本書是《工程原理-下冊》一書的配套練習冊。利用一些實踐性活動來幫助學生訓練工程方面的基本技能,為將來參與挑戰(zhàn)性更強的項目打下基礎。每個活動先介紹一下活動的目標,然后是活動步驟,讓學生逐步進行操作,*后進行分析總結。背景欄目幫助學生回顧和拓展所學的知識,以便在實踐活動中更好地應用它們。小提示欄目旨在提醒學生避開常見的問題,提供有用的線索以及講述一些有趣的奇聞軼事,幫助學生順利完成工程設計活動。
本書通過結合實際應用的活動來幫助學生訓練工程方面的基本技能,培養(yǎng)學生的技術素養(yǎng)以及解決問題的能力。這些能力在后續(xù)的工程學學習以及工程技術活動中都是非常寶貴的。該書可以幫助高中生在現(xiàn)有數學和科學知識的基礎上,理解什么是工程學。同時,它也可以激發(fā)學生對工程學領域以及技術領域職業(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涵著跨學科的元素(如物理中有數學, 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容,就是工程教育。工程是科學、數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,加強工程教育已經成為國際共識。
如何彌補工程教育在我國基礎教育中的的薄弱與空白?由于當前國內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。
張民生
2017年12月
張民生,國家教育咨詢委員會委員,上海教育綜合改革咨詢委員會委員,原上海市教育委員會副主任,中國教育學會副會長,上海市教育學會會長。
第8 章控制系統(tǒng)
開環(huán)系統(tǒng)還是閉環(huán)系統(tǒng)?
練習8.2 練習畫流程圖
練習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9.1 材料鑒別
練習9.2 循環(huán)利用
練習9.3 了解黑色金屬
練習9.4 了解有色金屬
練習9.5 了解木材
練習9.6 使用磨具
練習9.7 了解陶瓷
練習9.8 了解水泥混凝土
練習9.9 混凝土的凝固
練習9.10 了解聚合物
練習9.11 使用聚合物
練習9.12 了解復合材料
第10 章材料性能
均布軸向應力
練習10.1 計算均布軸向應力
形變和應變
練習10.2 計算軸向應變
練習10.3 金屬材料和非金屬材料的應力-應變曲線
彈性形變
練習10.4 調查材料的彈性模量
練習10.5 屈服極限
安全系數和容許應力
斷面收縮率和斷裂伸長率
剪應力
材料的力學性質
練習10.6 材料試驗的內容是什么?為什么材料試驗很重要?
形心和面積慣性矩
計算撓度
硬度試驗
公式匯總
第11 章制造工藝和產品生命周期
背景鑄造工藝
練習11.1 鑒別金屬制造工藝
練習11.2 在家里或學校里嘗試模具鑄造
練習11.3 高爾夫球桿頭
練習11.4 熔點
金屬成型
練習11.5 兒童彩泥或餅干面團成型
塑料
練習11.6 在鋁碗中將水果卷熱成型
切削加工工藝
練習11.7 鉆孔尺寸
產品生命周期管理(以下簡稱PLM)
練習11.8 PLM 流程圖
練習11.9 了解產品的PLM 流程
練習11.10 小組合作,進行產品的維修、售后服務和回收處理
練習11.11 制造一件產品
第12 章靜力學
背景探索工程師職業(yè)
矢量運算
練習12.1 矢量的加法
簡單支座及反作用力
練習12.2 計算支座的反作用力
桁架結構分析
練習12.3 計算桁架結構中支座的反作用力及內力
第13 章運動學與運動軌跡
經典力學
基本運動學術語
練習13.1 術語填空
拋體運動分析
練習13.2 拋體運動基礎
拋體運動的應用
練習13.3 拋體運動問題
課外拓展
練習13.4 設計挑戰(zhàn)
第14 章測量、統(tǒng)計與產品質量
標準計量體系
練習14.1 數制轉換
測量儀器和測量技術
練習14.2 精密測量儀器
數據統(tǒng)計分析
練習14.3 均值、中位數、眾數和極差
練習14.4 統(tǒng)計分析
統(tǒng)計學在工程領域中的應用
練習14.5 生產能力