了得網工業技術_工程設計導論（上）

產品特色

編輯推薦

本書為引進書，原版書是Delmar Cengage Learning為PLTW機構（美國非營利性基金會，為學生提供工程學和工程技術教育的相關知識）開發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做準備。

本書語言生動、圖文並茂，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教育的重要內容，也是目前國內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，從內容到教育理念都值得中學生和所有關心教育的人士參考和借鋻。

內容簡介

本書共有十章，“工程設計”的概念和應用以一種靈活的形式呈現。書中描述了工程和技術產品的設計過程、20世紀偉大的工程成就，還介紹了如何識別問題和機會，如何組建包括工程師和其他設計人員的設計團隊，如何研究問題以及查找資料，如何創造性地解決問題以及開展設計和實踐活動。書中包含大量的趣味閱讀和關於當代技術的介紹，通過各種小欄目，讓學生體驗整個設計過程，如：“案例研究”讓學生探索設計團隊創造新技術的過程，“STEM”欄目展示科學和數學原理在解決工程技術領域問題的應用例子，“工程師檔案”講述了不同工程領域的工程師的勵志故事等。

作者簡介

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研究繫的繫主任。斯蒂芬·奧布萊恩（Stephen O’Brien）是新澤西學院工程學院技術研究繫的副教授。約翰·P.哈欽森（John P.Hutchinson）是新澤西學院工程學院技術研究繫的一名已退休教授。

第1章技術：人類設計的世界 2
引語 3
專業設計人員 4
設計與工業革命（1750—1850） 8
工程協會 12
標準化 14
20世紀偉大的工程成就 16
工程職業 19
科學與技術 19
技術的影響 20
技術與地球資源 26
道德與設計 27
總結 28
課後作業 29

第1章技術：人類設計的世界 2

引語 3

專業設計人員 4

設計與工業革命（1750—1850） 8

工程協會 12

標準化 14

20世紀偉大的工程成就 16

工程職業 19

科學與技術 19

技術的影響 20

技術與地球資源 26

道德與設計 27

總結 28

課後作業 29

補充作業 29

第2章設計的過程 30

引語 31

有效解決問題的波利亞（Polya）四步驟 32

設計過程 36

設計過程的創造性與創新性 54

設計的限制 56

總結 58

課後作業 58

補充作業 59

第3章團隊建設 60

引語 61

團隊在現代工業中的應用 61

團隊領導力和團隊管控 76

與團隊共享信息 78

總結 84

課後作業 85

補充作業 85

第4章產生和開發想法 86

引語 87

創造性思維 87

產生想法 87

開發想法 95

選擇設計方案 102

總結 104

課後作業 105

補充作業 105

第5章通過繪圖開發設計想法 106

引語 107

繪畫的用途 107

通過繪圖進行交流 114

繪畫的基礎知識 119

速寫和繪圖技巧 129

其他繪圖規則 142

繪圖在設計中的應用 147

工程日志和設計作品集 150

作品集 151

總結 155

課後作業 155

第6章逆向工程 156

引語 157

通過逆向工程重新認識產品 158

逆向工程和專利 160

逆向工程的主要內容 161

逆向工程的過程 163

總結 181

課後作業 182

補充作業 183

第7章設計開發的調查與研究 184

引語 185

提出問題 188

市場研究 189

利用一手資源 190

利用二手資源 194

總結 200

課後作業 201

補充作業 201

第8章工程制圖 202

引語 203

工程制圖 203

以工程設計為目的的測量 208

比例尺 209

測量：認識差異度 210

制圖和計算機輔助設計 219

正等軸測圖和斜軸測立體圖 220

正投影圖和草圖 224

線型 228

尺寸標注 232

計算機輔助設計 236

總結 240

課後作業 241

補充作業 243

第9章測試與評估 244

引語 245

開展合適的測試 246

測試工程解決方案 249

測試並評估設計作品 253

展示測試結果 256

評估設計能力 259

總結 260

課後作業 260

補充作業 261

第10章制造 262

引語 263

工業革命 263

裝配線 267

材料加工 267

設計制造 282

對未來的影響 283

總結 287

課後作業 287

補充作業 288

術語表 289

前言

教育要面向未來多變的社會，要培養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、發展學生核心素養（即品格與關鍵能力）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，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、建築工程、“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，創造性地利用各種手段和方式去完成任務。在設計思維裡，繫統性思想、以人為本的思想都非常重要。因此，工程教育是跨學科的，是培養設計思維和實踐能力的一個很重要的載體，而這正是發展學生核心素養的重要內容。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後特別重視STEM課程的重要原因。當前，加強工程教育已經成為國際共識。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教育中的薄弱與空白？由於當前國內還沒有理想的中小學工程教育教材，所以需要學習和借鋻。本套“中小學工程教育”叢書是從美國引進的，有很多值得借鋻的優點。首先，內容繫統、完整。書中對工程學科有全面、繫統的介紹，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，它是跨學段的繫統設計，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、圖文並茂，可讀性很強。後，整套書不僅有功能類似傳統教材的學生用書，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、教材開發服務。希望國內的相關人士，能夠在此基礎之上，開發本土中小學工程教育教材。

