預備，開始，發明！工程學簡介
各位超級小科學家，大家好！你有沒有想過，一個有趣的玩具、一張舒服的椅子，甚至是你的校巴，究竟是怎樣造出來的呢？這些都是由工程師創造出來的！工程師都是了不起的問題解決者，他們設計和建造各種東西，讓我們的世界變得更美好、更安全、更有趣。
在本章中，你將會學習像工程師一樣思考。這就是關於發揮創意、解決難題，並將好主意變成真實的物件。準備好，我們開始吧！
第一部分：工程學的世界
在我們開始建造之前，讓我們先學習一些每位出色工程師都需要知道的基本知識吧。
自然之作 與 人類之作
看看你四周！有些東西是大自然創造的，有些則是人類製造的。知道兩者的分別很重要呢。
- 自然物品 (Natural Objects): 這些都是大自然的一部分。人類沒有製造它們。例子：一棵樹、一塊石頭、一條河流、一個蘋果。
- 人造物品 (Man-made Objects): 這些都是由人類設計和創造出來的。例子：一張木椅（由樹木製成）、一條馬路（由石頭製成）、一道橋樑（建於河流之上）、一個蘋果批（用蘋果製成）。
快速複習！
鳥巢是自然物品還是人造物品？它是自然物品，因為是小鳥造的！
鉛筆是自然物品還是人造物品？它是人造物品，因為人類利用木材和其他材料製造它。
我們為什麼要設計東西？
工程師設計東西的原因很簡單：就是為了解決問題或滿足需要。好的設計讓我們的生活更輕鬆、更美好。
試想想看：
問題是：外面正在下雨，你不想在上學途中弄濕。
工程師的解決方案是：設計和製造一把雨傘！它是一個完美解決問題的工具。
重點筆記
好的設計都是有目的的！它能幫助我們做以前做不到的事情，或是讓日常工作變得輕鬆得多。
怎樣才算是出色的設計？
一個出色的設計不只是解決問題這麼簡單，它還必須方便使用而且好看！工程師主要會考慮兩件事：
- 實用性 (Practicality): 這表示「它是否好用？」一件實用的物品應該是有用、堅固、安全而且易於使用的。例如，一個好的書包是實用的，因為它足夠堅固，可以裝下你所有的書本而不會損壞。
- 美感 (Aesthetics): 這是一個形容詞，意思是「它是否漂亮？」這包括它的形狀、顏色和款式。例如，你可能會選擇一個印有你最喜歡卡通人物的書包，因為你喜歡它的美感。
最棒的產品就是既實用又美觀的！
合適的材料：選擇物料
工程師就像大廚一樣，但他們選擇的不是食物，而是物料！你所選擇的物料可以徹底改變你的發明。以下是一些常見的物料：
- 塑膠 (Plastic): 通常防水、輕巧，而且可以製成多種顏色。用於：水瓶、玩具、飯盒。
- 木 (Wood): 堅固但仍相當輕巧。它來自樹木。用於：傢俱、房屋、鉛筆。
- 玻璃 (Glass): 它是透明的（你可以看穿它！），但它可能會碎裂。用於：窗戶、飲水杯。
- 金屬 (Metal): 非常堅固耐用。它可能會很重。用於：汽車、湯匙和叉子、橋樑。
跨越時空的工程奇蹟！
工程學長久以來一直改善著我們的生活。它建立在我們對科學和科技的認識之上。
你知道嗎？
在古代中國，工程師在超過1,400年前建造了令人驚嘆的趙州橋 (Zhaozhou Bridge)。它的設計非常出色，至今仍然屹立不倒！他們還發明了不用釘子就能將木材接合在一起的巧妙方法，稱為榫卯 (mortise and tenon joints)。
今天，我們有更大的工程項目，例如港珠澳大橋 (Hong Kong-Zhuhai-Macao Bridge)，它是全世界最長的跨海大橋之一！這些項目展示了憑藉出色的工程學，我們能取得多麼大的成就。
第二部分：讓我們成為工程師吧！設計循環
那麼，工程師究竟是怎樣發明東西的呢？他們可不是亂猜的！他們會遵循一系列特殊的步驟，稱為工程設計循環 (Engineering Design Cycle)。你可以把它想像成製作神奇東西的食譜。之所以稱為「循環」，是因為你可以不斷重複這些步驟，讓你的發明變得越來越好！
讓我們想像一下，我們的問題是：「我的飯盒很悶，有時我的三文治會被壓扁！」我們將使用設計循環來解決這個問題。
步驟一：提問——找出問題
第一步總是清晰地了解問題。需要修復什麼？你想達到什麼目標？
- 找出需求：我需要一個更好的飯盒。
- 找出問題：1. 它很沉悶（這是美感問題）。 2. 我的三文治會被壓扁（這是實用性問題）。
步驟二：想像與計劃——集思廣益和繪畫草圖
這是最有趣的部分，你可以盡情發揮創意！想想所有可能解決方案。這就是「集思廣益」。然後，制定一個計劃！
- 收集資料：看看其他的飯盒。它們有什麼優點？有些有獨立分隔！這可以防止三文治被壓扁。
- 集思廣益找出解決方案：
想法1：一個硬殼飯盒，這樣它就不會被壓扁。
想法2：一個飯盒，設有專門為三文治而設的獨立保護格。
想法3：把它設計成可摺疊的，午飯後可以節省空間。 - 繪畫草圖 (Draw a Sketch): 讓我們選擇想法2吧！我們將繪畫出一個新飯盒的簡單草圖，展示那個專為三文治而設的部分。我們還會在圖上加上一些很酷的火箭飛船裝飾，以解決「沉悶」的問題。
步驟三：創造——製作模型
現在是時候將你的想法變成現實了！利用簡單的工具和材料，製作你的發明的第一個版本。這就是所謂的模型 (prototype)。
對於我們的飯盒，我們可以利用紙盒、剪刀和膠水來製作我們設計的簡單模型。我們可以在外面畫上火箭飛船。
步驟四：測試——看看它是否有效！
你的創造真的解決問題了嗎？是時候測試它了！這是非常重要的一步。
讓我們測試一下我們的紙盒飯盒吧。我們可以把一塊柔軟的麵包放進那個特別的隔層裡。然後，我們可以在飯盒頂部放一本書。麵包被壓扁了嗎？火箭飛船的裝飾看起來怎樣？
步驟五：改良——讓它變得更好
幾乎沒有任何發明是第一次就完美的。根據你的測試結果，你可以改變什麼來讓它變得更好呢？這時你可能需要回到設計循環的早期步驟！
我們的測試顯示，紙盒不夠堅固。書本仍然輕微地壓扁了麵包。
改良點子：我們需要讓三文治隔層的牆壁更堅固。也許我們可以多加幾層紙板，或者在裡面放一個小膠盒。
步驟六：分享——展示與講解！
一旦你有了滿意的解決方案，是時候和別人分享了！解釋你是如何發現問題並想出你的設計的。其他人可能會有一些很棒的點子或建議，讓它變得更好。
你可以把你的飯盒模型展示給你的朋友或家人看，並解釋為什麼那個特別的隔層那麼有用。他們可能會很喜歡呢！
重點筆記
工程設計循環 (Engineering Design Cycle) （提問 -> 想像與計劃 -> 創造 -> 測試 -> 改良 -> 分享）是一個強大的工具，能幫助我們一步一步地解決問題，並創造出許多奇妙的新事物！