。事实上，宇宙飞船是靠火箭推动飞向太空的。而火箭工程技术的发展起源于12世纪古代中国的喷气推进火箭，那时人类还没有认识到万有引力的规律。然而，这丝毫没有阳拦人类的飞天梦，大约在公元1500年，中国明代一位官吏名叫万户，他为了飞向没有人间是非的月亮，在一把座椅的背后，装上47枚当时可能买到的最大火箭。他把自己捆在椅子上，双手各持一个大风筝。然后让他的仆人同时点燃47枚火箭，其目的是想借火箭向前推进的力量，加上风筝上升的力量飞向前方，最终到达月亮。万户的悲剧体现了没有科学认知基础的工程探索是充满艰辛和风险的。1959年，科学家们将月球背面的一座环形山命名为“万户”山，以纪念“第一个试图利用火箭进行飞行的人”。500多年后，我国科学家和工程师终于在掌握现代科学及工程技术的基础上，将玉兔号成功送上月球。
当前的工程学教育强调数学、科学和经济学工程学成为一门“应用科学”。然而，上述历史案例证明这种教育方式不一定是正确的选择，因为工程师大多是受直觉以及直接或间接经验引导。事实上，不仅在航空航天领域，古代很多伟大的建筑物、沟渠、隧道、矿山和桥梁都是在18世纪初之前完成的，而直到18世纪初才建立了现代工程学的科学基础。
和传统工程师一样，当代工程师也经常需要在不理解基本原理的情况下解决工程实际问题。毋庸置疑，工程师会从科学理论中受益，但有时需要在理论与实际联系之前提出解决方案。例如，当工程师需要解决利用超导体制造可以实用的软导线(超导软线可能应用于未来的电力设备中)时，科学家却在探索高温下的超导现象。而在超导这一研究课题方面，科学与工程又是紧密联系的，科学发现的成果需要工程去应用到实用产品中，而后者则面临更大的挑战，需要更大的创造力。
3.研究与开发
研究与开发国际经济合作与发展组织将其定义为“系统地增加人、文化及社会知识并将这些知识进行新的应用的工作。”而维基百科则是将研究与开发定义为“通常是由政府或合作机构组织的科学的或某项特定技术的开发工作”。维基百科将R&D工作描述为“一般由隶属公司、大学及政府的专业机构或研发中心组织实施的活动。在商业背景下，研究和开发通常是指在科学和技术领域，将相关的技术应用到面向长期、面向未来可能会带来广泛商业成果的科学研究工作。”对于具体的企业而言，研究与开发通常是围绕企业当前及未来产品，为满足客户需求而进行的开发工作。
R&D工作分为基础研究、技术开发及产品开发1.基础研究
基础研究旨在发现自然界的规律，属于长期的研究工作，具有预期不确定性、研究期限不确定性的特点，因此，不能规定其研究时间和结果。虽然研究工作短期内没有产出和回报，但人类的发展又需要开展这些工作。例如，病毒会危害生物健康，对病毒生长、传播机理的研究就属于基础研究，而这些研究不能带来直接利润，而研究人员不仅需要设备开展这些研究，而且需要工资维持他们及家人的生活，这些都需要由政府及公益机构进行资助。国家自然科学基金就是为资助这些探索自然规律的工作而设立的。
2.技术开发
技术开发旨在将基础研究所获得的成果或知识应用于产品或工艺上。技术开发活动，介于基础研究与产品开发之间，往往是基础研究成果产品化或应用于产品的桥梁或手段。通常，技术开发属于中期的研究工作，研究人员的组织结构较基础研究紧密，但相对产品开发的组织结构宽松，因此组织规划难度高研究回报仍具有一定的不确定性，换言之，失败的风险很高。然而，技术开发一旦取得成功，往往会给研究人员及机构带来巨大的回报，所以，除了政府选行技术开发的资助(如我国科技部的“863计划”)，不少以科技为导向的企业也会不惜巨资投入相应的技术开发。
3.产品开发
产品开发旨在满足客户需求，应用基础研究及技术开发的成果，通过填密组织研究与开发，在规定时间内，完成预期的产品开发任务。产品开发相对技术开发，周期更短，但成果明显，具有最强的确定性。产品开发一般是以获取利润为目标的企业行为。新产品的设计与开发对企业的生存至关重要。出于技术更新及社会发展的需要，企业必须持续不断地更新其产品，并扩大其产品的门类，以满足客户不断变化的需求，从而超越其竞争对手。没有研究开发能力的企业(中国大部分中小企业仍处于这样的状态)，通常依靠战略联盟(与具有产品及核心技术的企业合资等)或购买技术来获取他人的创新。产品开发是市场驱动的，客户需求为第一要素，永远只开发能销售出去的产品。市场调研是获得客户需求信息的有效方法。对于技术驱动的产品，就是制造出超越现有产品技术的高性能产品，从而确立市场优势。
