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工程

东西坏了,工程师怎么思考?

4 分钟 阅读

学生在 Avanza STEM 工程工作坊用书测试一座刚失效的桥
一个刚刚失效的结构不是损失,而是数据。学生会分析断裂的位置和原因,再思考如何改进。

在 Avanza STEM 工程工作坊,几乎每节课都会有东西坏掉。桥被重量压垮,加上一块积木后塔倒了,纸板结构翻了。几乎每一次,搭建者在那一刻都能立刻知道哪里出了问题。

那个领悟的瞬间——"哦,它从接头断了,因为我没粘好"——是整节课最重要的时刻。这不是失败,而是信息。

快速了解工程师在设计失败时所用的思维方式。

工程师问的第一个问题

东西坏了,工程师的第一个问题不是"我做错了什么",而是:"它在哪里断的,这说明什么?"

桥在中间断裂,说明中间是最薄弱的地方。接头脱开,说明连接不够牢固。断裂本身就在告诉你下一次该怎么搭。

工程思维框架

坏掉的结构是有用的。从未测试过的结构什么也告诉不了你。

改进循环

工程师使用一种迭代循环,有时称为设计循环。它不是从想法到成功的直线,而是这样的:

  1. 1

    明确目标

    结构究竟需要做什么?承受 5 磅重?跨越 30 厘米?重量越轻越好?

  2. 2

    搭建第一版

    不要试图第一次就做到完美,而是让它能被测试。

  3. 3

    主动测试

    施加实际的荷载或压力,不要猜测它会怎么表现。

  4. 4

    观察失效点

    不只注意它失效了,还要看清楚在哪里、以何种方式失效。那个细节就是数据。

  5. 5

    每次只改一处

    如果你同时改三处,下一版虽然更好,你却不知道是哪处改动起了作用。

  6. 6

    再次测试

    重复。每一轮都能给你比上一轮更多的信息。

这在 Avanza STEM 工作坊是什么样子

在桥梁搭建课中,学生通常搭一次就进行测试。即使只有一次测试,也能学到很多。当桥弯曲、扭转或最终断裂时,学生能看清设计的哪个部分承受了最大的应力。

最重要的是测试之后的对话:它在哪里失效,为什么那个点撑不住,如果搭第二版你会加固哪里?

即使只搭一次,也能学到完整的工程思维:做出设计,诚实地测试,研究结果,说明下一版会改什么。

只改一处规则

这条规则比大多数学生意识到的更重要:东西坏了后,在下一次测试前只改一处。

如果桥坏了,你重建时改了接头、换了桁架形状、又加了支撑,你能学到的很少。也许它能承受更多重量,但你不知道是哪处改动起了作用,所以无法把这个知识用到下一次搭建。

改一处。测试。观察。再改下一处。这才是工程师找到真正有效方法的方式,而不是靠运气。

这种思维方式适用于所有地方

工程思维不只适用于结构。观察、假设、测试、改进这套模式在各处都能看到:

  • 科学:失败的实验能告诉你关于条件或假设的具体问题
  • 编程:崩溃的程序会给你报错信息,改动前仔细读它
  • 数学:错误的答案告诉你回头检查哪一步,而不是说你不擅长数学
  • 运动:没投中的球告诉你调整姿势或时机,而不是放弃

参加免费工程工作坊

在我们的工程工作坊,学生会搭建、测试,并用结果做出更好的设计决策。

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关于作者

Logan Smith

workshop mentor

Logan mentors students through hands-on engineering builds at Avanza STEM workshops, including our bridge and community sessions.

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