内容简介

《工程原理》通过展示工程师和设计专家塑造现代化社会所依据的原理和概念，培养学生的技术素养以及解决问题的能力。这些能力在后续的工程学学习以及工程技术活动中都是非常宝贵的。该书可以帮助高中生在现有数学和科学知识的基础上，理解什么是工程学。同时，它也可以激发学生对工程学领域以及技术领域职业的探索热情。

上册具体介绍了工程设计过程、机械原理、能源技术、电气系统、传动系统等与工程学有关的各种基础知识，通过趣味阅读、拓展阅读、练习题、工程师职业介绍等小栏目帮助学生加深对工程学知识的理解。

目录

第1章 工程学概述 2

引语 3

美索不达米亚文明 4

埃及文明 6

希腊文明 7

罗马文明 8

中世纪文明 8

工程技术开拓者 8

交通运输时代 12

电气时代 15

工程师协会 18

为进入工程领域做准备 19

工程师都做哪些事？ 19

总结 24

课后作业 25

补充作业 25

工程学发展大事记 26

第2章 设计工具 32

引语 33

设计过程 34

草图 45

为思想建模 46

分析过程 53

演示工具 53

总结 59

课后作业 60

补充作业 61

第3章 机械效益 62

引语 63

力、功和功率 63

机械效益 67

六种简单机械 69

复合机械 94

总结 97

课后作业 99

补充作业 99

第4章 机械构造 100

引语 101

连杆机构 101

凸轮和从动件 106

轴承 112

齿轮 114

链轮和链条传动 130

总结 139

课后作业 140

补充作业 141

第5章 能量 142

引语 143

能量的形式 144

能量为何重要 145

热 145

能量的单位 150

白炽灯和荧光灯的对比 152

热力学的基本定律 155

可再生能源 158

不可再生能源 166

能源效率和节能 173

总结 176

课后作业 177

补充作业 177

第6章 电气系统 178

引语 179

原子 180

静电与电荷定律 182

电流 183

电压的来源 185

常用电学单位 188

数字万用表 191

测量电压、电阻和电流 192

公制词头 193

常用电学元件 193

电路 197

总结 212

课后作业 213

补充作业 213

第7章 流体压力传动系统 214

引语 215

流体压力传动历史上的里程碑 219

常见的流体压力传动系统组件和图形符号 221

流体压力传动的基本科学概念 236

总结 253

课后作业 255

补充作业 257

术语表 258

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。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。最后，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。

张民生

2017年12月

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