随着竞争的不断加剧，研究开发对当代企业极其重要。特别是在企业市场部，需要敏锐监测竞争对手及客户需求，使得研发工作能跟上市场节奏和发展趋势。尽管工程师在制造给消费者使用的普通产品时需要严格控制成本，也有些工程项目为了达到预期目标，不惜成本进行研发。冷战期间，美国的阿迹》项目就是一个不计成本的政治项目。当时，美国总统肯尼迪为了让美国的空向技术超越苏联，便向世界承诺，阿波罗项目将在1970年之前将人送上月球。他坚持认为“成本是次要的，登上月球才是最重要的”。
4.思维方式
科学思维在知识经济时代是极其重要的。知识影响着人们的行为方式。科学思维方式可以让人们更快、更多地了解专门知识。科学思维应该是全面的思维方式，不是孤立的辩证思维、分析思维与逻辑思维。科学思维在理论和实践上是一致的，它是给人们带来可靠知识的方法。
科学思维和辩证思维科学家采用科学方法研究自然并探索宇宙，这时他们在进行科学思维。然而，科学思维不为科学家所独享。任何人，即使不在研究和探索自然，只要学习科学方法或应用科学知识都可以认为在进行科学思维。事实上，人们在每天的日常生活中都会应用科学思维的原理和方法，如学习历史和文学，研究社会和政府，寻求经济和哲学问题的解决方案，甚至回答私人问题时，可以被认为在进行科学思维。
辩证思维是一个人通过科学的思维获得问题的答案或解决问题的方法的思维方式。辩证思维可以给你带来关于生活和社会各方面的可靠知识，不严格局限于正规的研究和探索自然的工作。科学思维和辩证思维本质是相同的，只不过科学家通常采用科学思维，而普通大众通常采用辩证思维。学校通过将科学思维应用到所有学科及领域，达到培养学生进行辩证思维的目的。辩证思维是人们在学校及大学学到的最重要的技能。这些技能不仅可以在科研领域发挥作用，也可以在人类学、社会科学、商业、法律、新闻及政府部门发挥作用。这也就是为什么大学都要开设科学课程，不管最终从事什么专业或职业，人们不仅可以从科学课程学到知识，更重要的是可以学到科学思维方式，同时不断增强辩证思维能力。
1.科学思维和辩证思维的三个核心要素
科学思维基于三个核心要素：基于或采用实验的证据、进行逻辑推理以及对现有知识的质疑态度(包括自我质疑、避免过早结论、不固执己见)。这三个要素是科学思维的根基，没有这些要素就不是科学思维。
- 实验主义：永远基于实验证据
实验证据是指人们可以看见、听见、摸到、尝到或闻到的证据，是人们可以通过感官感觉到的证据 而且，这些实验证据是可重复的，也就是说，实验证据是除你之外其他人也能感受到的证据。可重复的实验证据是科学家及辩证思维者用于做出重要决定并获得严谨结论的重要依据。
人们可以通过对比实验证据与其他类型的证据理解其价值。听来的证据是从某人处听到的证据，因为无法验证其来源，所以不是可靠证据。在美国，即便是法庭证词也常常被认为是最不靠谱的证据。美国法庭还允许出示间接证据，这显然也是不可靠的证据。所谓超自然的显灵就更不可靠了，因为无法被其他人验证或重复。
取代实验证据的权威证据常常是由机构(如政府、书籍、数据排行榜、电视广告等)发布的。有些机构是可靠的，因此，可以信任他们的证据。对于大部分机构，在接受其证据前，需要确认其可靠性。最后需要强调的是，必须依靠自己的辩证思维，去判断证据的真伪。然而，人们还是会自觉或不自觉地接送由授权部门传输的知识，其主要原因有以下三个方面：
1)人们自出生起就由父母监管和教导，父母所采取的积极和消极的措施，都会让人们听取、相信和服从权威。
2)人们通常认为，依赖有经验的或经培训的人员或机构的决策会比依赖没有这些资质的人员和机构的决策，有更高的生存和发展前景。因此，服从权威的行为性格不断得到加强且会代代相传。
