本書共有十章,工程設(shè)計(jì)的概念和應(yīng)用以一種靈活的形式呈現(xiàn)。書中描述了工程和技術(shù)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程、20世紀(jì)偉大的工程成就,還介紹了如何識(shí)別問題和機(jī)會(huì),如何組建包括工程師和其他設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì),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(shè)計(jì)和實(shí)踐活動(dòng)。書中包含大量的趣味閱讀和關(guān)于當(dāng)代技術(shù)的介紹,通過各種小欄目,讓學(xué)生體驗(yàn)整個(gè)設(shè)計(jì)過程,如:案例研究讓學(xué)生探索設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造新技術(shù)的過程,STEM欄目展示科學(xué)和數(shù)學(xué)原理在解決工程技術(shù)領(lǐng)域問題的應(yīng)用例子,工程師檔案講述了不同工程領(lǐng)域的工程師的勵(lì)志故事等。
本書為引進(jìn)書,原版書是Delmar Cengage Learning為PLTW機(jī)構(gòu)(美國(guó)非營(yíng)利性基金會(huì),為學(xué)生提供工程學(xué)和工程技術(shù)教育的相關(guān)知識(shí))開發(fā)的整套教材中的一種。原書為工程學(xué)預(yù)備課程,目的是為學(xué)生在高等教育中學(xué)習(xí)工程與工程技術(shù)做準(zhǔn)備。
本書語言生動(dòng)、圖文并茂,可讀性、實(shí)踐性和互動(dòng)性強(qiáng),還配套了學(xué)生實(shí)踐手冊(cè)。工程是STEM教育的重要內(nèi)容,也是目前國(guó)內(nèi)中小學(xué)教育眾所周知的短板,因此,本書可以是一個(gè)重要的補(bǔ)充,從內(nèi)容到教育理念都值得中學(xué)生和所有關(guān)心教育的人士參考和借鑒。
教育要面向未來多變的社會(huì),要培養(yǎng)具備全球勝任力的學(xué)生。在這樣的背景下, 綜合性、跨學(xué)科的知識(shí)和能力越來越重要,這也是我國(guó)當(dāng)前課程改革中最新提出培養(yǎng)、發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)(即必備品格與關(guān)鍵能力)的重要內(nèi)涵。因此,通過加強(qiáng)跨學(xué)科課程建設(shè),給學(xué)生提供跨學(xué)科學(xué)習(xí)經(jīng)歷尤顯重要。國(guó)際上當(dāng)前流行的STEM、STEAM課程,也正是以跨學(xué)科、綜合性作為其重要特征的。我國(guó)的基礎(chǔ)教育歷來十分注重學(xué)科課程。雖然學(xué)科課程原本內(nèi)涵著跨學(xué)科的元素(如物理中有數(shù)學(xué),化學(xué)中有物理,歷史中有地理),但長(zhǎng)期以來已被固化,缺乏與時(shí)俱進(jìn)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(xué)科課程的開發(fā),如全國(guó)課程改革中的綜合實(shí)踐活動(dòng)課程,上海課程改革中的研究型課程、科學(xué)課程和藝術(shù)課程。但在實(shí)施中,這些課程遠(yuǎn)未達(dá)到應(yīng)有的水平。而且現(xiàn)在看來,這些課程缺乏了一個(gè)重要內(nèi)容,就是工程教育。工程是科學(xué)、數(shù)學(xué)與技術(shù)等的整合與應(yīng)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(shè)計(jì)思維和實(shí)踐能力放在重要位置,這就要求能夠在面臨一個(gè)復(fù)雜的、綜合性的任務(wù)時(shí),創(chuàng)造性地利用各種手段和方式去完成任務(wù)。在設(shè)計(jì)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(xué)科的,是培養(yǎng)設(shè)計(jì)思維和實(shí)踐能力的一個(gè)很重要的載體,而這正是發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的重要內(nèi)容。在基礎(chǔ)教育課程改革中,我們首先關(guān)注課程的育人價(jià)值,在今天特別要考慮課程面對(duì)未來的育人功能。工程教育的缺失會(huì)產(chǎn)生育人的短板,這也是國(guó)際教育界通過反思之后特別重視STEM課程的重要原因。當(dāng)前,加強(qiáng)工程教育已經(jīng)成為國(guó)際共識(shí)。相比之下,我們就更需要努力了。如何彌補(bǔ)工程教育在我國(guó)基礎(chǔ)教育中的薄弱與空白?由于當(dāng)前國(guó)內(nèi)還沒有理想的中小學(xué)工程教育教材,所以需要學(xué)習(xí)和借鑒。本套中小學(xué)工程教育叢書是從美國(guó)引進(jìn)的,有很多值得借鑒的優(yōu)點(diǎn)。首先,內(nèi)容系統(tǒng)、完整。書中對(duì)工程學(xué)科有全面、系統(tǒng)的介紹,包括工程設(shè)計(jì)的一般流程,工程建設(shè)相關(guān)的工具、材料、職業(yè)等。