预备，开始，发明！工程学简介
各位超级小科学家，大家好！你有没有想过，一个有趣的玩具、一张舒服的椅子，甚至是你的校巴，究竟是怎样造出来的呢？这些都是由工程师创造出来的！工程师都是了不起的问题解决者，他们设计和建造各种东西，让我们的世界变得更美好、更安全、更有趣。
在本章中，你将会学习像工程师一样思考。这就是关于发挥创意、解决难题，并将好主意变成真实的物件。准备好，我们开始吧！
第一部分：工程学的世界
在我们开始建造之前，让我们先学习一些每位出色工程师都需要知道的基本知识吧。
自然之作 与 人类之作
环顾你的四周！有些东西是大自然创造的，有些则是人类制造的。知道两者的分别很重要呢。
- 自然物品 (Natural Objects): 这些都是大自然的一部分。人类没有制造它们。例子：一棵树、一块石头、一条河流、一个苹果。
- 人造物品 (Man-made Objects): 这些都是由人类设计和创造出来的。例子：一张木椅（由树木制成）、一条马路（由石头制成）、一道桥梁（建于河流之上）、一个苹果派（用苹果制成）。
快速复习！
鸟巢是自然物品还是人造物品？它是自然物品，因为是小鸟造的！
铅笔是自然物品还是人造物品？它是人造物品，因为人类利用木材和其他材料制造它。
我们为什么要设计东西？
工程师设计东西的原因很简单：就是为了解决问题或满足需要。好的设计让我们的生活更轻松、更美好。
试想想看：
问题是：外面正在下雨，你不想在上学途中弄湿。
工程师的解决方案是：设计和制造一把雨伞！它是一个完美解决问题的工具。
重点笔记
好的设计都是有目的的！它能帮助我们做以前做不到的事情，或是让日常工作变得轻松得多。
怎样才算是出色的设计？
一个出色的设计不只是解决问题这么简单，它还必须方便使用而且好看！工程师主要会考虑两件事：
- 实用性 (Practicality): 这表示“它是否好用？”一件实用的物品应该是好用、坚固、安全而且易于使用的。例如，一个好的书包是实用的，因为它足够坚固，可以装下你所有的书本而不会损坏。
- 美感 (Aesthetics): 这是一个形容词，意思是“它是否漂亮？”这包括它的形状、颜色和款式。例如，你可能会选择一个印有你最喜欢卡通人物的书包，因为你喜欢它的美感。
最棒的产品就是既实用又美观的！
合适的材料：选择物料
工程师就像大厨一样，但他们选择的不是食物，而是物料！你所选择的物料可以彻底改变你的发明。以下是一些常见的物料：
- 塑料 (Plastic): 通常防水、轻巧，而且可以制成多种颜色。用于：水瓶、玩具、饭盒。
- 木 (Wood): 坚固但仍相当轻巧。它来自树木。用于：家具、房屋、铅笔。
- 玻璃 (Glass): 它是透明的（你可以看穿它！），但它可能会碎裂。用于：窗户、饮水杯。
- 金属 (Metal): 非常坚固耐用。它可能会很重。用于：汽车、汤匙和叉子、桥梁。
跨越时空的工程奇迹！
工程学长久以来一直改善着我们的生活。它建立在我们对科学和科技的认识之上。
你知道吗？
在古代中国，工程师在超过1,400年前建造了令人惊叹的赵州桥 (Zhaozhou Bridge)。它的设计非常出色，至今仍然屹立不倒！他们还发明了不用钉子就能将木材接合在一起的巧妙方法，称为榫卯 (mortise and tenon joints)。
今天，我们有更大的工程项目，例如港珠澳大桥 (Hong Kong-Zhuhai-Macao Bridge)，它是全世界最长的跨海大桥之一！这些项目展示了凭借出色的工程学，我们能取得多么大的成就。
第二部分：让我们成为工程师吧！设计循环
那么，工程师究竟是怎样发明东西的呢？他们可不是乱猜的！他们会遵循一系列特殊的步骤，称为工程设计循环 (Engineering Design Cycle)。你可以把它想像成制作神奇东西的食谱。之所以称为“循环”，是因为你可以不断重复这些步骤，让你的发明变得越来越好！
让我们想像一下，我们的问题是：“我的饭盒很单调，有时我的三明治会被压扁！”我们将使用设计循环来解决这个问题。
步骤一：提问——找出问题
第一步总是清晰地了解问题。需要修复什么？你想达到什么目标？
- 找出需求：我需要一个更好的饭盒。
- 找出问题：1. 它很单调（这是美感问题）。 2. 我的三明治会被压扁（这是实用性问题）。
步骤二：想像与计划——集思广益和绘制草图
这是最有趣的部分，你可以尽情发挥创意！想想所有可能解决方案。这就是“集思广益”。然后，制定一个计划！
- 收集资料：看看其他的饭盒。它们有什么优点？有些有独立分隔！这可以防止三明治被压扁。
- 集思广益找出解决方案：
想法1：一个硬壳饭盒，这样它就不会被压扁。
想法2：一个饭盒，设有专门为三明治而设的独立保护格。
想法3：把它设计成可折叠的，午饭后可以节省空间。 - 绘制草图 (Draw a Sketch): 让我们选择想法2吧！我们将绘制出一个新饭盒的简单草图，展示那个专为三明治而设的部分。我们还会在图上加上一些很酷的火箭飞船装饰，以解决“单调”的问题。
步骤三：创造——制作模型
现在是时候将你的想法变成现实了！利用简单的工具和材料，制作你的发明的第一个版本。这就是所谓的模型 (prototype)。
对于我们的饭盒，我们可以利用纸盒、剪刀和胶水来制作我们设计的简单模型。我们可以在外面画上火箭飞船。
步骤四：测试——看看它是否有效！
你的创造真的解决了问题了吗？是时候测试它了！这是非常重要的一步。
让我们测试一下我们的纸盒饭盒吧。我们可以把一块柔软的面包放进那个特别的隔层里。然后，我们可以在饭盒顶部放一本书。面包被压扁了吗？火箭飞船的装饰看起来怎样？
步骤五：改良——让它变得更好
几乎没有任何发明是第一次就完美的。根据你的测试结果，你可以改变什么来让它变得更好呢？这时你可能需要回到设计循环的早期步骤！
我们的测试显示，纸盒不够坚固。书本仍然轻微地压扁了面包。
改良点子：我们需要让三明治隔层的墙壁更坚固。也许我们可以多加几层纸板，或者在里面放一个小塑料盒。
步骤六：分享——展示与讲解！
一旦你有了满意的解决方案，是时候和别人分享了！解释你是如何发现问题并想出你的设计的。其他人可能会有一些很棒的点子或建议，让它变得更好。
你可以把你的饭盒模型展示给你的朋友或家人看，并解释为什么那个特别的隔层那么有用。他们可能会很喜欢呢！
重点笔记
工程设计循环 (Engineering Design Cycle) （提问 -> 想像与计划 -> 创造 -> 测试 -> 改良 -> 分享）是一个强大的工具，能帮助我们一步一步地解决问题，并创造出许多奇妙的新事物！