计算机设备概念篇(1)

论文摘要：文章在介绍虚拟现实技术等相关概念的基础上，探讨虚拟技术的在产品概念设计中的应用，这项技术的使用让设计思路和设计表达更上一个全新的台阶，在产品的开发过程中，保证产品开发的一次性成功。

目前国际上流行的一种“故事版情景预言法”的概念设计，就是将要开发的产品置于一定的人、时、地、事和物中进行观察、预测、想象和情景分析，其形式是以故事版的平面设计表达展示给人们。于是，产品在设计的开始便多了一份生命和灵气。然而，设计表达在信息时代已是多元化的展示形式，虚拟现实技术的应用，使设计思路和设计表达如虎添翼。让人多了一种直观的、亲切的及交互的感受，这样开发设计的产品与传统相比，大大减少了投放市场的风险性，也为 企业 决策人寻找商机、判断概念产品能否进一步开发生产，提供更好的依据。

一、虚拟现实与虚拟现实技术

（一）虚拟现实（virtual reality，vr）及虚拟设计（virtual design，vd）

虚拟现实（virtual reality，vr）是利用 计算 机省城一种模拟环境，通过多种传感设备使用户“沉浸”到该环境中，实现用户与该环境直接进 自然 交互的技术。这里所谓模拟环境就是计算机生成的具有色彩的立体图形，它可以是某特定现实世界的真实体现，也可以是纯粹构想的世界。传感设备包括立体头盔、数据手套、数据衣服等穿戴于用户身上的装置和设置现实环境中的传感装置。自然交互是指用日常使用的方式对环境内的武体进行操作并得到实时立体反馈。虚拟现实是一种全新的人机交互系统，它能对介入者产生各种感官刺激，如听觉、视觉、嗅觉、触觉，给人身临其境的感觉，人能以自然的方式与计算机生成的环境进行交互操作。

虚拟设计是以“虚拟现实技术为基础，以机械产品为对象的设计手段”，借助这样的设计手段，设计人员可以通过多种传感器与多维的信息环境进行自然地交互，实现从定性和定量综合集成环境得到感性和理性的认识，从而帮助深化概念和萌发新意。

（二）虚拟现实技术

虚拟现实技术是人的想象力和 电子 学等相结合而产生的一项综合技术，它利用多媒体计算机仿真技术构成一种特殊环境，用户可以通过各种传感系统与这种环境进行自然的交互，从而体验比现实世界更加丰富的感受。

二、概念设计的定义及内涵

pahl和beitz在《engineering design》一书中提出“概念设计”这一名词以来，人们对概念设计进行了十几年的研究。他们将其定义为：在确定任务之后，通过抽象化，拟定功能结构，寻求适当的作用原理极其组合等，确定出基本求解途径，得到求解方案，这部分设计工作叫做概念设计。

国内的学者也对概念设计进行了大量的研究，其中邓家?在《产品概念设计》一书中将“产品概念设计”定义为“由分析用户需求到生成概念产品的一系列有序的，可组织的，有目标的设计活动，它表现为一个由粗到精、由模糊到清楚、由抽象到具体、不断进化的过程。”

在几十年的时间里，人们对概念设计的研究日益增加、不断深入，使概念设计的内涵更加广泛和深刻。主要体现在:根据产品生命周期各个阶段的要求进行市场需求分析、功能分析、功能的工作原理、动作行为的构思、行为载体的选择和方案的组成的等。可见，确定方案是概念设计的最终结果，产品生命周期全过程的满足才是概念设计的关键。设计方法上更加全面融合各种方法，寻求综合最优方案，同时使设计更具创造性。

概念设计是对产品或部件的构思，目的是捕捉产品的基本形状。这个阶段，产品的形状和精确尺寸尚未确定，设计人员有一定变更自由，所以尽可能考察设计方案，以便选出生产成本最低、创意良好的方案。利用传统的计算机辅助设计，往往多是二维交互工具，缺乏三维或者多维的功能，但是产品却是三维的部件，这样必然导致人机交互效率低。现行的计算机辅助设计系统要求定义零件的尺寸，而在产品的概念设计阶段这样的尺寸可能无法精确得到或者根本没必要精确定义，这样必然影响设计效率和周期。传统的计算机辅助设计需要两类人员配合，即产品的设计人员和电脑绘图员，产品设计人员有关产品的概念信息通过草图或者口述的方法传达给电脑人员，这样导致信息的丢失或者绘图者的曲解，而如果设计者本人直接参与电脑辅助设计建模的话，由于现行的电脑辅助设计系统的操作复杂和交互能力若，大大分散了设计者的精力，限制了思路。为了克服这样的限制，充分发挥设计人员的创造性，人们开始把虚拟现实技术引入计算机辅助设计系统进行概念设计，将虚拟现实技术和概念设计有效结合，利用丰富直观的交互手段，在虚拟环境中进行概念设计，从而节省产品精确描绘和尺寸定义的时间，这就是基于虚拟现实技术的计算机辅助概念设计，即虚拟概念设计。

三、虚拟概念设计的研究方向和应用前景

（一）概念设计中应注意的两个问题

1. 虚拟现实环境下的概念可视化。概念可视化是指设计师透过画面或者模型，将市场的需求转换成可视化的具体形态。概念设计是否能符合目标用户的要求，“眼见为实”的图面或者模型是最具有说服力的。

2. 虚拟现实环境下的人机交互界面。想实现人机互动，必须解决一系列技术问题，形成和谐的人机环境。虚拟现实就是一种基于可 计算 信息的沉浸式交互环境，具体地说，就是采用计算机技术为核心的 现代 高科技省城逼真的视听触觉一体化的特定范围的虚拟环境，用户借助必要的设备以 自然 的方式与虚拟环境中的对象进行交互作用、互相影响，从而产生“沉浸”于等同真环境的感受和体验。

