工程学入门（下） pdf epub mobi txt 电子书下载 2025

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乔治·E. 罗杰斯（George E. Rogers），迈克尔·D. 莱特（Michael D. W 著，程曦等译

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出版社：上海科技教育出版社

ISBN：9787542866554

版次：1

商品编码：12294576

包装：平装

丛书名：中小学工程教育丛书

开本：16

出版时间：2017-12-01

用纸：胶版纸

页数：230

具体描述

编辑推荐

适读人群：中学生、教师及其他教育工作者

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。

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，

《工程学入门（下）》是一本旨在为初学者提供系统性工程知识的著作。本书聚焦于工程学领域中更为深入和前沿的议题，在前置知识的基础上，逐步引导读者理解和掌握现代工程的核心理念、方法与实践。全书围绕着“设计与实现”这一主线展开，深入剖析了从概念构思到最终产品实现的完整流程。首先，本书详细阐述了工程设计的基本原则，包括问题定义、需求分析、可行性研究以及概念生成与评估。读者将学习如何有效地将抽象的需求转化为具体的工程方案，并掌握多种创新思维和设计方法，如TRIZ理论、头脑风暴等，以激发创造力并优化设计方向。接着，本书着重讲解了工程设计过程中的关键技术与工具。在材料选择方面，除了介绍常用工程材料的性质、应用领域及选择依据外，还将深入探讨新型复合材料、智能材料等在现代工程中的应用前景。在结构分析与优化方面，本书将引导读者学习有限元分析（FEA）等数值模拟技术，理解如何通过建模和仿真来评估结构的安全性、可靠性和性能，并掌握结构优化的策略，以达到轻量化、高强度或特定功能的要求。在制造与生产环节，本书系统介绍了现代工程制造的技术和工艺。读者将了解数控（CNC）加工、增值制造（3D打印）、精密铸造、焊接等主流制造方法的工作原理、优缺点及适用范围。同时，本书也将探讨精益生产、六西格玛等先进的生产管理理念，帮助读者理解如何提高生产效率、降低成本并确保产品质量。质量控制与可靠性工程是本书的另一重要组成部分。本书详细讲解了产品生命周期中质量管理的各个环节，包括质量规划、质量保证和质量控制。读者将学习统计过程控制（SPC）等方法，理解如何通过数据分析来监控和改进生产过程，从而减少缺陷。同时，本书也将深入探讨可靠性工程的基本原理，包括失效模式与影响分析（FMEA）、故障树分析（FTA）等，以及如何通过设计和测试来提高产品的可靠性和耐久性。此外，《工程学入门（下）》还涵盖了工程项目管理的重要内容。本书介绍了项目计划、进度安排、成本估算、风险管理以及团队协作等核心概念。读者将学习如何运用甘特图、关键路径法（CPM）等项目管理工具，有效地组织和协调工程项目，确保项目按时、按质、按预算完成。在技术伦理与可持续发展方面，本书也给予了足够的重视。在日益复杂的全球化背景下，工程师面临着越来越多的伦理挑战。本书将引导读者思考工程活动可能带来的社会、环境和经济影响，并鼓励在设计与决策中充分考虑可持续性原则，如环境友好型设计、资源节约型生产以及社会公平等。本书的语言风格严谨且易于理解，结构清晰，逻辑性强。书中穿插了丰富的案例分析和习题，旨在帮助读者巩固所学知识，并将理论应用于实际问题。通过阅读《工程学入门（下）》，读者不仅能够建立起扎实的工程学知识体系，更能培养出解决复杂工程问题的能力，为未来在各个工程领域的发展奠定坚实的基础。无论您是工程专业的在校学生，还是希望拓宽技术视野的在职工程师，本书都将是您不可多得的参考读物。

