编辑推荐

本书为引进书，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；原书还得到了利比希家族的慈善创业基金会的资金支持，这使得PLTW课程成为了美国首屈一指的以工程为核心的初中技术教育项目。

本书内容生动活泼，实践性和互动性强，而更独特之处是将“工程”概念引入进了初中课程。“工程”是STEM教育的重要内容，也是目前国内中小学教育众所周知的短板，因此，本书可以是一个重要的补充，从内容到教育理念都值得中学生和所有关心教育人士的参考和借鉴。

内容简介

本书分为三个部分，共12章，介绍了电力和电子的应用、机械、能源、通信、制造、自动化和机器人、新兴技术等，并探索了工程和工程技术领域可能的职业方向。书中还设计有不同的板块，比如：每章的开始都有一个“应用中的工程学”，以讲故事的形式展现工程师是如何处理设计问题，找出解决方案的；“工程学挑战”让学生亲自动手去解决问题，以加深学生对本章节的理解；“工程学中的数学”和“工程学中的科学”用一些有趣的事实来阐释科学、技术、工程和数学之间的联系；“职业聚焦”讲述了不同工程领域的工程师的励志故事等。

作者简介

乔治·E·罗杰斯（George E. Rogers）博士是普渡大学工程/技术教师教

育的教授和协调员。

迈克尔·D·莱特（Michael D. Wright）博士是中密苏里大学教育学院院长。

本·耶茨（Ben Yates）是密苏里科技大学PLTW附属机构密苏里项目引路分部副主任。耶茨曾是一名授课教师，学校行政领导及大学教授。

目录

第四部分：工程学中能量的应用

第九章 能量

第一节：什么是能量？

第二节：能量的类型与转换

总结

词汇

知识拓展

第十章 可持续性建筑

第一节：土木工程与可持续性建筑概述

第二节：建筑

第三节：结构工程学

总结

词汇

知识拓展

第十一章 能量转移

第一节：简单机械

第二节：机械运动

总结

词汇

知识拓展

第十二章 流体动力学

第一节：流体动力学

第二节：气体力学

第三节：流体力学

总结

词汇

知识拓展

第十三章 飞行与空间

第一节：飞行技术

第二节：飞机推进与控制系统

第三节：火箭与太空飞行

总结

词汇

知识拓展

第五部分：电力与电子

第十四章 电学理论

第一节：电流

第二节：发电机与电动机

第三节：测量电流

总结

词汇

知识拓展

第十五章 电路

第一节：基本电路

第二节：串联电路

第三节：并联电路

第四节：混联电路

总结

词汇

知识拓展

第十六章 电子学

第一节：电子设备

第二节：数字电子学

第三节：控制你的世界

总结 320

词汇 321

知识拓展 321

第六部分：生产系统

第十七章 制造业 322

第一节：制造业的重要性 325

第二节：制造工艺327

第三节：制造系统的组织管理 337

总结 342

词汇 342

知识拓展 343

第十八章 机器人学 344

第一节：你的世界里的机器人 346

第二节：机器人系统 356

第三节：机器人学的历史 362

总结 364

词汇 364

知识拓展 365

第十九章 自动化 366

第一节：你的世界里的自动化 368

第二节：制造业中的自动化 373

总结 380

词汇 380

知识拓展 381

第二十章 新兴技术 382

第一节：生物技术 384

第二节：纳米技术 389

第三节：医疗技术 391

总结 398

词汇表 399

知识拓展 400

精彩书摘

第一节 你的世界里的机器人

机器人可以定义为一种可以由自动化控制（通常是可编程的）、具有类似人的行为举止的机械设备。最重要的一点是，它是一种机械设备（没有生命），通常是可编程的。机器人存在的主要目的是将人类从那些乏味、重复、危险、肮脏，或者要求高精度的工作中解放出来。你能想出一份你想要机器人代替你做的工作吗？

机器人学指的是一种设计和应用机器人的科学。机器人有许多种类。有些是可以移动的，其中大部分安装有轮子，不过有的是真正具有行走能力的；有些是固定在流水线上的一个地方，做着重复性的工作。大部分的工业机器人只是一个末端带有钳子或其他工具的机械臂。

我们可以将机器人分为个人（家庭）机器人、康复机器人、医疗机器人、工业机器人、军事或安全机器人，或者太空机器人等几种类型。每种机器人的用途各不相同，但都有相似的系统。很多人都认为工业机器人是最常见的机器人，但实际上，机器人已经出现在了你生活中的许多方面。伦巴的问世促进了家庭使用的个人机器人的普及。但是，个人机器人的未来是什么？个人机器人正在变得越来越智能。也许很快你将会拥有一个像本章稍后会讲到的ASIMO一样的个人助手。

个人机器人

塑造了R2D2和C3PO的星球大战系列电影使个人机器人助手的概念流行了起来（见图18-2）。大部分人对机器人只有一些粗略的认识，并不真正地清楚机器人实际是什么样子，它们能做什么。他们所了解的机器人是流行电影中的，而不是真实的。像《我，机器人》这样的电影，误导了他们对机器人的理解。直到最近，个人机器人主要还是用于娱乐。今天，在技术教育课堂上，学生可以接触到很多种机器人，包括一些可以组装的套件。这些机器人不仅应用于游戏，还可以用作教育工具。许多商店也销售各种各样的家用机器人套件。

乐高NXT机器人套件将乐高的技术元素与超声、音效，光和触觉传感器结合在了一起（见图18-3）。你可以把它们组装成机器人。光传感器可以探测光的颜色和强度；声传感器可

以使机器人对不同的发声模式和音调做出反应。这种机器人利用超声波“眼睛”来判断距离和运动的速度。学生可以给机器人编程，以完成各种各样的任务。许多中学的技术教育课程就有机器人，如图18-4所示的Vex机器人。你的机器人要设计成什么样子？用它来干什么呢？本章开始所讲到的伦巴机器人可以打扫你家里的房间。如果设计出能够整理房间和床铺的机器人，那是不是很棒？尽管我们现在还没有设计出拥有这种能力的机器人，但是在不远的将来，我们一定能够设计出来的。

前言/序言

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最新提出培养、发展学生核心素养（即必备品格与关键能力）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。

如何弥补工程教育在我国基础教育中的的薄弱与空白？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，

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