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现代工程导论
机械工程材料(双语版)
金属材料实验教程
机器人技术及应用（秦涛）
为了满足现代工程对工程教育的新需求,我国《工程教育认证标准》提出了12条毕业要求(以下简称标准毕业要求):(1)工程知识,能够将数学、自然科学、工程基础和专业知识用于解决复杂工程问题;(2)问题分析,能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理,识别、表达、并通过文献研究分析复杂工程问题,以获得有效结论;(3)设计/开发解决方案,能够设计针对复杂工程问题的解决方案,设计满足特定需求的系统、单元(部件)或工艺流程,并能够在设计环节中体现创新意识,考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素;(4)研究,能够基于科学原理并采用科学方法对复杂工程问题进行研究,包括设计实验、分析与解释数据,并通过信息综合得到合理有效的结论;(5)使用现代工具,能够针对复杂工程问题,开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具,包括对复杂工程问题的预测与模拟,并能够理解其局限性;(6)工程与社会,能够基于工程相关背景知识进行合理分析,评价专业工程实践和复杂工程问题解决方案对社会、健康、安全、法律以及文化的影响,并理解应承担的责任;(7)环境和可持续发展,能够理解和评价针对复杂工程问题的工程实践对环境、社会可持续发展的影响;(8)职业规范,具有人文社会科学素养、社会责任感,能够在工程实践中理解并遵守工程职业道德和规范,履行责任;(9)个人和团队,能够在多学科背景下的团队中承担个体、团队成员以及负责人的角色;(10)沟通,能够就复杂工程问题与业界同行及社会公众进行有效沟通和交流,包括撰写报告和设计文稿、陈述发言、清晰表达或回应指令,具备一定的国际视野,并能够在跨文化背景下进行沟通和交流;(11)项目管理,理解并掌握工程管理原理与经济决策方法,并能在多学科环境中应用;(12)终身学习,具有自主学习和终身学习的意识,有不断学习和适应发展的能力。
本教材分析标准毕业要求的整体结构,有助于对其内在联系与内涵的总体把握,以及对工程教育专业人才培养的深刻理解。有学者指出:“设计是工程的心脏”。据此,我们构建了反映标准毕业要求内在逻辑关系的“543”能力结构模型(图1)。其中,“5”是指5项专业技术能力,包括标准毕业要求(1)工程知识、(2)问题分析、(3)设计/开发解决方案、(4)研究和(5)使用现代工具;“4”是指4项约束处置能力,包括标准毕业要求(6)工程与社会、(7)环境和可持续发展、(8)职业规范和(11)项目管理;“3”是指3项非技术能力,包括标准毕业要求(9)个人和团队、(10)沟通和(12)终身学习。
现代工程导论课程就是不再让工程教育专业“打补丁”,它完整、系统地告诉学生工程是什么、工程做什么和工程如何做,以及工程师是什么、工程师做什么和工程师怎么做。工程导论课程是拱形的框架,位于所有课程中心,用于支撑数学与自然科学、工程基础、专业基础以及专业课程构建。一旦专业的“压顶石”课程完成后,整个专业知识结构就搭建完毕,中心的拱形框架就可以移除。现代工程导论课程让学生快速了解工程实践和工程师的角色,它为学生对所学习的工程专业给出一个早期的完整概念,使他们事先清楚应该学什么和如何学。对于我国工程教育而言,现代工程导论课程还有一个专业作用,是对学生的 工 程 意 识 与 能 力(“543”能 力 结 构 模 型 中 的“4”)和非技术能力(“543”能力结构模型中的“3”)进行培养。
本教材共11章：工程与工程师；工程伦理；工程经济；工程与社会；工程设计；工程分析；工程研究；工程项目管理；工程工具；工程素养；工程教育及认证。
第1章 工程与工程师/1
1.1 导 言/1
1.2 理解工程/2
1.2.1 工程的定义/2
1.2.2 科学、技术与工程/5
1.2.3 工程的基本特征/8
1.3 走进工程/11
1.3.1 土木工程简介/12
1.3.2 化学工程简介/12
1.3.3 机械工程简介/12
1.3.4 计算机工程简介/13
1.3.5 电子信息工程简介/14
1.3.6 生物医学工程简介/14
1.3.7 环境工程简介/15
1.3.8 材料工程简介/16
1.3.9 核工程简介/16
1.3.10 农业工程简介/17
1.4 当代工程观/17
1.4.1 工程价值观/18
1.4.2 工程系统观/18
1.4.3 工程生态观/18
1.4.4 工程社会观/19
1.5 工程方法论/19
1.5.1 工程决策方法论/19
1.5.2 工程设计方法论/20
1.5.3 工程实施方法论/21
1.5.4 工程评价方法论/22
1.6 走近工程师/23
1.6.1 工程师及其职业变迁/23
1.6.2 工程师的角色与作用/24
1.6.3 工程师的素质特征/25
1.6.4 工程师的成才特征/28
习题与思考题/30
参考文献/31
第2章 工程伦理/32
2.1 导 言/32
2.2 伦理学与工程伦理问题/32
2.2.1 伦理、道德与法律/32
2.2.2 工程伦理学/33
2.2.3 工程伦理基本问题/35
2.3 工程风险伦理/36
