文/丢由
大家好，我是丢由。高考志愿选择想必是莘莘学子的必经之路，也是纠结之路。由于高中生活局限性，学生们对大学科目选择普遍迷茫。这一系列节目立志于将每个学科形象化、参杂着学科背景知识和名校学长姐的真实体验，给迷茫的高中生们更直观感受，做更明智的终身抉择。
第二讲，机械工程。
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讲起这门学科，先说说自己的轶事。我大学报志愿第一志愿是机械工程，还强调了"宇航"分支。这是因为从小我就有个宇航梦。当我把这想法跟家里人沟通，他们竟然一直反对，因为他们坚信机械工程毕业生只能修飞机，修不了飞船。想必这种矛盾想法每个考虑过这专业的同学都经历过，毕竟理想光鲜、现实骨干的事情数不胜数。那么机械工程的学习环境和工作选择究竟怎样呢？是修汽车还是修飞船？或者修些别的什么呢？
那什么是机械工程呢
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做个比喻。现在科技发展特别快，人们很恐惧未来某天人类被机器人驱逐或者追杀。会不会有那么一天先不提，但是人类和机器确实有异曲同工之妙：首先，机器要保养，电脑用太长会发烫、损坏内部硬件，人也是，每24小时必须停下来吃饭睡觉。其次，机器是人类的辅助工具，也就是耳鼻喉眼手脚的延伸。你跑不快，就让汽车带着你的身体跑。你看不到，就用光学显微镜做眼睛。你大脑不够用，就把信息存在硬盘里。所以，机器就是人类的钢铁化身。机器里的电路，就是人的血管。处理信息、操控全局的大脑，就是cpu。人的思想灵魂，甚至是社会家庭灌输的道德理念，行为准则，就是编程的代码。那么我们的骨架和皮囊算什么？这就是机械工程主要设计的机械框架了。
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有人会说“只是设计个外在嘛？没什么内涵的。”从而对机械工程不屑一顾，这就有点鼠目寸光了。其实机械设计超级重要，举个例子如果苹果电脑丑上一轮、厚上十厘米，你还会买吗？设计书做出了图纸后，机械工程师要绞尽脑汁思考怎么把大大小小的硬盘塞进杂志那么大的电脑里。兼顾美观的同时，还要注重实用性。一台笔记本设计得很棒，但是因为几毫米的误差导致合不上，也是百搭，所以要精细设计？要是超轻超薄，但是薄到电池都装不进去，或者只能采取小电量电池，不是也不算完美？要是又能用又好用，但是为了防摔用了超重的材料，或者为了省钱用了易碎材料?万一这电脑特防摔，屏幕都能防弹，可是制造成本要几十万，这也生产不出来是不是，所以要控制成本？这还仅仅是一台笔记本都这么多名堂，那么生活中形形色色的器械，大到飞机、油井、邮轮、火箭，小到手表、小卫星、甚至一盏小小的台灯，都需要机械工程的参与。所以说，你说它重不重要？
随便我曾经在制造业实习和工作过，结识很多机械工程毕业的朋友，从他们那里我得知，只有一部分毕业生在从事机械设计工作，大部分人还在在做着需要强大体力的工作，在车间和轰鸣的机器周旋。不过现实也展示，传统机械行业是个先苦后甜的行当，等经验技术到位后就有了更多主动权。但这也更需要对此专业不容置疑的热情和决心。所以选专业前，先搞明白自己是真心热爱，还是一时脑热。至于怎么分辨，我们以后会讲。不过好消息是现在有越来越多学校的工程系大一期间不会强制分科目，让同学自由选择课程，而且所有工程系的大一阶段其实课程类似，所以同学有足够的时间权衡不同科目，减少错误选择的代价。
那么机械工程是教什么的呢？
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你觉得高中什么科目和机械工程最靠近？首先，物理是肯定的了，毕竟机械中包含大量力学和动力学。另一个是数学，尤其是几何图形相关的数学题。因为机械设计要求很高的空间想象能力，左视图右视图俯视图...不像电子工程的2维电路图那样一目了然。当然，若数学不好不代表无药可救。机械工程的数学难度相比纯数学系学生要低许多，其中很多专业课没有数学要求。比如工程图学，需要的更多是看图的耐心严谨。大家做个参考。
