新工科创新教育与实践

第1篇 数学逻辑思维创新

第1章 从兔子到黄金分割——神奇的斐波那契数列 3

1.1 兔子问题和斐波那契数列 3

1.1.1 兔子问题 3

1.1.2 斐波那契数列 3

1.1.3 相关的问题 3

1.2 黄金分割 5

1.2.1 定 义 5

1.2.2 黄金分割尺规作图 5

1.2.3 黄金分割的美 5

1.2.4 优选法 6

1.2.5 数学的统一美 6

习 题 7

第2章 从一元方程求根到 MATLAB编程 8

2.1 一元方程近似解算法介绍 8

2.2 MATLAB入门 8

2.2.1 MATLAB概述 8

2.2.2 MATLAB的特点与功能 9

2.2.3 MATLAB的窗口 9

2.2.4 MATLAB的帮助功能 12

2.2.5 MATLAB常用命令及数据操作 12

2.2.6 MATLAB的基本运算 13

2.2.7 符号运算功能 15

2.2.8 M 文件编程 16

2.3 一元方程近似解的 MATLAB编程 19

习 题 20

第3章 从数列极限到 MATLAB绘图 21

3.1 数列极限的定义 21

3.2 MATLAB绘图初步 21

3.2.1 plot二维曲线绘图 21

3.2.2 plot3三维曲线绘图 25

3.2.3 其他图形绘制 26

3.3 数列极限的 MATLAB可视化 30

习 题 33

第4章 从身高说起——看线性回归模型 34

4.1 问题引入 34

4.1.1 什么是回归分析 34

4.1.2 回归模型的基本形式 35

4.1.3 回归模型的用途 36

4.2 一元线性回归模型 36

4.2.1 回归系数的估计 36

4.2.2 检验、预测与控制 37

4.2.3 回归分析命令 39

4.2.4 身高问题 40

4.3 多元线性回归模型 42

4.3.1 回归系数的估计 42

4.3.2 检验与预测 43

4.3.3 回归分析命令 44

4.3.4 牙膏销量问题 44

习 题 47

第5章 如何决策——了解数学规划模型 49

5.1 数学规划概述 49

5.1.1 引例1——超市大赢家 49

5.1.2 引例2——如何选课 50

5.2 0 1规划问题的 MATLAB求解 52

5.3 0 1规划模型 55

5.3.1 选课策略 55

5.3.2 指派问题 56

习 题 58

第6章 如何预测——看传染病模型 60

6.1 研究背景 60录

6.2 传染病模型 61

6.2.1 模型1——I模型 62

6.2.2 模型2——SI模型 62

6.2.3 模型3——SIS模型 63

6.2.4 模型4——SIR模型 64

6.2.5 模型5——参数时变的SIR模型 65

习 题 65

第7章 如何选择——层次分析法 66

7.1 *佳工作选择问题 66

7.2 层次分析法的一般方 66

7.2.1 建立层次结构图 67

7.2.2 构造比较矩阵 68

7.2.3 确定权重向量和一致性检验 69

7.2.4 确定权重组合向量和组合一致性检验 71

习 题 73

第8章 从路径规划到图论初步 74

8.1 哥尼斯堡七桥问题 74

8.2 七桥问题的解决方案 75

8.3 从七桥问题看图论的本源思想与文化内涵 77

8.3.1 图论的本源思想 77

8.3.2 图论的文化内涵 78

习 题 80

第9章 神奇的圆周率——蒙特卡罗模拟 81

9.1 圆周率的计算历史 81

9.1.1 实验时期 81

9.1.2 几何算法时期 82

9.1.3 分析方法时期 83

9.1.4 电子计算机时期 83

9.2 圆周率的常见计算方法 84

9.2.1 数值积分法 84

9.2.2 Taylor级数法(无穷级数法) 85

9.2.3 蒙特卡罗法 86

9.3 科学计算其他无理数 88

习 题 91

第10章 竞争中的数学——博弈论 92

10.1 新课引入 92

10.1.1 游戏1——随机写整数 92

10.1.2 游戏2——拍卖100元钞票 92

10.1.3 游戏3——囚徒困境 93

10.2 博弈论的产生和发展 94

10.3 博弈论研究的假设 95

10.4 博弈类型 95

10.5 纳什均衡 96

10.5.1 案例1——三国中的博弈:联吴抗魏 96

10.5.2 案例2——智猪博弈 97

