具体描述
好的，以下是一份关于一本名为《科学探索与工程实践（高中二年级）》的图书简介。这份简介详细描述了该书的各个方面，力求展现其内容深度和广度，同时完全避开了您的原书名及其相关主题。 --- 图书简介：科学探索与工程实践（高中二年级） 导言：面向未来的思维工具箱 随着科技的飞速发展，现代社会对具备跨学科思维和解决复杂问题能力的人才需求日益迫切。《科学探索与工程实践（高中二年级）》旨在为高中二年级的学生提供一个坚实的、面向实践的知识与技能平台。本书并非传统意义上孤立学科知识的堆砌，而是将科学原理、工程思维、计算技术与现实世界的需求紧密结合，引导学生从“学习知识”转向“运用知识解决问题”。 本书的核心理念是“做中学，学中思”。我们相信，真正的理解来自于动手操作、数据分析和迭代优化。因此，全书结构围绕核心项目和探究任务展开，确保每一章节的学习都有明确的实践目标和清晰的应用场景。 第一部分：基础科学原理的深度应用与建模 本部分聚焦于将高中阶段已经接触的基础物理、化学、生物学原理，提升到可以进行定量分析和系统建模的层面。 第一章：宏观世界的动力学分析与仿真 本章超越了牛顿定律的基础应用，重点探讨复杂系统中的运动学和力学建模。 非线性动力学初步： 引入简谐运动以外的周期性运动，如受迫振动、阻尼振动中的共振现象。通过实际案例（如桥梁的结构稳定性），分析临界点下的系统行为。 流体力学的基本原理与工程应用： 深入探讨伯努利方程在航空航天和水利工程中的应用。着重讲解粘性流体流动（如管道中的压力损失）的计算方法，并介绍计算流体力学（CFD）的简化概念，引导学生理解如何利用数值方法模拟流体行为。 系统建模与参数辨识： 学生将学习如何将一个真实的物理现象（如一个简单的机械臂运动）抽象为数学模型，并通过实验数据对模型中的未知参数进行精确“辨识”，这是工程分析的基础。 第二章：物质结构与能源转化效率 本章将化学和物理学的交叉知识点整合，侧重于能源效率和新材料的特性。 热力学过程的优化设计： 深入解析熵增原理在实际热机循环（如朗肯循环、布雷顿循环）中的限制与优化方向。重点分析如何通过改进材料和工艺来提高能源转化效率。 电磁感应与现代电力系统： 探讨电磁感应定律在高效率电机、发电机和变压器设计中的核心作用。引入电磁兼容性（EMC）的基本概念，解释设备间相互干扰的原理及抑制方法。 材料的微观结构与宏观性能： 介绍晶体结构对金属和半导体宏观特性的影响。通过案例研究，对比不同合金在极端温度和应力下的性能差异，培养学生对“结构决定性能”的理解。 第二部分：计算思维与工程设计流程 本部分是全书的实践核心，将计算工具作为解决工程问题的必要手段。 第三章：编程基础与数据可视化在科学中的应用 本章将使用流行的编程语言（如Python或MATLAB的简化版）作为工具，展示如何将数学模型转化为可执行的代码。 算法思维训练： 学习如何将复杂的物理公式转化为分步执行的计算流程（算法）。重点案例是使用数值积分方法求解非线性微分方程（如抛体运动受空气阻力）。 数据采集与处理（IoT初步）： 介绍如何使用传感器接口（模拟或软件模拟）获取实时数据，并运用统计学方法对采集到的数据进行清洗、降噪和有效性判断。 科学可视化： 掌握利用编程工具绘制专业级的二维和三维图表，不仅是展示结果，更是用于发现数据趋势和模型误差的强大工具。例如，绘制相空间轨迹图来分析振动系统的稳定性。 第四章：系统化工程设计方法（Design Thinking） 本章引入现代工程项目管理和设计的基本流程，强调迭代和用户反馈。 需求定义与约束分析： 学习如何将一个模糊的现实问题（例如“设计一个节水灌溉系统”）转化为清晰、可量化的工程需求（如“在保证作物生长的前提下，用水量减少30%”），并识别成本、时间、材料等关键约束。 原型制作与快速迭代： 介绍最小可行产品（MVP）的概念。学生将被要求设计并快速构建一个低保真原型（可以是软件模型、电路板模拟或物理模型），并进行初步测试。 故障排除与鲁棒性设计： 学习系统性地分析失败原因，并引入“容错设计”的概念，即系统在部分组件失效或环境条件变化时仍能保持基本功能的工程考量。 第三部分：前沿交叉领域的探索性项目 本部分将前两部分的知识融会贯通，引导学生接触当前科学研究的热点和未来技术方向。 第五章：智能控制与反馈回路 基础控制理论入门： 介绍反馈控制的基本思想，以温控系统或自动驾驶中的车道保持为例，解释比例-积分-微分（PID）控制器的核心作用和参数调整策略。 传感器与执行器的集成： 分析不同类型的传感器（如光敏、温敏、加速度计）的工作原理及其局限性，以及如何选择合适的执行器（电机、继电器）来实现精确的物理动作。 案例研究：小型自动化设备设计： 学生需利用所学知识，设计一个能够自动响应环境变化的简易系统（如自动光照调节装置），涵盖从需求分析到软件控制的完整链条。 第六章：可持续发展与环境工程挑战 本章将科学和工程应用于解决全球性挑战。 可再生能源系统的效率评估： 深入分析太阳能电池板的光电转换效率、风力发电机的空气动力学设计优化。学生将学习如何建立一个微电网的能量平衡模型。 水资源净化技术原理： 探讨渗透、吸附、光催化等先进水处理技术背后的化学和物理过程，并对比不同方法的成本效益和环境影响。 系统韧性与风险评估： 引入风险管理的概念，分析自然灾害对基础设施（如电力网络）的影响，并探索如何通过分布式设计提高系统的整体“韧性”。 结语：通往下一阶段的桥梁 《科学探索与工程实践（高中二年级）》的目标是培养学生批判性地看待信息、系统地解决问题的能力。本书提供的不仅是知识点，更是一套经过验证的、可迁移的思维框架。完成本书的学习后，学生将能自信地迎接更高阶的大学专业学习，无论是在工程学、计算机科学、应用物理还是生命科学领域，都将具备扎实的实践基础和强大的跨学科整合能力。 本书配有丰富的在线资源，包括用于实验验证的模拟代码、详细的工程图纸示例和项目评分标准，以确保学习过程的互动性和有效性。
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