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那么机械工程究竟学什么？我分两个部分介绍。第一部分是综合知识，第二部分是分支知识，也就是想专攻某个领域后可以选择的领域课程。
大一学习基本就是打基础。除了开头说的数学能力，还有制图相关的空间想象能力、一些必需软件应用等，还必须能够分析空间结构，建立数学模型。绘图软件的学习非常重要，需要大量精力和时间。每个螺丝钉得尺寸、长短都要想好，还要准确定位螺丝钉放置位置，别忘了在板子上上面画个洞，不然产品生产出来没地方装螺丝，总不能让客人自己打洞。所以除了大局上的空间想象能力，点点滴滴的细节都能看出一个人的工程功底。因此创新设计和小心谨慎两种性格都不容小觑，正可谓胆大心细。
除了绘图软件，手绘图纸依旧很重要。就好像背单词时说的“好脑子不如烂笔头”，那么通过亲手绘图，机械设计的过程体验会更加深入,也迫使绘图者关注细节、增加绘图精准度。
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四、专业课
基础打好后，一些专业课就迎面而来。比如机械工程原理、设计基础，还有技术测量、工程材料选择等。此时的课基本为高中学科升华版 。然而，这时候依旧是打基础。无论今后选择精密仪器方向，还是大型器械，都要学好。
介绍几门比较重要的基础课
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这课介绍学生不同的绘图标准和技巧，如何准备工程制图和工程规格，并且有条理地运用工程术语解释绘图内容。 学生应该也有前卫的cad软件的运用技巧，去做3d的模型。除此之外，用合理易懂的方式和其他工程师介绍自己的制图初衷，一些课程例子包括绘图，这在模型制作中非常重要，比如以下三种绘图方法：等距绘图（绘制物体时的每一边长度都会按照绘图比例缩放，物体的平行线都会平行）、正投影图（平行于投射线垂直于投影面。有一点放射的投射线产生得中心投影。由相互平行得投影先所产生的投影成为平行投行。平行投影倾斜与投影面成为斜投影。物体在灯光或日照摄影下产生影子，影子和物体本身有一定几何关系）。通过亲自制作这些图形，学生更加深刻地领悟了基础知识。在亲自接触、设计一些建筑原件时：比如产品螺栓，螺钉，紧固件，焊接接头，弹簧，齿轮，轴承和轴，学生会对工程学的一些约定俗成的原则有更深刻了解，毕业后也能更快速地根据现身经验将所学投入到工作中去。
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材料强度
人和其他生物的最大区别之一，是会使用工具，而人类社会的发展历程就是不停地更新换代自己的工具，不仅是设计上，还有材料上。100万年以前的石器时代，原始人用石头捕猎，一万年前，简单的石块被加工成器皿和形状各异的工具，大大增加捕猎效率，进入新时期时代。新石器时代后期，粘土烧制的瓷器被发明，人们还在寻找石器的过程中发现矿石，并在陶器发展中发明冶铜（？），开创冶金时代。公元前5000年，青铜器时代到来，公元前1200年，铸铁技术被发明，我们来到铁器时代。随着技术进步，我们有了混合金属的生成，也就是钢的制造技术。18世界，钢铁工业的发展成为产业革命的重要内容和物质基础。19世纪中叶，随着更加现金的炼钢技术发明，人类真正进入了钢铁时代。于此同时，铜、铅、锌也大量得到应用，铝、镁、钛等金属相继问世并得到应用。直到20世纪中叶，金属材料在材料工业中一直占有主导地位。20世纪中叶以后，科学技术迅猛发展,人工合成高分子材料问世，像什么塑胶、涂料、塑料、合成纤维……不到50年，这些人工合成材料就和有上千年历史的金术并驾齐驱，并在年产量的体积上已超过了钢，成为国民经济、国防尖端科学和高科技领域不可缺少的材料，由此可见材料的选择在机械制造业是一个永恒的话题。
