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美国大学研究的方向是解决当地产业关切的实际问题，关于美国大学研究如何推动工程和应用科学领域新学科实现制度化的一些探讨说明了这一点。这些学科的作用之一在于，为研究和培训提供了系统性基础，在从事这些活动的个人和大学之间建立起了智力联系。
20世纪初，美国大学建立了化学工程、电气工程和航空工程等学科领域。学校为这些领域开发了研究生课程，提供经认证的专业证书，同时成立了专业的组织、创办了相关期刊。这些新的学科和专业反映并巩固了美国大学与美国各个产业之间的全新联系。这些新学科和培训课程的发展，特别是20世纪初化学和电气设备产业工业研究的崛起，是美国大学对产业越来越多地聘用由大学培养的工程师和科学家所做出的反应（Hounshell and Smith，1988；Mowery，1981；Noble，1977；Reich，1985）。
在（美国）南北战争前，美国几乎没有工程教育。尽管许多学校提供职业工程教育，但直到20世纪后半叶才出现系统性的专业工程师培养方案。我们现在所知的美国第一所工程学院——伦斯勒理工学院（RPI）成立于1824年，但实际上美国的第一批专业工程师，很多都是由成立于1802年的美国西点军校培养的。从19世纪30年代开始，西点军校的毕业生为众多建筑企业做出了重大贡献，这些企业参与建设了辐射范围广且最终横贯大陆的铁路系统。铁路、电报以及后来不断出现的新产品和新行业增加了对工程师的需求。为了满足这种需求，麻省理工学院（1865年）和史蒂文斯理工学院（1871年）等新院校相继成立，同时，老牌大学也在课程体系中引入了工程学科课程。在这一方面，美国高等教育的发展经历又与欧洲不同。在英国、法国和德国，工程学科通常是在独立院校教授；但在美国，精英大学很早就开设了这些学科，如耶鲁大学于1863年开设了机械工程课程，哥伦比亚大学于1864年开设了矿业学院（Grayson，1977）。
美国高等教育体系对用电产业的出现做出了迅速的反应。尽管许多历史学家认为，1882年，爱迪生在纽约珍珠街开设了发电厂，标志着美国电力设备和发电工业的成立，但事实上，电话和电灯的雏形在1882年之前就已经出现，随后，对接受过系统培训的电气工程师的需求在迅速增长。然而，通用电气和西屋电气等公司在培养这一新领域员工方面收效甚微。
美国大学对这种新的工程培训需求做出了迅速反应。麻省理工学院（MIT）于1882年开设了第一门电气工程课程。康奈尔大学也于1883年开设了同一课程，并于1885年授予了该学科的首个博士学位。到了19世纪90年代，“麻省理工学院等高校已经成为美国电气工程师的主要来源”（Wildes and Lindgren，1985）。与爱迪生、威廉汀豪斯（西屋电气创始人）和贝尔等产业先驱的研究相比，大学在新兴电气工程学科方面的研究和教育形成了一个专业人才社群，该社群在大学之间以及大学与产业之间建立起完善的联系。在整个20世纪，美国的工程学院提供了电气工业所依托的工程和应用科学研究。
大学在电气工程和物理方面的研究不仅推动了科研的进步，还培养了毕业生。大学教授为了实现自身研究成果的商业化而成立了新公司，这种做法时常被认为是二战后的独特现象，但其实在更早的时候便已有诸多先例。加利福尼亚州帕洛阿尔托的联邦公司（Federal Company）就是由斯坦福大学的教职员工创立的，并在一战期间成为无线电设备的重要供应商（Bryson，1984）。速调管是一种用于产生和放大高频通信系统微波信号的热离子管，1937年，它的发明者哈尔和西格德·瓦里安兄弟与斯坦福大学物理系达成了一项协议。斯坦福大学为瓦里安夫妇提供实验室、师资以及每年100美元的材料补贴。作为交换，斯坦福大学获得了全部相关专利权益的一半，这为斯坦福大学带来了丰厚的回报。
