說明 (一)動機與目的 設計這套教材的動機起源於數學系的計算機概論Ⅰ課程。 其實這門課是中大全校必修的科目,但通常是一學期兩學分的課程。 在數學系,我們安排了兩學分三鐘點的課提供給本系大一學生。 除此之外另加一學期的計算機概論Ⅱ。 我們對於這兩門課的定位是:計概Ⅰ的教學目標與全校大一學生所習者無異, 主要目的是引入電腦環境,尤其是網路與多媒體的環境, 並習得基本電腦操作能力和基本軟體的使用。 計概Ⅱ則是針對數學系本身的需求所設計,主題是數學計算軟體與程式設計, 以及與數學方程式有關的特殊文書處理技能。 此處不再多談計概Ⅱ的內容。 就計概Ⅰ的教材而言,這門課雖然行之有年,但是內容的差異很大, 造成後續課程銜接上的困難。所以,系內同仁有一個共識, 要將這門課規劃得比較清楚,使得不至於因為教師的不同而有太大差異。 因此興起編寫教材的念頭。 我個人先後在數學系和國小教師計概班,實驗過這些教材。 最近因為參與教育部的「大學基礎科學教學改進計畫」, 將這些想法就教於數學界同仁。 我獲得同仁們很熱烈的支持, 許多人(包括台大的陳宜良教授)表示要將它引進他們自己的系。 但是教育部並無經費補助教材的開發,正好本校校內提供了這樣獨特的計畫, 讓我們有機會獲得一些經濟上的支持來作初步的開發工作, 真是身在中大的幸運。 關於這套教材的概念和特色,留待後面詳述。 由於我們的教學目標,其實與大部分理工學科的計算機概論課程相同, 所以這本書(和附帶的網路教材)應該可以有更廣泛的應用範圍。 因此我們認為,這本書在將來應該可以有足夠的收入來維持它自己的更新。 詳情亦留待後述。 (二)概念 這門課的進行步驟大致如下:從打字開始, 所有學生(除了殘障以外)一律被要求達到每分鐘 25 字的中/英文打字速度, 否則會導致期中成績不及格。 接著就趕快進入網路與多媒體的世界,先以欣賞為主,並不強調創作。 然後是常見的電腦套裝軟體之介紹。以功能分類, 包括文書處理、試算表、影像動畫聲音之多媒體處理、與資料庫。 最後是網頁製作與管理。 這種課的教材設計,有一種基本困難:如果強調理論,大一學生較難接受, 而且缺少操作技能的計概課程並不實際。 但是如果只教應用,則大學的課程淪為坊間電腦操作課程或專科職校之課程, 亦是我們所不願見。 另方面看,應用軟體是操作電腦的基本, 也確實會對學生在未來四年的學習活動有所助益,不得不讓學生使用。 因應前面這個看法,近來開始有些計概課本,想要融合理論和應用。 這就引發了第二種困難:電腦軟體又多又繁,個人口味還可能不同。 所以這樣寫出來的書必定很厚。 何況軟體可能每年更新,今年寫一本書,明年就要改版。 環顧坊間書局,充滿了這種很快就要過時被銷毀的書。 以靜宜大學王孝熙等八位教授合作的計概課本為例,厚達七百頁, 其中四百頁以上講應用軟體,現在大部分已經稍微過時。 對於這個問題,我的看法是,將教材分為核心理論和實務操作兩部份, 而且設法將它們配對。 例如講 WWW 的時候,附帶講樹狀檔案結構; 講純文字檔的時候,附帶講字碼 (ASCII 和 Big-5); 講試算表軟體的時候,附帶講數字資料形態 (int, unsigned int, float); 諸如此類。 核心理論部份,篩選適合大一程度的內容, 並挑選已經成為基礎理論而不至於輕易改變者。 實務應用部份,則視實際需要製作軟體教材,放在網路或光碟上發行。 這種教材在大量發行的時候,只需要印刷核心理論和歷史發展的部份, 這樣可以減少學生的負擔和紙張的浪費。 