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材料力学是土木和机械等专业的技术基础课，是相关专业的同学了解和接触所学专业的第一门课,给很多后续课程打基础。这门课给学生基础的机械工程力学和材料力学的知识，比如分析各类材料在外界的力和力矩下产生的相应反应，像是拉伸、压缩、弯曲、扭转等，再根据总结出的不同材料的强度、刚度和稳定性研究，来进行对工程构件的设计，解决工程问题。比如航空飞船在升空时会和大气产生摩擦，这样就需要高温耐热材料。之前提到过的spaceX航空旅行公司曾决定用近年来流行的新材料，碳纤维来建造火箭主体，但是这种新型研究过程非常缓慢，而且每千克花费145美元，其中35%都会被浪费，，而不锈钢材料相比碳纤维结构，最大的特点当属于价格便宜且生产速度很快，尽管在重量方面不占优势，但综合条件最好。并不是最轻的材料，但实际上这已经是目前最轻的适合材料了。曾经大多数钢在低温下会变得很脆，比如典型的碳钢，低温会被打碎。随着科技发展，高质量的不锈钢性能和强度都提高50%。由此可见，挑选工程材料是个全方位权衡过程。这门课有两部分教学形式。一部分是把每种材料跳出来，根据它的表现来总结它的性能，比如铜的导电性能好。另一部分课程内容就是把材料带入情景，比如某种材料接受外界冲击的能力。比如避雷针的针尖是用铜做的，为什么不是木头，是因为木头不导电。为什么金子导电性更强但是不用呢，是因为金子成本高……多方位考量。课程内容里的实验内容较多，用来测量材料属性，让大家对各类材料有更直观了解。
这门课给学生基础的机械工程力学和材料力学的知识，比如各类材料在外界的力和力矩下产生的相应反应，以及怎么解决现实的工程问题，比如材料在机构中会受到拉伸、压缩、弯曲、扭转及其组合等变形，那么耐高温强度高的材料，比如近年来很流行的碳纤维，含碳量在90-95%之间，可以普遍采用在汽车啊、宇航啊的机械制作中。介绍概率问题，关于应力和应变、压力分析等等，拉伸变形，扭转变形，弯曲变形，分析以下框架。学生学完后应该能理解概率，刚体 的平衡，力量和力矩。二维压力系统。分析一些力学和承重物的关系，比如一个扁担挑子上面放着重物，里面的力是怎么分配的。
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工程热力学是热力学的分支，从工程角度来研究能量转换。主要利用热力学第一第二定律，第一定律是能量守恒，也就是能量不能悄无声息地消失了，要不就是转换成别的样子，第二定律就是“不可能把热量从低温物体传递到高温物体而不产生其他影响。比如热水在室温变凉，即便你加热环境，把水弄得更烫了，但是加热房间用的热量也是流失，那么热水里的水分子活动更剧烈，也算是热量转换成动能。这个不用讲太细。工程热力学的应用最经典的一些代表有冰箱，还有各类交通工具里的热机，把燃料烧掉产出热能，再变为动能带着乘客四处转。像是飞行器用的发动机，主要是活塞式航空发动机，这门课会研究发动机的功能和运转原理，以及怎么提高发动机效率。
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流体力学应用面非常广泛，在航空、航天、机械、动力、化工、能源、环境等专业领域涉及广泛，是力学的一门分支。主要是研究流流体，包括气体，也就是空气，液体，比如说水流等现象的科学。举几个生活中的小例子，比如高尔夫球，一个直径四厘米，表面坑坑洼洼。有人会说坑坑洼洼的表面会让阻力增大吧？其实相比光滑表面而言阻力小，飞得远。颗高速飞行的高尔夫球前方会有一高压区。空气流经球的前缘再流到后方时会与球体分离。同时，球的后方会有一个紊流尾流区，在此区域气流起伏扰动，导致后方的压力较低。尾流的范围会影响阻力的大小。通常说来，尾流范围越小，球体后方的压力就越大，空气对球的阻力就越小。小凹坑可使空气形成一层紧贴球表面的薄薄的紊流边界层，使得平滑的气流顺着球形多往后走一些，从而减小尾流的范围。因此，有凹坑的球所受的阻力大约只有平滑圆球的一半。这个原理大家尽量听，不懂也没事
