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
- 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。
- 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。
- 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。
- 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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