工程学导论知识图谱

依据 ME1221 教学大纲整理：认知（工程与工程师）→ 方法（设计与创造）→ 实践（课程项目全流程）三层，及思维、交流、规范三类关联

教学大纲

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布局

关联类型

思维支撑17 交流表达7 规范约束9

概览

6章

17知识点群

48概念

33关联

章节

图例

章（环带，宽度按概念数）

知识点群

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1 工程与科学 Engineering & Science · 2 学时

理解科学、技术与工程的相互关系与区别，认识工程学的基本概念与规范。

科学、技术与工程 Science, Technology, Engineering

科学与工程的区别 Science vs. engineering — 科学发现规律，工程在约束下创造满足需求的产品与系统。
技术与工程的关系 Technology & engineering — 技术是手段与知识，工程是有组织的应用与实现过程。
工程学的定义与分支 Definition & disciplines — 机械、材料、电气、土木等工程分支的共性方法。

工程发展与国家需求 Engineering & Society

工程发展史 History of engineering — 从古代工程到工业革命与信息时代的演进。
民族自信与科研热情 Professional passion — 通过重大工程成就培养专业热情（课程思政融入点）。

2 工程师与职业道德 Engineers & Ethics · 2 学时

工程师的职责、职业道德与规范，以及社会、健康、安全、法律、文化与环境方面的行业规范。

工程师的职责 Role of the Engineer

工程师的职责与素养 Engineer's responsibilities — 对公众、雇主、职业与社会的责任。
终身学习与自控力 Lifelong learning — 工程师持续更新知识的意识与习惯。

工程职业道德 Engineering Ethics

职业道德规范 Code of ethics — 诚信、公众安全优先、利益冲突回避等基本准则。
工程伦理案例 Ethics case studies — 通过典型事故与决策案例讨论伦理判断。

行业规范与可持续发展 Regulations & Sustainability

社会、健康、安全、法律、文化规范 Social, health, safety, legal, cultural norms — 工程行业的方针、政策与法规。
环境保护与可持续发展 Sustainability — 面向社会需求提出解决方案时应遵循的环境规范。

3 科技交流 Technical Communication · 2 学时

科技写作规范、项目建议书、技术报告、陈述与答辩、展板等工程交流形式。

科技写作规范 Technical Writing

科技汉语规范 Technical Chinese writing — 术语、图表、引用与行文规范。
项目建议书 Project proposal — 需求背景、目标、初步方案与计划的书面表达。
技术报告与设计文稿 Technical report — 背景、现状、方案、样机、测试、总结的完整记录。

陈述与展示 Presentation

陈述发言与 PPT Oral presentation — 逻辑清晰、图文并茂地表达设计思路。
展板制作 Poster design — 面向公众的项目成果展示。
批判性思维与质疑 Critical thinking — 在交流与答辩中形成严谨、敢于质疑的科学精神。

4 设计与创造过程 Design & Creative Process · 10 学时

设计思维、工程思维与系统思维；需求分析、创新方法、概念生成与评估、工程设计流程。

三种思维 Three Ways of Thinking

设计思维 Design thinking — 以用户为中心：共情、定义、构思、原型、测试。
工程思维 Engineering thinking — 在约束与权衡下用可验证的方法解决问题。
系统思维 Systems thinking — 从整体、层次与相互作用看待产品与过程。
闭环证实性思维 Closed-loop verification — 假设—实现—测试—修正的迭代验证习惯。

需求与问题定义 Needs & Problem Definition

需求分析 Needs analysis — 从日常需求或工程问题出发挖掘真实需求。
工程问题定义 Problem definition — 把模糊需求转化为可度量的设计目标与约束。

创新方法 Creativity Methods

头脑风暴 Brainstorming — 延迟评判、追求数量、自由联想的群体创意。
创造的一般方法 Creativity techniques — 类比、组合、逆向、形态分析等方法。
概念生成与筛选 Concept generation & selection — 多方案并行产生，用评价矩阵筛选。