美国高等教育体系中电气工程的发展响应了国家需求，即新兴电力基础行业的需求，这与之前许多大学研究人员响应于地方需求形成了鲜明对比。培养电气工程师成了美国公立和私立大学的共同责任，【15】这些培养活动加强并促进了大学研究与产业技术进步之间的密切联系。在整个20世纪，大学研究还通过产业咨询以及教师不时成立的公司，为产业创新做出了贡献。
美国大学研究在工程领域发挥关键作用的又一例证是20世纪初化学工程学科在美国的出现。这个学科的发展在很大程度上与一个院校——麻省理工学院密切相关（Servos，1980）。化学工程学科的建立是为了应对以下事实所带来的挑战，即化学领域重大科学突破所产生的知识对新产品的商业规模生产提供了很少甚至没有引导意义。化学工程不是应用化学，不能完全定性为化学实验室所产生科学知识的产业应用，更多的是融合了化学与机械工程，即机械工程在化学产品大规模生产中的应用（Furter，1980）。
从实验室到商业生产的这种转化非常复杂，这也是为什么许多重要新化学实体的实验室发现与其商业生产之间存在数年甚或更长时间空白期的原因。人们开发了一种与化学不同的全新方法，用以管理从实验到生产操作的转化，实现以吨计而非以盎司（1盎司＝29.57毫升）计量的大规模生产。这种新方法利用了麻省理工学院亚瑟·利特尔1915年提出的“单元操作”概念。单元操作为严谨的大规模化学制造方法奠定了基础，因此可以认为它的出现标志着化学工程作为一门特殊学科的起源。 5 单元操作还为未来从业人员的系统化、量化指导提供了依据，换句话说，其提供了一种可在大学里教授的通用知识。
亚瑟·利特尔、沃伦·刘易斯等教师鼓励大学与美国产业界建立合作，包括科研教学、产学合作教育和学生交换，以及在麻省理工学院建立化学工程实践学院等。新泽西标准石油公司的工程师与致力于系统化、【16】推进和传播化学工程关键原则的麻省理工学院教师建立起了共生关系，这对化学工程研究在麻省理工学院和产业界间并行进行产生了特殊影响。 6
在这一时期，许多合作联合学术和工业实验室共同开发了这些新方法，并通过教学和教科书相对广泛地传播。位于路易斯安那州巴吞鲁日的标准石油公司炼油厂也发挥了关键作用。作为非官方外部实验室，该炼油厂接收了大量麻省理工学院毕业生，同时聘用了麻省理工学院化学工程学院的许多教师担任顾问。从诸多方面而言，这种合作在1941年流化床催化技术的开发中达到了高潮。麻省理工学院和巴吞鲁日炼油厂在研究方面形成互补。尽管专利是这种研究活动的一个重要成果，但大学在管理或许可这种知识产权方面并未起到直接作用。
这种合作方式的关键在于，麻省理工学院与产业界之间通过教师咨询、教师轮岗和毕业生安置实现了人员交流。这种交流将麻省理工学院的专业知识带到产业界，同时将实践知识从产业界转移到学术界，并在此进行完善和体系化，为更多工程学科的发展提供了支持。与工程或科学研究的许多其他领域一样，工业设施对教师的可得性很重要，因为大学通常没有产业界所拥有那种规模和类型的工业设备。这种合作使企业获得了或通过转让取得了产学合作所产生知识产权的所有权，同时，学术界也发表了大量（尽管不是全部）在产业环境下实现的研究成果。