（二）虚拟现实技术在概念设计中的前景

在虚拟现实环境下，进行产品的概念设计是虚拟现实技术的基本内容。在电脑虚拟现实提供的良好的可视化条件下，对电脑辅助设计建立的三维模型在几何、功能、加工与装配等方面进行交互性的修改，利用虚拟现实给用户提供诸如视听触觉等各种感知交互手段，最大限度地方便用户的操作，从而减轻用户的负担、提高整个系统的工作效率。相关人员可以对原型的各方面包括视觉效果、部件间比率进行评价。针对不同用户的爱好要求，在不同的虚拟环境中，亲自体验修改模型；选择产品的可选部件，观察设计和修改过程。

概念设计是设计过程的初步阶段，它的目的是获得做够多的有关产品式样和形状的信息，同时它又是设计过程中的重要阶段，因为产品成本的60%～70%是由这个阶段决定的。面对日益加剧的产品市场竞争的挑战，可以预见，基于虚拟现实技术的计算机辅助概念设计必有长足 发展 ，最终将与现有计算机辅助设计系统实现无缝集成。激烈的全球市场竞争，各国投入大量的资金对虚拟现实技术及其在 工业 设计领域中的应用进行深入研究。将研究的成果及时转化为生产力，这是产品迅速占领市场的关键。

参考 文献

[1]周洪玉，王慧君，周岩．虚拟现实及应用的研究[j]．哈尔滨理工大学学报，2005，(5)．

[2]薄瑞峰，李戈．虚拟现实技术在计算机辅助概念设计中的应用[j]．华北工学院学报，2004，(10)．

计算机设备概念篇(2)

一、巧用比喻，帮助记忆

一般来说，计算机概念是抽象的，是对事物本质的高度概括。职校学生由于刚接触计算机概念，往往对此不容易理解，也不容易记忆。因此，在教学过程中利用学生已有的生活经验或已获得的知识，适时地、确切地运用比喻，是十分有效的形象化教学手段。

在教学过程中将“内存储器”比喻为“一幢楼房”；将“内存单元”比喻为“一套住房”；将“内存单元的地址”比喻为“门牌号码”；将“硬件”比喻为“人体”；将“软件”比喻为“人的思维”等。通过这些恰当的比喻加深了学生对概念的理解和记忆，收到“画龙点睛”的效果。

二、借助故事，辨析概念

职业学校对计算机概念的教学要求相比高校要求虽然降低了不少，但有些计算机概念在教学实践中还是很有难度的。设计好一个生动的故事，将各种相关概念串联起来比较分析，既能提高学生的学习兴趣和注意力，又能促进学生对概念的理解和明辨，从而掌握其内涵要旨。借助故事，讲述概念、串联概念既直观易懂，又省力有效。

三、层层分析，揭示联系

“概念”是人们对客观事物的一种抽象认识，是反映客观事物特有属性的思维形式。这就要求计算机教师在教学过程中想方设法剖析基本概念的组成内涵，分析其外延，有机地帮助学生弄清此概念与彼概念之间的内在联系。在讲解“计算机系统”这一概念时，从“硬件系统”和“软件系统”两方面来阐述，指出“硬件”是构成计算机的物质基础，如，主机、显示器、键盘、鼠标等。“软件”则是各种各样的程序、数据。根据软件的性质又可分为系统软件和应用软件。为了帮助学生理清这些概念之间的联系。我采用树状层次结构图的形式来表示：

计算机系统硬件主机CPU运算器控制器主存输入设备输出设备外存储器软件系统软件操作系统语言处理软件数据库管理系统服务程序应用软件应用软件包用户程序

由于层次分明、内容详尽，学生对“计算机系统”这一概念的理解也较为深刻。

四、通过操作，理解概念

计算机是一门知识与技能并重的课程。通过操作强化对概念的理解，正所谓“事必躬亲”方会“熟能生巧”。如，学生对“人机对话”这一概念，不易理解。在《BASIC语言》教学中通过“INPUT”语句设计以下上机步骤，使学生理解其实质。

1.用“INPUT”语句编写程序，要求一次键入3个变量。

2.加提示信息，一次给3个变量赋值。

3.删除提示信息，再运行程序。

4.键入的常数个数少于语句中变量的个数，计算机询问后再继续键入下面的常数。

5.键入的常数个数多于语句中变量的个数。

6.应键入常量时，按了回车键。

这样，学生通过这一连串的“人—机—人”对话操作，一般都能较好地理解“人机对话”这一概念的含义。学生上机除了应有“技能”方面的要求外，还应该重视对概念的理解。概念不理解不可能有正确的操作。

五、分析单位，弄清概念

计算机中的概念有时不像其他基础学科出现的概念那样内涵稳定。往往同一概念名称在不同的场合有着不同的含义。帮助学生弄清这些概念可从量的单位着手。

六、循序渐进，逐步掌握

学生对计算机概念的认识总是逐步深化的，对概念的理解、掌

握其过程是渐进的。本人在教学过程中通过不同阶段的反复引导加深了学生对概念的理解。

七、反复求证，上下贯通

由于计算机学科新出概念多，其含义往往不同于日常用语或基础学科同一词，要准确理解它们，要求教师不断学习、摸索、体会。

总之，计算机教师要有一种“衣带渐宽终不悔，为伊消得人憔悴”的刻苦钻研精神，一定可以水到渠成地达到“众里寻他千百度，蓦然回首，那人却在灯火阑珊处”的教学境界。

参考文献：

[1]柳青.计算机组装与维护.高等学校教育出版社，2002.

[2]周丰治，Visual FoxPro 6.0：基础与应用.高等教育出版社，2001.

[3]严蔚敏.数据结构.清华大学出版社，1997.

