全面介绍

适用课程: 剑桥国际考试(CIE)计算机研究课程(Syllabus 0420/1、7010/1)
文件性质: 辅助教材第1册,覆盖课程大纲第1部分(计算机应用与技术系统),含理论、案例与考试题型练习。

核心内容与结构

1. 计算机辅助设计(CAD)

  • 应用领域:
    • 航空航天、建筑、汽车设计、工厂布局、电子电路设计等。
  • 硬件需求:
    • 高分辨率屏幕、光笔、绘图仪、3D建模显卡、空间鼠标等。
  • 软件功能:
    • 2D/3D建模、零件库、成本计算、仿真设计、运动学分析、数据导入导出等。
  • 优缺点:
    • 优点: 设计修改便捷、自动化成本计算、仿真验证设计、减少原型制作成本。
    • 缺点: 高培训成本、可能导致技能退化、工作外包风险。
  • 最新技术: 3D喷墨打印技术直接生成原型模型,节省时间和成本。

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2. 虚拟现实(VR)

  • 系统组成:
    • 数据护目镜/头盔、数据手套、动作传感器、CAVE(沉浸式3D投影系统)。
  • 应用场景:
    • 娱乐: 电影特效、游戏;培训: 飞行模拟、医疗操作;设计: 核电站布局优化。
  • 图像创建流程:
    • 多角度拍摄照片 → 图像拼接 → 网页热点导航 → 压缩与宽带支持。
  • 优势:
    • 安全性(模拟危险操作)、成本节约(无需实体建造)、沉浸感提升训练效果。

3. 监控与控制系统

  • 工作原理:
    • 传感器采集模拟数据 → ADC转换为数字信号 → 计算机比对预设值 → 触发警报或控制执行器(如阀门、加热器)。
  • 应用示例:
    • 监控: 医院患者生命体征、核电站参数;控制: 交通信号灯、中央供暖系统。
  • 计算机化优势:
    • 24/7运行、高精度、快速响应、自动化数据分析。

4. 嵌入式网络技术(EWT)

  • 定义: 通过互联网实时控制嵌入式设备(如烤箱、洗衣机)。
  • 示例:
    • 用户通过手机远程控制烤箱温度或启动洗衣机。
  • 核心条件: 设备需内置处理器并支持网络接口。

5. 机器人技术

  • 工作模式:
    • 预编程指令或通过人工示范学习任务。
  • 依赖技术: 传感器(检测障碍、位置)、处理器(决策与执行)。
  • 优势:
    • 危险环境作业、高生产效率、一致性输出。
  • 劣势:
    • 处理异常能力有限、失业风险、技能退化。

6. 全球定位系统(GPS)

  • 原理:
    • 多卫星信号接收 → 时间与位置计算 → 结合预存地图显示实时位置。
  • 应用:
    • 车载导航(实时路线引导)、飞机定位(事故搜救)、车辆追踪(防盗)。
  • 潜在问题:
    • 地图过时、信号丢失、外部干扰。

7. 专家系统

  • 组成模块:
    • 用户界面、推理引擎、知识库、解释系统。
  • 开发流程:
    • 专家知识收集 → 知识库与规则库构建 → 测试与验证。
  • 应用示例:
    • 医疗诊断、故障排查、矿物勘探。
  • 优势与局限:
    • 优势: 一致性、高效性、降低人力需求。
    • 局限: 缺乏常识、依赖知识库更新、高初始成本。

8. 互联网与安全

  • 网站设计要点:
    • 购物车、安全支付、搜索功能、订单追踪。
  • 搜索引擎优化:
    • 使用逻辑运算符(AND/OR)、引号精准搜索。
  • 安全措施:
    • 加密技术、芯片密码卡、防火墙、反病毒软件。
  • 社会影响:
    • 积极: 24/7服务、减少污染;消极: 失业风险、社交减少。

9. 模拟(Simulations)

  • 应用场景:
    • 交通流量优化、天气预测、核电站安全测试。
  • 开发步骤:
    • 数据采集(传感器、摄像头) → 输入计算机 → 多场景模拟 → 结果分析。
  • 优势:
    • 成本节约、安全性、快速迭代。

10. 培训与娱乐系统

  • 计算机辅助培训(CBT):
    • 自主节奏学习、多媒体支持、即时评估。
  • 动画技术:
    • 关键帧(Tweening/Morphing)、渲染(Rendering)、动作捕捉(Avars)。
  • 通信技术:
    • 视频会议: 高速网络、CODEC压缩、回声消除;无线技术(WiFi): 便携性 vs. 安全与速度限制。

11. 内联网(Intranet)

  • 定义: 企业内部专用网络,基于互联网技术但限制外部访问。
  • 优势:
    • 高安全性、定制化信息、屏蔽无关网站。
  • 与互联网对比:
    • 访问范围(内部 vs. 全球)、安全性(防火墙保护)、内容针对性。

12. 其他应用示例

  • 超市自动库存系统:
    • 条形码扫描 → 实时库存更新 → 自动补货 → 客户账单生成。
  • 练习题: 覆盖CAD、VR、GPS、专家系统等主题的考试题型,强化知识应用。

教材特点与使用建议

  1. 理论与实践结合:
    • 每个主题均提供实际案例(如交通灯模拟、虚拟房屋漫游),帮助学生理解抽象概念。
  2. 考试导向:
    • 章节末尾的练习题(如设计CAD功能、分析GPS问题)模拟考试形式,提升应试能力。
  3. 技术前沿:
    • 涵盖3D打印、无线控制、实时仿真等最新技术,需教师补充更新内容以保持时效性。
  4. 跨领域整合:
    • 将硬件(传感器、机器人)、软件(专家系统、模拟软件)与网络技术(互联网、内联网)有机结合,培养系统思维。

该教材是剑桥计算机研究课程的高效辅助工具,通过详实的理论解释、丰富的应用案例与针对性练习题,全面覆盖计算机应用的核心领域。其结构清晰,内容兼具深度与广度,适合学生巩固知识、教师设计课程,以及备考者强化实战能力。需结合最新技术动态与实践项目,以充分发挥其教学价值。

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