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，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

本书是《工程原理-下册》一书的配套练习册。利用一些实践性活动来帮助学生训练工程方面的基本技能，为将来参与挑战性更强的项目打下基础。每个活动先介绍一下活动的目标，然后是活动步骤，让学生逐步进行操作，最后进行分析总结。“背景”栏目帮助学生回顾和拓展所学的知识，以便在实践活动中更好地应用它们。“小提示”栏目旨在提醒学生避开常见的问题，提供有用的线索以及讲述一些有趣的奇闻轶事，帮助学生顺利完成工程设计活动。

张民生，国家教育咨询委员会委员，上海教育综合改革咨询委员会委员，原上海市教育委员会副主任，中国教育学会副会长，上海市教育学会会长。

第8 章控制系统

开环系统还是闭环系统？

练习8.2 练习画流程图

练习8.3 确定系统中的反馈信息

第9 章材料

背景材料种类

练习9.1 材料鉴别

练习9.2 循环利用

练习9.3 了解黑色金属

练习9.4 了解有色金属

练习9.5 了解木材

练习9.6 使用磨具

练习9.7 了解陶瓷

练习9.8 了解水泥混凝土

练习9.9 混凝土的凝固

练习9.10 了解聚合物

练习9.11 使用聚合物

练习9.12 了解复合材料

第10 章材料性能

均布轴向应力

练习10.1 计算均布轴向应力

形变和应变

练习10.2 计算轴向应变

练习10.3 金属材料和非金属材料的应力-应变曲线

弹性形变

练习10.4 调查材料的弹性模量

练习10.5 屈服极限

安全系数和容许应力

断面收缩率和断裂伸长率

剪应力

材料的力学性质

练习10.6 材料试验的内容是什么？为什么材料试验很重要？

形心和面积惯性矩

计算挠度

硬度试验

公式汇总

第11 章制造工艺和产品生命周期

背景铸造工艺

练习11.1 鉴别金属制造工艺

练习11.2 在家里或学校里尝试模具铸造

练习11.3 高尔夫球杆头

练习11.4 熔点

金属成型

练习11.5 儿童彩泥或饼干面团成型

塑料

练习11.6 在铝碗中将水果卷热成型

切削加工工艺

练习11.7 钻孔尺寸

产品生命周期管理（以下简称PLM）

练习11.8 PLM 流程图

练习11.9 了解产品的PLM 流程

练习11.10 小组合作，进行产品的维修、售后服务和回收处理

练习11.11 制造一件产品

第12 章静力学

背景探索工程师职业

矢量运算

练习12.1 矢量的加法

简单支座及反作用力

练习12.2 计算支座的反作用力

桁架结构分析

练习12.3 计算桁架结构中支座的反作用力及内力

第13 章运动学与运动轨迹

经典力学

基本运动学术语

练习13.1 术语填空

抛体运动分析

练习13.2 抛体运动基础

抛体运动的应用

练习13.3 抛体运动问题

课外拓展

练习13.4 设计挑战

第14 章测量、统计与产品质量

标准计量体系

练习14.1 数制转换

测量仪器和测量技术

练习14.2 精密测量仪器

数据统计分析

练习14.3 均值、中位数、众数和极差

练习14.4 统计分析

统计学在工程领域中的应用

练习14.5 生产能力