淺談人工智能與教學范文

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篇1

關(guān)鍵詞：隱喻；認知功能；外語教學

一、隱喻的認知功能

對隱喻認知功能的研究最早可追溯至亞里士多德時代。亞氏把隱喻看做是一個概念對另一個概念的替換，并且指出，詩歌中隱喻的運用有一定的語境(Mahon，1999)。隱喻的認知功能在17和18世紀再次被Vico和Teasaoro提及，只是進入20世紀以后，隱喻的認知功能才被貶低，隱喻被當成了一種靜態(tài)的形式邏輯的符號。例如Searle(1977)從語言學的觀點出發(fā)，把隱喻僅僅看做是一種語用現(xiàn)象。為此，萊科夫和約翰遜一針見血地指出，“典型的看法都認為隱喻僅僅是一種語言特點，是語言的問題而不是思想或行為問題”(Lakoff & Johnson， 1980)。他們以《我們賴以生存的隱喻》一書大張旗鼓地提出了隱喻的認知功能，從而把對隱喻的認知功能的研究推向前所未有的高度。他們認為，隱喻的本質(zhì)是通過甲事物來理解和體驗乙事物，人的概念系統(tǒng)就是通過隱喻建構(gòu)起來的，即所謂“我們的思想和行為本質(zhì)上都是隱喻的” (Lakoff,1980)。自此，對隱喻的認知功能的研究逐漸發(fā)展起來。卡梅倫(1999)也指出，隱喻具有語言修辭功能、認知功能和語用功能。國內(nèi)學者束定芳在《隱喻學研究》一書中，把隱喻功能劃分為修辭功能、語言學功能、詩歌功能、認知功能、社會功能和文字游戲功能。其中隱喻的認知功能主要指隱喻是人類認識概念系統(tǒng)的基礎(chǔ)和組織經(jīng)驗的工具，為人類認識世界提供了新的視角。一般認為，隱喻的認知機制主要體現(xiàn)為從源領(lǐng)域到目標域的映射，表現(xiàn)為人的思維中存在的系統(tǒng)的概念隱喻。在特定語境中，這種概念隱喻常常意味著信息的篩選和整合，而且根據(jù)Lakoff的“不變原則”，這種認知映射具有系統(tǒng)性特點，即源領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)映射到目標域時，原有的基本圖式結(jié)構(gòu)不變。

二、外語教學中隱喻的應(yīng)用研究回顧

卡梅倫較早地探討了具有認知功能的隱喻的應(yīng)用。她認為，隱喻首先是一種語言使用現(xiàn)象，語言的認知性與社會性相互作用產(chǎn)生了語言行為。因為語言是一個復雜的、動態(tài)的系統(tǒng)，語言資源只有在特定的語境中被應(yīng)用、加工，才能達到互動的目的。作為語言學者，應(yīng)當揭示種種語言行為的內(nèi)在過程。因此，研究隱喻，要把隱喻的社會層面和認知層面都包括進來。在此基礎(chǔ)上，卡梅倫建構(gòu)了隱喻的應(yīng)用框架：1)理論層面；2)加工層面；3)神經(jīng)層面(Cameron， 1999)。近年來，第一層面主要研究隱喻的認定和分類，第二層面主要指隱喻在特定文化語境下的作用和解釋，第三層面研究處理隱喻時的神經(jīng)活動。國外對隱喻的認知功能的應(yīng)用研究已逐漸擴展到很多領(lǐng)域，例如Gwyn(1999)有關(guān)隱喻的認知功能在醫(yī)療中的應(yīng)用研究，Clarke (1999)對兒童話語中隱喻的分析，F(xiàn)orceville(2000)對廣告中隱喻的認知作用的研究，等等。

相比之下，在外語教學領(lǐng)域里，有關(guān)隱喻認知功能的應(yīng)用研究要少得多，僅有零星的研究散見在認知語言學著作里。在首屆全國認知語言學研討會上，龐繼賢和丁展平(2002)曾撰文討論過隱喻的應(yīng)用語言學研究，嘗試把卡梅倫的三個層面應(yīng)用于外語教學。王寅(2004)提出了在外語教學中培養(yǎng)學生的隱喻能力的問題，蔡龍權(quán)(2005)也提出了把隱喻性表達作為一項外語交際能力的設(shè)想。但是隱喻的研究成果仍未在外語教學領(lǐng)域里引起足夠的重視。國外的相關(guān)研究亦很少，且多為母語為英語的二語習得研究。例如Cameron(2003)對英語國家課堂中出現(xiàn)的隱喻的分析，Cortazzi(1999)對本族語教師與學生有關(guān)“教學”、“教師”等概念的隱喻性理解和表達的研究。另外，這些研究也都沒有直接探討外語教學和隱喻的關(guān)系。

鑒于此，本文擬在前人研究的基礎(chǔ)上探討隱喻在外語教學中的主要應(yīng)用層面，分析外語教學中隱喻應(yīng)用的可能性，以期為隱喻的認知功能在外語教學中的進一步應(yīng)用探索路徑。