2.3.1 工程风险/36
2.3.2 工程风险伦理问题/37
2.3.3 工程风险伦理原则/38
2.3.4 案例分析/39
2.4 工程价值伦理/39
2.4.1 工程价值/39
2.4.2 工程价值伦理问题/40
2.4.3 工程价值伦理原则/41
2.4.4 案例分析/41
2.5 工程环境伦理/42
2.5.1 工程环境保护/42
2.5.2 工程环境伦理问题/43
2.5.3 工程环境伦理原则/44
2.5.4 案例分析/45
2.6 工程职业伦理/46
2.6.1 工程职业/46
2.6.2 工程师的职业伦理/47
2.6.3 工程师职业伦理责任/49
2.6.4 案例分析/51
2.7 工程伦理分析/52
2.7.1 工程伦理理论基础/52
2.7.2 工程伦理分析技术/54
2.7.3 工程伦理分析规范/56
习题与思考题/57
参考文献/58
第3章 工程经济/59
3.1 导 言/59
3.2 资金的时间价值、等值原则
与现金流量/60
3.2.1 资金的时间价值/60
3.2.2 利息与利率/60
3.2.3 现金流量和现金流量图/61
3.2.4 资金等值计算/61
3.2.5 EXCEL利率函数及计算/67
3.3 投资、成本、收入与利润/68
3.3.1 总投资构成/68
3.3.2 投资估算/72
3.3.3 资金筹措及还款/77
3.3.4 总成本费用估算/80
3.3.5 销售收入、税金及利润估算/80
3.3.6 财务评价使用的报表/81
3.4 工程项目经济评价/84
3.4.1 营利能力评价/84
3.4.2 清偿能力评价/88
3.4.3 经济决策,方案比选/90
3.5 项目风险与不确定性分析/92
3.5.1 盈亏平衡分析/92
3.5.2 敏感性分析/93
3.6 建设项目的财务评价案例/94
习题与思考题/111
参考文献/111
第4章 工程与社会/113
4.1 导 言/113
4.2 工程与文化/114
4.2.1 文化的概念及分类/114
4.2.2 工程与文化的相互影响/115
4.2.3 工程与文化协调发展/117
4.3 工程与法律/119
4.3.1 工程与法(法律)关系概述/119
4.3.2 工程需要遵循的相关法律/120
4.3.3 工程活动需要在法律、法规
保障下进行/122
4.4 工程与环境/124
4.4.1 环境污染发展历程及治理/124
4.4.2 工程对大气环境的影响/127
4.4.3 淡水污染及治理措施/131
4.4.4 海洋环境污染及危害/133
4.4.5 土地面临多种污染问题/134
4.4.6 绿色工程———工程发展新
方向/135
4.5 工程与安全/137
4.5.1 爆炸危害及防护/137
4.5.2 火灾危害及防护/140
4.5.3 核辐射危害及防护/141
4.5.4 有毒化学品污染及防治法规/143
4.5.5 工程施工安全管理/144
4.5.6 工程安全典型重大事故/145
4.6 工程与健康/147
4.6.1 光污染对健康的威胁/147
4.6.2 噪声污染及防治措施/149
4.6.3 雾霾形成及对人身的危害/150
4.6.4 扬尘污染与解决方案/151
4.6.5 基因工程与健康的复杂
关系/152
习题与思考题/153
参考文献/154
第5章 工程设计/155
5.1 导 言/155
5.2 工程设计概要/155
5.2.1 工程设计的属性/155
5.2.2 工程设计的作用/155
5.2.3 工程设计的意义/156
5.2.4 工程设计的质量/156
5.2.5 对工程设计者的基本要求/158
5.2.6 工程设计的过程/159
5.2.7 工程设计的管理/159
5.3 初步工程设计/160
5.3.1 初步工程设计的目标/160
5.3.2 初步工程设计的方案/162
5.3.3 初步工程设计方案的论证
及确定/164
5.4 详规工程设计/165
5.4.1 详规工程设计的过程/165
5.4.2 详规工程设计的确认/168
5.4.3 详规工程设计的报告/169
5.5 全寿命工程设计/169
5.5.1 形成产品/170
5.5.2 性能验证/174
5.5.3 产品维护/175
5.5.4 产品报废和处理/175
5.6 现代工程设计/176
5.6.1 现代工程设计理论/177
5.6.2 现代工程设计方法/178
5.6.3 现代工程设计方法进展/179
5.7 工程设计案例分析/180
习题与思考题/184
参考文献/185
第6章 工程分析/187
6.1 导 言/187
6.2 模型分析/189
6.2.1 模型的建立/190
6.2.2 模型分析方法/191
6.3 数据处理/205
6.3.1 概率论与数理统计基础
知识/206
6.3.2 方差分析/210
6.3.3 回归分析/215
6.4 大数据分析/222
6.4.1 公共卫生中的大数据/222
6.4.2 大数据下的制造业/225
习题与思考题/232
参考文献/233
第7章 工程研究/235
7.1 导 言/235
7.2 工程研究的一般方法/235
7.2.1 工程研究的基本概论/235
7.2.2 工程研究的创造方法/236
7.2.3 工程研究的思维方式/240
7.2.4 工程研究的普遍方法/244
7.2.5 理论研究/251