水中流体力学最接地气的例子就是游泳。游泳是水中周期性运动，水中漂浮能力和身体所持姿势相关。身体流线，重心和水的浮心接近一条直线，就能漂浮很久，不然就会下沉。所以自由泳尽量减少挥臂时间，因为那个时候你的手臂和身体呈直角，不是流线型。最后稍稍介绍一下汽车，最初，大家都认为汽车阻力来自前部和空气冲击，所以它的后部的设计很陡峭，像个大箱子，后来人们经实验才发现其实汽车尾部的形状更能决定所受阻力，便开始进行改造。20世纪30年代，人们利用流体力学改进汽车尾部形状，出现甲壳虫形，50年代变为船型，80年代变为鱼形，锲型，90年底后，发明了未来型汽车，所以汽车发展史也是流体力学不断发展的记录。
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反馈控制系统
反馈控制是指在某一行动和任务完成之后，将实际结果进行比较，从而对下一步行动的进行产生影响，起到控制的作用。就像考试一样，通过考试得分，你得知自己某个知识点特别薄弱，于是修改学习计划，开始努力。考试越多，你的学习计划的设计就越有效，那么考试结果就是反馈，你就是通过反馈进行改进。这种系统的优点是每个步骤的结果都能为计划的改变带来帮助，缺点就是结果已经是结果，只能为下一次执行带来帮助，这一次就无法提高了，另外改变计划需要时间，如果系统不能等待，那么改变无效，甚至得不偿失。
最近很火爆的的人工智能旗下的机器学习就是一个很经典的反馈控制系统。之前介绍过，我再稍稍提一下，比如你想创建一个机器，这个机器能识别有猫咪的图片，那么你就创造一个算法，然后放一万张照片进去，一些有猫，一些没猫，机器根据你的算法做判断，无论判断对错，那么这个结果都会对算法进行改进，直到最后算法被调整一万次，可能精准度就很高了。
这门课教授学生基本的关于控制系统分析和设计，包括数学建模、动力协同，如何提升系统的反应时间、系统分析反馈的方法、优化向系统提供反馈的频率等等。
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机械工程和社会
这是一门偏项目管理的课程，鼓励学生培养领导力、沟通技巧和项目管理能力，这包括计划任务，预算测量，测量控制任务的执行。我之前介绍过，工程都是一个个的大项目，那么关于项目的管理有一套科学流程，不然容易乱套。机械工程类项目也不例外。这其中包括课堂学习、研讨会，也就是根据不同案例讨论解决方案，比如工期将至、但是工程材料没到位，该怎么处理，或者客户在即将交项的时候改变了要求，应该为了维持客户关系同意交项还是维护公司利益表示拒绝呢。这门课的第二部分包括人文工程，主要是鼓励工程师这类技术人员，能够利用自己的工程知识帮资源欠缺的地区解决问题呢？比如一些慈善活动，像是地震后，给灾民建造的临时样板房、或者干旱地区如何建立可以收集雨水的房顶、池塘。学生会被推荐到一些工程协会，理解工程师在社会发展中的作用，比如中国工程师协会，理解这些组织怎么帮助工程师成长。学生团队合作去做一个人道主义工程，来满足社区需求，专注于可持续发展。
以上就是主要的专业课。
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除此之外，机械工程是一门非常实用的课。除了理论基础凿实，还需要做实践。学校一般会提供大量实践类项目，同学按需参加。要是机会不多或兴趣不大，完全可以动手做自己感兴趣的项目，并向老师申请资源。这需要许多自我能动性，但是也是必经之路。
工程项目很少有专一于某个学科的。就像之前讲的，机器就像人，他们的cpu、编程代码，就是人类的血液骨头，那么做一个完整的项目一定需要和其他学科的人合作。不但锻炼学生沟通能力、项目管理能力，也开拓思路，所以也可以考虑去其他专业探索项目机会。。学校会有开放性实验，也就是老师只提供理论知识，大部分项目实施全靠学生自主合作完成。这相当考验人。我们学校曾有人参加3D打印机的制作。3D打印机的原理、构造都需要提前学好，然后还需建模、购买材料，设计方案，建模，输出，装配调试验证的各个环节都尝试一遍，与此同时和电子工程系学生探讨电路和机器外壳的搭配、和材料工程学生探讨打印材料等。这让人全方面成长。