计算机设备概念篇(3)

【关键字】计算机应用；教学思路；教学指导

作为教学实施的主导者，每位教师都应该在教学开展前理清一条清晰的、有效的教学思路，才能在一门课程的教学过程中把握方向，从而获得一定的教学效果。另外，一门课程的教学思路不应该是固定而不能变化的，要能够因教学对象、具体教学过程的情况变化而进行适当调整，以适应不同的人才培养目标、实现不同的人才培养需求。本文针对《计算机应用》课程，从课程定位、教学目标、教学内容、教材、教学参考资料、教学方法与手段、学生学习方法的指导等多个方面，详细论述了这门课程的教学思路。

1课程定位和教学内容

1.1课程定位

《计算机应用》课程是面向我校计算机专业和非计算机专业专科层次学生的一门职业素质必修课，是培养信息时代高素质人才的基础性课程。该课程的任务是使学生具有信息社会背景在所必须的信息技术方面的基础知识，使用计算机和网络的基本知识，充分认识现代化信息技术对社会经济发展、科学技术进步以及社会整体环境的深远影响。在学习本课程后，学生能主动并积极地提高自身的信息素养；能掌握使用计算机进行信息的获取、加工、传播和应用的能力；能适应信息社会的网络环境，为今后的主动学习、终生学习和适应信息化工作环境奠定一个扎实的基础。

1.2教学目标

1.2.1知识目标要求学生掌握计算机信息处理与应用的基础知识，包括以下具体内容：信息技术方面的基本知识：信息、信息处理、信息系统、信息化以及信息社会的基本概念；数字技术的基本概念、数值、文字等信息在计算机中的表示方法；电子元器件、微电子技术、集成电路和集成电路卡的概念。计算机硬件方面的相关知识：计算机的逻辑组成和各个部件的功能；计算机的硬件组成和分类；中央处理器的概念、结构、基本任务和性能指标；指令、指令系统的概念；指令和程序的执行过程；主板、芯片组与BIOS的概念；存储器层次结构和主存储器的基本知识；个人计算机输入输出操作的原理；I/O总线的类型；常用I/O接口的知识；常用输入设备（键盘、鼠标器、触摸屏、扫描仪、数码相机）和常用输出设备（显示器和打印机）的作用、分类方法、主要性能指标和工作原理。计算机软件方面的相关知识：计算机程序和软件的概念、软件的分类及基本特点；操作系统的作用和分类；操作系统的处理器管理、存储管理、文件管理和设备管理的基本知识；Win－dows、UNIX和Linux操作系统的特点；算法的概念、属性、表示和分析方法；计算机语言的作用；程序设计语言的分类；常用高级程序设计语言的基本知识；语言处理系统的概念和工作过程。计算机网络方面的相关知识：计算机网络的概念、组成与分类方法；通信的基本模型、信号的分类；多路复用技术的作用与类型；电路交换和分组交换技术；信道的概念和常用传输介质的特点与分类；局域网的基本知识；以太网的类型和特点；因特网的发展、组成与常用接入技术；网络分层结构和TCP/IP协议；IP地址和IP数据报的概念；路由器的工作原理；域名系统的概念；电子邮件、万维网、IM和文件传输服务的基本知识。数字媒体方面的相关知识：字符编码标准；文本处理和常用文本处理软件；图像与图形的概念；图像的获取、参数及常见文件格式；计算机图形的应用；声音的概念；数字声音的获取过程与获取设备；数字声音常用的压缩编码方法；计算机合成声音的基本原理与应用；数字视频的概念、获取方法与获取设备；数字视频的常见文件格式、压缩方法和应用。计算机信息系统及数据库方面的相关知识：计算机信息系统的概念、类型和特点；DB、DBMS、DBS的基本概念；数据模型、关系型数据库的基本原理；数据库结构化查询语言SQL的基本语法；典型信息系统的特点。

1.2.2能力目标培养学生具备以下操作能力：Windows操作系统部分：Windows7操作系统的安装与管理；个人计算机常用应用软件的安装；常用外设的使用与维护；文件的创建、保存、复制、移动、删除、属性设置等基本操作；使用浏览器软件浏览网页、检索信息、下载资源等操作；WinRAR、讯雷等常用工具软件的使用；撰写和收发电子邮件。MicrosoftWord2010的操作方面：文本的编辑和格式设置；段落格式和页面格式的设置；分栏、首字下沉、边框和底纹的设置；图片、图形、艺术字、文本框等对象的插入和格式设置；通过插入或文本转换为表格的方法创建表格、表格属性设置和计算操作；文档的创建、保存、打印和保护。MicrosoftExcel2010的操作方面：电子表格编辑；填充柄的使用；公式的编辑；相对地址、绝对地址的使用；常用函数的使用；工作表格式化；各种类型图表的创建和编辑；使用数据透视表对数据进行分析；工作簿的新建和保存。MicrosoftPowerpoint2010的操作方面：幻灯片的基本编辑；字体格式和段落格式的设置；图片、图形、文本框、艺术字、SmartArt图形等对象的插入和格式设置；为演示文稿应用主题；幻灯片背景的设置；母版的使用；文本、图片、图形等对象的动画效果和幻灯片切换效果设置；使用超链接；演示文稿放映方式的设置；演示文稿文件的新建和保存。

1.2.3素质目标致力于培养学生以下基本的素质：良好的心理素质、优良的道德修养、合格的职业素养、高度的责任心、良好的团队精神、独立的专业主见、科学的思维方式、独立的判断能力和勇于实践的精神。‘’‘’

1.2.4情感目标培养学生勤奋、谦虚、谨慎的学习态度；求实创新的工作作风；热爱自己从事的专业工作；培养较高的求知欲，勇于探索并使用所学专业知识解决问题；具有不怕困难的信心、决心，能从战胜困难中体验快乐。‘’‘’

1.3教学内容

《计算机应用》课程的内容包含了第一章绪论、第二章计算机硬件、第三章计算机软件、第四章计算机网络、第五章数字媒体技术、第六章数据库与信息系统、第七章Windows7操作系统、第八章因特网应用、第九章MicrosoftWord2010文字处理、第十章MicrosoftExcel2010电子表格和第十一章MicrosoftPowerpoint2010演示文稿操作的相关内容。