三、隱喻的認知功能在外語教學中的應(yīng)用

隱喻作為一種認知模式，出現(xiàn)在政治、經(jīng)濟等各類語篇中(孫厭舒，2004)。我們的外語教材中也有大量的隱喻。隱喻在外語教學中的作用不容忽視。

基于卡梅倫的應(yīng)用框架理論，在中國文化語境下，隱喻在外語教學中的應(yīng)用也可分為三個層面：1)語言層面；2)交際層面；3)文化層面。語言層面主要包括隱喻的認知功能在外語教學中對各種語言現(xiàn)象的提煉和組織的作用。隱喻在交際層面上的應(yīng)用是培養(yǎng)學生語言能力的重要方面，也是外語教學中經(jīng)常涉及的問題。文化層面上，隱喻的認知功能在外語教學中主要涉及到文化教學與語篇理解。

篇2

關(guān)鍵詞：計算機；變化；應(yīng)用；發(fā)展趨勢

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9599 (2012) 09-0000-02

一、引言

人類自古以來，為了能使計算更加簡便、快速，對計算工具一直進行著探索。從最早用石子，樹枝計數(shù)，之后用算盤等一些簡單的物理計算工具，再到電子計算器等每一次新的計算工具的出現(xiàn)都是人類的進步。由于近代科學技術(shù)的發(fā)展，20世紀初電子管的發(fā)展大大促進了計算工具的發(fā)展，1946年美國賓尼法尼亞大學和有關(guān)科研機構(gòu)聯(lián)合研究，制造出世界第一臺電子計算，它的問世開創(chuàng)了計算工具新的時代，深刻的影響著人類的發(fā)展。由于當時的科學技術(shù)限制，計算機的體積、重量都巨大并且運行成本昂貴，只適用于軍事領(lǐng)域當中用來計算數(shù)據(jù)。隨后的時間里人們對計算機開始了不斷的研究，到了上世紀80年代，由于計算機成本的下降，計算機開始在許多政府部門、大型企業(yè)以及科研機構(gòu)中開始使用。之后隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，微型處理器（CPU）的誕生徹底改變了計算機的面貌計，使計算機成本迅速下降，體積也縮小很多，使計算機開始進入家庭，從此打開了信息時代的大門。到了新世紀由于集成電路研究和應(yīng)用，促使計算機廣泛的運用于各行各業(yè)。

從世界上第一臺通用電子計算機ENIAC誕生至今, 計算機在我們的生活中扮演著越來越重要的角色并且不斷地改變著人們的生活方式，促進著社會的進步，創(chuàng)造著更加輝煌的人類文明，通過實踐的證明它無疑是迄今為止人類最偉大的發(fā)明之一。計算機的發(fā)展也深刻的影響著中國，近些年來在我國，隨著計算機科學技術(shù)的發(fā)展，計算機更加深入、廣泛的應(yīng)用于國防建設(shè)領(lǐng)域、教育領(lǐng)域、商業(yè)領(lǐng)域以及工業(yè)領(lǐng)域等社會生活的各個領(lǐng)域，同時在改革開放大發(fā)展大跨越的背景下,我國計算機用戶數(shù)量與日劇增，計算機應(yīng)用水平不斷提升,在通信、互聯(lián)網(wǎng)、多媒體應(yīng)用、電子商務(wù)方面都取得了不錯的成績，這些都有力地推動著我國計算機技術(shù)地發(fā)展。以下主要就是對當今我國計算機在各領(lǐng)域的應(yīng)用及未來的發(fā)展趨勢進行闡述。

二、計算機在我國的應(yīng)用現(xiàn)狀

（一）計算機在我國居民日常生活中的應(yīng)用

新世紀是信息化的時代，人們需要獲取的更多領(lǐng)域、更高質(zhì)量的信息。計算機的發(fā)展促進了我國信息化時代的發(fā)展，人們再也不用只通過報紙、電視來獲取信息，而通過計算機在互聯(lián)網(wǎng)上可以快速地獲取更多、更廣泛的國內(nèi)外信息。另外隨著人們的生活水平地不斷提高，人們在物質(zhì)生活得到滿足的同時更多開始注重精神生活，計算機與多媒體技術(shù)的完美結(jié)合極大的豐富了人們的業(yè)余生活。據(jù)統(tǒng)計，我國計算機用戶的數(shù)量成逐年遞增趨勢，計算機在公司、家中以及公共場所也越來越普及化。這些都說明我國居民的日常生活中越來越離不開計算機的使用。

（二）計算機在我國國防領(lǐng)域中的應(yīng)用

和平與發(fā)展已經(jīng)成為當今世界的主題，在這樣的大環(huán)境下各國軍事力量已經(jīng)不在是簡單的武器和兵力的較量，國家的信息安全顯得格外重要。隨著計算機技術(shù)在我國國防領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用，我國的國防事業(yè)正在朝著革命化、現(xiàn)代化、正規(guī)化方向發(fā)展。另外計算機技術(shù)在我國的航空航天方面也有著突出的表現(xiàn)，主要應(yīng)用于對衛(wèi)星發(fā)射和回收，火箭升天控制、宇航飛船運行操作等方面。

（三）計算機在我國教育方面的應(yīng)用

21世紀計算機在我國教育事業(yè)中的應(yīng)用得到了空前的發(fā)展，它被廣泛地應(yīng)用到教育的不同層次和領(lǐng)域，促使我國教育事業(yè)走進一個嶄新的時代。計算機主要被應(yīng)用于輔助教學方面，老師通過計算機可以播放教學課件，應(yīng)用教學軟件模擬物理、化學實驗以及播放英文影音作品等方法打破了傳統(tǒng)教學的枯燥乏味，不僅充分的發(fā)揮教師的作用，而且還能激發(fā)學生對學習的積極性和主動性。其在教學管理上也有廣泛的應(yīng)用，比如對考試卷實行計算機閱卷可以大大提高工作效率，也減少了誤判、錯判等情況。近些年來出現(xiàn)的遠程教育又是計算機在教育領(lǐng)域的另一個典型例子，它的出現(xiàn)打破了傳統(tǒng)的課堂模式，使人們在除課堂以外的場所，如家中、圖書館、辦公室等地均可以受到高質(zhì)量的教育。另外計算機在我國的科研領(lǐng)域中也有廣泛的應(yīng)用。