3)通过授权机构发布指示是最快也是效率最高的信息传播方式。
因此，必须牢记：有些权威证据和知识需要经过实验证据、逻辑推理和辩证思维进行验证，才能将其接受为可靠的证据和知识，而这些只有靠自己的独立思考才能做到。- 逻辑推理
科学家及辩证思维者总是采用逻辑推理。基于逻辑能让人们获得正确的推理，但逻辑推理是一个复杂的、难以掌握的主题，很多书籍专门介绍如何进行逻辑推理。然而，大部分人因为没有学过而不知道如何正确进行逻辑推理。逻辑推理能力不是一个人与生俱来的或是靠自身努力逐渐发展和改善的能力，而是需要经过正规教育培养出来的技术和素质。对普通人来说，情感思维、希望思维和梦想思维比逻辑思维更常见，因为这些思维方式更贴近人的自然本质。大部分人宁愿相信某些事情是真实的，因为他们感觉是真实的、希望是真实的甚至梦想是真实的，而不愿意否定自己的情绪，接受否定他们信念这样一个现实。
通常，采用逻辑推理需要与个人愿望做斗争，因为逻辑思维常常强迫你去否定自己的情绪并面对现实，这是一个痛苦的过程。但必须永远记住：情绪不是证据，感觉不是事实，主观观念不是客观真实。所有科学家和辩证思维者都是在正规教育背景下学会如何进行逻辑思维的。有些人通过自己琢磨逻辑思维，但这种方法浪费时间，而且效宰不高，常常不成功，甚至很痛苦。
学习逻辑思维最有效的方法是在哲学课程、数学课程及科学课程学习中，强迫自己采用逻辑思维、阅读伟大的经典文学作品、学习历史并且经常练习写作。阅读、写作、数学及科学是年轻人学习逻辑思维的传统方法。最理想的方法是多练习写作，并让具有辩证思维的人替你修改。
3.质疑主义：永远采取质疑的态度
科学与辩证思维最后一个关键思想是质疑主义，即永远质疑自己的观点和结论。真正的科学家和辩证思维者总是不断检查其观点的证据、命题和原因。自我欺骗和被他人欺骗是人生两个最大的失败。避免这两个悲剧的唯一方法是不断检查自己所坚持的观点的依据，检查自己所掌握的或他人提供的信息的真实性和可靠性。检验信息正确性的一种方法是通过预测你所持观点的结跟或逻辑输出以及根据你的观点所采取的行动来将你的观点与客观现实做比对。如果你的观点得到的结果与客观现实吻合(即得到实验证据)，便可以得出你的观点是可靠知识。
很多人认为持质疑态度的人是思想封闭且一旦拥有可靠知识便拒绝改变思想的人，其实刚好相反。质疑主义者只是暂时坚持观点，而且对新的证据和逻辑推论持开放态度。他们愿意改变自己的想法，前提是基于新的证据和可靠原因。他们思想开放，但拒绝在没有充分证据和原因的情况下相信所考察的对象。科学对新的思想同样采取质疑态度：完美的观点需要完美的证据。人们每天都会面对有关自然的完美、奇妙及夸张的观点，如果不想盲从这些伪科学及超自然的观点，就必须掌握识别真伪的方法，这种方法就是采用辩证思维的科学方法。
2.解决问题的实用科学方法
科学方法是一个复杂的主题，很多书籍对其有详细的介绍和论述。这里，将简要介绍如何在实际工作和生活中应用科学方法。基于科学思维与辩证思维的常用科学方法，可按以下步骤进行：
- 确定研究课题
首先必须提出一个问题或发现一个有意义的研究课题。这是所有为获取知识而付出努力的起点。这里也是最容易被情绪及外部因素干扰的阶段。例如，所有科学工作者都对自然现象和规律很感兴趣，他们具有这样的性格特征：对艰巨、枯燥的科研工作具有持久的动力，并且能一直保持旺盛的精力。当然，干扰性的情绪如激动、野心、愤怒、不公平感、幸福感等对他们也会有不同程度的影响，但他们不会让他们的情绪左右其科研工作及发表客观结论，因为科学方法会避免让他们犯违背客观事实的错误。
在此阶段，很多外部因素也会对研究选题及解决问题的方案产生影响。文化、社会、政治及经济因素不仅会影响科学工作者对需要攻克的一个或多个问题的选择，还会影响其在不同问题上需要投入的时间和资源的规划。因为，科学工作者所处的理论环境会影响他们对自然的理解；所处的社会与经济环境通常会决定哪些科研项目会得到资助，以及哪些项目不会得到资助；而所处的政治环境通常会决定哪些项目是允许进行的和不允许进行的，以及哪些项目可以得到嘉奖。
