工程设计导论（下）

书为引进书，原版书是Delmar Cengage Learning为PLTW机构（美国非营利性基金会，为学生提供工程学和工程技术教育的相关知识）开发的整套教材中的一种。原书为工程学预备课程，目的是为学生在高等教育中学习工程与工程技术做准备。

 

本书共有八章，“工程设计”的概念和应用以一种灵活的形式呈现。书中描述了结构系统、机械系统、电气电子系统、气动和液压系统的设计方式，还对设计和工程中的人体工程学、数学和科学在工程设计中的应用做了一定介绍。书中包含大量的趣味阅读和关于当代技术的介绍，通过各种小栏目，让学生体验整个设计过程，如：“案例研究”让学生探索设计团队创造新技术的过程，“STEM”栏目展示科学和数学原理在解决工程技术领域问题的应用例子，“工程师档案”讲述了不同工程领域的工程师的励志故事等。

约翰·R.卡尔斯尼茨（John R. Karsnitz）教授是新泽西学院工程学院技术研究系的系主任。

第11章 结构系统设计 296

第12章 机械系统设计 326

第13章 电气电子系统设计 354

第14章 气动和液压系统设计 396

第15章 设计和工程中的人体工程学 414

第16章 数学和科学的应用 440

第17章 设计风格 482

第18章 平面设计和汇报展示 518

术语表 551

教育要面向未来多变的社会，要培养具备全球胜任力的学生。在这样的背景下, 综合性、跨学科的知识和能力越来越重要，这也是我国当前课程改革中提出培养、发展学生核心素养（即品格与关键能力）的重要内涵。因此，通过加强跨学科课程建设，给学生提供跨学科学习经历尤显重要。国际上当前流行的STEM、STEAM课程，也正是以跨学科、综合性作为其重要特征的。

我国的基础教育历来十分注重学科课程。虽然学科课程原本内涵着跨学科的元素（如物理中有数学，化学中有物理，历史中有地理），但长期以来已被固化，缺乏与时俱进的深化和拓展。近年的课程改革又开始重视综合性课程和跨学科课程的开发，如全国课程改革中的综合实践活动课程，上海课程改革中的研究型课程、科学课程和艺术课程。但在实施中，这些课程远未达到应有的水平。而且现在看来，这些课程缺乏了一个重要内容，就是工程教育。工程是科学、数学与技术等的整合与应用，航天工程、生物工程、桥隧工程、建筑工程、“菜篮子工程”等都是工程。在工程中，必须把设计思维和实践能力放在重要位置，这就要求能够在面临一个复杂的、综合性的任务时，创造性地利用各种手段和方式去完成任务。在设计思维里，系统性思想、以人为本的思想都非常重要。因此，工程教育是跨学科的，是培养设计思维和实践能力的一个很重要的载体，而这正是发展学生核心素养的重要内容。

在基础教育课程改革中，我们首先关注课程的育人价值，在今天特别要考虑课程面对未来的育人功能。工程教育的缺失会产生育人的短板，这也是国际教育界通过反思之后特别重视STEM课程的重要原因。当前，加强工程教育已经成为国际共识。相比之下，我们就更需要努力了。

如何弥补工程教育在我国基础教育中的薄弱与空白？由于当前国内还没有理想的中小学工程教育教材，所以需要学习和借鉴。本套“中小学工程教育”丛书是从美国引进的，有很多值得借鉴的优点。首先，内容系统、完整。书中对工程学科有全面、系统的介绍，包括工程设计的一般流程，工程建设相关的工具、材料、职业等。书中还结合具体的工程项目，介绍了物理、数学等学科知识在工程问题中的应用。其次，它是跨学段的系统设计，初中阶段的学生用书是《工程学入门》，高中阶段的学生用书是《工程原理》《工程设计导论》，内容的难易与梯度都比较合适。第三，语言生动、图文并茂，可读性很强。后，整套书不仅有功能类似传统教材的学生用书，还有配套实践手册，可供学生练习、提高。

“他山之石，可以攻玉”。我希望这套“中小学工程教育”丛书的翻译出版，可以为我国当前的课程改革、教材开发服务。希望国内的相关人士，能够在此基础之上，开发本土中小学工程教育教材。