高中工程学/工程学对全球和社会的影响
工程学对社会的所有方面都产生了影响。环顾四周，你会发现所有由人类制造的东西。从设计、制造、测试到销售，工程师可能参与了其中大多数人造物品的生产。
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活动 你能想到一些伟大的工程成就吗？花点时间列出工程师们开发的一些最重要的东西。想一下改变人们生活方式的东西可能会有所帮助。例如，一个世纪以前，人们依靠蜡烛和灯笼照明。这发生了什么变化？完成你的清单后，与其他人分享你的清单，并了解他们认为最重要的工程成就是什么。 现在你已经列出了一份伟大的工程成就清单，看看其他人将哪些成就列为本世纪最重要的成就。下面，你会看到几个数字，每个数字都代表着二十世纪一项重大的工程成就。仔细观察每个数字，并试着确定它代表的工程成就是什么。看看你的清单上是否有这项成就。如果没有，请添加进去。 |
美国国家工程院（NAE）已经确定了二十世纪的二十项顶级工程成就。NAE 创建了一个网页 (http://www.greatachievements.org/)，它描述了这些成就以及这些成就对人们日常生活的影响。其中许多成就在我们社会中非常普遍，以至于我们习以为常。我们描述了二十项成就中的十项；另外十项成就可以在 NAE 网页上找到。
图 8 显示了中国上海浦东新区的灯光，图 9 显示了从太空看到的夜间灯光，这些都代表着电气化。电气化是指让大量人口都能使用电力的过程。我们不仅使用电力照明，还用它来为机器、仪器和电器供电。你一天使用多少台电动或电池供电的设备？没有电气化，我们今天就不会拥有这些设备。
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图 10 展示了一辆外观相当高科技的汽车。在美国生产的第一批汽车是在 1901 年出售的，主要是作为富人的新奇事物。然而，到 1920 年，汽车已经实现量产。在汽车出现之前，人们住在离工作地点很近的地方；一个人必须住在城市里才能在城市里工作，因为人们日常通勤的最大距离只有几英里。距离城市不远的农场或工厂无法轻松地将货物运送到市场。因此，汽车被认为是让人们摆脱地理限制，并极大地促进了收入和财富增长。
图 11 展示了一架喷气式飞机及其在高空飞行时留下的尾迹。飞机通过使快速长途旅行成为可能，进一步让人们摆脱了地理限制。飞机也推动了全球经济发展。
图 12 展示了一个水龙头，它代表着清洁水的供应和分配。清洁水对人类生活产生了重大影响。在 1700 年代和 1800 年代，数千人死于包括霍乱、斑疹伤寒和水传播伤寒在内的疾病，成千上万人患病。清洁的供水和良好的分配不仅改善了健康状况，而且促进了新城市的增长、水力发电的发展、作物生长的改善以及水上娱乐活动的普及。
图 13 展示了一个电子工作室。我们的世界充满了电子设备，包括计算机、手机、音乐播放器、相机、计算器、自动取款机和电视等等。我们使用电子设备进行通信、娱乐、制造、诊断疾病、帮助驾驶汽车以及进行数千项日常活动。
图 14 展示了一台 1953 年制造的早期电视机。无线电和电视是值得特别关注的电子设备，因为它们对新闻和信息的传播方式产生了重大影响。在这些技术发展之前，新闻和信息通过书面形式的传播方式缓慢传播。如今，电视让人们可以实时观看世界事件。凭借其数百个频道，人们还可以体验其他国家和文化，并获得娱乐。
图 15 展示了一个大型农场的灌溉系统，它代表着农业机械化（帮助农民生产农作物的机器的发展）。在农业设备发展之前，农民依靠牲畜来帮助他们耕种土地。种植、浇水和收获农作物都是手工完成的。生产农作物所需的工作量限制了单个农民可以种植的作物。这也意味着很多人从事农业工作，很多家庭自己种植农作物。机器使单个农民能够生产更多的农作物，以及更一致的农作物质量。这反过来又为社会提供了更多的食物供应，并降低了食物成本。
图 16 展示了一台早期计算机。计算机改变了我们的沟通方式。计算机帮助我们写作；本章由计算机编写、格式化和分发。在工程和科学领域，它们执行复杂的计算；有很多问题，比如天气预报，需要数十亿次计算。没有计算机，我们就无法进行这些复杂的计算。计算机还用于控制机器。计算机帮助引导和驾驶飞机；它们控制你汽车的发动机。计算机可以存储大量信息，这些信息可以轻松获取，它们通过互联网将我们连接到世界各地。计算机促进学习，并为我们提供丰富的娱乐来源。
图 17 展示了一个男人用过滤吸管喝水，这是一个医疗保健技术的例子。这种特殊的吸管能够过滤掉污染水源中的有害细菌和寄生虫。在过去的几十年里，已经开发了许多医疗保健技术，这些技术降低了死亡率，延长了寿命，并为人们提供了更好的生活质量。这些技术包括先进的外科手术技术、人造器官、可以诊断疾病的仪器以及预防性医疗保健设备。
图 18 可能是最难辨认的。图片显示了一座大型建筑物的一侧，许多窗户上都有空调机组。空调最初是用来帮助冷却制造工艺的。在 20 世纪中期，家庭空调问世，推动了拉斯维加斯、休斯顿和菲尼克斯等阳光地带城市的爆炸式增长。空调改变了我们的工作环境，让我们在更舒适的环境中工作。它还改变了季节性工作和娱乐的模式。
NAE 确定的二十世纪其他十项重大工程成就包括公路、航天器、互联网、成像、家用电器、健康技术、石油和石化技术、激光和光纤、核技术以及高性能材料。
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丰富活动（中等） 写一篇关于二十世纪重大工程成就之一的简短报告，该成就来自本章前面列出的成就。给出一些具体的例子来说明这项成就如何改变了人们的生活方式，并解释这项成就为什么很重要。 |