2教材和教学参考资料

2.1教材

根据《江苏省高等学校计算机等级考试大纲》的考核要求和我校的《计算机应用》课程教学大纲的规定，同时为了适应我校专科层次学生的学习和能力特点，选用了以下教材。江苏省普通高校计算机等级考试配套教材《大学计算机教程》作为理论知识的主要教材，该教材由吉根林、王必友主编，高等教育出版社出版。本教材紧跟计算机技术的最新发展，结构合理、专业知识覆盖面广，力求将计算机的基础知识和基本原理与近年来出现的新技术、新产品、新应用相结合，具有一定的科学性、先进性和实用性。以“十三五”高职高专重点规划教材《大学计算机信息技术实验实训指导》为操作知识的主要教材，该教材由戴锐青、桑一梅等主编，南京大学出版社出版。本教材具备较强的实用性，主要针对高校在校学生的计算机基础课程实践操作的教学，同时满足江苏省高校计算机一级考试中操作部分的考核要求。

2.2教学参考资料

本课程的教学内容分为基础知识和实践能力两大部分，既具有一定的理论性又具有一定的操作性。而信息技术领域的知识、技术具有发展迅速、更新速度快的特点，需要广泛的教学参考资料作为补充。因此建议学生以各类计算机类的教材、杂志、学习网站作为参考资料，以提高学生的自学和实际应用能力。

3教学方法与手段

3.1教学理念

《计算机应用》课程是一门既要求学生具有相应的理论知识又要求学生掌握操作技能的课程，在掌握必要的理论知识的前提下，着重学生实践应用能力、解决问题能力的培养。因此，教学中应理论实践并重，注意基本的理论知识在实际问题解决中的应用，突出课程的实用性。采用教学与应用相结合的教学模式，以实际解决问题为主要目的，在教学的同时，配合大量的操作训练，注重学生利用已学知识解决实际问题的能力的培养。

3.2教学方法

本教学思路结合《计算机应用》课程的特点和学生的特点，使用了以下教学方法。

3.2.1分层教学法本课程的理论知识部分采用分层教学法，即将每个章节的内容按必修类、提高类和补充类进行组织，使得教师能够根据学生的学习能力和已掌握知识的差异开展不同层次的教学，既能满足教学需要，又能满足不同层次学生的学习需求。

3.2.2项目驱动法本课程的实践部分采用项目驱动法，即将教学内容以项目的形式呈现，并将内容按任务进行划分，要求学生按要求完成项目。使用项目驱动法的优点是能够清楚地呈现操作的实际效果，激发学生的学习兴趣，能主动完成学习并进行拓展应用，提高解决问题的能力。该方法的具体实施步骤为：第一步：教师呈现项目效果，分析使用的主要操作内容；第二步：教师以任务为单位介绍各知识点，讲练结合，指导学生完成指定的操作；第三步：教师对项目进行整体的重点、难点分析讲解，帮助学生进一步理清思路、提高应用能力。

3.3作业安排

针对《计算机应用》课程理论与实践性并重的特点，本门课程的作业包括了理论知识的课后作业、操作知识的课堂作业、操作知识的课后作业三部分。操作知识的课堂作业在教学过程中完成并提交给任课老师，所有课后作业要求按时完成并统一提交批阅。

3.4课程考核模式

《计算机应用》课程是我校专科层次各专业学生的职业素质必修课程，根据人才培养方案的规定，该课程为考查类课程，由任课教师随堂完成考核，具体考核采取过程考核和期末考核相结合的方式，按过程考核成绩30%、期末考核成绩70%的比例分配。期末考核包含理论知识和操作能力考核两部分，并参照江苏省高校计算机一级考核的内容分布，包含45分的理论知识和55分的操作两部分，总分为100分。

4学习方法指导

《计算机应用》课程的教学目的主要围绕培养学生掌握基本的信息技术理论知识和Office办公软件的应用能力，因此区别于纯理论课程或纯操作课程的教学方法与学习方法，采取适合本课程的学习指导方法。理论知识学习方面，针对教材、课堂教学内容、补充阅读材料和课后作业涉及的知识点，鼓励学生展开一些专题讨论，从而提高学生的自主学习和探究未知知识的能力。操作能力学习方面，采用分组学习的形式，提高学生协同合作的能力，并结合组间竞争机制，以竞争促学习，激发学习兴趣、活跃课堂气氛。

5结束语

成功的教学与教学思路的形成、教学计划的制定、教学过程的设计、课堂教学的实施、教学效果的反思各个环节都有着密不可分的联系，而其中教学思路是根本，关系到后续环节的成功开展。本文从课程定位、教学目标、教学内容、教材、教学参考资料、教学方法与手段、学生学习方法的指导等多个方面，详细阐述了《计算机应用》课程的实施思路。

参考文献：

［1］吉根林，王必友•大学计算机教程•高等教育出版社，2016

［2］戴锐青，桑一梅•大学计算机信息技术实验实训指导•南京大学出版社，2015

计算机设备概念篇(4)

教育部高等学校计算机基础课程教学指导委员会在《高等学校计算机基础教学发展战略研究报告暨计算机基础课程教学基本要求》中给出了计算机基础课程教学的4个教学模块，即①系统平台与计算环境，包括信息与社会、计算机系统以及计算机网络；②算法基础与程序设计；③数据管理与信息处理；④系统开发与行业应用[1]。尽管如此，大学计算机基础课程的教学内容到底应该包括哪些模块仍然莫衷一是。然而，无论哪所大学，无论从事计算机基础课程教学的教师秉持何种教学观念，计算机系统和算法基础与程序设计已是计算机基础课程教学中两个最主要的教学模块，这一点已经达成共识。

另一个共识是在大学计算机基础课程教学中要注重探索和培养学生的计算思维。目前，计算机基础教学中对计算思维探索与培养的侧重点基本放在基于问题求解的“算法基础与程序设计”教学模块上，在“计算机系统”教学模块中则体现较少，究其原因是算法、程序设计等软件教学方面的内容，与计算及问题求解的关系更为密切。若要将计算思维作为思维模式进行培养，则应将其贯穿于课程教学的全过程，那么，计算机系统教学模块也概莫能外――这句话可以从两方面进行解释，一是计算机系统教学模块内部要体现计算思维，二是计算机系统教学模块中的计算思维作为完整的计算思维过程链中的一环，甚至是最基础的一环，要为全过程、全方位的计算思维培养提供原理支撑。我们对计算机系统教学模块中的计算思维进行研究。