用户评价

评分☆☆☆☆☆

不得不说，这本书《工程学入门（下）》的写作风格实在是太对我的胃口了！我一直以来都觉得，学习知识最有效的方式不是死记硬背，而是能够将其与现实世界联系起来，找到它存在的意义和价值。而这本书恰恰做到了这一点。作者在讲解每一个工程概念时，都会辅以大量鲜活生动的案例，而且这些案例的来源非常广泛，既有我们日常生活中常见的建筑、交通工具，也有一些高精尖的航空航天、生物医学工程等领域。例如，在讲解“流体力学”时，书中没有仅仅停留在伯努利方程的推导，而是详细分析了飞机机翼如何产生升力，船舶如何在水中航行，甚至是游泳池里水流的漩涡是如何形成的。这些贴近生活的例子，让我一下子就对抽象的物理原理有了直观的认识。而且，作者在叙述时，语言也十分通俗易懂，避免了大量专业术语的堆砌，即使是初学者也能轻松理解。让我感到惊喜的是，书中还穿插了一些关于工程史上的重大突破和影响深远的工程项目介绍，这些故事读起来就像是在听一部精彩的纪录片，让我对工程学的历史进程和发展趋势有了更清晰的认识。我尤其喜欢关于“可持续工程”的讨论，作者强调了在工程设计中如何平衡经济效益、社会效益和环境效益，这在当下社会发展的大背景下尤为重要。这本书让我觉得，工程学并非遥不可及的科学，而是与我们的生活息息相关，并且在不断地改变着世界。

评分☆☆☆☆☆

不得不承认，《工程学入门（下）》这本书的内容，比我预期的要丰富和深入得多。我原本以为它会侧重于某个工程领域，但实际上，它涵盖了非常广泛的工程学分支，并且在每个分支领域都给予了足够的重视。让我印象深刻的是，书中对于“信息工程”和“通信工程”的讲解，这部分内容在很多入门书籍中往往是点到为止，但作者却给了它很高的权重，并且详细介绍了信息传输的原理、数据编码、网络架构等内容。我尤其喜欢书中关于“信息安全”的讨论，作者分析了各种潜在的网络攻击方式，以及如何通过加密、身份认证等技术来保护信息安全。这让我意识到，在数字化时代，信息安全的重要性不亚于任何一项物理工程。此外，书中还涉及了“人工智能”在工程领域的应用，例如机器学习在预测性维护中的作用，或者计算机视觉在自动化检测中的应用。这些前沿的科技发展，在书中都得到了生动而清晰的阐述，让我对工程学的未来充满了期待。这本书让我觉得，工程学不再是单一学科的范畴，而是一个跨学科、交叉融合的领域，它正在以前所未有的速度改变着我们的生活。

评分☆☆☆☆☆

说实话，《工程学入门（下）》这本书的深度和广度，都远远超出了我的预期。我原以为这只是一个简单的工程学概览，但实际上，它深入探讨了许多工程领域的核心概念和技术。让我印象深刻的是，书中对于“能源工程”的讲解。作者不仅介绍了各种能源的生产方式，比如火力发电、水力发电、风力发电等等，还深入分析了能源的传输、储存和利用效率。他用了很多关于全球能源供需、新能源技术发展趋势的图表和数据，让我对能源问题有了更宏观的认识。我特别喜欢书中关于“智能电网”的介绍，作者阐述了如何利用信息技术来优化电力系统的运行，提高能源利用效率，并应对可再生能源的波动性。此外，书中还涉及了“环境工程”的部分，详细介绍了污染治理、废物处理、生态修复等方面的知识，并强调了工程实践中可持续发展的理念。作者用了很多关于工业污染、环境灾难的案例，来警示我们保护环境的重要性。这本书让我觉得，工程学不仅仅是为了创造，更是为了保护和可持续发展，它承载着对人类未来的责任。

评分☆☆☆☆☆

这本书《工程学入门（下）》对我最大的启发，在于它让我看到了工程学背后所蕴含的“解决问题的能力”。在阅读的过程中，我发现作者并不是简单地将知识点呈现出来，而是通过一个个具体的工程挑战，引导读者去思考如何运用所学的知识来应对这些挑战。例如，在讲解“振动与声学”时，书中会讨论如何减少建筑物的共振，如何降低工业设备的噪音，这些都是现实生活中非常普遍的问题，而书中提供的解决方案，不仅有理论依据，更有实际的应用范例。我特别喜欢书中关于“可靠性工程”的阐述，作者强调了在工程设计中，要充分考虑到各种可能发生的意外情况，并且预先做好应对措施，以确保工程系统的长期稳定运行。他用了很多关于航空航天、核能等领域的案例，来强调可靠性工程的重要性。我还对书中关于“成本效益分析”的讨论颇有感触。作者提醒我们，任何工程决策都不能脱离成本效益的考量，需要在技术可行性和经济可行性之间找到平衡点。这本书让我觉得，工程学是一种将科学知识转化为实际效益的艺术，而掌握了工程学的知识，就相当于掌握了解决现实世界中各种复杂问题的工具。