而且這本書的使用時間可以拉長,因為它的內容會盡量像微積分和物理課本一樣, 不會輕易過時。 我為這本書規劃了十六章,每章恰好八頁,所以全書的內容部分只有 256 頁, 大約像一本國中的數學課本。 每章的長度適合一小時到兩小時的授課材料,所以每章就是一講。 一學期的授課次數大約是十二到十五次, 所以這本書提供老師一些選擇教材的機會。 這些數字上的安排,順便配合了二進位數字系統。 我的頁碼就打算用二進制;例如第 27 頁就以 000011011 表示,利用前五和後三個位元的分段解讀,就知道這一頁是第三章的第三頁。 當然,這些知識在書本的內容中會講到。 這本書的每一章都配有實習課題,和其他以電子形式呈現的補充教材。 實務部份直接以電子形式呈現,反而有利於實習和操作。 而且這部分隨時可以跟著商業軟體一起更新。 如果人力支援足夠,可以為同一種實務目標,找尋幾種不同口味的軟體來呈現。 例如講電子郵件的時候,可以用 UNIX 版本的 pine,也可以用微軟視窗環境中的 Outlook Express 或 Eudora, 更可以用跨平臺的套裝軟體例如 Netscape; 講試算表軟體的時候,可以用 UNIX 的 Perl 來寫程式, 也可以用 Excel 或 Money, 更可以用跨平臺的套裝軟體例如 Matlab 和 Maple。 為了學生的實際需要,我們的實務操作對象通常選擇微軟的產品。 但是我個人認為,在微軟公司越來越獨大的情況下, 我們更應該多考慮 UNIX 帶來的其他可能性; 此處講的 UNIX 包括在 PC 上執行的 Linux 和 FreeBSD。 所以我會盡量保持這套教材的雙語性:微軟與 UNIX 並重。 例如在談到網路服務和網頁製作的時候,就會引入 UNIX 作業系統。 每當一個新軟體出來,市面上堆了買坑滿谷的介紹書籍。 對我個人而言,每當想到這些書砍掉了多少樹木來印刷, 又想到這些書幾乎沒有一本會被使用超過一年,就覺得非常心痛。 作為資訊業的相關工作人員,我極希望以這本書作為我們對於環境傷害的懺悔。 要開發如前述的教材,必須先投資足夠的人力和時間才能製作第一版, 然後要有經濟規模才能保持網路教材部分的持續成長與更新。 我打算利用本計畫的資助,在今年暑假就完成 Beta 版。 利用未來一學期在中大數學兩個班、國小老師計概班、與台大數學一個班的試教, 來修改增補(並非由我一個人試教,有其他老師合作,當然歡迎更多的老師協助)。 在八九年寒假中,就可以定稿。 然後找尋出版公司發行,預定可以在八九年五月上市。 如果每一本書可以貢獻 60 元來維護網路教材,如果每年能夠賣出一千本, 則我們每年會有六萬元的資金,也就可以提供兩名大學部兼任助理的工作薪資。 如果可以達成這個目標,這本書未來的成長可以自給自足。 (三)各章內容概述 3‧1 目錄 第零講 資料、訊息與媒體 第一講 鍵盤、滑鼠與圖形操作介面 第二講 中文─電腦的外語 第三講 萬維網:瀏覽與查詢 第四講 網際網路與撥接服務 第五講 電子郵件與通訊 第六講 網路資源 第七講 數位圖片與影像 第八講 數位音訊與視訊 第九講 檔案與作業系統 第A講 基礎文字排版 第B講 特殊形式之文字排版 第C講 數字資料處理 第D講 文字資料處理 第E講 程式與作業系統 第F講 計算機組織 3‧2 概略內容 第零講 資料、訊息與媒體 A‧書面教材 ●提出資料 (data) 與訊息 (information) 之對比概念●闡述網路即電腦之概 