2 计算机系统教学模块中的计算思维框架模型

?算思维贯穿计算机系统模块教学的始终。计算思维应该是一条线，将计算机系统的核心知识点像串珍珠一样串起来，培养学生从机器本身和计算机科学家这两个思维角度理解计算机系统的底层运作机制；在此基础上，计算机是实现问题求解的手段，计算思维则是人类求解现实问题的一条途径[2]，是一种解决客观世界各种可计算问题的思维方法。

基于以上思路，我们将计算机系统教学的核心知识点概括为计算思维框架模型，如图1所示。结合该框架模型，我们对计算机系统中计算思维的本质和3种重要的计算思维进行归纳。

3 计算机系统教学模块中计算思维的本质

计算思维是运用计算机科学的基础概念去求解问题、设计系统和理解人类行为的一系列思维活动的统称[2]，其本质是抽象和自动化，即在不同层面进行抽象并将这些抽象机器化或自动化。

对于客观世界中的某个可计算问题，要映射到计算机世界去求解，通常需要两个步骤：一是将待求解问题抽象为可计算的概念模型；二是对于概念世界中的概念模型，用物理的计算机世界来实现与求解。前者体现计算思维的本质之一――抽象化，后者反映计算思维的本质之二――自动化。

抽象是一种很好的管理复杂性事物的思维方法。好的抽象可以把一个几乎不可能管理的任务划分为两个可管理的部分：第一部分是有关抽象的定义和实现；第二部分是随时用这些抽象解决问题[3]。

“抽象的定义和实现”可以理解为领域内的、深刻反映外部世界的一些通用概念，在计算机系统教学中，就是指学生通过学习各个知识点来理解计算机系统的底层运作机制；“用这些抽象解决问题”意味着学生不能以客观世界的事物为起点开展思维，而应该以计算机系统中的抽象概念为起点分析待求解问题，包括用抽象概念代表待求解对象，用概念间的关系来代表待求解对象之间的关系。到此时，具体而复杂的现实问题被抽象为一个可计算问题，现实世界在抽象的计算机概念世界中得到再现。

“随时用这些抽象解决问题”意味着计算机要将抽象概念机器化、自动化。虽然计算机的计算能力日益强大，应用范围日益广泛，但是从本质上来说，计算机的基本功能很简单，即通过执行程序进行信息处理[4]。信息处理包含两方面的意思：一是构造求解问题的算法和程序；二是程序在机器层面的自动执行，即自动化。

抽象和自动化这两种重要的研究思维模式，对于用计算手段求解现实问题是非常有效的，能为其他的计算思维奠定基础，因此，教师在教学中要注重培养这两种思维模式。本质上来说，现实问题的计算和问题求解是不同层面的抽象以及抽象之后的自动化，这种抽象和自动化通过二进制思维、指令自动执行思维、程序自动运行思维3方面得以体现。

4 3种计算思维

4.1 二进制思维

要将待解决问题表示成可计算的对象，就是要将该问题抽象为可描述的数学模型，并将可计算对象及其特性符号化，符号可以是数字、文本、图形图像、声音、视频等，统称为该对象的数据信息（包含数值性和非数值性）。计算机本质上是二进制（0、1）的世界，即可计算对象的数据信息都要表示成计算机可以处理的符号――0、1。在二进制的世界里，所有的二进制运算都可以用逻辑运算代替，而香农在题为《继电器和开关电路的符号分析》的论文中指出“由继电器、晶体管等电子元件组成的逻辑电路可以实现所有的逻辑运算；然后，再通过集成各种复杂的逻辑电路得到不同功能的硬件――处理器、内存储器、I/O设备，最后，在一定的体系结构下将这些硬件结合在一起，实现计算机的信息处理功能”。由此可见，从客观世界到计算机世界的纽带就是二进制（0、1）。

二进制思维是一种将客观事物符号化、符号二进制化、二进制电子化和电子集成化的思维过程，是一种非常重要的计算思维。教师在教学中要培养学生多从机器的思维（客观事物二进制化的抽象思维）和计算机科学家的思维（怎么实现二进制化，即二进制电子化和电子集成化的自动化思维）这两个角度学习及思考，这种代入感对于学生掌握计算机系统运行原理和培养学生的计算思维都有事半功倍的效果。

在教学实践中，为了培养学生的二进制抽象思维，可以采用事物编码的方法。第一步，利用二进制方式对事物进行编码，若用0001表示计算机类，则可用000101表示微型计算机类；第二步，利用编码方式表达事物之间的静态联系，如整体与部分的关系，若用0001010001表示一台微型计算机，则可用000101000110表示该计算机的第二颗CPU，由此，学生可利用二进制编码逐渐建立出一个符号化的静态世界；第三步，利用二进制编码方式表达事物之间的动态关系，如前述的“微型计算机第二颗CPU开始运行”这个概念，可以使用 01 000101000110表达，前面两位数“01”表示“开始运行”的操作码，后面12位数“000101000110”是操作数，由此，学生可以利用二进制符号化、抽象化地表达世间万物及其之间的关系，同时也能为后续计算机指令的表达方式作铺垫。这些步骤可以让学生深入理解机器是如何理解和表现世界的，从而切实了解机器思维。在将现实世界抽象为符号世界的基础上，我们继续探讨了计算机科学家们是如何从抽象的符号世界走向物理的电子世界的。