评分☆☆☆☆☆

坦白讲，我买这本书《工程学入门（下）》的时候，并没有抱太大的期望，主要是因为市面上关于工程学的入门书籍太多了，而且很多都写得大同小异，要么过于理论化，要么过于浅显。但是，当我真正开始阅读这本书的时候，我发现它给了我一个巨大的惊喜。让我印象最深刻的是，作者在讲解工程学的基本原理时，非常注重逻辑的严谨性和思维的递进性。他不是简单地把知识点罗列出来，而是循序渐进地引导读者去思考，去理解每一个概念是如何从前一个概念发展而来的，以及它们之间是如何相互联系的。例如，在讲解“电路分析”时，书中首先从欧姆定律讲起，然后自然而然地过渡到基尔霍夫定律，再到更复杂的交流电路分析。这种层层递进的讲解方式，让我感觉自己就像是在攀登一座知识的阶梯，每一步都走得很稳固。更难得的是，书中在讲解理论知识的同时，还穿插了大量的“思考题”和“实践环节”，鼓励读者动手去计算，去验证，去思考。我尝试了书中的一些计算题，发现它们的设计非常巧妙，能够帮助我巩固所学的知识，并且加深对原理的理解。我还特别喜欢书中关于“数值分析”的介绍，这部分内容在很多同类书籍中往往被一带而过，但作者却给了它足够的篇幅，并且用非常清晰的语言解释了其在工程计算中的重要性。这本书让我觉得，工程学不仅是一门科学，更是一种严谨的思维方式，而这本书正是培养这种思维方式的绝佳工具。

评分☆☆☆☆☆

我一直认为，学习工程学，最重要的一点就是要能够“看到”知识的应用。而《工程学入门（下）》这本书，就非常成功地做到了这一点。作者在书中构建了一个非常庞大的知识图谱，并且用各种各样的方式，将这些知识点串联起来，展现出它们在现实世界中的巨大价值。让我印象深刻的是，书中在讲解“材料科学”时，并没有停留在各种材料的性能参数上，而是深入探讨了材料的微观结构是如何影响宏观性能的，以及如何通过改变材料的成分或处理方式来获得我们想要的性能。例如，在讨论高强度合金时，书中会详细讲解晶体结构、位错运动等概念，并解释这些微观现象是如何导致材料具有优异的力学性能的。我特别喜欢书中关于“复合材料”的介绍，作者用了很多关于航空航天和汽车工业的例子，说明复合材料是如何凭借其轻质高强的特性，极大地推动了相关产业的发展。此外，书中还涉及了“制造工艺”的部分，详细介绍了各种先进的制造技术，如3D打印、数控加工等，并分析了它们在不同工程领域中的应用前景。这本书让我觉得，工程学是一个不断追求卓越和创新的领域，而掌握了工程学的知识，就相当于拥有了改变世界的能力。

评分☆☆☆☆☆

阅读《工程学入门（下）》的过程，对我来说，与其说是在学习，不如说是在经历一场思想的洗礼。作者在书中展现出的，不仅仅是对工程技术知识的掌握，更是对工程思维和方法论的深刻理解。我最欣赏的是书中关于“优化设计”的理念。作者在讲解每一个工程问题时，都会引导读者思考如何找到最佳的解决方案，而不是仅仅满足于一个可行的方案。他通过大量数学建模和仿真分析的例子，展示了如何利用各种优化算法，在满足约束条件的前提下，最大化工程效益，或者最小化工程成本。例如，在设计一个桥梁时，书中会详细分析如何通过调整梁的截面尺寸、支撑结构等参数，来达到在保证安全性的前提下，最轻便、最经济的设计。我特别喜欢书中关于“实验设计”的章节，作者强调了在进行工程实验时，如何科学地设计实验方案，控制变量，减少误差，从而获得可靠的实验结果。这让我明白了，真正的工程研究，不仅要有理论基础，更要有严谨的实验验证。这本书让我觉得，工程学是一种追求极致和完美的科学，而这种追求，体现在每一个细节之中。