書中還結(jié)合具體的工程項(xiàng)目,介紹了物理、數(shù)學(xué)等學(xué)科知識(shí)在工程問題中的應(yīng)用。其次,它是跨學(xué)段的系統(tǒng)設(shè)計(jì),初中階段的學(xué)生用書是《工程學(xué)入門》,高中階段的學(xué)生用書是《工程原理》《工程設(shè)計(jì)導(dǎo)論》,內(nèi)容的難易與梯度都比較合適。第三,語言生動(dòng)、圖文并茂,可讀性很強(qiáng)。最后,整套書不僅有功能類似傳統(tǒng)教材的學(xué)生用書,還有配套實(shí)踐手冊(cè),可供學(xué)生練習(xí)、提高。他山之石,可以攻玉。我希望這套中小學(xué)工程教育叢書的翻譯出版,可以為我國(guó)當(dāng)前的課程改革、教材開發(fā)服務(wù)。希望國(guó)內(nèi)的相關(guān)人士,能夠在此基礎(chǔ)之上,開發(fā)本土中小學(xué)工程教育教材。
約翰·R.卡爾斯尼茨(John R. Karsnitz)教授是新澤西學(xué)院工程學(xué)院技術(shù)研究系的系主任。斯蒂芬·奧布萊恩(Stephen OBrien)是新澤西學(xué)院工程學(xué)院技術(shù)研究系的副教授。約翰·P.哈欽森(John P.Hutchinson)是新澤西學(xué)院工程學(xué)院技術(shù)研究系的一名已退休教授。
第1章 技術(shù):人類設(shè)計(jì)的世界 2
引語 3
專業(yè)設(shè)計(jì)人員 4
設(shè)計(jì)與工業(yè)革命(17501850) 8
工程協(xié)會(huì) 12
標(biāo)準(zhǔn)化 14
20世紀(jì)最偉大的工程成就 16
工程職業(yè) 19
科學(xué)與技術(shù) 19
技術(shù)的影響 20
技術(shù)與地球資源 26
道德與設(shè)計(jì) 27
總結(jié) 28
課后作業(yè) 29
補(bǔ)充作業(yè) 29
第2章 設(shè)計(jì)的過程 30
引語 31
有效解決問題的波利亞(Polya)四步驟 32
設(shè)計(jì)過程 36
設(shè)計(jì)過程的創(chuàng)造性與創(chuàng)新性 54
設(shè)計(jì)的限制 56
總結(jié) 58
課后作業(yè) 58
補(bǔ)充作業(yè) 59
第3章 團(tuán)隊(duì)建設(shè) 60
引語 61
團(tuán)隊(duì)在現(xiàn)代工業(yè)中的應(yīng)用 61
團(tuán)隊(duì)領(lǐng)導(dǎo)力和團(tuán)隊(duì)管控 76
與團(tuán)隊(duì)共享信息 78
總結(jié) 84
課后作業(yè) 85
補(bǔ)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(shè)計(jì)方案 102
總結(jié) 104
課后作業(yè) 105
補(bǔ)充作業(yè) 105
第5章 通過繪圖開發(fā)設(shè)計(jì)想法 106
引語 107
繪畫的用途 107
通過繪圖進(jìn)行交流 114
繪畫的基礎(chǔ)知識(shí) 119
速寫和繪圖技巧 129
其他繪圖規(guī)則 142
繪圖在設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 147
工程日志和設(shè)計(jì)作品集 150
作品集 151
總結(jié) 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(rèn)識(shí)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(jié) 181
課后作業(yè) 182
補(bǔ)充作業(yè) 183
第7章 設(shè)計(jì)開發(fā)的調(diào)查與研究 184
引語 185
提出問題 188
市場(chǎng)研究 189
利用一手資源 190
利用二手資源 194
總結(jié) 200
課后作業(yè) 201
補(bǔ)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(shè)計(jì)為目的的測(cè)量 208
比例尺 209
測(cè)量:認(rèn)識(shí)差異度 210
制圖和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) 219
正等軸測(cè)圖和斜軸測(cè)立體圖 220
正投影圖和草圖 224
線型 228
尺寸標(biāo)注 232
計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) 236
總結(jié) 240
課后作業(yè) 241
補(bǔ)充作業(yè) 243
第9章 測(cè)試與評(píng)估 244
引語 245
開展合適的測(cè)試 246
測(cè)試工程解決方案 249
測(cè)試并評(píng)估設(shè)計(jì)作品 253
展示測(cè)試結(jié)果 256
評(píng)估設(shè)計(jì)能力 259
總結(jié) 260
課后作業(yè) 260
補(bǔ)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(shè)計(jì)制造 282
對(duì)未來的影響 283
總結(jié) 287
課后作業(yè) 287
補(bǔ)充作業(yè) 288
術(shù)語表 289