4.2 指令自动执行思维

将待求解问题表示成可计算对象后，怎么基于计算手段来求解呢？问题的求解方案可以抽象为基本动作以及基本动作的各种组合所构成的动作序列，因此，我们将基于计算手段的求解方案的实现转换为对抽象的定义和抽象定义的自动化实现：①定义这些基本动作；②实现控制这些基本动作并按次序执行的机构。对这些基本动作的控制就是指令，为求解问题而将指令按一定次序进行组合就构成程序。程序（指令序列）经输入设备输入并存储在内存储器中，处理器从存储器中一条接一条地顺序读取并执行这些指令，以实现信息处理的功能。由此可见，计算机系统是根据程序来自动控制这些基本动作的执行，从而完成问题求解。人的任务是编制程序――将待求解问题转换为程序，通过程序运行达到解决问题的目的。

指令自动执行思维体现的是指令如何被表示、如何被存储以及如何被CPU（控制器和运算器）执行的基本思维。

教学实践中，通过二进制思维的培养，学生掌握了指令二进制表达方式的基础。在此基础上，一方面，教师可以通过图示、动作分解、寄存器状态再现、I/O分时动作等方法，重点分析指令表达及其存储、指令的自动执行等知识点，增强对学生指令自动执行思维的培养；另一方面，教师可以让学生利用DEBUG命令实验验证计算机指令的存储、执行以及结果，让学生切身体会指令自动执行的过程和效果。

4.3 程序自动运行思维

指令自动执行思维是从微观角度思考指令与硬件的交互，再通过拓宽思维，从宏观角度思考程序借助操作系统与硬件的交互和自动运行。

操作系统是程序和硬件之间的接口，负责向应用程序提供简单一致的机制来控制复杂而原理各异的底层硬件设备[5]。这个简单一致的机制就是“抽象”，也是计算机管理硬件的关键。这些抽象主要包括文件、地址空间和进程，其中，文件是对I/O设备的抽象表示，它为程序创造了一个抽象的永久存储设备；地址空间是对内存和I/O设备的抽象表示，该概念为程序创造了一个抽象的独立的内存；进程则是对处理器、内存和I/O设备的抽象表示，进程概念创造了一个抽象的独占的处理器以运行程序。在此基础上，程序和硬件之间的交互以及自动运行主要是利用操作系统提供的、比实际硬件更方便使用的抽象来实现，包括程序及其数据被合并成一个文件并保存在I/O设备上，程序运行时，处理器将这个文件加载到“独立的”地址空间，然后该进程被“独立的”处理器执行。

程序自动运行思维体现的是在操作系统的协助下程序被硬件自动运行的思维。在教学实践中，我们一方面补充讲解计算机操作系统的必要内容，如文件系统管理、内存管理、进程管理等相关知识；另一方面?t结合生活中的实际问题进行实验，如批处理文件的编写、文件I/O操作与NTFS文件系统的关系等。通过这些与日常学习生活非常贴近的知识和实验，学生不仅对操作系统和计算机硬件系统之间的协作有了更深入的理解，同时也培养了他们的程序自动执行思维。

指令自动执行和程序自动运行思维是一种构造性的问题求解思维，即一个问题的求解可以通过构造其算法和程序来解决，因此这两种思维对于培养学生利用算法和程序手段求解客观现实问题具有重要的意义。

5 结 语

计算机设备概念篇(5)

关键字：概念设计，结构设计，整体，方案

中图分类号： TU2 文献标识码：A

一、引言

随着现代技术的不断进步，建筑高度不断增大，结构体系日益增多，建筑体型复杂多样，人们对结构功能的要求也越来越高。完成一个大型建筑物的设计需要多方面人才的参与，这就需要花费较长的时间和精力，其间业主会首先征求建筑方案的情况，这时没有时间也没有必要去进行详细的技术设计和设计计算，建筑师的设计思想必须着眼于总体方案，而不是个别因素，在设计的早期阶段就构思出尽可能满足使用功能、物质的和象征性要求协调一致的空间形式，结构师也须从宏观上提出骨架方案，使建筑方案得以合理的实现，实现建筑和结构的和谐统一，使各功能部分形成有机的整体，而不是简单的拼凑，这就需要概念设计。此外，通过从整体上来构思结构，以方便从无数细小的问题中抓住最基本的东西，而不是局限于具体的细节设计而颠倒本末，有利于从整体上把握一个方案的可行性并提前考虑结构在施工和经济上的合理性。

概念设计就是运用人的思维和判断能力，不经数值计算，尤其在一些难以做出精确理性分析或在规范难以规定的问题中，依据整体结构体系与各主要分体系之间的力学关系、破坏机理、震害实例、试验现象和工程经验等所获得的基本设计原则和设计思想，从整体的角度来确定建筑结构的总体布置和细部措施的宏观控制。概念设计是结构设计的核心和灵魂，是保证结构安全的前提和基础，在结构设计中发挥着重要作用。特别是在建筑设计的方案阶段，通过概念设计能迅速、有效地对结构体系进行构思和比对，从而优选出既安全可靠、又经济合理的最佳方案。

二、概念设计的重要性

通过概念设计来指导设计工作，就能掌握重点，调控全局，加深对结构整体受力性能的理解和活动功能的认识，冲破由于对问题的错误的理解或狭隘的经验所产生的束缚和禁锢，从而使所设计的结构更符合客观实际，更具有创新意识，避免一些原则性的错误。正如美国加州大学的著名教授V. V. Bertero所说：到现在，建筑结构设计可以说仍是一种艺术，很大程度上靠工程师的判断，而判断来自概念的积累，由此可见结构概念设计的重要性。

结构概念设计的重要性主要体现在以下几个方面：一是概念设计从整体上、宏观上处理问题，旨在使结构成为协同工作的体系；而一般的结构设计是从细节上、单体上解决问题，意在作出精确的构件设计和构造设计，前者好比战役中的战略问题，后者则好比战术问题。如果宏观决策失误的话，则技术细节处理的再细，也难以产生成功的作品；二是目前的一些计算理论不够完善或设计规范中有一些不可计算性，采用概念设计可以弥补理论上的缺陷，成为重要的补充手段，可以确保结构设计的安全可靠；三是在构思结构方案的阶段是不能应用计算机程序的，因为这时还没有形成一个完整的结构体系，需要借助结构概念设计的知识从主要分体系之间的关系出发，而不是从构件细节的角度去考虑，这样构思的方案易于反馈并进行修改，而且这一步处理的越好的话，可以尽量减少后续进行重新设计的可能，除此之外，当今的结构设计越来越依赖于计算机的应用，为了避免设计工作者对计算机的过分依赖和盲目自信所导致的设计误区，就需要应用概念设计对计算机的结果进行合理分析和定性判断，以及时发现错误并进行校对，从而消除安全隐患。

