本書共有八章,工程設(shè)計的概念和應(yīng)用以一種靈活的形式呈現(xiàn)。書中描述了結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、機械系統(tǒng)、電氣電子系統(tǒng)、氣動和液壓系統(tǒng)的設(shè)計方式,還對設(shè)計和工程中的人體工程學、數(shù)學和科學在工程設(shè)計中的應(yīng)用做了一定介紹。書中包含大量的趣味閱讀和關(guān)于當代技術(shù)的介紹,通過各種小欄目,讓學生體驗整個設(shè)計過程,如:案例研究讓學生探索設(shè)計團隊創(chuàng)造新技術(shù)的過程,STEM欄目展示科學和數(shù)學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)域的工程師的勵志故事等。
書為引進書,原版書是Delmar Cengage Learning為PLTW機構(gòu)(美國非營利性基金會,為學生提供工程學和工程技術(shù)教育的相關(guān)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(shù)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(guān)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提出培養(yǎng)、發(fā)展學生核心素養(yǎng)(即品格與關(guān)鍵能力)的重要內(nèi)涵。因此,通過加強跨學科課程建設(shè),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(chǔ)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(shù)課程。但在實施中,這些課程遠未達到應(yīng)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(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(wù)時,創(chuàng)造性地利用各種手段和方式去完成任務(wù)。在設(shè)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(shè)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(chǔ)教育課程改革中,我們首先關(guān)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(chǔ)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(shè)計的一般流程,工程建設(shè)相關(guān)的工具、材料、職業(yè)等。書中還結(jié)合具體的工程項目,介紹了物理、數(shù)學等學科知識在工程問題中的應(yīng)用。其次,它是跨學段的系統(tǒng)設(shè)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(shè)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。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(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(shù)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(shù)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(shù)研究系的一名已退休教授。
第11章 結(jié)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計 296
第12章 機械系統(tǒng)設(shè)計 326
第13章 電氣電子系統(tǒng)設(shè)計 354
第14章 氣動和液壓系統(tǒng)設(shè)計 396
第15章 設(shè)計和工程中的人體工程學 414
第16章 數(shù)學和科學的應(yīng)用 440
第17章 設(shè)計風格 482
第18章 平面設(shè)計和匯報展示 518
術(shù)語表 551