在二战前，美国高等教育院校为飞机设计的进步做出了贡献，是大学知识生产对发展新兴产业具有巨大经济价值的又一例证。大学工程研究产生了宝贵的设计数据和获取新知识的技术，杜兰和莱斯利于1916年至1926年在斯坦福大学进行的螺旋桨试验即是很好的例子（Vincenti，1990，Chap.1 and p.137）。当时，由于大量缺乏相关科学知识，所以必须要进行广泛的试验测试，从而更直接地确定螺旋桨的最佳设计，考虑到“螺旋桨与发动机【17】和机身共同运行……因此必须与发动机的动力输出特点和机身的飞行要求相适应”（Vincenti，1990，p.141）。由于不存在可用的定量理论，因此必须采用试验参数修改法。文森特指出，斯坦福大学的试验不仅完成了数据收集，还实现了一些超出科学本身的东西。相反，它们促进了一种专门方法的发展，这种方法不能直接从科学原理中推导出来，尽管它与这些原理是一致的。 7
斯坦福大学的试验产生了现代航空工程学科的核心通用知识，使人们对飞机设计有了更好的理解。 8 这些试验为20世纪30年代的美国飞机设计做出了重要贡献，其中最引人注目的是30年代后期设计出的DC-3。但DC-3的巨大成功也要归功于另一家教育院校——加州理工学院。加州理工学院的古根海姆航空实验室在古根海姆基金会的资助下进行了相关研究，对位于附近圣莫尼卡的道格拉斯飞机公司取得商业成功起到了决定性作用。与DC-3及其前身相关的技术突破，如耐用可靠部件和提高飞机载客量、降低每座英里成本等，都大多来自加州理工学院的研究成果。该成果的突出特点在于使用了多单元结构设计，并对DC-1和DC-2进行了详尽的风洞测试。
计算机是美国大学在20世纪后半叶最杰出的技术贡献之一。计算机的重要开发工作是在欧洲完成的（英国的艾伦·图灵和德国的康拉德·楚泽都是计算机先驱），但电子数字计算机主要是由美国大学在二战时期研发的。这项研究集中在工程学院，他们将逻辑可能性转化为技术现实。基于大学的研究，一门新的学科建立了，即计算机科学，它受到电气工程和物理学等学科的影响，但形成了自己的研究方法。
第一台全面运行的电子数字计算机，即电子数字积分计算机（ENIAC），由宾夕法尼亚大学摩尔电气工程学院于1943—1946年在普雷斯伯·埃克特和约翰·莫克里的指导下建造。埃克特和莫克里的工作借鉴【18】了其他美国大学的研究成果，特别是艾奥瓦州立大学数学家和物理学家约翰·阿塔纳索夫和麻省理工学院电气工程师范内瓦·布什的工作成果。
阿塔纳索夫的装置旨在求解线性方程组，但他似乎对通用电子数字计算机的可能性进行了大量思考，然而，他的机器从未投入使用，只有一个粗糙的原型（Stern，1981）。电子数字积分计算的另一个重要的前身是范内瓦·布什及其同事在麻省理工学院开发的微分分析仪。与上面关于麻省理工学院和其他美国大学在这一时期进行的许多工程研究的实际动机论述一致，布什的工作源于与大规模互联电力网络中电力传输瞬态稳定性有关的问题。
摩尔电气工程学院在1939年建造了一台微分分析仪，使得该学院与位于阿伯丁试验场的美国陆军弹道研究实验室建立了密切关系。陆军为电子数字积分计算机项目提供资金，旨在开发能够更快计算弹道问题解决方案的设备。当电子数字积分计算机在1945年准备好进行测试时，战争已经结束了，但在约翰·冯·诺伊曼的游说下，电子数字积分计算机最终被用于氢弹设计的大量计算（Stern，1981，p.62）。