为了理解工程对社会的影响，我们可以想象 100 年前这些技术不存在的时候人们是如何生活的。例如，人们在没有电话和互联网的情况下如何交流？主要的远程通信方式是信件。虽然信件是一种很好的交流方式，但它们需要时间来写，而且需要更多时间来传递。如果发件人和收件人之间的距离很远，传递一封信可能需要几个月时间，通过 Pony Express（图 19）。
通信的进步也改变了许多公司今天的工作方式。还记得我们第一个工程师 Ashley 的资料吗？Ashley 在家工作，管理着来自世界各地的两个工程团队。如果没有信件，这是不可能实现的。工程解决方案不断提高生活质量，增加商业价值，并对全球经济产生重大影响。
工程既有预期后果，也有意外后果。例如，空调使美国南部大部分地区的生活变得舒适。但是，有时新技术的意外后果可能是负面的。大约十年前，科学家发现空调中使用的氟利昂和类似气体正在破坏地球的保护臭氧层。因此，必须开发新的气体和技术。还要考虑空调对文化的影响。在空调出现之前，许多人晚上坐在前廊上，部分原因是他们的房屋太热了。此外，人们的房屋通常有非常高的天花板——这种设计旨在帮助家庭降温。
另一个意外后果的例子是几年前一家公司开发了一种抗除草剂和昆虫的高抗性玉米种子，这样农民就不需要在田地里喷洒毒药了。一个意外后果是，这种新型玉米种子在生长了几年后，开始在没有播种的田地里生长。农民试图杀死不需要的玉米植株，但无法做到，因为玉米对毒药具有抗性。
预测工程的未来非常困难，但工程师在设计新产品时会尝试这样做。工程师试图确定人们现在和未来想要和需要什么，然后他们设计产品来满足这些需求。
虽然我们并不知道未来会发生什么，但我们可以研究一些可能的情景。考虑自然灾害。在过去十年中，发生了许多重大灾难，包括强烈的飓风、地震和海啸，造成数十万人死亡，摧毁了大量财产。如果我们回到世界历史中，我们还会发现，重大火山喷发和罕见的陨石撞击事件影响了整个地球。工程师正在努力寻找保护人员和财产免受这些灾害的方法，以及预测这些灾害并迅速做出反应的方法。
另一个对人们福祉的威胁来自疾病。在 1300 年至 1500 年之间，黑死病杀死了欧洲人口的三分之一到一半。后来，霍乱也杀死了大量的人。今天，这些疾病在发达国家已基本根除，这得益于清洁水和卫生系统的工程建设。然而，世界目前正面临着艾滋病流行（图 20），而且将来可能会出现新的疾病威胁。工程师将与科学家、政府和卫生工作者合作，开发和实施技术来预防和应对这些威胁。
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另一个工程将要满足的确定需求是能源。由于全世界所有的人都需要能源，世界能源的生产和使用正在快速增长。您可能还记得，电气化和汽车都被列为 20 世纪的伟大工程成就。化石燃料是生产电力和为汽车提供动力的最常用能源来源，它也会造成污染并加剧全球变暖。此外，化石燃料的储量有限，并且价格越来越高。有些人想知道世界是否能够维持目前的能源增长和消耗模式。由于只有少数国家拥有大部分能源资源，人们对大多数人能够负担得起的能源供应价格也感到担忧。工程师和科学家正在努力开发未来的新能源技术。
工程领域的一些新兴趋势包括生物技术和纳米技术。在生物技术领域，工程师正在研究影响人体、动物和植物生命的设计。工程师和科学家正在努力开发技术来帮助盲人复明，帮助听力障碍者恢复听力，帮助残疾人行走。生物技术也为克隆等有争议的领域打开了可能性。工程师还与科学家合作，开发可用于能源的作物和工艺。
纳米技术是指开发非常小的产品和组件，通常在 1 到 100 纳米之间。一纳米等于 1×10−9 米。纳米非常小，需要非常强大的显微镜才能看到这种尺寸的物体。虽然纳米技术领域非常新，但它有望提供新的技术，从更轻更强的材料到可以修复单个细胞的纳米机器人，再到新的癌症治疗方法。
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充实活动（长） 想象未来，设计并绘制一张新产品的图片。解释新设计满足什么需求或目的。请其他人审查您的设计并提供一些反馈。然后，使用反馈重新设计您的产品。 |
在本章中，我们通过几个执业工程师的个人资料、工程招聘广告以及一些工程师取得的伟大成就，探讨了工程的本质。我们探讨了一些非常广泛的工程职业和任务集合。我们还讨论了当今最常见的工程专业。这些活动为理解工程对我们社会的影响奠定了基础。我们还考察了几个趋势，以帮助我们了解工程的未来。最后，我们探讨了工程的教育要求和执照。
以下问题将帮助您评估您对工程对全球和社会的影响部分的理解。每个问题可能有一个、两个、三个甚至四个正确答案。为了证明您理解，您应该找到所有正确答案。
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- 顾问
- 提供专业或专家建议的人。
- 电子学
- 涉及电力设备和系统的开发和应用。
- 全球经济
- 跨越国界的国际贸易和商业传播，政府的限制最少。
- 微电子学
- 使用极小的组件设计、开发和制造电子系统。
- 死亡率
- 衡量一定时期内人口死亡人数，可以是总体死亡人数，也可以是特定原因造成的死亡人数。
- 专利
- 政府授予发明者在一定年限内制造、使用或销售一项发明的独占权利。
- 快速成型 (RP)
- 使用专用设备在计算机控制下自动制造物理物体。
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