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；原書還得到瞭利比希傢族的慈善創業基金會的資金支持，這使得PLTW課程成為瞭美國首屈一指的以工程為核心的初中技術教育項目。

本書內容生動活潑，實踐性和互動性強，而更獨特之處是將“工程”概念引入進瞭初中課程。“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闆，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人士的參考和藉鑒。

內容簡介

本書分為三個部分，共12章，介紹瞭電力和電子的應用、機械、能源、通信、製造、自動化和機器人、新興技術等，並探索瞭工程和工程技術領域可能的職業方嚮。書中還設計有不同的闆塊，比如：每章的開始都有一個“應用中的工程學”，以講故事的形式展現工程師是如何處理設計問題，找齣解決方案的；“工程學挑戰”讓學生親自動手去解決問題，以加深學生對本章節的理解；“工程學中的數學”和“工程學中的科學”用一些有趣的事實來闡釋科學、技術、工程和數學之間的聯係；“職業聚焦”講述瞭不同工程領域的工程師的勵誌故事等。

作者簡介

喬治·E·羅傑斯（George E. Rogers）博士是普渡大學工程/技術教師教

育的教授和協調員。

邁剋爾·D·萊特（Michael D. Wright）博士是中密蘇裏大學教育學院院長。

本·耶茨（Ben Yates）是密蘇裏科技大學PLTW附屬機構密蘇裏項目引路分部副主任。耶茨曾是一名授課教師，學校行政領導及大學教授。

目錄

第四部分：工程學中能量的應用

第九章 能量

第一節：什麼是能量？

第二節：能量的類型與轉換

總結

詞匯

知識拓展

第十章 可持續性建築

第一節：土木工程與可持續性建築概述

第二節：建築

第三節：結構工程學

總結

詞匯

知識拓展

第十一章 能量轉移

第一節：簡單機械

第二節：機械運動

總結

詞匯

知識拓展

第十二章 流體動力學

第一節：流體動力學

第二節：氣體力學

第三節：流體力學

總結

詞匯

知識拓展

第十三章 飛行與空間

第一節：飛行技術

第二節：飛機推進與控製係統

第三節：火箭與太空飛行

總結

詞匯

知識拓展

第五部分：電力與電子

第十四章 電學理論

第一節：電流

第二節：發電機與電動機

第三節：測量電流

總結

詞匯

知識拓展

第十五章 電路

第一節：基本電路

第二節：串聯電路

第三節：並聯電路

第四節：混聯電路

總結

詞匯

知識拓展

第十六章 電子學

第一節：電子設備

第二節：數字電子學

第三節：控製你的世界

總結 320

詞匯 321

知識拓展 321

第六部分：生産係統

第十七章 製造業 322

第一節：製造業的重要性 325

第二節：製造工藝327

第三節：製造係統的組織管理 337

總結 342

詞匯 342

知識拓展 343

第十八章 機器人學 344

第一節：你的世界裏的機器人 346

第二節：機器人係統 356

第三節：機器人學的曆史 362

總結 364

詞匯 364

知識拓展 365

第十九章 自動化 366

第一節：你的世界裏的自動化 368

第二節：製造業中的自動化 373

總結 380

詞匯 380

知識拓展 381

第二十章 新興技術 382

第一節：生物技術 384

第二節：納米技術 389

第三節：醫療技術 391

總結 398

詞匯錶 399

知識拓展 400

精彩書摘

第一節 你的世界裏的機器人

機器人可以定義為一種可以由自動化控製（通常是可編程的）、具有類似人的行為舉止的機械設備。最重要的一點是，它是一種機械設備（沒有生命），通常是可編程的。機器人存在的主要目的是將人類從那些乏味、重復、危險、骯髒，或者要求高精度的工作中解放齣來。你能想齣一份你想要機器人代替你做的工作嗎？

機器人學指的是一種設計和應用機器人的科學。機器人有許多種類。有些是可以移動的，其中大部分安裝有輪子，不過有的是真正具有行走能力的；有些是固定在流水綫上的一個地方，做著重復性的工作。大部分的工業機器人隻是一個末端帶有鉗子或其他工具的機械臂。

我們可以將機器人分為個人（傢庭）機器人、康復機器人、醫療機器人、工業機器人、軍事或安全機器人，或者太空機器人等幾種類型。每種機器人的用途各不相同，但都有相似的係統。很多人都認為工業機器人是最常見的機器人，但實際上，機器人已經齣現在瞭你生活中的許多方麵。倫巴的問世促進瞭傢庭使用的個人機器人的普及。但是，個人機器人的未來是什麼？個人機器人正在變得越來越智能。也許很快你將會擁有一個像本章稍後會講到的ASIMO一樣的個人助手。

個人機器人

塑造瞭R2D2和C3PO的星球大戰係列電影使個人機器人助手的概念流行瞭起來（見圖18-2）。大部分人對機器人隻有一些粗略的認識，並不真正地清楚機器人實際是什麼樣子，它們能做什麼。他們所瞭解的機器人是流行電影中的，而不是真實的。像《我，機器人》這樣的電影，誤導瞭他們對機器人的理解。直到最近，個人機器人主要還是用於娛樂。今天，在技術教育課堂上，學生可以接觸到很多種機器人，包括一些可以組裝的套件。這些機器人不僅應用於遊戲，還可以用作教育工具。許多商店也銷售各種各樣的傢用機器人套件。

樂高NXT機器人套件將樂高的技術元素與超聲、音效，光和觸覺傳感器結閤在瞭一起（見圖18-3）。你可以把它們組裝成機器人。光傳感器可以探測光的顔色和強度；聲傳感器可

以使機器人對不同的發聲模式和音調做齣反應。這種機器人利用超聲波“眼睛”來判斷距離和運動的速度。學生可以給機器人編程，以完成各種各樣的任務。許多中學的技術教育課程就有機器人，如圖18-4所示的Vex機器人。你的機器人要設計成什麼樣子？用它來乾什麼呢？本章開始所講到的倫巴機器人可以打掃你傢裏的房間。如果設計齣能夠整理房間和床鋪的機器人，那是不是很棒？盡管我們現在還沒有設計齣擁有這種能力的機器人，但是在不遠的將來，我們一定能夠設計齣來的。

前言/序言

教育要麵嚮未來多變的社會，要培養具備全球勝任力的學生。在這樣的背景下, 綜閤性、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齣培養、發展學生核心素養（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曆尤顯重要。國際上當前流行的STEM、STEAM課程，也正是以跨學科、綜閤性作為其重要特徵的。

我國的基礎教育曆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，曆史中有地理），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閤性課程和跨學科課程的開發，如全國課程改革中的綜閤實踐活動課程，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，這些課程缺乏瞭一個重要內容，就是工程教育。工程是科學、數學與技術等的整閤與應用，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，這就要求能夠在麵臨一個復雜的、綜閤性的任務時，創造性地利用各種手段和方式去完成任務。在設計思維裏，係統性思想、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，在今天特彆要考慮課程麵對未來的育人功能。工程教育的缺失會産生育人的

短闆，這也是國際教育界通過反思之後特彆重視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，所以需要學習和藉鑒。本

套“中小學工程教育”叢書是從美國引進的，有很多值得藉鑒的優

點。首先，內容係統、完整。書中對工程學科有全麵、係統的介紹，

還行吧，我就是不知道原來這書是給小孩子看的。

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