此外，非科学的情绪因素也会导致不同的选题结果。科学工作者可能会因痛恨环境污染而对污染物对环境的影响进行研究；而一些科学工作者可能会研究吸烟对人体的影响。
需要强调的是，无论如何选题，上述这些非科学的、情绪及文化的影响并不会降低其研究结果的最终可靠性和客观性，因为，采用科学方法最终会消除这些外部干扰，获得可靠和客观的研究结论。- 调研
科学方法的第二步是围绕第一步确定的研究课题，收集有关信息并进行 假设研，调研工作最便利的选择是去图书馆收集资料或基于自己以往的科研经验通
行分析研究。这些调研资料必须来自基于实验的信息，即必须是可感知、可能 验 让果 量、可重复的。进行科学调研和观察往往需要勤奋和天赋，此外，掌握收集学数据的方法和技术还需要经过大量的培训。对于投资大、风险高的研究课题，调研工作甚至还包括一些探索性预研和试验。- 提出解决方案 常顺基于前两步工作，可以着手探索解决问题的方案，一般把这种解决方案麦 知答案称为科学假设，该科学假设必须按照可测试的方式进行表述或展示。“科学假设是对科学问题的有内容、可测试及预想的解决方案，它可以解释一个自然现象、过程或事件”。基于科学中的辩证思维，你提出的解决方案或答案必须经得起反复测试，否则对进一步的探索和研究毫无价值。很多没有辩证思维能力的人，通常止步于此，满足于获得的初步答案或解决方案。这种缺乏质疑精神的态度是获取可靠知识的最大障碍。当然，这些初步答案或解决方案中会有一些成功的机会，但大部分是不可靠的甚至是错误的，因此，必须进一步研究以确定这些方案的正确性。
- 验证
初步的解决方案或科学假设必须经过检验才能获得论据及正确性证据。有两种方法可以进行科学假设的检验。最常用的方法是实验或试验，教科书中通常会将这种方法作为唯一测试假设的途径加以介绍，但稍微思考一下就会发现，自然界很多问题不可能通过这种实验方法进行验证，如关于行星、银河系、山脉的形成、太阳系的形成、人类的进化等都无法进行直接实验验证。另一种检验科学假设的方法是做进一步观察或观测。每一种科学设想都会有结果并且会对所研究的现象或过程进行一定的预测。采用逻辑及事实证据，可以通过考察预测的正确程度来检验科学设想，即在新数据、进一步理解、新模式的情况下，科学假设预测与实际结果的吻合程度。科学假设的可检验性或预测性是其最重要的特征。只有涉及自然过程、事件及规律的假设才能被验证，超自然的事物是不能被验证的，所以，它是科学范畴之外的现象，存在与否与科学无关。- 判断
如果一个假设通过验证发现是错误的或不准确的，就必须舍弃或进行修正。科学工作者一般不会轻易地抛弃一个他们已经投入大量时间和精力而且认为正确的科学信念，因此，他们通常会对大部分假设进行修
假设必须再进行检验。如果一个设想通过了进一步的验证，它就是一个具有实验证据的设想，这时就可以作为学术论文公开发表。具有实验证据的设想是通过实验证明其预测正确的设想。这时，其他的科学工作者会来检验该设想，如果后续的实验提供了进一步的佐证数据，这个设想就会成为可靠的知识。
科学工作者在涉及科学设想时会慎用“证实”一词，而通常使用“验证”一词。被充分验证的科学设想就成为科学事实。它是人类关于宇宙的最接近“真理”的可靠知识。这里用双引号标出真理是因为人类社会存在多种“真理”，如宗教真理、哲学真理等。虽然不能确认科学“真理”是人类的唯一真理，但应该是人类可以拥有的关于自然界的最好的真理。
人类已经探明的科学事实有重力、生物进化、大陆漂移及地面运动等。许多科学事实与人的常识、古代哲学及宗教相悖，因此很多人会固执地否认科学事实。在人类的许多思想、哲学以及其他知识体系中，同样号称拥有关于自然的真实知识，有些甚至号称他们的“事实”绝对正确，而科学从来不会如此声称某事绝对正确。但是，这些体系中的“事实”不是可靠知识，因为，即使它们可能是正确的，也无法用可靠的方法进行验证。即使这些不可靠的“事实”是真实的，人们也无法像对待科学事实一样确定它们是真实的。- 得出结论