（四）計算機在我國工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用

隨著改革開放不斷地深入發(fā)展，以可持續(xù)發(fā)展為原則，要將我國原有的工業(yè)體系逐步向著機械化、自動化、信息化、現(xiàn)代化轉(zhuǎn)變，由粗放型經(jīng)濟向資源節(jié)約型過渡，向著和諧社會的目標邁進，在這其中計算機及技術(shù)的應(yīng)用是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。現(xiàn)如今計算機在我國工業(yè)領(lǐng)域中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，其主要被應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)中的自動化控制、計算機輔助設(shè)計、

信息管理系統(tǒng)、機械地集成制造等方面并且效果顯著。工業(yè)化離不開計算機，其在企業(yè)的應(yīng)用程度已經(jīng)成為衡量一個企業(yè)優(yōu)劣的重要指標之一，也是工業(yè)現(xiàn)代化程度的重要指標。

（五）計算機在我國商業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用

計算機技術(shù)在企業(yè)管理、經(jīng)濟管理、信息管理、電子商務(wù)等方面發(fā)揮著重要的作用，它幾乎涉及商業(yè)的各個領(lǐng)域之中，隨著計算機技術(shù)在商業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用地不斷加深，將會大大加速了經(jīng)濟全球化的進程。

除了以上這些領(lǐng)域，計算機在其他領(lǐng)域也有廣泛的應(yīng)用，它幾乎涉及社會發(fā)展和人類生活的方方面面，我們需要不斷對計算機進行深入研究，擴展其的應(yīng)用范圍，使之能更好地服務(wù)于我們不斷發(fā)展的社會。

三、計算機在性能方面的發(fā)展趨勢

第一代計算機采用機器語言運行處理，到第二代出現(xiàn)了程序語言，第三代出現(xiàn)簡單操作系統(tǒng)，第四代采用windows操作系統(tǒng)至今，運行速度上由原來很慢到如今發(fā)展到幾十億次每秒的運算速度，用途也由最初只用于軍事科研發(fā)展到如今成為人人可以擁有，從其發(fā)展歷史我們不難發(fā)現(xiàn)，在應(yīng)用方面需求的強大驅(qū)動下，再加上網(wǎng)絡(luò)技術(shù)迅速地發(fā)展，未來計算機在性能方面向著巨型化、微型化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化的方向的發(fā)展趨勢。

（一）計算機功能方面的巨型化

在未來計算機應(yīng)該具備超大容量的存儲空間，更快的運行速度（一般可以達到幾百億次每秒）以及功能方面更加多元化。另外在軍事領(lǐng)域和科研領(lǐng)域中還需要更大的存儲量、更快運行速度的超級計算機。

（二）計算機體積上的微型化

由于上世紀70年代集成電路迅速發(fā)展，使大規(guī)模、超大規(guī)模的集成電路在計算機中廣泛的使用，微型處理器(CPU)的誕生和不斷更新?lián)Q代，大大降低了計算機的成本，縮小了計算機的體積。另外軟件行業(yè)地迅速發(fā)展和計算機外部設(shè)備趨于完善以及新的操作系統(tǒng)問世使得計算機操作起來非常簡便、功能強大。這些技術(shù)上的突破使微型計算機滲透進社會的各個領(lǐng)域中，逐步走進人們地生活。隨著新世紀微電子技術(shù)進一步地發(fā)展，計算機從體積上更趨于微型化，從臺式機到筆記本，再到現(xiàn)在的掌上電腦、液晶電腦、平板電腦等的出現(xiàn)使人們可以隨身攜帶計算機，隨時隨地使用它。未來計算機會不斷趨于微型化，還會出現(xiàn)體積更小的計算機。

（三）計算機的網(wǎng)絡(luò)化

由于信息通訊技術(shù)地不斷發(fā)展，將世界各地的計算機通過互聯(lián)網(wǎng)連接在一起，拉近了人與人之間的距離，使人們可以足不出戶就瀏覽到世界各地的信息、風土人情；使人們的溝通變得更加方便；還使網(wǎng)絡(luò)中的資源得到極大的共享。未來計算機網(wǎng)絡(luò)化會進一步加深，范圍越廣。

（四）計算機的人工智能化

我們現(xiàn)在所用的第四代計算機在運行速度和功能方面都已經(jīng)很強大了，但是比起人腦的邏輯能力就顯得笨拙，人們一直在探索如何能讓計算機能夠具有人的思維，使人與計算機可以溝通交流，這也正是第五代計算機所要達到的目標。將人工智能與計算機結(jié)合使之能具備人的邏輯判斷能力，可以學習、思考以及與人類交流。到那時，人們再也不用通過編碼程序來運行計算機，而是通過發(fā)出指令或提出要求操作計算機。