念,此後所談之電腦即函蓋網路●揭櫫電腦為儲存、處理、呈現與傳遞資訊之媒 體的概念●概述自電磁學理論導至電報之發明以來,人類資訊媒體之發展歷史 B‧網路教材 ●資訊處理科技之歷史大事年表●自動計算機之發展歷史:機械時代、電機時代、 電子時代●Babbage 與 Ada●Harvard 的 Mark I 與 MIT 的類比型計算機●ENIAC 與數學家 von Neumann●計算機與近代科學發展的關聯●計算機與數學的關聯 第一講 鍵盤、滑鼠與圖形操作介面 A‧書面教材 ●QWERTY 鍵盤之簡史●Scan Code 與 ASCII Code 之介紹●Kay 於 1970 年代在 Xerox 實驗室的前瞻性工作●圖形操作介面 (GUI) 的概念與隱喻 (metaphor)●提 示文字模式與圖形模式之不同本質●滑鼠之基本操作●QWERTY 與 Dvorak 鍵盤的 對比,在經濟∕社會學上的意義●文字編輯程式的概念與基本功能 B‧網路教材 ●鍵盤指法●滑鼠操作練習●滑鼠之外的其他指標配備 (pointing device)●英文 打字練習●ASCII Code 列表●操作指引:微軟 Win98 視窗環境●操作指引:X視 窗 CDE 環境●操作指引:在微軟視窗環境中列印●操作指引:在 UNIX 文字模式 中列印●操作指引:微軟之記事本●操作指引:微軟之 EDIT●操作指引:UNIX 文 字模式中的 pico 第二講 中文─電腦的外語 A‧書面教材 ●揭櫫電腦的二進位本質,以及對應的數學表達模型●探討電腦中以字元 (byte) 為基本資料單位的既成事實●探討位元 (bit) 位數與所能表達之不同資料個數之 次方關係●介紹十六進位制●介紹二進制、十進制與十六進制之間的轉換●介紹 中國字之大五碼、國家標準碼、Unicode 碼及大陸簡體字的國標碼●解釋何以中 國字必須另有輸入程式●拼音輸入法與拆字輸入法之概念與簡介●提倡使用羅馬 拼音符號 B‧網路教材 ●Big-5 大五碼列表●CNS 第 0, 1, 2 字面列表●IBM Extended Code 列表 ●Latin-1 Code 列表●GB 國標碼列表●Unicode 列表●羅馬拼音與注音符號對 照表●中文輸入練習●Parity Checking 與早期 ASCII 碼的七位元設計●練習 二進制、十進制與十六進制之間的轉換●不同字碼間轉換程式之介紹●操作指引: 微軟 Win98 環境中之中文輸入法●操作指引:X視窗中 cxterm 及 cvxt 之中文 輸入法●操作指引:在 UNIX 環境中列印中文檔案 第三講 萬維網:瀏覽與查詢 A‧書面教材 ●Landau 於 1970 年代對於超文系統的前瞻性工作●WWW之發展簡史、初期之 科學目的●Mosaic 瀏覽器的發明創意、由它所引起的網路使用之質變●瀏覽器的 基本功能與使用概念●介紹 URL 的格式與意義●閱讀超文網頁之注意事項●搜尋 引擎之使用概念與原則●安全性與其他基本設定之解釋 B‧網路教材 ●W3C 與 NIC 中某些統計資料的中文化●瀏覽與搜尋、書簽管理之範例●網路搜 尋範例●操作指引:Netscape 瀏覽器●操作指引:Internet Explorer 瀏覽器 第四講 網際網路與撥接服務 A‧書面教材 ●解釋固接網路與撥接網路之不同●介紹通訊協定,藉此定義網際網路●網際網路 之簡史●介紹網路卡號、IP位址、網域名稱●解釋何以不同層級之IP位址有 不同數字範圍●解釋網路設定程序中遇到的各種名詞●擬人化介紹網路中封包傳 