科学方法的最后一步是构建、支持及怀疑一项科学理论。人们通常会将一个猜想、预测及建议定义为“理论”，但这不是科学理论。科学理论是基于充分验证过的设想对基本自然过程或现象所做的统一、一致的解释。因此，一项理论由可靠知识或科学事实构成，其目的是对重要自然过程或现象进行解释。科学理论解释自然，它们将许多曾经是不关联的事实或验证过的设想统一起来，对宇宙、自然及生命的形成、机理、过程及未来进行最真实、最合理的解释。因为，人类本身作为生命载体属于宇宙的一部分，科学将解释所有这些涉及人类自身的万物。
相对论、固体力学、热力学、进化论、基因、大陆漂移等科学理论是人类拥有的最可靠、最准确、最全面的知识。因此，每个受到教育的人都应该理解科学知识的来源，并且学习获取这些知识的方法。科学知识来源于科学思维活动以及科学方法的应用，其发现和验证科学知识的方式应该可以被任何进行辩证思维的人重复和实现。
横向思维横向思维的极致案例，就是“用非所学”。一些人会在自己受教育及培养的领域之外，发挥自己的天赋。例如美国画家莫尔斯发明了电报，学医的鲁迅、郭沫若却成为文学、史学领域的“大师”。
横向思维从职业的角度就是指跳出本专业、本行业的范围，摆脱习惯性思维，通常会提出非常规的解决方案，它主要有以下几种表现方式：
1)侧视其他方向，将注意力从所从事或关注的领域，引向其他更广阔的领域。
2)将其他领域已成熟的、较好的技术方法、原理等直接移植到所从事或关注的领域或将其他领域问题的解决方案加以利用。
工程思维事实上，从儿时拼装玩具的娱乐开始，人类的工程思维能力就得到了锻炼和发展。工程思维涉及改造世界的活动，为了改善生活，人们应用工程思维及所掌握的或观察到的事物、技术及方法去想象和重建人类的世界。通常将工程思维与创造性活动相联系，工程思维涉及寻求多约束问题的合理解决方案。尽管人类没有完全理解创造性思维和过程，但还是可以对创造的方法和思路进行一些探讨。从思维的角度，人类大致可以分为三种类型：有条理思维者、无条理思维者和创造性思维者。如果告诉这三种人制造太阳能薄膜电池的工艺方法，即“制造太阳能薄膜电池需要材料科学与工程、电子工程、机械工程及电气工程信息”，这三种人储存该信息的方式。
工程师思考方式1.简单问题
2.复合问题
复合问题的评价指标具有不相似的性质，因此不能同时对它们进行优化工程工作需要对功能、可靠性、成本、安全性、使用寿命及外观等进行综合考虑。大部分系统工程师的工作都具有很强的综合性。只要材料、子系统及方法的选择因为某种性能的原因相互约束，这个问题就是复合问题。采用如下策略可以帮助解决复合问题：
策略一舍弃不能测量的准则或标准。
策略二基于现实情况，表述准则或标准的相对值，然后尝试将复合问题转换成简单问题。
策略三 将问题分解为可以单独解决的简单问题。
人们有时不得不执行第一策略。例如，人们无法对产品的美学进行度量。然而，如果美学准则被舍弃了，就有必要建立明确的“丑陋”限度。这也是I程工作的重要部分，即如何处理明确却不可测量的准则。
工程与其他学科的联系与区别工程师应用自然科学及数学解决问题。因此工程与这些学科的联系是显而易见的。然而，从工程思维与交流的角度看，工程对科学与数学的依赖纯属偶然，而非不可或缺，事实上历史上很多工程成就早在现代数学和科学发展之前就已经实现。与科学及数学相比，工程目标及其解决方法与医学及美学更靠近。其论述方法又与法学甚至经济学更近。列出了包括工程在内的三种思维方式，尽管这种分类是粗略的，但有助于人们了解和认识工程、人文及科学之间的关系。
小结科学与工程的关系，类似分析与综合的关系。科学通过分析自然，掌握然规律，而工程则综合应用这些科学规律解决自然界面临的问题。科学是分析发现，工程是综合、创造。
科学思维是全面的、严谨的思维方式，科学思维在理论和实践上是一致的，它是给人们带来可靠知识的方法。
工程问题涉及不同性质约束的交互问题，因此，工程思维涉及寻求多约束问题的合理解决方案，工程思维需要基于严谨的科学思维，更需要发散的创造性思维。
简单问题可以通过推理法解决。复合问题需要通过分解、类比法解决。工程问题通常是复合问题。