（五）其他技術(shù)在計算機中的應(yīng)用趨勢

我們現(xiàn)在所用的微型處理器的基本元件是晶體管，由于處理器不斷地更新?lián)Q代，硅技術(shù)的發(fā)展也越來越接近其自身的物理極限。要打破限制計算機硬件發(fā)展的瓶頸，我們要從計算機的結(jié)構(gòu)、元件等方面加以改革使之發(fā)生質(zhì)的飛躍。隨著高新技術(shù)的不斷發(fā)展，為計算機發(fā)展提高了強大的動力，未來光電技術(shù)、量子技術(shù)、納米技術(shù)、生物技術(shù)都會與計算機結(jié)合創(chuàng)造出新型計算機。

四、結(jié)束語

計算機在我國社會的各個領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用，極大的促進了我國政治、經(jīng)濟、文化的繁榮。新形勢下，我們還要繼續(xù)對計算機技術(shù)進行研究并同世界各國一道為計算機的發(fā)展而努力，使之能更好的服務(wù)于人類，促進人類社會文明。

參考文獻：

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篇3

關(guān)鍵詞 虛擬技術(shù) 維修 教學

中圖分類號：G64 文獻標識碼：A 文章編號：1002-7661（2013）03-0026-02

目前，車輛維修專業(yè)的教學普遍采用實車、實地教學，由于受到實車設(shè)備數(shù)量和復雜程度的限制，已不能完全滿足教學訓練需要，且結(jié)合實車進行教學訓練的成本高、危險性大，并容易造成人為的機械故障，影響車輛的完好性。因此迫切需要現(xiàn)代化的教學和訓練手段來解決目前存在的這些問題，促進車輛維修教學訓練水平的不斷提高。隨著科學技術(shù)的迅猛發(fā)展，特別是計算機虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展，為解決這一問題提供了可行的辦法。利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)建立車輛虛擬維修訓練系統(tǒng)得到了越來越多的高職院校的重視。車輛虛擬維修訓練系統(tǒng)作為教學訓練新模式，解決了實車教學訓練設(shè)備不足的問題，可提供多人次、多場位的教學訓練環(huán)境，節(jié)約了大量的訓練經(jīng)費和時間，大大提高了教學訓練效益。

一、虛擬維修技術(shù)

虛擬維修技術(shù)是虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展分支，它綜合計算機圖形圖像技術(shù)、傳感器技術(shù)、人工智能等多項高新技術(shù)的應(yīng)用，是實際維修過程在虛擬環(huán)境下的再現(xiàn)或預演，將使用者同虛擬的維修環(huán)境結(jié)合起來，并通過相關(guān)設(shè)備與虛擬環(huán)境進行交互，感知和操縱各種虛擬對象，從而獲得身臨其境的感受和體會。就目前的發(fā)展情況來看，虛擬維修技術(shù)一般可分為以下四大類。

1.桌面式虛擬維修仿真系統(tǒng)。桌面式虛擬維修仿真系統(tǒng)基本上是一套基于普通PC平臺的小型桌面虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，適用于普通的PC機，對硬件性能要求不高，同時也不需要擴展外部硬件，移植性強，經(jīng)濟性好，且開發(fā)方式更加靈活，適用于高職學校車輛維修專業(yè)的教學仿真訓練。

2.沉浸式虛擬維修仿真系統(tǒng)。沉浸式虛擬維修仿真系統(tǒng)是一套比較復雜的系統(tǒng)，需要擴展一些昂貴的外部硬件設(shè)備，使用者必須頭戴頭盔、手帶數(shù)據(jù)手套等傳感跟蹤裝置，才能與虛擬世界進行交互。一般用于沉浸性要求較高的軍事裝備維修訓練，不適合大規(guī)模的教學訓練。

3.增強現(xiàn)實性的虛擬維修仿真系統(tǒng)。增強式虛擬維修仿真系統(tǒng)是把真實環(huán)境和虛擬環(huán)境組合在一起的一種系統(tǒng)，它既允許用戶看到真實世界，同時也可以看到疊加在真實世界的虛擬維修對象，這種系統(tǒng)既可減少對構(gòu)成復雜真實環(huán)境的制造，又可對實際裝備進行各種操作，真正達到亦真亦幻的境界，一般用于車輛生產(chǎn)研發(fā)階段對車輛維修性的設(shè)計工作。

4.分布式虛擬維修仿真系統(tǒng)。分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)是利用遠程網(wǎng)絡(luò)，將異地的不同用戶通過網(wǎng)絡(luò)聯(lián)結(jié)起來，多個用戶同時參加一個虛擬空間，共同對同一虛擬世界進行觀察和操作，達到協(xié)同維修的目的。

虛擬維修技術(shù)在車輛維修職業(yè)教育教學中具有其他媒體不可比擬的優(yōu)勢，主要有以下幾點：（1）沉浸性，指虛擬維修系統(tǒng)可以讓參與的學習者完全沉浸在由虛擬維修系統(tǒng)所創(chuàng)建的維修環(huán)境中；（2）交互性，指學習者在虛擬維修環(huán)境中可以模擬各種動作與操縱，比如利用鍵盤鼠標對各種維修工具設(shè)備進行操作；（3）多感知性，指學習者身處虛擬維修環(huán)境中不僅能夠得到視覺、聽覺，甚至還能夠得到觸覺、動覺等，使虛擬環(huán)境更加逼真。

二、虛擬維修訓練系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

虛擬維修訓練系統(tǒng)利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)創(chuàng)建車輛維修訓練的虛擬環(huán)境，使受訓人員能夠沉浸到計算機生成的環(huán)境中，并通過對虛擬部件進行的裝配和拆卸作業(yè)，了解和掌握車輛的維修技術(shù)和技能，從而達到在實車上進行維修訓練的效果。基于虛擬現(xiàn)實的維修訓練系統(tǒng)需要解決的關(guān)鍵技術(shù)為：