7.2.6 综合研究/252
7.3 实验研究概要/252
7.3.1 实验研究特点及结构/252
7.3.2 实验可重复性/257
7.4 实验设计方法/258
7.4.1 单因素实验设计/258
7.4.2 二因子实验设计/259
7.4.3 正交实验设计/259
7.4.4 响应面设计/259
7.5 实验数据处理/260
7.5.1 实验数据处理及其误差
分析/260
7.5.2 实验精度的表示方法/262
7.6 实验方案设计实例/265
实例1 肥皂实验/265
实例2 豆子浸泡实验/267
习题与思考题/269
参考文献/270
第8章 工程项目管理/272
8.1 导 言/272
8.2 工程项目管理概述/273
8.2.1 工程项目的含义和特点/273
8.2.2 工程项目管理的含义
和任务/273
8.2.3 工程项目的生命周期/276
8.2.4 工程项目管理的发展
历程和趋势/277
8.3 项目整合管理/278
8.3.1 项目启动阶段的整合管理/278
8.3.2 项目规划阶段的整合管理/279
8.3.3 项目执行阶段的整合管理/280
8.3.4 项目监控阶段的整合管理/280
8.3.5 项目收尾阶段的整合管理/281
8.4 项目范围管理/282
8.4.1 项目范围规划/283
8.4.2 项目范围计划编制/283
8.4.3 工作分解结构/284
8.4.4 项目范围确认/286
8.4.5 项目范围变更控制/287
8.5 项目进度管理/288
8.5.1 规划项目进度管理/289
8.5.2 项目活动的定义/289
8.5.3 排列项目活动顺序/289
8.5.4 项目活动工期估算/290
8.5.5 编制项目进度计划/291
8.5.6 项目进度控制/293
8.6 项目成本管理/294
8.6.1 项目成本管理计划编制/294
8.6.2 估算成本与制订预算/296
8.6.3 项目成本控制和挣值分析/298
8.7 项目质量管理/300
8.7.1 项目质量管理计划/301
8.7.2 项目质量管理体系/302
8.7.3 项目质量控制体系/302
8.8 项目风险管理/305
8.8.1 编制风险管理计划/305
8.8.2 识别和分析风险/306
8.8.3 项目风险应对与控制/307
习题与思考题/312
参考文献/313
第9章 工程工具/314
9.1 导 言/314
9.2 工程计算工具/315
9.2.1 金山WPS表格/315
9.2.2 MATLAB/318
9.2.3 Mathematica/322
9.3 工程模拟工具/324
9.3.1 ANSYS/324
9.3.2 COMSOLMultiphysics/328
9.3.3 MSCAdams/331
9.4 工程绘图工具/334
9.4.1 CAXA 电子图板/334
9.4.2 AutoCAD/336
9.4.3 SolidWorks/339
9.5 新型工程工具/342
9.5.1 人工智能/342
9.5.2 大数据/344
9.5.3 云计算/345
9.5.4 物联网/347
习题与思考题/348
参考文献/352
第10章 工程素养/354
10.1 导 言/354
10.2 个人与团队/355
10.2.1 团队的意义/355
10.2.2 作为个人发挥作用/357
10.2.3 作为成员在团队中发挥
作用/357
10.2.4 在团队中发挥领导力/358
10.3 沟通与表达/361
10.3.1 沟通的一般技巧/361
10.3.2 演讲与制作PPT/362
10.3.3 撰写工程技术报告/364
10.3.4 撰写其他文档/398
10.4 终身学习/400
10.4.1 有终身学习意识/400
10.4.2 有终身学习的准备/401
10.4.3 有终身学习的能力/401
10.4.4 终身学习的方法/402
习题与思考题/403
参考文献/404
第11章 工程教育及认证/405
11.1 导 言/405
11.2 工程教育专业认证/405
11.2.1 《华盛顿协议》简介/405
11.2.2 我国工程教育专业认证
与标准/408
11.3 成果导向的教育理念/411
11.3.1 成果导向的教育内涵/411
11.3.2 成果导向的教育特点/412
11.3.3 成果导向的教育实施
原则/413
11.3.4 成果导向的教育实施
要点/413
11.3.5 成果导向的教育三角形
实施框架/414
11.3.6 成果导向教育与传统
教育对比/415
11.4 成果导向的教学设计/416
11.4.1 反向设计原理/416
11.4.2 培养目标设计/418
11.4.3 毕业要求设计/418
11.4.4 指标点设计/419
11.4.5 课程体系设计/419
11.4.6 教学大纲设计/420
11.5 成果导向的教学实施/421
11.5.1 以学生为中心的教学理念/421
11.5.2 以学生为中心的教学原则/422
11.5.3 以学生为中心的教学模式/423
11.6 成果导向的教学评价与改进/425
11.6.1 面向产出的教学评价/425
11.6.2 面向产出的持续改进/427
习题与思考题/429
参考文献/430
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