习 题 98

第2篇 电子设计创新

第1章 电子创新零基础也行 101

1.1 电子产品设计制作的一般过程 101

1.2 电子产品制作要用到的工具和仪表 102

1.2.1 数字式万用表 102

1.2.2 电烙铁 106

1.2.3 烙铁架 107

1.2.4 焊锡丝 107

1.2.5 助焊剂(松香) 108

1.2.6 吸锡器 108

1.2.7 镊 子 109

1.2.8 斜口钳和尖嘴钳 109

1.2.9 螺丝刀 110

1.2.10 热熔胶 110

1.2.11 工具包 111

1.3 电子设计创新制作实例 111

1.3.1 “俄罗斯方块游戏机”的设计制作 111

1.3.2 “音乐霹雳灯”的设计制作 114

1.3.3 “两管调频发射机”的设计制作 115

1.3.4 “多路抢答器”的设计制作 116 录

1.3.5 “脉搏测试仪”的设计制作 116

习 题 119

第2章 常用电子元器件 120

2.1 电阻器 120

2.1.1 电阻器的相关概念 120

2.1.2 电阻器的种类 120

2.1.3 电阻器的主要参数 121

2.1.4 电阻器的标注方法 122

2.1.5 常用电阻器 124

2.1.6 电阻器的合理选用和质量判断 128

2.2 电容器 129

2.2.1 电容器的基本知识 129

2.2.2 电容器的种类 129

2.2.3 电容器的主要参数 132

2.2.4 电容器的标识方法 133

2.2.5 电容器的合理选用 133

2.2.6 电容器的检测 134

2.3 晶体二极管 136

2.3.1 概 述 136

2.3.2 二极管的主要参数 136

2.3.3 二极管的类型 137

2.3.4 二极管的检测 139

2.4 LED数码管 140

2.4.1 LED数码管的分类 140

2.4.2 LED数码管的构成和显示原理 141

2.4.3 LED数码管的性能特点 142

2.4.4 LED数码管的检测 142

2.5 集成电路 142

2.5.1 概 述 142

2.5.2 集成电路的命名 143

2.5.3 集成电路的选用与检测 146

习 题 148

第3章 电路原理图是怎么来的 149

3.1 Altium Designer 10 简介 149

3.1.1 菜单栏 150

3.1.2 工具栏 150

3.1.3 面 板 150

3.1.4 状态栏 151

3.1.5 语言选择 151

3.2 PCB工程的创建 153

3.2.1 创建PCB工程 153

3.2.2 添加设计文档 154

3.3 原理图的绘制 156

3.3.1 原理图编辑环境介绍 156

3.3.2 放置元器件 160

3.4 绘制原理图符号 164

3.5 绘制PCB封装 169

3.5.1 使用封装向导创建封装 169

3.5.2 手工绘制PCB封装 172

3.5.3 原理图符号关联PCB封装 174

3.6 连接元器件 176

3.6.1 绘制导线 176

3.6.2 添加网络标签 177

3.7 电气规则检查 178

3.8 原理图到PCB的信息转移 180

习 题 182

第4章 熟悉而又陌生的电路板 183

4.1 印制电路板设计准备 183

4.1.1 PCB编辑环境 183

4.1.2 板形绘制 186

4.1.3 禁止布线区域设置 188

4.1.4 板层堆栈 189

4.1.5 规则设置 190

4.2 印制电路板布局 194

4.2.1 布局的基本原则 194

4.2.2 元件布局 195

4.3 印制电路板布线 200

4.3.1 布线的基本原则 200

4.3.2 自动布线 202 录

4.3.3 交互式布线 205

4.3.4 检查输出 209

习 题 211

第5章 我也可以DIY电路板 212

5.1 印制电路板的分类 212

5.1.1 按照基材的性质分类 212

5.1.2 按照布线层数分类 213

5.2 印制电路板的功能 213

5.3 印制电路板的制作 213

5.3.1 加成法制造印制电路板 213

5.3.2 减成法制造印制电路板 214

习 题 220

第6章 焊接技术 221

6.1 焊接的基础知识 221

6.1.1 焊接与锡焊 221

6.1.2 焊接工具 223