除了项目，还有学校的比赛，也是将理论知识激活的好方法。比如机器人比赛、创新设计大赛、机器人足球赛等。要是这些资源也没有，就去相关学生社团找项目。传统机械相关的学生社团有无人机社团、大学生方程式车队、节能车队等。在专业社团玩得如鱼得水的学长姐们想必都是对本学科充满激情，且能力超强的高人，受到他们的耳汝目眩，你的能力也会突飞猛进。
最后，无论工厂实习、参加比赛，还是项目积累，都是找到相关好工作的敲门砖，所以不耽误理论课的前提下多多益善。
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五、分支知识
第介绍完基础知识，说一下分支知识。
我们学校开设三条分支：飞行器，可持续发展能源和海上石油开采业。
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飞行器不止是飞机。能在天上漂的都算。当然，风筝、热气球、滑翔伞一类咱们暂时不讨轮。比如火热的无人机发展迅猛，也算是飞行器的一员。深圳的大疆无人机科技公司算是世界领先，也会来学校工程系校招。学习科目大致是：流体力学，也就是这飞行器在空中和气流碰撞后产生的反应、还有天体力学，主要针对航空飞行器，宇宙飞船之类的。对于飞行器工程的详细介绍我们会在航空工程章节里仔细介绍。放在这里是想强调，航空工程未考取的同学可以先入机械工程打个擦边球，或者机械工程的同学若转行可以以航空业为首选。
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再谈谈可持续发展能源。除了砍树烧树产生电能，人们还有什么方式造电呢？数不胜数。比如风能，荷兰大风车就是人类驾驭风能的好例子。太阳能、波浪能、潮汐能，等。在这个分支，学生将详细了解能量的转换、传输，比如怎么设计风车能兜住更多的风、同样风能转速更快、减少摩擦，等，那么生产的电能传输时电线埋在地下、挂在空中，哪个更好？除了新能源，还有传统能量站的升级，也就是焚烧生电时怎样才能减少浪费。除了在能量源头找问题，能量使用上也要大做文章。电动汽车是当代中国一个巨大风口，创造无数科研和就业机会，这也展示了政府对能源节省、环境保护的决心，那么走向这个分支的同学就要学习能量储存。比如怎样给汽车充电更快、耗电更节省、甚至怎样安放电池能节省空间，让汽车更小巧，那么汽车小了、重量减轻，驾驶起来也会更省能源。
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石油开采业，石油是深埋在地下的流体矿物。最初人们把自然界产生的油状液体矿物称石油，把可燃气体称天然气，把固态可燃油质矿物称沥青。石油开采技术包裹四个过程，测井，就是把钻过的岩层和油气藏中的原始状况和发生变化的信息，特别是油、气、水在地层中分布情况及其变化的信息，通过电缆传到地面,来确定应采取的技术措施。下一步，钻井，这一步十分重要的地位，往往要占总投资的50%以上。一个油气田的开发，往往要打几百口甚至几千口或更多的井。对用于开采、观察和控制等不同目的的井，比如有些井用来生产、生产井、用来保持油井压力的注入井、观察井以及专为检查水洗油效果的检查井等。学生应学会如何降低井对油气层的污染，建立高质量的井，能经受开采几十年中的各种井下作业的影响。改进钻井技术和管理，提高钻井速度，来降低钻井成本。第四个，采油工程 是把油、气在油井中从井底升到井口的整个过程的工艺技术。油气的上升可以依靠地层的能量来喷发，也可以依靠抽油泵、气举等外界力量达成。学生会学到各种有效的修井措施，帮助避免油井经常出现的结蜡、出水、出砂等故障，保证油井正常生产，提高油层渗透率，提高油气层产能。油气集输工程 是在你成功把原料抽取出来后，进行的一系列收集、分离、处理、计量和储存、输送的工艺技术。
除了以上三个分支，把机器做大做强的例子还有军工机械、农业机械，都是近来国家号召人才加入的行业，大家可以自行研究。以上三个分支是本科分支，如果想进入其他分支可能研究生、甚至博士学历都是必须的。好消息是机械工程保研率相对较高，比如清华大学有高达80%的保研率，所以深造比较方便。另外在机械学科基础上添加编程和电子知识，也就是我们说的电机专业，也会增加职业选择。