1.維修過程模型。車輛的維修過程一般是按照“步驟—子步驟”結(jié)構(gòu)來描述，維修人員憑借其對維修程序的理解、經(jīng)驗以及現(xiàn)場觀察來完成具體的操作，這種描述并沒有包含關(guān)于維修人員操作、零部件運動、工具使用的所有信息。為實現(xiàn)虛擬維修仿真，需要對維修過程進行進一步分解，得到基本維修作業(yè)序列。按時序運行基本維修作業(yè)模型則可完成整個維修過程仿真。基本的車輛維修作業(yè)按照程序一般可分為拆卸、檢測、更換/修復、裝配、調(diào)試5個作業(yè)序列。

2.虛擬維修場景模型。虛擬維修場景是為受訓者在接受維修訓練時提供一個“實裝”“實地”“實時”的仿真環(huán)境。它包括虛擬人、虛擬維修樣機、虛擬維修檢測工具和虛擬維修環(huán)境。主要是建立虛擬人體模型、運動模型、動作模型；建立具有裝備幾何、外觀以及拆卸等動作的虛擬維修樣機模型；建立具有拆卸動作的維修工具和檢測功能的測量工具；建立真實感強的虛擬維修環(huán)境。

3.人機交互技術(shù)。虛擬維修訓練系統(tǒng)人機交互主要通過特殊的頭盔、數(shù)據(jù)手套等傳感設(shè)備以及鼠標、鍵盤等人機交互設(shè)備，經(jīng)仿真應(yīng)用程序接口，采集交互設(shè)備輸出的數(shù)據(jù)，然后在仿真應(yīng)用程序中進行數(shù)據(jù)處理，最后顯示在虛擬維修環(huán)境中。

三、虛擬維修技術(shù)在教學中的意義

虛擬維修訓練系統(tǒng)利用計算機技術(shù)構(gòu)建了虛擬的維修訓練環(huán)境，能夠有效地克服傳統(tǒng)的車輛維修教學中的不利因素，提高車輛維修技能的教學效果。

1.彌補傳統(tǒng)車輛維修教學條件的不足。在傳統(tǒng)車輛維修教學中，往往因為要實訓的教學設(shè)備短缺、場地不足等方面的原因，而使一些應(yīng)該開設(shè)的實訓課程無法正常進行。利用虛擬維修訓練系統(tǒng)，對要進行實訓的設(shè)備進行虛擬操作環(huán)境仿真，可以彌補這些方面的不足，學習者足不出戶便可以體驗整個設(shè)備的實訓流程，觀看操作現(xiàn)象，獲得與真實訓練一樣的體會，從而加深對相關(guān)內(nèi)容的認識。例如，虛擬的離合器分離結(jié)合操作，可以體會踩踏離合器踏板的感受，觀察離合器的分離、結(jié)合的過程。

2.避免實裝操作對設(shè)備造成損害。學習者在虛擬維修訓練環(huán)境中，可以放心地去體驗各種操作，而不必擔心對教學車輛造成損害，而且在操作中可以反復訓練，不受時間和次數(shù)的限制。例如，虛擬的活塞連桿組的拆裝訓練，可以通過對活塞連桿組進行反復拆裝來體會操作要領(lǐng)和熟記操作步驟，可避免由于學習者操作失誤，而對活塞連桿組造成損傷。

3.徹底打破空間、時間的限制。利用虛擬維修訓練系統(tǒng)，可以徹底打破空間的限制。學習者可以在虛擬環(huán)境中從任意角度任意大小觀察車輛裝備各個總成和零部件的構(gòu)造，了解各總成之間的相互關(guān)系，這是傳統(tǒng)的動畫、視頻和教學實物所無法比擬的。虛擬技術(shù)還便于使理論教學和實踐教學更好地穿行，突破時間限制。例如，在理論課教學中，可以穿行體驗型虛擬維修訓練操作，能更好地提高學習者的操作技能和加深對設(shè)備原理的理解，提高學習者的學習興趣。

四、結(jié)束語

由于虛擬維修技術(shù)處于起步階段，虛擬維修技術(shù)尚未能普及。但是虛擬維修技術(shù)可以有效地解決職業(yè)教育培訓中普遍存在的實訓場地、實訓器材短缺的問題。隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，虛擬現(xiàn)實技術(shù)作為一個新型的媒體，以其自身強大的教學優(yōu)勢和潛力，將會在教學中得到廣泛地應(yīng)用，職業(yè)教育中的教學方式也將面臨質(zhì)的飛躍，將對優(yōu)化教學過程，培養(yǎng)新型技術(shù)型人才產(chǎn)生深遠影響。

參考文獻：

[1]杜.VR技術(shù)在機械維修教學中的應(yīng)用[J].素質(zhì)教育論壇， 2010，（2）.

篇4

關(guān)鍵詞：認證中心；加密套接字協(xié)議層；防火墻；入侵檢測系統(tǒng)

中圖分類號：TP315文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2008)18-2pppp-0c

Design for Security Educational Administration System Based on ASS and UMDS

LU Dan Hua1,2, YANG Feng2

(1.The College of International Education,Guangxi University for Nationalities, Nanning 530006,China;2.School of Computer and Electronics and Information,Guangxi University,Nanning 530004,China)

Abstract:A security educational administration system based on ASS (Authority Subsystem) and UMDS (United Monitor Defend System) is presented in this paper. It integrates many security technique including Certification Authority, Secure Socket Layer, Firewall, Intrusion Detection and the Computer Virus Defend to protect the security of educational administration.