6.2 焊接材料 227

6.2.1 焊 料 227

6.2.2 助焊剂与阻焊剂 228

6.3 手工焊接技术 230

6.3.1 手工焊接的过程 230

6.3.2 焊接的质量检验 234

6.3.3 手工拆焊技术 237

习 题 239

第7章 会检测和调试电路才是高手 240

7.1 电子产品焊接后的检测 240

7.1.1 电子产品的“目测” 240

7.1.2 电子产品的“表测” 240

7.1.3 电子产品的“电测” 241

7.2 电子产品的通电调试 241

7.2.1 可调直流稳压电源的使用 242

7.2.2 电子产品调试的一般过程 246

习 题 248

第3篇 机械设计创新

第1章 绪 论 251

1.1 机械创新设计概述 251

1.1.1 创 新 251

1.1.2 创新设计 252

1.1.3 机械创新设计 252

1.1.4 机械创新设计的特点 253

1.2 创新教育与创新能力的培养 253

1.2.1 创新教育 253

1.2.2 创新能力的培养 254

1.3 机械创新设计对社会发展的影响 256

第2章 扳拧工具 258

2.1 常用创新原理 258

2.2 案例分析 259

第3章 注塑件分离装置 260

3.1 类比创新法 260

3.2 案例分析 261

3.2.1 背 景 261

3.2.2 结构原理 261

3.2.3 创新点及应用 262

3.3 其他案例分析 262

第4章 绘图仪内容 264

4.1 凸轮机构的运动规律 264

4.1.1 凸轮机构的组成 264

4.1.2 凸轮与从动杆的运动关系 264

4.1.3 从动件的常用运动规律 264

4.2 平面四杆机构 266

4.2.1 基本概念 266

4.2.2 铰链四杆机构 267

4.3 机构组合创新 270

4.4 案例分析 270目 录

4.4.1 背 景 270

4.4.2 结构原理 270

4.4.3 创新点及应用 271

4.5 知识拓展 272

4.5.1 运动仿真介绍 272

4.5.2 运动仿真的意义 272

4.5.3 实例讲解 272

第5章 送料机 275

5.1 送料原理 275

5.2 送料机构 276

5.2.1 曲柄滑块送料机构 276

5.2.2 间歇转动送料机构 276

5.2.3 电池底盖送料机构 277

5.2.4 由凸轮 连杆组成的供料机构 277

5.2.5 由连杆构成的步进供料机构 278

5.2.6 由齿轮和连杆构成的步进供料机构 279

5.3 案例分析 279

5.3.1 背 景 279

5.3.2 功能分解与工艺动作分解 279

5.3.3 方案选择 280

5.3.4 方案分析与评价 281

5.4 知识拓展 282

第6章 仿生机械 283

6.1 仿生机械学中的注意事项 283

6.2 案例分析 283

6.2.1 背 景 283

6.2.2 结构原理 284

6.2.3 腿机构的设计 285

第7章 摘果器 290

7.1 联想创新法 290

7.2 移植创新法 290

7.3 组合创新法 291

7.4 案例分析 292

新工科创新教育与实践

7.4.1 背 景 292

7.4.2 结构原理 292

7.4.3 创新点及应用 293

7.5 其他案例 294

第8章 破障钳 295

8.1 全国大学生机械创新设计大赛 295

8.1.1 大赛的缘起与发展 295

8.1.2 大赛的目的及持续开展的意义 295

8.2 增力机构 297

8.3 机构的组合应用 299

8.4 破障钳创新设计 302

第9章 无碳小车 304

9.1 学情分析 304

9.2 教学过程 304

9.2.1 情景导入 304

9.2.2 知识建构 304

第10章 创新实例与分析 310

10.1 多功能齿动平口钳 310

10.2 省力变速双向驱动车用驱动机构的设计 311

10.2.1 设计背景 311

10.2.2 设计思路 312

10.2.3 工作原理与方案 312

10.3 机器螃蟹的机械运动方案设计 314

10.3.1 设计要求 314

10.3.2 设计构思与设计过程 314

10.3.3 设计方案与设计点评 318

10.4 新型内燃机的开发 319

参考文献