遞實況●數據機之基本功能與設計原理 B‧網路教材 ●幾種撥接服務之介紹:電話線、數據線、電視電纜、衛星●各種網路設備(路 由器、交換機、集線器與網路卡)的照片與功能介紹●越洋海底電纜之佈線資料 ●ISO 之網路七層架構,各層中之協定或程式範例●臺灣學術網路之佈線與統計 資料●操作指引:微軟 Win98 環境中之數據機設定●操作指引:Linux 環境中之 數據機設定●操作指引:微軟 Win98 環境中之撥接設定 第五講 電子郵件與通訊 A‧書面教材 ●電子郵件的基本功能●電子郵件之運作原理●收信與讀信程式的基本功能●發信 程式的基本功能●多媒體郵件的方便與困難●定義純文字檔案、列舉其用途●解釋 電子郵件何以需要編碼,介紹幾種不同編碼●其他的網路通訊設計,例如網路電 話和視訊會議 B‧網路教材 ●Base64 的編碼規則●Quoted-Printable 的編碼規則●BinHex 的編碼規則 ●各種編碼間的交換與解碼程式介紹●操作指引:微軟的 Outlook●操作指引: UNIX 文字模式中的 pine●操作指引:Netscape 中的收發信子程式 第六講 網路資源 A‧書面教材 ●介紹 telnet 程式的基本功能●利用 telnet 登入 BBS 網站●介紹 BBS 的基本 功能●介紹 ftp 程式與 FTP 服務站●其他網路服務之概述:archie、gopher、 圖書館●網路禮節●教育觀點下的網路:與人類知識架構的類比●可能的未來: 無線網路、個人通訊、人工智慧代理器、穿戴型電腦 B‧網路教材 ●尋找並取回一套軟體程式的範例●文獻資料與圖書資料查詢的範例●與未來可能 之發展有關的實驗室網頁●網路上的英文、中文、科學與數學教材之範例●使用網 路的相關法律條文●操作指引:微軟視窗環境中的 Cute-FTP 程式●操作指引: UNIX 文字模式之 ftp 程式●操作指引:中大松濤 BBS 網站 第七講 數位圖片與影像 A‧書面教材 ●數位繪圖軟體之基本功能●數位圖片的呈現原理:像素矩陣●色彩的定義與色 彩空間●字型檔之簡介●點陣圖與向量圖之概念介紹 B‧網路教材 ●幾種數位圖片檔案規格之簡介與比較:BMP、GIF、JPEG●Adobe 的 PostScript 語言介紹●Adobe 的美工程式:Illustrator 與 PhotoShop 之簡介●彩色印表機 之使用範例●操作指引:微軟視窗環境中小畫家程式●操作指引:微軟視窗環境中 Paint Shop Pro 程式●操作指引:X視窗環境中 xv 與 xfig 程式 第八講 數位音訊與視訊 A‧書面教材 ●數位聲波的呈現原理●MIDI 之原理與簡介●數位視訊與動畫的呈現原理●音訊 與視訊的資料壓縮●音訊與視訊同步問題●介紹光碟機、光碟片、螢幕、顯示卡、 音效卡等多媒體周邊設備 B‧網路教材 ●操作指引:微軟環境中 MediaPlayer●操作指引:微軟環境中 VCD/DVD 播放程式 ●操作指引:微軟環境中 MP3 播放程式●簡介資料壓縮的數學模型●各種不同聲 音取樣頻率之聲波示範●MPEG 檔案規格簡介●3D 動畫育樂軟體示範 第九講 檔案與作業系統 A‧書面教材 ●介紹檔案系統的樹狀模型●檔案類型、可執行檔●介紹磁碟機●作業系統的基本 功能之一:檔案管理●根目錄與其他目錄之不同●開機磁碟與其他磁碟之不同、電 腦的開機程序●路徑概念、與 URL 的類比●區域網路中的資源共享 B‧網路教材 ●UNIX 的磁碟管理概念、網路磁碟概念●操作指引:微軟 Win98 環境中【我的 電腦】●操作指引:微軟 Win98 檔案總管●操作指引:微軟視窗環境中的檔案 壓縮、磁碟管理程式●操作指引:UNIX 文字模式中的檔案管理程式 第A講 基礎文字排版 A‧書面教材 ●文字排版的平面性質與基本注意事項●字型、字體、點數、字距與行距之定義 ●幾種基本的版面規劃●標點符號的觀念與規則●WYSIWYG排版系統與註 解語言排版系統的對比●文字排版軟體的概念與基本功能●PostScript 語言簡介、 後運算語法、Stack 與 Queue B‧網路教材 ●操作指引:微軟 Word 程式 (初級)●LaTeX 的歷史、基本語法 (不含數學部分) ●操作指引:微軟視窗環境中的 chiLaTeX 程式●操作指引:UNIX 與X視窗環境 中的 chiLaTeX 程式●利用 pcalc 程式練習後運算語法 第B講 特殊形式之文字排版 A‧書面教材 ●表格、色彩、條例、數學符號、圖文並茂、多媒體的安插●超文網頁的製作 ●在網路上呈現書面資料的方式與注意事項●製作超文檔案結構時的注意事項 ●網頁管理程式的概念與基本功能 B‧網路教材 ●HTML 的歷史、基本語法●Adobe 的 PDF 檔案格式●LaTeX 的數學排版語言 ●操作指引:微軟 Word 程式 (進階)●操作指引:微軟 Front-Page 程式●操作 指引:Adobe 的 Acrobat 程式●操作指引:UNIX 文字模式中的 vi●操作指引: UNIX 中的 LaTeX2HTML 程式 第C講 數字資料處理 A‧書面教材 ●計算也是一種資料處理●整數與浮點數●試算表的概念與基本功能●計算在科學 中的意義●數字資料的視覺呈現 B‧網路教材 ●從矩陣觀點看試算表的功能●操作指引:微軟 Excel 程式●操作指引:微軟的 Excel 與 Basic 語言之合作●操作指引:Matlab 套裝軟體的試算表模式●操作 指引:利用 Perl 執行簡單的統計功能●科學計算之範例●統計計算之範例●計算 結果視覺化之範例 第D講 文字資料處理 A‧書面教材 ●資料庫之概念●資料庫程式之概念與基本功能●排序與搜尋的基本演算法●資料 結構與圖論簡介 B‧網路教材 ●操作指引:微軟 Access 程式●操作指引:微軟的 Access 與 Basic 語言之合作 ●操作指引:UNIX 環境中的 mySQL●操作指引:利用 Perl 執行簡單的資料庫功能 ●SQL 語法簡介 第E講 程式與作業系統 A‧書面教材 ●程式語言之概念與基本語法●高階語言、組合語言、機器碼之歷史與對比●模組 式與物件導向之程式設計概念●三種基本流程:邏輯分叉、迭代、遞迴●兩種基本 資料結構:序列、矩陣●作業系統的基本功能之二:時序排程 B‧網路教材 ●IBM 數學家 Backus 與 FORTRAN 語言的由來●海軍少將 Grace Hopper 與 bug 和 COBOL 語言的由來●UNIX 作業系統與 C 語言的由來●操作指引:利用 Perl 練習基本的程式設計 第F講 數位邏輯與計算機組織 A‧書面教材 ●真值表●布林代數●邏輯閘與組合電路●計算機組織概況●以擬人化方式介紹計 算機之各部分功能●CISC 與 RISC 處理器的設計概念與比較 B‧網路教材 ●真值表、布林代數之習題●組合電路之範例與習題●CISC (Intel x86) 與 RISC (Sun Sparc) 之組合語言範例