本書共有八章,工程設(shè)計(jì)的概念和應(yīng)用以一種靈活的形式呈現(xiàn)。書中描述了結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)、電氣電子系統(tǒng)、氣動(dòng)和液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式,還對(duì)設(shè)計(jì)和工程中的人體工程學(xué)、數(shù)學(xué)和科學(xué)在工程設(shè)計(jì)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(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。
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(yǔ)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(lái)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(lái)越重要,這也是我國(guó)當(dāng)前課程改革中提出培養(yǎng)、發(fā)展學(xué)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(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(lái)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(lái)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(lái),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(lái)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(yǔ)言生動(dòng)、圖文并茂,可讀性很強(qiáng)。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11章 結(jié)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 296
第12章 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì) 326
第13章 電氣電子系統(tǒng)設(shè)計(jì) 354
第14章 氣動(dòng)和液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 396
第15章 設(shè)計(jì)和工程中的人體工程學(xué) 414
第16章 數(shù)學(xué)和科學(xué)的應(yīng)用 440
第17章 設(shè)計(jì)風(fēng)格 482
第18章 平面設(shè)計(jì)和匯報(bào)展示 518
術(shù)語(yǔ)表 551