Key words:Certification Authority;Secure Socket Layer;Firewall;Intrusion Detection System

1 引言

隨著Internet的快速發(fā)展，C/S結(jié)構(gòu)已不能滿足校園教務(wù)系統(tǒng)的要求，其缺點是每個客戶必須安裝相應(yīng)的客戶端程序，使得系統(tǒng)維護、升級煩瑣，特別是限制了使用空間的靈活性。因此這種結(jié)構(gòu)逐漸被隨之發(fā)展起來的基于B/S結(jié)構(gòu)的網(wǎng)上綜合教務(wù)系統(tǒng)所代替，在B/S結(jié)構(gòu)的運行模式下，客戶端只需安裝統(tǒng)一的瀏覽器軟件，簡單易行，可以最大程度地實現(xiàn)資源共享，避免了資源的浪費，并為師生和其他用戶提供便利的服務(wù)[1]。但在開放的網(wǎng)上教務(wù)管理系統(tǒng)中存在一些不容忽視的安全問題，例如：如何保證所錄入學生成績的真實性；如何保證成績錄入人員的不可否認性；如何防止人為惡意的網(wǎng)上中途截取、修改；學生網(wǎng)上選課的不可否認等。教務(wù)管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中存有大量的數(shù)據(jù)，如果遭到入侵破壞，損失是難以估計的，需要把教務(wù)系統(tǒng)受到的網(wǎng)絡(luò)入侵威脅降到最小[2]。為了解決教務(wù)管理系統(tǒng)在使用時所遇到的安全問題，本文綜合利用認證中心及SSL，防火墻、入侵檢測技術(shù)和病毒防護技術(shù)設(shè)計一個基于認證子系統(tǒng)ASS（Authority Subsystem）和統(tǒng)一監(jiān)控防護系統(tǒng)UMDS（United Monitor Defend System）的安全教務(wù)管理系統(tǒng)，保證教務(wù)管理系統(tǒng)的安全運行。

2 教務(wù)管理系統(tǒng)的基本功能與安全需求

2.1 教務(wù)管理系統(tǒng)的基本功能

教務(wù)管理系統(tǒng)在基于B/S體系結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上通過對學生、教師、課程以及成績等的管理，形成一個高效的Web教務(wù)管理系統(tǒng)。系統(tǒng)主要具備以下功能：

(1)學生基本信息管理主要包括學生基本情況和學生學習情況的管理。其中學生基本情況管理包括學生的學號，姓名，性別，專業(yè)，班級，出生日期，家庭住址等信息的管理；學生學習情況管理包括學生各學期所學課程及其成績，學分，畢業(yè)狀況等信息的管理。

(2)課程和學位管理主要包括專業(yè)設(shè)置、專業(yè)課程設(shè)置、課程安排、學分學位等管理。

(3)學生選課管理是指學生根據(jù)教學計劃和自身情況選擇所學課程，然后教務(wù)中心根據(jù)教學計劃和學生的選課情況，進行課程安排。

(4)教師管理是指對學校的教師基本情況進行管理；對教師的排課及工作量完成情況、授課效果評測等情況進行管理。

(5)系統(tǒng)管理主要包括系統(tǒng)日志管理，數(shù)據(jù)備份，數(shù)據(jù)恢復和系統(tǒng)安全維護等。

2.2 教務(wù)管理系統(tǒng)的安全需求

為了保證教務(wù)管理系統(tǒng)的安全運行，需要滿足以下安全需求：①數(shù)據(jù)完整性是指教務(wù)管理系統(tǒng)存儲的或在網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)不遭受任何形式的插入、刪除、修改或重發(fā)，保證合法用戶讀取、接收或使用該數(shù)據(jù)。②安全訪問是指教務(wù)資源只能被對該資源擁有訪問權(quán)的實體訪問，防止非授權(quán)的實體使用和訪問該資源。③抗否認性是指報文的收發(fā)者不能否認他們收發(fā)過該報文，如果一方否認，公證機制將根據(jù)抗否認機制予以裁決。例如教師提交成績后不能予以否認。④系統(tǒng)運行安全 是指要維護教務(wù)管理系統(tǒng)的安全運行，免遭黑客入侵，病毒感染等破壞[3]。

3 基于ASS與UMDS的安全教務(wù)管理系統(tǒng)設(shè)計

為了滿足上述的教務(wù)管理系統(tǒng)的安全需求，本文設(shè)計一個基于認證子系統(tǒng)ASS和統(tǒng)一監(jiān)控防護系統(tǒng)UMDS的安全教務(wù)管理系統(tǒng)，保證教務(wù)管理系統(tǒng)的安全運行。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 基于ASS與UMDS的安全教務(wù)管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3.1 認證子系統(tǒng)ASS

因為教務(wù)系統(tǒng)的用戶通常是學生、教務(wù)職工或教師，他們一般通過互聯(lián)網(wǎng)上網(wǎng)查看成績、提交成績、管理成績等工作。為了使系統(tǒng)保證安全的同時，不破壞用戶的使用方便性，特別是不能讓用戶增加額外的客戶端配置工作，比如下載、配置專用客戶端等，本系統(tǒng)的認證子系統(tǒng)ASS結(jié)合了CA和SSL技術(shù)。

