本書是《工程原理-下冊》一書的配套練習(xí)冊。利用一些實(shí)踐性活動來幫助學(xué)生訓(xùn)練工程方面的基本技能,為將來參與挑戰(zhàn)性更強(qiáng)的項(xiàng)目打下基礎(chǔ)。每個(gè)活動先介紹一下活動的目標(biāo),然后是活動步驟,讓學(xué)生逐步進(jìn)行操作,*后進(jìn)行分析總結(jié)。背景欄目幫助學(xué)生回顧和拓展所學(xué)的知識,以便在實(shí)踐活動中更好地應(yīng)用它們。小提示欄目旨在提醒學(xué)生避開常見的問題,提供有用的線索以及講述一些有趣的奇聞軼事,幫助學(xué)生順利完成工程設(shè)計(jì)活動。
本書通過結(jié)合實(shí)際應(yīng)用的活動來幫助學(xué)生訓(xùn)練工程方面的基本技能,培養(yǎng)學(xué)生的技術(shù)素養(yǎng)以及解決問題的能力。這些能力在后續(xù)的工程學(xué)學(xué)習(xí)以及工程技術(shù)活動中都是非常寶貴的。該書可以幫助高中生在現(xiàn)有數(shù)學(xué)和科學(xué)知識的基礎(chǔ)上,理解什么是工程學(xué)。同時(shí),它也可以激發(fā)學(xué)生對工程學(xué)領(lǐng)域以及技術(shù)領(lǐng)域職業(yè)的探索熱情。
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(xué)生。在這樣的背景下, 綜合性、跨學(xué)科的知識和能力越來越重要, 這也是我國當(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),如全國課程改革中的綜合實(shí)踐活動課程,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(dāng)前,加強(qiáng)工程教育已經(jīng)成為國際共識。
如何彌補(bǔ)工程教育在我國基礎(chǔ)教育中的的薄弱與空白?由于當(dāng)前國內(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、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,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,可以為我國當(dāng)前的課程改革、 教材開發(fā)服務(wù)。希望國內(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。
張民生
2017年12月
第8 章控制系統(tǒng)
開環(huán)系統(tǒng)還是閉環(huán)系統(tǒng)?
練習(xí)8.2 練習(xí)畫流程圖
練習(xí)8.3 確定系統(tǒng)中的反饋信息
第9 章材料
背景材料種類
練習(xí)9.1 材料鑒別
練習(xí)9.2 循環(huán)利用
練習(xí)9.3 了解黑色金屬
練習(xí)9.4 了解有色金屬
練習(xí)9.5 了解木材
練習(xí)9.6 使用磨具
練習(xí)9.7 了解陶瓷
練習(xí)9.8 了解水泥混凝土
練習(xí)9.9 混凝土的凝固
練習(xí)9.10 了解聚合物
練習(xí)9.11 使用聚合物
練習(xí)9.12 了解復(fù)合材料
第10 章材料性能
均布軸向應(yīng)力
練習(xí)10.1 計(jì)算均布軸向應(yīng)力
形變和應(yīng)變
練習(xí)10.2 計(jì)算軸向應(yīng)變
練習(xí)10.3 金屬材料和非金屬材料的應(yīng)力-應(yīng)變曲線
彈性形變
練習(xí)10.4 調(diào)查材料的彈性模量
練習(xí)10.5 屈服極限
安全系數(shù)和容許應(yīng)力
斷面收縮率和斷裂伸長率
剪應(yīng)力
材料的力學(xué)性質(zhì)
練習(xí)10.6 材料試驗(yàn)的內(nèi)容是什么?為什么材料試驗(yàn)很重要?
形心和面積慣性矩
計(jì)算撓度
硬度試驗(yàn)
公式匯總
第11 章制造工藝和產(chǎn)品生命周期
背景鑄造工藝
練習(xí)11.1 鑒別金屬制造工藝
練習(xí)11.2 在家里或?qū)W校里嘗試模具鑄造
練習(xí)11.3 高爾夫球桿頭
練習(xí)11.4 熔點(diǎn)
金屬成型
練習(xí)11.5 兒童彩泥或餅干面團(tuán)成型
塑料
練習(xí)11.6 在鋁碗中將水果卷熱成型
切削加工工藝
練習(xí)11.7 鉆孔尺寸
產(chǎn)品生命周期管理(以下簡稱PLM)
練習(xí)11.8 PLM 流程圖
練習(xí)11.9 了解產(chǎn)品的PLM 流程
練習(xí)11.10 小組合作,進(jìn)行產(chǎn)品的維修、售后服務(wù)和回收處理
練習(xí)11.11 制造一件產(chǎn)品
第12 章靜力學(xué)
背景探索工程師職業(yè)
矢量運(yùn)算
練習(xí)12.1 矢量的加法
簡單支座及反作用力
練習(xí)12.2 計(jì)算支座的反作用力
桁架結(jié)構(gòu)分析
練習(xí)12.3 計(jì)算桁架結(jié)構(gòu)中支座的反作用力及內(nèi)力
第13 章運(yùn)動學(xué)與運(yùn)動軌跡
經(jīng)典力學(xué)
基本運(yùn)動學(xué)術(shù)語
練習(xí)13.1 術(shù)語填空
拋體運(yùn)動分析
練習(xí)13.2 拋體運(yùn)動基礎(chǔ)
拋體運(yùn)動的應(yīng)用
練習(xí)13.3 拋體運(yùn)動問題
課外拓展
練習(xí)13.4 設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)
第14 章測量、統(tǒng)計(jì)與產(chǎn)品質(zhì)量
標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量體系
練習(xí)14.1 數(shù)制轉(zhuǎn)換
測量儀器和測量技術(shù)
練習(xí)14.2 精密測量儀器
數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析
練習(xí)14.3 均值、中位數(shù)、眾數(shù)和極差
練習(xí)14.4 統(tǒng)計(jì)分析
統(tǒng)計(jì)學(xué)在工程領(lǐng)域中的應(yīng)用
練習(xí)14.5 生產(chǎn)能力