评分☆☆☆☆☆

这本书的内容，我只能说，真的超出了我的预期，甚至可以说，我原本以为这本《工程学入门（下）》会是一本比较枯燥、理论性很强的教材，毕竟“工程学”这个词本身就带着一股严肃的学术气息。但事实证明，我的担忧完全是多余的。作者在编写这本书时，显然花费了大量的心思去平衡理论深度与实际应用，这一点从书中大量的工程案例分析中就能看出来。每一个案例都不仅仅是简单地罗列数据和结论，而是深入浅出地剖析了问题的根源，以及工程师们是如何运用所学的知识，通过严谨的逻辑分析和计算，最终找到最优解决方案的。例如，在讲解材料力学时，书中没有停留在抽象的应力应变公式上，而是结合了桥梁设计、飞机结构制造等多个实际场景，详细解释了不同材料在承受不同载荷时的行为模式，以及如何通过理论计算来预测其安全极限。这种“学以致用”的编写思路，让我受益匪浅。更难能可贵的是，书中对于一些复杂的概念，比如热力学第二定律在能源系统中的应用，或者控制理论在机器人设计中的体现，都用了非常形象的比喻和生动的语言来阐述，使得我这个原本对某些领域知之甚少的读者，也能够理解其核心思想。阅读过程中，我仿佛置身于一个巨大的工程实验室，亲眼见证着那些宏伟的建筑如何拔地而起，精密的仪器如何运作，先进的系统如何协调运转。书中穿插的一些历史故事和工程领域的先驱人物介绍，也为枯燥的技术讲解增添了一抹人文色彩，让我更深刻地理解了工程学的发展脉络以及工程师们为人类进步做出的贡献。总的来说，这本书不仅仅是一本教科书，更像是一本激发我探索工程世界奥秘的钥匙，让我对这个充满挑战与创新的领域产生了浓厚的兴趣。

评分☆☆☆☆☆

老实说，拿到这本书《工程学入门（下）》的时候，我心里是有些打鼓的。毕竟“下册”往往意味着内容的加深和难度的提升，而我之前对工程学的基础知识也算不上扎实。但翻开目录，看到章节的划分和标题，我就稍微松了口气。作者并没有一股脑地堆砌艰深晦涩的理论，而是非常有条理地将庞大的工程学知识体系分解成一个个相对独立但又相互关联的模块。我特别欣赏书中对于“系统工程”和“项目管理”的阐述，这部分内容在很多初级的工程学读物中可能被忽略，但在实际的工程实践中却至关重要。作者通过清晰的图表和流程图，详细讲解了如何从宏观层面规划一个工程项目，如何进行资源分配、风险评估以及进度控制。读到关于“蝴蝶效应”在大型工程中的潜在影响时，我更是感触颇深，明白了每一个微小的决策都可能对最终的工程成果产生巨大的影响。此外，书中对于“伦理道德”在工程设计中的考量也给予了足够的重视，例如在讨论核能工程或生物工程时，都会提醒读者要充分考虑其对环境和社会的长远影响。这一点让我觉得这本书不仅仅是在教技术，更是在塑造一个负责任的工程师。我印象最深刻的是书中关于“创新与迭代”的章节，作者通过列举一些经典工程问题的解决过程，强调了在工程实践中不断尝试、失败、学习和改进的重要性，这对于我这种习惯于追求完美一步到位的人来说，是一种思维上的启迪。这本书让我明白，工程学并非冷冰冰的公式和图纸，而是一个充满智慧、耐心和责任的实践过程。

评分☆☆☆☆☆

这本书《工程学入门（下）》给我的感觉，就像是一位经验丰富的工程师，坐在你对面，耐心细致地为你讲解他多年的工作心得和经验。它没有那些理论书的枯燥乏味，也没有那些科普读物的浅尝辄止。作者在书中展现出的，是对工程学深刻的理解和独到的见解。我最喜欢的部分是关于“故障排除与可靠性工程”的章节，这部分内容在实际工程中太重要了，而书中对其的阐述让我耳目一新。作者不仅仅列举了各种故障模式，还深入分析了导致这些故障的根本原因，以及如何通过设计和维护来预防故障的发生。他用很多具体的例子，比如飞机引擎的失效分析，或者电子设备的早期失效模式，来解释这些概念，让我觉得非常接地气。而且，书中还强调了“冗余设计”和“故障检测”的重要性，这让我明白了为什么一些关键设备能够如此安全可靠地运行。此外，我对书中关于“人因工程”的讨论也颇有感触。作者强调了在工程设计中，人的因素是多么重要，比如用户界面的设计，或者操作流程的优化，都直接关系到工程系统的最终成败。他用了一些关于航空事故的案例，来警示我们忽视人因工程可能带来的严重后果。这本书让我觉得，工程学不仅仅是关于技术本身，更是关于如何让技术更好地服务于人类。

评分☆☆☆☆☆

还行吧，我就是不知道原来这书是给小孩子看的。

评分☆☆☆☆☆

没想到是给小孩子看的、

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