本書共有十章,工程設計的概念和應用以一種靈活的形式呈現(xiàn)。書中描述了工程和技術產(chǎn)品的設計過程、20世紀偉大的工程成就,還介紹了如何識別問題和機會,如何組建包括工程師和其他設計人員的設計團隊,如何研究問題以及查找資料,如何創(chuàng)造性地解決問題以及開展設計和實踐活動。書中包含大量的趣味閱讀和關于當代技術的介紹,通過各種小欄目,讓學生體驗整個設計過程,如:案例研究讓學生探索設計團隊創(chuàng)造新技術的過程,STEM欄目展示科學和數(shù)學原理在解決工程技術領域問題的應用例子,工程師檔案講述了不同工程領域的工程師的勵志故事等。
本書為引進書,原版書是Delmar Cengage Learning為PLTW機構(美國非營利性基金會,為學生提供工程學和工程技術教育的相關知識)開發(fā)的整套教材中的一種。原書為工程學預備課程,目的是為學生在高等教育中學習工程與工程技術做準備。
本書語言生動、圖文并茂,可讀性、實踐性和互動性強,還配套了學生實踐手冊。工程是STEM教育的重要內(nèi)容,也是目前國內(nèi)中小學教育眾所周知的短板,因此,本書可以是一個重要的補充,從內(nèi)容到教育理念都值得中學生和所有關心教育的人士參考和借鑒。
教育要面向未來多變的社會,要培養(yǎng)具備全球勝任力的學生。在這樣的背景下, 綜合性、跨學科的知識和能力越來越重要,這也是我國當前課程改革中最新提出培養(yǎng)、發(fā)展學生核心素養(yǎng)(即必備品格與關鍵能力)的重要內(nèi)涵。因此,通過加強跨學科課程建設,給學生提供跨學科學習經(jīng)歷尤顯重要。國際上當前流行的STEM、STEAM課程,也正是以跨學科、綜合性作為其重要特征的。我國的基礎教育歷來十分注重學科課程。雖然學科課程原本內(nèi)涵著跨學科的元素(如物理中有數(shù)學,化學中有物理,歷史中有地理),但長期以來已被固化,缺乏與時俱進的深化和拓展。近年的課程改革又開始重視綜合性課程和跨學科課程的開發(fā),如全國課程改革中的綜合實踐活動課程,上海課程改革中的研究型課程、科學課程和藝術課程。但在實施中,這些課程遠未達到應有的水平。而且現(xiàn)在看來,這些課程缺乏了一個重要內(nèi)容,就是工程教育。工程是科學、數(shù)學與技術等的整合與應用,航天工程、生物工程、橋隧工程、建筑工程、菜籃子工程等都是工程。在工程中,必須把設計思維和實踐能力放在重要位置,這就要求能夠在面臨一個復雜的、綜合性的任務時,創(chuàng)造性地利用各種手段和方式去完成任務。在設計思維里,系統(tǒng)性思想、以人為本的思想都非常重要。因此,工程教育是跨學科的,是培養(yǎng)設計思維和實踐能力的一個很重要的載體,而這正是發(fā)展學生核心素養(yǎng)的重要內(nèi)容。在基礎教育課程改革中,我們首先關注課程的育人價值,在今天特別要考慮課程面對未來的育人功能。工程教育的缺失會產(chǎn)生育人的短板,這也是國際教育界通過反思之后特別重視STEM課程的重要原因。當前,加強工程教育已經(jīng)成為國際共識。相比之下,我們就更需要努力了。如何彌補工程教育在我國基礎教育中的薄弱與空白?由于當前國內(nèi)還沒有理想的中小學工程教育教材,所以需要學習和借鑒。本套中小學工程教育叢書是從美國引進的,有很多值得借鑒的優(yōu)點。首先,內(nèi)容系統(tǒng)、完整。書中對工程學科有全面、系統(tǒng)的介紹,包括工程設計的一般流程,工程建設相關的工具、材料、職業(yè)等。書中還結合具體的工程項目,介紹了物理、數(shù)學等學科知識在工程問題中的應用。其次,它是跨學段的系統(tǒng)設計,初中階段的學生用書是《工程學入門》,高中階段的學生用書是《工程原理》《工程設計導論》,內(nèi)容的難易與梯度都比較合適。第三,語言生動、圖文并茂,可讀性很強。最后,整套書不僅有功能類似傳統(tǒng)教材的學生用書,還有配套實踐手冊,可供學生練習、提高。他山之石,可以攻玉。我希望這套中小學工程教育叢書的翻譯出版,可以為我國當前的課程改革、教材開發(fā)服務。希望國內(nèi)的相關人士,能夠在此基礎之上,開發(fā)本土中小學工程教育教材。