媒體評論

科技創新是目前中國發展道路上必須面對的重大課題，而下一代能否具有創新意識和創新能力，歸根結底要看我們的教育。緩解我國產業轉型對高級技術技能人纔需求和我國高級技術人纔缺乏矛盾的關鍵舉措之一，是建立繫統化的技術技能人纔培養體繫。該叢書聚焦中小學工程技術教育，無疑為我國未來相應問題的解決提供了重要的參考。

——褚君浩中國科學院院士，中科院上海技術物理研究所研究員

隨著現代社會工程技術對人們生活影響的日益廣泛和工程技術人纔嚴重匱乏的顯現，加強中小學工程技術教育已成為世界各國教育研究和政策制定者的共識，該叢書的引進對我國K-12教育階段中以工程技術思想為龍頭的STEM教育的有效實施，無疑具有重大的借鋻價值。

——顧建軍南京師範大學教授國務院學位委員會教育學科評議組成員，*普通高中通用技術課程標準修訂組組長

在線試讀

設計與工業革命（1750—1850）

人類一直都在改變他們生活的自然環境。為了抵御自然災害，他們發明了房屋、服裝；為了制作有用的物品，種植莊稼，以及保護自身安全，他們創造了工具。早期人類的大多數設計都是手工完成，制作的物品僅供自用，每位手工工匠都是各自設計並制造自己的產品。手工制造的產品耗時長，且價格昂貴，在那個社會，隻有少部分人能夠負擔如此昂貴的產品。

20世紀前，50% 以上的人在農場工作，技術大多用於提供食物、住所、衣物以及其他基本需求，歷史學家稱這段時期為農業時期（如圖1-7）。後來，越來越多的人開始往城市發展，並在工廠謀職，從事非農業的產品生產活動。生產產品的人群首次超過了生產食物的人群，這段時期被稱為工業時期（1907—1957），這是人類歷史上一個重要的轉折點。

20世紀中期產生了另一個重要的轉折點。在美國以及其他發達國家，白領的需求量超過了藍領的需求量，這就意味著公司需要雇傭更多的人來管理產品信息，而不是生產產品。1957 年，美國步入信息時代，或者叫技術時代。

農業時代、工業時代和信息時代具有不同的特征。例如，農業時代，誰有土地，誰就有權力；工業時代，誰有資金，誰就有權力；而如今的信息時代，知識使人擁有能力（如圖1-8 所示）。有人認為我們正在步入一個嶄新的時代，對商業和工業具有國際眼光的人將主宰這個時代。

1750 年前後，始於英國的工業革命改變了人們設計和生產產品的方式。工業革命使人們從基於手工藝的繫統中釋放出來，慢慢地轉移到工業繫統，這種改變需要各種資源，包括：▲大量的工人▲足夠的食物（用於供應工人）▲足夠的能源▲大量的資金（投入到產品的金錢）▲可以為制造商運輸材料，為商場運輸產品的交通運輸繫統為什麼工業革命會在英國開始？因為英國擁有以下所有條件：▲煤礦資源豐富▲運輸原材料和商品的船隊發達▲政府鼓勵個體商業戶投入個人資金▲社會各界已準備好發明和革新新產品

18世紀早期，英國工業的發展得到了美國殖民地的幫助，原材料從殖民地運往英國，然後變為產品。此外，殖民者很渴望購買英國制造的商品。

人們從那個時候開始使用法語詞企業家來描述中產階級商人團體。這些英國企業家會承擔一些責任和固有風險，從多種渠道購買原材料，將這些材料提供給工匠；工匠使用它們來生產產品；當產品完成後，商人企業家尋找消費者，並用船舶將商品運往那些有需求的市場。

隨著生產和運輸技術的提高，產品的制造成本降低了。價格低廉促使市場成長、貨幣增加、收入提高，進而促進了業務的發展；將收入和利潤進行再投資，工業革命的範圍擴大到了全世界。如今，我們用企業家這個詞來描述那些積極主動和願意承擔風險去開發新業務的人。

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