三、概念设计的内涵

概念设计包括的范围很广，需要考虑的因素很多，其中包括建筑、结构和设备等方面的组织协调及规划布置。建筑上要通过考虑功能要求和使用特点来设置功能分区、构思外观造型和形成空间形式；结构上要考虑结构的整体性、规则性和可靠性等合理的布置结构方案，以创造对抗震的有利条件，在这一过程中，应尽可能的使功能和形式统一起来，实现艺术和技术的创造性结合。

具体的讲，建筑选址的时候应选择有利地段，避开不利地段；平面布置时宜简单、规则、对称，以限制结构偏心并减小扭转效应；立面设计时应均匀、连续、美观，避免突变和局部削弱；预计结构的破坏过程和破坏机制，加强结构的关键部位和薄弱环节；预测出铰的部位和顺序，有针对性的进行构造设计；控制构件的相对刚度或设置专门的分灾措施，使结构形成多道防线；考虑非结构构件的布置对结构产生的有利和不利影响，尽量利用其有利因素，控制其不利因素；应把上部结构和基础部分看做一个整体来进行分析，二者在刚度和承载力方面应相互适应；设计时应充分考虑施工上的方便与否，从而保证施工质量，等等。

如果能在结构设计中自觉地运用概念设计的知识并将其贯穿整个过程，就能把握结构设计的正确方向，真正创作出结构上坚实可靠，建筑上新颖独特的优质工程，而且随着工程师的工程经验的积累和设计实践的展开会设计出更具创造性和艺术性的作品。

四、对概念设计的思考

众所周知，建筑结构是一个由相互关联的主要分体系组成的环境整体，建筑设计的目的也在于此。所以设计者在处理和考虑总体方案时，更多的是着眼于各个主要分体系，而不是具体的构件和细节。然而现实的教育模式则恰恰与这一设计流程相反，设计者在学校中首先学的是基本构件的设计和细部的构造设计，解决的都是一些局部的设计工作，擅长于解决一些明确具体的设计工作，这种设计模式很难将部分组合成整体，很难在结构设计的初始阶段就用到具体的技术知识。事实上，在结构设计的前期就需要具备对建筑结构整体认识的态度，将概念设计的思维和习惯自觉地贯穿到空间形式的形成和构思中，然后在此基础上进一步考虑主要分体系的组织和分割关系，并从中分解出关键构件进行设计和构造处理，这样设计的好处是能够从整体上控制结构的反应以及对细部需求的控制，有利于协调外部和内部的相关关系以及非结构构件和结构构件的有效布置，有利于从整体到局部进行分阶段分层次的设计，同时也有利于降低后面对结构进行大修的可能性，使组成结构的各个部分真正是一个有机结合的整体，而不是彼此孤立的部分。

五、结论

为了形成合理的设计及创建优质的工程，具备概念设计的知识至关重要。而概念性知识的获得需要广大设计工作者在工作中不断的积累设计经验，广泛的阅读科技文章，汲取先进的设计思想，勤于思考，认真总结，并且到施工现场亲自调研，如此方能扩展和不断丰富这方面的知识，进而逐步提高设计水平。

参考文献

[1] 林同炎，斯多台斯伯利. 结构概念与体系（第一章）[M]. 北京：中国建筑工业出版社，1999.

计算机设备概念篇(6)

简单阐述了计算机网络从诞生至今三十多年的发展、变化，以及列举了现今比较流行的应用和需求作为例子。

1 网络的基本概念

1．

1网络概述和分类

计算机网络是以共享资源(硬件、软件和数据等)为目的而连接起来的，在协议控制下，由一台或多台计算机、若干台终端设备、数据传输设备、以及便于终端和计算机之间或者若干台计算机之间数据流动的通信控制处理机等组成的系统的集合，这些计算机系统应当具有独立自治的能力。

摘要：简单阐述了计算机网络从诞生至今三十多年的发展、变化，以及列举了现今比较流行的应用和需求作为例子。

1 网络的基本概念

1．

1网络概述和分类

计算机网络是以共享资源(硬件、软件和数据等)为目的而连接起来的，在协议控制下，由一台或多台计算机、若干台终端设备、数据传输设备、以及便于终端和计算机之间或者若干台计算机之间数据流动的通信控制处理机等组成的系统的集合，这些计算机系统应当具有独立自治的能力。

计算机网络的最主要功能是向用户提供资源的共享，而用户本身无需考虑自己以及所用资源在网络中的位置。资源是指在有限时间内科委用户提供各种服务的软硬件设施，资源共享包括硬件共享、软件共享和数据共享。

按网络的跨度分，可以分为广域网、局域网和城域网；按网络的拓扑结构分，可以分为星型网、总线型网、环型网和网状网络；按管理性质分，可以分为公用网和专用网；按交换分，可以分为电路交换网、报文交换网和分组交换网；按功能分，可以分为通信子网和资源子网。

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计算机设备概念篇(7)

关键词：建筑；概念设计；结构设计

前言

随着科技的快速发展，时代不断进步，，国内人们的生活水平越来越高，对生活质量的要求也逐渐提高。为了满足人们日益增长的物质文化需要，满足消费者的需求，我国的建筑行业在建筑结构方面的设计也在改革发展。在国外先进设计理念的影响下，我国结构工程师也在总结自身的设计经验，利用概念设计的新理念来进行建筑结构设计。概念设计是指在没有经过计算的前提下，特别是在没有条件进行精确的力学分析，或者在设计规范中没有定义的情况下，从整体的角度来进行结构设计。通常包括整体的设计布置，以及抗震方面的细节设计。通过整体来进行建筑结构设计的宏观调控。

