2.1.3 第一次工业革命，工程科学诞生

18世纪末和19世纪初的第一次工业革命期间，人类的工业生产从手工操作转变为机器操作，从小规模作坊转变为以工厂为中心的社会化大生产。这一历史进程伴随着劳动机器的发明与广泛应用、新的动力形式的采用，以及自然科学的迅速发展。

工业革命以来，由于工业化发展的需要，各类工程学校、技术研究机构、工业研究实验室等专业工程类社会组织不断涌现，科学和技术的互动日益紧密。这些新型的社会组织创造了新的研究方法，在理论和实践之间形成了新的和谐关系，促成了作为科学和技术之间的桥梁的工程科学的出现。同时，工程科学也促进了知识和方法论在科学活动与技术活动之间的传播，不但为科学成果转化为技术成果提供了便利，而且推动了技术活动的科学化与合理化。

工程科学作为制度化的科学，首先在巴黎综合理工学院、格拉斯哥大学、史蒂文斯理工学院以及德国高等技术学院等理工院校中崭露头角。

随着技术的迅速发展与更新换代，技术经验的积累使人们能够对技术系统、过程和方法的经验知识进行系统化整理与概括。新的工程科学专注于研究和产出如何组织和管理更大规模的工业生产，如何更有效地开发自然界的能源与物质，以及如何更巧妙地利用各种新技术系统等方面的知识。

工作手段、基础材料和被技术控制的加工条件的持续变化，推动着工程科学的持续发展以及新学科不断涌现，直到今天这一过程仍在进行。

在18世纪的英国，随着蒸汽机、铁路、船业以及大型铁桥的发展，工程师使用的经验法则和试错技巧已难以满足设计和建造这些新型工程对象的需要。与此同时，新发现的科学规律如牛顿定律、玻意耳定律、伯努利方程等尚不能直接应用于处理钢铁结构、蒸汽机工作过程以及真实流体等技术问题。因此，致力于解决实际问题的科学家需要学习工程师的实践知识。于是新兴的工商业阶层支持建立了很多新的机构，目的是发展更具技术性的科学。

早在17世纪的法国，一批院校的建立，发展了航海、桥梁建筑、制造业等科学实用的基础科目，以支持重商主义者和制造商的发展。到了18世纪，法国政府积极参与各种军事和商业项目，创建了路桥工程师协会（1716年）、皇家路桥学校（1747年）、高等矿业学校，以及一批军事院校。1794年到1795年之间，拿破仑在巴黎创建了巴黎综合理工学院，旨在培养军事工程师和民用工程师。在此期间，“工程科学”的术语首次在一所炮兵学校出现，早在1729年伯纳德·福瑞斯特·德·拜里朵所著的名为《科学工程师》的著作中，就提出了“工程科学”一词。以巴黎综合理工学院为代表的法国工程院校非常重视以理论化与数学的方法来发展应用科学技术。

法国的工程院校对奥地利理工学院、德国高等技术学院，以及美国的西点军校和伦斯勒理工学院产生了深远影响。奥地利和德国在此基础上开创了具有自身特色的工程科学发展模式。以维也纳理工学院的创办为引领，德国高等技术学院将源自法国的“科学与数学作为技术研究的共同基础”以及德国传统的“知行合一的大学理想”结合起来，发展出了能够综合科学理论与技术实践的工程科学体系。

苏格兰格拉斯哥大学的朗肯教授致力于将实践观察和机器的物理理论结合起来，建立介于纯理论与纯实践之间的独立知识分支，认为“理论与实践的融合不是重复现有科学，而是建立新的工程科学”。他出版了一系列手册用来传播工程科学思想。这些手册后来风靡欧洲、美国和日本，被当成培养工程师的标准教材。

在19世纪末的美国，“学校文化”在与“店铺文化”的斗争中占据上风，树立了“工程与科学之间的融合可以通过正规教育来实现”的观念。美国工程科学的领军人物罗伯特·亨利·瑟斯顿在史蒂文斯理工学院以及康奈尔大学创立了工程科学，他认为应该将培根式的科学方法论应用于技术，而不是追求直接将科学规律应用于技术；应该通过观察收集事实，然后归纳发展规律；技术规则可以独立于科学规律发展。瑟斯顿在史蒂文斯理工学院建立了第一个机械工程实验室。

工程科学在创立之初，紧密切合工业革命迅速推进的实际需求，代表性的学科领域有材料强度与弹性理论、结构研究、机器研究、热力学、流体力学等。