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介绍一个把事情做小做精的例子。
比如说微纳制造，就是把很多传感器放在指甲盖大小的芯片上，来实现很多意料不到的功能。这个在医疗行业相当重要，尤其是心血管病的治疗。因为这小芯片实在太小，甚至可以放到血管里，要是血管有堵塞，芯片上的传感器就能传回位置信息，大大方便治疗。
所以，从几吨的拖拉机，到几克的小飞机，机械工程都能发光发热。再者说，出门在外最常见的字样是什么？不是请冲马桶、不是微信支付，而是made in China。中国是制造业大国，所以机械工程的学生若想本行业就业基本不会失业，而且中国是个很好的锻炼环境。若能通过一己之力增加生产效率、生产精细度，也是为国争光。
哪些人擅长学习这个
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那么什么样的人学习机械工程更容易出成绩呢？
当清华大学机械工程学院院长尤政被问及这个问题，他毫不犹豫地选择了内向型学生，因为他们大多思维缜密、谨慎。毕竟这工作最开始不需要太多沟通。不过他也提到，工作上手后就需要管理项目、管理人员，那么情商和社交能力的重要性逐渐展露。所以我推荐学生们大一、大二选课时可以选择一些公共管理、项目管理的课程为以后奠定基础。个人认为内向者、外向者各有所长，只要做到严谨认真、具备谨慎创新的工科思维，性格其实不重要。
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霍兰德职业测试是职业规划中较为权威的性格测试。里面说“现实型人才”通常具备机械操作能力，适合与机械、工具、等具体事物打交道，具有实干家的精神，喜好乐此不疲地对具体事物进行研究。动手能力强，但不善言辞，不善交际。供大家参考。
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那么女生适不适合呢？
这点很难讲，毕竟女生也不尽相同，我就列出利弊，还有一些网络搜集来的观点供大家参考。
支持女生的观点是说，机械工程有很多画图，而男女大脑构造不同。女孩相对更具艺术感，且心细，这样绘图效果好，算是优势。而且女生耐心，这样做项目时可以帮忙调和团队内部氛围，和人沟通也更耐心。
很多人担忧，机械工程就是在工厂搬砖，女生体力跟不上。其实当今社会的工厂大部分采取智能工厂模式，一改原来的脏乱差，变得干净整洁，工作人员天天在电脑屏幕前操纵机器，并不需要体力。我现在也算是制造业的女工人，但却也是天天在办公室，和白领的工作方式类似。
尤政教授提到过，女生其实更适合机械专业。他的理由是：因为女孩子怀孕生子期间可能会和社会脱节一段时间。但机械工业的知识是积累型的，暂时脱节不会让知识过期，相反一些计算机行业、信息行业，过一段时间一种编程语言就不再是主流，或者市场需求也变了，之前的知识变得一文不值。另外，机械工程需要大量绘图，而女生相对而言艺术细胞强一些，心比男孩细，所以算是优势。更何况工程学需要大量的信息交换、不同工程师的专业交流，女生的耐心也能发挥作用。不知道算不算是打广告，大家可以参考。
不过缺点也是有的。首先，不是所有工厂都是智能工厂，若是不想出卖体力，那么就业面还是有点窄。若是能力出群，就不存在就业难的问题。另外即便工作地充斥着高薪科技，但教学过程中会有一些金工实习，钳子啊、锤子啊，磨来磨去，对女生来说是个挑战。
生活中的不方便就是在几百人的大系，却只有几个女生的情况下，找个说真心话的好闺蜜多难？好处就是可能每天都会收到不同男孩的玫瑰花吧。
以上就是我对机械工程的全部介绍。那么，你为什么会对机械工程感兴趣呢？听完这课后，你心中对机械工程的看法有否改变呢？还有什么更详尽内容你想了解呢？欢迎给我留言。
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