3.1.1 CA中心

CA是網(wǎng)上各方都信任的第三方機構(gòu)， 專門負責數(shù)字證書的發(fā)放和管理的認證中心。其中，數(shù)字證書是各實體在網(wǎng)上信息交流中的身份證明，它將實體的公開密鑰同實體本身聯(lián)系在一起。目前，數(shù)字證書格式遵循X.509標準。X.509證書包括有關(guān)證書擁有的個人或?qū)嶓w信息及證書頒發(fā)機構(gòu)等可選信息。實體信息包括實體名稱、公用密鑰、公用密鑰算法和可選的唯一主體ID。CA的核心功能是發(fā)放和管理數(shù)字證書，具體描述如下：

(1)接收驗證最終用戶數(shù)字證書的申請；

(2)確定是否接受最終用戶數(shù)字證書的申請；

(3)向申請者頒發(fā)、拒絕頒發(fā)數(shù)字證書；

(4)接收、處理最終用戶的數(shù)字證書更新請求；

(5)接收最終用戶數(shù)字證書的查詢、撤銷；

(6)產(chǎn)生和證書廢止列表CRL；

(7)數(shù)字證書和歷史數(shù)據(jù)的歸檔。

本系統(tǒng)中的CA由學校教務(wù)管理部門充當。為了實現(xiàn)以上功能，CA中心主要由教務(wù)管理部門審批模塊和證書管理模塊組成，如圖2虛線包圍部分所示。

圖2 CA中心結(jié)構(gòu)圖

(1)教務(wù)管理部門審批模塊主要為用戶提供在線服務(wù)，教師和學生可在自己方便的時候通過瀏覽器向教務(wù)管理部門審批模塊提出注冊表格請求，當?shù)玫皆撃K的應(yīng)答后，申請者提交證書請求。教務(wù)管理人員通過教務(wù)管理部門審批模塊審核申請者提交的證書請求，如果審核通過，將向證書管理模塊發(fā)出建立證書請求，等待證書請求結(jié)果。

(2)證書管理模塊當收到證書請求后，證書管理模塊就生成相應(yīng)的數(shù)字證書，同時提供發(fā)放證書的管理、證書廢止列表的生成和處理等服務(wù)。并把數(shù)字證書通過教務(wù)管理部門審批模塊返回給申請者。此外，為了有效管理證書，證書管理模塊還包括密鑰備份中心、中心數(shù)據(jù)庫等關(guān)鍵部分。

(3)終端實體本系統(tǒng)的終端實體一方面是指學生，教務(wù)職工或教師這些客戶端，相應(yīng)的，是申請客戶證書；另一方面，為了實現(xiàn)客戶端與服務(wù)器端的雙向認證，終端實體還可以是教務(wù)系統(tǒng)的Web服務(wù)器，相應(yīng)的，是申請服務(wù)器證書。如圖1所示。

3.1.2 SSL技術(shù)

Secure Socket Layer(SSL)協(xié)議最初由Netscape發(fā)展，現(xiàn)已成為網(wǎng)絡(luò)用來鑒別網(wǎng)站和網(wǎng)頁瀏覽者身份，以及在瀏覽器使用者及網(wǎng)頁服務(wù)器之間進行加密通訊的全球化標準。在本系統(tǒng)中，SSL技術(shù)主要通過CA中心的數(shù)字證書在客戶端和Web服務(wù)器之間建立安全的通信，如圖1所示。具體的，通過使用CA中心的數(shù)字證書，SSL技術(shù)提供的服務(wù)主要有：

(1)認證客戶端和服務(wù)器，確保數(shù)據(jù)發(fā)送到正確的客戶端和服務(wù)器。這樣就保證是教務(wù)資源只能被對該資源擁有訪問權(quán)的實體所訪問，防止非授權(quán)的實體使用和訪問該資源。并實現(xiàn)了通信雙方的抗否認性。

(2)加密數(shù)據(jù)以防止黑客竊取在教務(wù)系統(tǒng)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。

(3)維護數(shù)據(jù)的完整性，確保數(shù)據(jù)在傳輸過程中不被改變。這就保證了教務(wù)系統(tǒng)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)不遭受任何形式的插入、刪除、修改或重發(fā)，保證合法用戶可以正常讀取、接收或使用該數(shù)據(jù)。

3.2 統(tǒng)一監(jiān)控防護系統(tǒng)UMDS

除了通過認證子系統(tǒng)ASS保證系統(tǒng)的數(shù)據(jù)完整性，安全訪問，抗否認性以外，為了使教務(wù)系統(tǒng)能安全穩(wěn)定的運行，還需要維護系統(tǒng)的安全運行，免受黑客入侵、病毒破壞、系統(tǒng)癱瘓等影響。為此，本系統(tǒng)設(shè)計了一個統(tǒng)一監(jiān)控防護系統(tǒng)UMDS，它主要包括監(jiān)控中心、防火墻、入侵檢測系統(tǒng)（IDS）和防毒軟件等，如圖3所示。

在網(wǎng)絡(luò)安全的建設(shè)中，入侵檢測技術(shù)側(cè)重監(jiān)測、監(jiān)控和預警領(lǐng)域，而防火墻能在訪問控制領(lǐng)域發(fā)揮長處，防病毒軟件在防護、清除病毒方面有較好的效果。但它們分屬于不同的安全領(lǐng)域，傳統(tǒng)的防病毒軟件只能用于防范計算機病毒，防火墻只能對非法訪問通信進行過濾，而入侵檢測系統(tǒng)只能被用來識別特定的惡意攻擊行為。只有把它們的長處集中起來才能更好的保護整個教務(wù)管理系統(tǒng)。