工程设计流程 Engineering Design Process

产品开发全流程 Product development process — 需求—概念—详细设计—样机—测试—发布的一般流程。
原型与迭代 Prototyping & iteration — 快速制作低成本原型验证关键假设。
约束与权衡 Constraints & trade-offs — 性能、成本、时间、安全之间的平衡。

5 项目管理与方案论证 Project Management & Feasibility · 18 学时

开题、方案构思与论证、方案设计三个阶段：项目管理、团队分工、方案表达与多维可行性分析。

项目管理 Project Management

项目管理基础 Project management — 目标、范围、进度、资源与风险。
计划与甘特图 Planning & Gantt chart — 阶段任务分解与时间安排。
团队合作与分工 Teamwork & roles — 理解多学科团队中每个角色的定位与责任。

项目开题 Project Kick-off

社会需求调研 Needs survey — 调研与访谈发现需求，形成项目建议。
开题答辩 Proposal defense — 陈述需求定义、初步方案与创新点。

方案构思与论证 Concept & Feasibility

方案构图与表达 Concept sketching — 用草图、框图与原理图表达方案。
技术、经济与环境可行性 Feasibility analysis — 从技术、经济、环境等方面论证方案。
方案答辩 Concept review — 课堂答辩接受质疑并改进方案。

方案设计 Detailed Design

详细设计 Detailed design — 结构、电气、软件的具体设计与参数确定。
多因素综合考虑 Social, safety, health, legal, cultural, environmental — 设计中综合考虑社会、安全、健康、法律、文化及环境因素。
设计报告 Design report — 记录设计依据、计算与论证过程。

6 样机实现与展示 Prototype & Exhibition · 16 学时

分工协作完成样机制作与调试，撰写项目报告，参加答辩、展示与竞赛。

样机制作 Prototype Building

机械结构实现 Mechanical structure — 结构件设计、加工与装配。
电气与控制 Electrical & control — 传感器、执行器与电路。
软件与程序 Software — 控制逻辑与程序调试。
调试与测试 Debugging & testing — 验证样机功能是否达到预期。
工匠精神 Craftsmanship — 刻苦务实、精益求精（课程思政融入点）。

答辩与展示 Defense & Exhibition

项目研究报告 Project report — 系统总结研发过程中的所有信息。
项目答辩 Final defense — 汇报已完成工作，突出分工与配合。
项目展示竞赛 Exhibition & competition — 样机展示与竞赛，培养应对挑战的精神。

跨章关联

design-thinking → needs-analysis：共情与定义需求
design-thinking → prototyping：原型与测试
eng-thinking → feasibility：约束下的可行性论证
eng-thinking → detailed-design：可验证的设计方法
systems-thinking → project-management：整体与层次地管理项目
systems-thinking → mechanical：机电软的系统集成
closed-loop → debug-test：测试—修正闭环
problem-definition → needs-survey：调研支撑问题定义
brainstorming → scheme-sketch：创意转化为方案
concept-generation → feasibility：筛选依据可行性
design-process → detailed-design：流程中的详细设计阶段
design-process → debug-test：流程中的测试阶段
tradeoff → multi-factor：多因素权衡
science-vs-eng → eng-thinking：工程区别于科学的思维方式
critical-thinking → scheme-defense：答辩中的质疑
gantt → mechanical：按计划推进制作
teamwork → electrical：分工协作解决多学科问题
proposal → proposal-defense：建议书用于开题答辩
tech-writing → design-report：报告写作规范
tech-report → project-report：项目研究报告
presentation → scheme-defense：方案答辩陈述
presentation → final-defense：最终答辩陈述
poster → exhibition：展板用于展示竞赛
scheme-sketch → presentation：图示表达方案
ethics-code → engineer-role：职责由规范界定
ethics-code → detailed-design：公众安全优先的设计
shsl-norms → multi-factor：设计中综合考虑各类规范
sustainability → needs-survey：面向社会需求与环境规范
sustainability → feasibility：环境可行性
ethics-cases → critical-thinking：案例讨论训练判断
engineer-role → teamwork：角色责任
craftsmanship → debug-test：精益求精的调试
national-confidence → exhibition：敢于应对挑战