一、概念设计的重要性

在传统的建筑结构设计中，结构工程师依据以前的设计施工经验，经过不断的总结和追求完善，设计经验与理念也在实际工作中得到进步和创新。随着时间的推移，经验不断丰富，设计理念不断完善，设计的作品逐渐成熟。但是，由于很多工程在创新方面的努力不够，习惯于依据规范和设计手册等传统书籍，只是借鉴以前的设计风格和设计手法。不仅对于国外、国内的先进技术和理念没有给予足够的重视，在设计中进行改进和运用，也过分依赖设计程序，忠于传统设计，因为害怕创新和手工的设计作品不符合设计的要求造成不的后果。还有的工程师在设计的过程中，因为依赖设计程序的运用，对于程序给出的运算数据不质疑，大胆用，没有足够的认真和质疑的精神来对待设计结果，造成没有发现程序设计中的错误。而且，结构设计需要运用的知识涵盖建筑学的很多方面，很多知识是在工作经验中总结的，或者是自己的想法和领悟，并不是在学校学习的系统知识，相对的分散，不容易记忆，因此在设计中也不容易进行运用。概念设计的重要性不仅在于概念设计在传统设计理念的优点结合，并在传统设计的不足之处进行改进，将计算理论的漏洞从整体的角度来进行解决。例如，混凝土的结构设计。虽然内力计算的理论支持是弹性理论，但实际上，界面设计的计算支持却是塑性理论。这个不同就会造成计算得到的结论与实际的情况相距甚远。为了避免出现这样的情况，就需要进行良好的概念设计的把握。计算机的特点在于计算精度高，计算速度快。

但工程师又会因此对结构性能产生不明白的地方。因此，工程师有良好的概念设计技能，才能正确的理解结构工作性能。设计的初期，所有的准备工作是计算机不能胜任的，需要手工进行。概念设计在这个阶段就显得非常重要。结构工程是良好地运用概念设计在结构设计中，能够让设计的方案更加的合理，性价比低，更加符合实际情况。因此，工程师需要在工作中不断地完善概念，尽自己的能力去了解结构设计内容和理念，争取良好地进行运用。

二、建筑结构设计中的概念设计

我国在概念设计方面还不十分完善，在整体设计的技术上还存在一定的局限性。也就是说，在我国传统的结构设计中，在设计内容上很多都进行了假设和简化。这就让工程师在设计的过程中，进行自主的选择和判断，照搬设计的方法是行不通的。而是应该将规范当作一种工具，为自己的设计提供思路。所以，工程师应该将概念设计运用到实际的设计中区，将自身对结构设计的理解和创新将结构设计进行得更加完美。

概念设计在整体结构体系方面的理念的运用相较于传统设计更加深入。分体系力学方面也是。尤其是在结构破坏机理的理解和运用方面有很强的宏观性。在规范不能规定以及不能精确分析的情况中，概念设计可以从整体的视角来处理问题。运用类似估算的方式，将设计方案进行改革。使其能够在结构体系方面的设计更加直白，方便理解和计算。这种设计通常在概念方面的定性准确，没有歧义。在设计的时候能够避免某些不必要的计算，安全可靠性高。同时，也是能够对计算机得出的数据结论进行判断。例如，在底层框架的计算中，传统的结构设计途径很多。可以通过多、高层结构三维空间分析程序来进行。某些工程师习惯设置抗震强。这样不仅在底层框架的承受能力上没有得到真实反映。在刚度比上也不能满足。这个情况的症结在于结构概念设计没有在不同的结构体系的不同之处着想。而且，对计算机的过度依赖也会造成一定的后果。如果没有能及时地发现计算机结论的错误，那么还不如不用计算机程序来进行设计。否则，发生事故是迟早的问题。结构设计中经常会碰到这样的问题。例如在传统结构设计中，对结构抗力的关注度很高。要对其进行提高，就需要相应地提高混凝土等级、配筋量。这就造成工程的成本提高。工程师在这方面的注意力只在于不超过最大配筋率。往往就造成肥梁、深基础。与我们要的良好的经济性、适用性结果不符。概念设计能很好地解决这个问题。概念设计的优点不仅在于提供设计的新思路，也能够一定程度地避免旧的设计理念的干扰。

三、概念设计的问题

虽然概念设计在我国的应用越来越广泛，这一设计理念也在工程师的设计之间经常见到。但是，在我国的高校相关专业科目的教学中，在力学概念的教授方面还比较片面。大多数比较重视单独构件和孤立分体系的学习。特别是在高校的专业课中，教师的讲课内容多是围绕单项计算进行。在综合练习的方面比较不足，这对于学生在整体上对设计进行把握不利。而且，教师的这种教学理念通过考试等方式的结合，深深地融入到学生的学习中，让其对这样的思维方式进行强化。久而久之，学生就会变得只会在解题的时候将公式带入进行计算，而不知道为什么。随着计算机网络的普及，毕业设计也过于依赖计算机。计算机对设计思路的屏蔽，让学生在手算方面显得更加不足。这样的教学就会造成学生的实际操作能力下降，对概念的理解和把握不足。这些将会成为工程师的学生的设计思路会因此受到影响。

四、建议和意见

人们对建筑设计的要求越来越高，因此设计也要进行创新。建筑架构设计应该建立在计算机的良好运用的基础上，还要结合概念设计，将结构设计进行优化。环保、优质建材的使用，只是建筑结构设计的一部分。最重要的是对概念设计的理解。通过对结构设计的创新，才能够将建筑设计的创新和发展进行得更加顺利。所以，可以说，推广概念设计，将其深刻的进行理解，是工程师的首要任务。结合教育机构对于教材和教学方式的改革，将概念设计在学生时代就进行培养，对于我国的建筑结构设计方面的进步非常重要。