圖3 統(tǒng)一監(jiān)控防護系統(tǒng)UMDS結(jié)構(gòu)圖

3.2.1 監(jiān)控中心

在本系統(tǒng)中，將通過監(jiān)控中心把這幾種安全產(chǎn)品整合成一個安全體系，讓它們有效地協(xié)同工作。監(jiān)控中心主要的工作包括：

(1)收集從防火墻、IDS、防毒軟件和Web服務(wù)器發(fā)來的數(shù)據(jù)，如圖3中實線所示。

(2)將這些從不同節(jié)點發(fā)來的數(shù)據(jù)相互關(guān)聯(lián)，按照設(shè)定的安全策略，做出全局的判斷，得出當前的安全狀態(tài)系數(shù)；再按照系統(tǒng)全局安全策略的要求，把這些安全狀態(tài)系數(shù)轉(zhuǎn)換成為相應(yīng)的控制信號。

(3)向各個節(jié)點發(fā)出相應(yīng)的控制信號，如圖3中虛線所示；通過這些控制信號，可以及時的更改防火墻、IDS、防毒軟件和Web服務(wù)器的配置，以提高整個系統(tǒng)的安全性。

此外，統(tǒng)一監(jiān)控防護系統(tǒng)UMDS還負責安全管理、日志管理、策略管理、服務(wù)質(zhì)量和負載均衡等安全管理工作。

3.2.2 防火墻

防火墻主要作用是使Internet與Intranet之間建立起一個安全網(wǎng)關(guān)，保護內(nèi)部網(wǎng)免受非法用戶的侵入。防火墻主要由服務(wù)訪問政策、驗證工具、包過濾和應(yīng)用網(wǎng)關(guān)4個部分組成。在統(tǒng)一監(jiān)控防護系統(tǒng)UMDS中，防火墻除了完成傳統(tǒng)的訪問控制功能以外，還負責收集、整理數(shù)據(jù)，及時把數(shù)據(jù)按約定格式發(fā)送到監(jiān)控中心；并通過專用的線程專門處理來自監(jiān)控中心的控制信號，然后更改防火墻的訪問控制策略和配置，及時阻斷當前具有破壞性的網(wǎng)絡(luò)連接。

3.2.3 入侵檢測系統(tǒng)

入侵檢測系統(tǒng)IDS是一種主動保護自己免受攻擊的一種網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)[4]。作為防火墻的合理補充，入侵檢測系統(tǒng)能夠?qū)Ω毒W(wǎng)絡(luò)攻擊，擴展了系統(tǒng)管理員的安全管理能力，包括安全審計、監(jiān)視、攻擊識別和響應(yīng)等，提高整個網(wǎng)絡(luò)教務(wù)管理系統(tǒng)安全結(jié)構(gòu)的完整性。在統(tǒng)一監(jiān)控防護系統(tǒng)UMDS中，入侵檢測系統(tǒng)的各個監(jiān)測器除了完成傳統(tǒng)的監(jiān)控和預警功能以外，還要負責收集、整理數(shù)據(jù)，及時把數(shù)據(jù)按約定格式發(fā)送到監(jiān)控中心；并通過心跳模塊及時處理來自監(jiān)控中心的控制信號，修改各個監(jiān)測器的檢測規(guī)則，以適應(yīng)新的系統(tǒng)環(huán)境，提高IDS的檢測率。

3.2.4 防毒軟件

隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，出現(xiàn)了越來越多的病毒種類，它們可以非法的入侵網(wǎng)絡(luò)教務(wù)管理系統(tǒng)，影響系統(tǒng)的使用，竊取數(shù)據(jù)，占用大量的系統(tǒng)或帶寬資源，影響系統(tǒng)的正常使用。防毒軟件在防護、清除病毒方面有較好的效果。為了能夠更好的保證整個系統(tǒng)的安全，除了在系統(tǒng)的主要節(jié)點上安裝防毒軟件以外，還把這些防毒軟件與監(jiān)控中心聯(lián)動起來。防毒軟件負責把查毒結(jié)果、漏洞掃描結(jié)果及時上報給監(jiān)控中心；并等待來自監(jiān)控中心的控制信號，以動態(tài)制定各個防毒軟件的查殺任務(wù)。

4 結(jié)束語

本文綜合利用CA及SSL技術(shù)，防火墻、入侵檢測技術(shù)和病毒防護技術(shù)等設(shè)計一個基于認證子系統(tǒng)ASS和統(tǒng)一監(jiān)控防護系統(tǒng)UMDS的安全教務(wù)管理系統(tǒng)，保證教務(wù)管理系統(tǒng)的安全運行。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，對網(wǎng)上教務(wù)管理系統(tǒng)的安全性提出了更多更高的要求，需要從身份認證、信息認證、數(shù)據(jù)保密和可信服務(wù)等方面出發(fā)，運用更有效的手段滿足網(wǎng)上教務(wù)管理系統(tǒng)在安全方面的高要求[5]。另外，還需從管理和技術(shù)上雙管齊下，使得教務(wù)管理系統(tǒng)成為一個真正的可信系統(tǒng)，更好的為學校、教師和學生服務(wù)。

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收稿日期：2008-03-27