应该如何对催生战后数字电子计算机出现的大学研究进行归分类？这些早期开发参与者都是工程、数学和物理方面的专家。莫克里和布什曾在工程学院任教并开展研究工作。阿塔纳索夫曾在艾奥瓦州立大学教授物理和数学。二战期间在哈佛大学进行计算机研究的霍华德·艾肯则是一位数学家，曾从事于工程相关工作。 9 但是，他们的研究很难被归入“基础研究”“应用研究”或“开发研究”等传统的研发类型。虽然“计算机科学”这个词在今天的大学课程中很常见，但如果这门学科真的是一门科学而非工程学，那它一定是一门截然不同的科学。计算机当然不是一门自然科学，但如赫伯特·西蒙所说，我们可恰当地称之为“人工科学”（Simon，1969，p.xi）。毕竟，计算机科学中的许多研究与工程类似，涉及人工制品或机器的设计和建造。
西蒙提出的这个词也可用于美国大学建立的其他工程学科。这些“人工科学”由有目标针对性的活动组成。由于存在明确的设计方向，【19】它们不属于基础研究的常规定义范围，此类研究探索的是基础认识。在传统自然科学中，这种探索往往被认为是研究，与实际应用没有直接关系。但应用科学和工程领域的许多研究都是相当基础的，因为它涉及对基础认识的探索。大部分的医学科学研究都以具体的实际应用为目标。致癌过程的医学研究必然涉及细胞生物学基础研究。已故的Donald Stokes（1997）将所有这些探究方向都归入了“巴斯德象限”，即旨在理解基本物理、生物或化学过程，为解决具体问题、形成解决方案或实现应用提供支撑的研究。
以上对一些重要工程学科发展的选择性回顾表明，美国的工程教育一直试图为探究具体的实际问题提供参考。但与此同时，大学研究为培养专业的决策者提供了一个知识框架，正如Herbert Simon（1969）提醒道：
生产实体工件的智力活动与为患者开具处方、为公司设计新的销售方案，或为国家制定社会福利政策的智力活动在本质上并没有区别。按照这种理解，设计是所有专业培训的核心，是区分专业与科学的主要标志。工程学院以及建筑学院、商学院、教育学院、法学院和医学院，都以设计过程为核心。（pp.55-56）
许多其他学科在对特定实用目标的针对性方面（如农学院生命科学研究的重点即提高农业生产力）与工程学相似。其中包括最实用的学科之一——统计学，而美国建立统计学课程体系和院系的时间比欧洲要早。与我们之前讨论的它们可以促进本地区相关研究的作用一致，在统计学的早期发展中，最重要的两所院校——艾奥瓦州立大学和北卡罗来纳州立大学都将统计学应用于农业产量和价格分析。
到二战开始时，应用科学和工程学科在美国高等教育中，特别是在赠地大学中已经很成熟，占到美国大学研究的很大一部分。【20】工程学科和应用科学的存在扩展了美国大学为本地工业和农业服务的研究与教育的长期传统，但并没有取代它。
医学也具有面向实际用途的基础研究的类似特征。虽然美国大学在二战后才形成医学基础研究能力，但1910年亚伯拉罕·弗莱克斯纳的报告《美国和加拿大的医学教育》标志着美国医学院生物医学研究的作用开始得到极大增强。弗莱克斯纳认为，医学生需要接受更好的自然科学培训，医学院应该开展基础生物医学研究同时加强与附属医院的联系。教学、研究与医疗实践的这种结合是美国学术医疗中心的特点，自1945年以来，这些医疗中心对医学的技术进步做出了重大贡献。
人类疾病原因的研究与应用物理科学和工程学科的研究有很多共同之处。它的主要目的是深入理解基本的科学原理，但它的动机非常实际，即使人类摆脱疾病的困扰。对动机和结果的这种描述准确反映了科赫和巴斯德在19世纪对人类疾病致病细菌的识别研究，以及19世纪末20世纪初出现的内分泌学、神经学和生物化学等领域的特点。 10 虽然这些领域的大部分基础研究在二战前一直由欧洲研究中心主导，但在20世纪20年代和30年代，美国医学院在这些领域的研究能力得到了增强。1945年之后，美国学术医疗中心获得的联邦研究经费大幅增加，这得益于前面四十年建立起来的机构研究能力。