約翰·R.卡爾斯尼茨(John R. Karsnitz)教授是新澤西學院工程學院技術研究系的系主任。斯蒂芬·奧布萊恩(Stephen OBrien)是新澤西學院工程學院技術研究系的副教授。約翰·P.哈欽森(John P.Hutchinson)是新澤西學院工程學院技術研究系的一名已退休教授。
第1章 技術:人類設計的世界 2
引語 3
專業(yè)設計人員 4
設計與工業(yè)革命(17501850) 8
工程協(xié)會 12
標準化 14
20世紀最偉大的工程成就 16
工程職業(yè) 19
科學與技術 19
技術的影響 20
技術與地球資源 26
道德與設計 27
總結 28
課后作業(yè) 29
補充作業(yè) 29
第2章 設計的過程 30
引語 31
有效解決問題的波利亞(Polya)四步驟 32
設計過程 36
設計過程的創(chuàng)造性與創(chuàng)新性 54
設計的限制 56
總結 58
課后作業(yè) 58
補充作業(yè) 59
第3章 團隊建設 60
引語 61
團隊在現(xiàn)代工業(yè)中的應用 61
團隊領導力和團隊管控 76
與團隊共享信息 78
總結 84
課后作業(yè) 85
補充作業(yè) 85
第4章 產(chǎn)生和開發(fā)想法 86
引語 87
創(chuàng)造性思維 87
產(chǎn)生想法 87
開發(fā)想法 95
選擇最優(yōu)設計方案 102
總結 104
課后作業(yè) 105
補充作業(yè) 105
第5章 通過繪圖開發(fā)設計想法 106
引語 107
繪畫的用途 107
通過繪圖進行交流 114
繪畫的基礎知識 119
速寫和繪圖技巧 129
其他繪圖規(guī)則 142
繪圖在設計中的應用 147
工程日志和設計作品集 150
作品集 151
總結 155
課后作業(yè) 155
第6章 逆向工程 156
引語 157
通過逆向工程重新認識產(chǎn)品 158
逆向工程和專利 160
逆向工程的主要內(nèi)容 161
逆向工程的過程 163
總結 181
課后作業(yè) 182
補充作業(yè) 183
第7章 設計開發(fā)的調(diào)查與研究 184
引語 185
提出問題 188
市場研究 189
利用一手資源 190
利用二手資源 194
總結 200
課后作業(yè) 201
補充作業(yè) 201
第8章 工程制圖 202
引語 203
工程制圖 203
以工程設計為目的的測量 208
比例尺 209
測量:認識差異度 210
制圖和計算機輔助設計 219
正等軸測圖和斜軸測立體圖 220
正投影圖和草圖 224
線型 228
尺寸標注 232
計算機輔助設計 236
總結 240
課后作業(yè) 241
補充作業(yè) 243
第9章 測試與評估 244
引語 245
開展合適的測試 246
測試工程解決方案 249
測試并評估設計作品 253
展示測試結果 256
評估設計能力 259
總結 260
課后作業(yè) 260
補充作業(yè) 261
第10章 制造 262
引語 263
工業(yè)革命 263
裝配線 267
材料加工 267
設計制造 282
對未來的影響 283
總結 287
課后作業(yè) 287
補充作業(yè) 288
術語表 289