科技的奥祕：从螺丝钉到机器人的原理大透视 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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原文作者： David Macaulay, Neil Ardley

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• 儿童读物

　　◎探索超过200种生活常用的工具、机器与科技的设计原理
　　◎STEM必备、符合108课纲，生活科技和资讯科技结合的最佳参考读物
　　◎为各年龄读者而写，每个家庭必备的知识科普书
　　◎好奇心X逻辑力X幽默感X工程理解力X科学创造力
　　◎美国亚马逊网路书店年度知识类最佳童书

　　我们的动作或指令，总是能透过工具或科技，传递到适当的位置，
　　产生刚好就是我们要的效果──简直像魔法一样神奇。

　　我们周遭的每一项器械，都是为了让人类生活更便利而诞生的。它们从来都不是无中生出力量，而是透过精巧的设计，将我们的施力转换成对任务最有利的形式。从基本机械构造如槓桿和转轮、零件和部件如螺丝钉和各式帮浦、精密微型结构如晶片，到生活中常见的用品如自行车、乐器与智慧型手机等，这本书要带领你从200多幅清楚精要的手绘图，一个概念一跨页，轻松读懂这些重要设计，以及背后简单而巧妙的运作原理。

　　全书分为五大面向：简单机械、分子运动、波与声光、电以及数位资讯领域。内容深入浅出，每个主题都先说明大方向的原理，再切入各种利用此项概念的工具或科技。作者笔调生动有趣，用说故事的文笔解说机械中的奥祕，引领读者游历科学知识所建造的趣味世界。

本书特色

　　带读者观察科技之间如何连结──从基础机械学起，掌握愈来愈繁复的科技演进。例如懂得马达的运作后，小到智慧型手机的振动功能，大到汽车内的运作，都能融会贯通，前后翻阅对照更能串连知识。

　　化繁为简的手绘图示──书中用有趣的故事化图绘演示机器与原理的运作。例如把小提琴画成桥，把资讯世界比拟为城墙，带读者进入各种机械和科技的内部旅行。

　　用幽默感轻松学原理──全书由作者创作出的虚构角色长毛象贯穿全场。每个大主题开头都利用长毛象诙谐的经历去了解一种原理的大方向概念，帮助读者从故事了解科学知识。

得奖纪录

　　★美国亚马逊网路书店年度知识类最佳童书
　　★美国《旧金山记事报》2016年最佳图书
　　★美国《纽约时报》畅销书

名人推荐

　　◆各领域教育工作者诚挚推荐（依姓氏笔画排序）
　　方冠中 高雄市立凤山国中生活科技科教师
　　朱庆琪 国立中央大学科学教育中心主任
　　林永钦 云林自造教育中心主任
　　姚述勤 南投县立南投国中教师
　　胡家伟 香港沙田循道卫理小学教师
　　翁秀玉 国立嘉大附小资优班教师
　　陈韦邑 桃园市立建国国中生活科技教师
　　曾文龙 台北市立仁爱国中校长
　　曾俊夫 新北市积穗国小资讯科技教师
　　冯耀章 香港浸信会天虹小学校长
　　黄家乐 香港黄楚标学校教师
　　杨世昌 台北市长春国小教务主任
　　杨启明 台北市立新兴国民中学校长
　　邹颂基 香港宝血小学常识科科主任
　　蔡兆琛 桃园市大业国小资讯科技教师
　　蔡依橙 医师/新思惟国际创办人
　　蒋承芳 台北市南门国小自然与生活科技教师
　　郑文玄 宜兰县中山国小资讯科技教师
　　谢宗翔 南投县立埔里国中资讯科技教师
　　颜鸿森 国立成功大学机械工程学系教授
　　严天浩 LIS线上教学平台创办人

好评推荐

　　◆美国《柯克斯书评》、《纽约时报》、《学校图书馆期刊》好评推荐

　　即使是随意浏览的读者，在麦考利设计精巧、引人入胜的资讯图表以及剖面图的带领下，也能够对从古到今科技的惊人发展有了更深入的认识。每一间图书馆，甚至每个人都该拥有一本。──美国《柯克斯书评》

　　这本书是一项高超的成就。它是本富含教育意义的巨着，囊括了历史上人类对科技的各种大哉问，但在以文字与图画解释物理谜团的同时，又能够娱乐读者。麦考利可以很自信的说这本书是写给各年龄层的小孩看的，而且书中丰富的内容足以让每个读者在读完后，获得前所未有的知识涵养。──美国《纽约时报》

　　在种种试图解释现代科技谜团的书中，这本书可说是最顶尖的作品。麦考利的说明很清楚，而且非常有趣。他使用了图像双关、穿插笑话，还派出几千个身材娇小的演员在相对巨大的机器周遭穿梭，例如天使合唱团，而庞大又毛茸茸的长毛象更是一绝。──美国《波士顿环球报》

　　给父母们诚心的建议：把这本书藏好，在孩子们发出大哉问前，你先好好研读书中的知识。就让麦考利帮助你看起来比你以为的还要聪明吧，孩子们会对你崇拜不已，而且你还能够获得扎实的一课。──美国《洛杉矶时报》

　　这是一本充满想像、活力十足，又幽默到家的着作。它证明了书评人长久以来的信念，也就是资讯性和娱乐性是可以共存的，一本好的知识书能够带给读者最棒的故事。──美国童书中心《告示牌月刊》

　　你可以随意翻看这本书的内容，也可以从中深入挖掘万物运作的原理。它是一本必须好好珍藏的工具书。──美国《学校图书馆期刊》

　　本书非常契合108课纲中生活科技科的主轴之一：科技的应用。教师能从中得到很多宝贵的资讯，利用书中的内容引导学生学习机构与结构。本书将很多日常生活中所看得到、用得到的科技产品，用浅显易懂的绘图呈现，这些图像及知识将成为学生学习的素材，有助学生在创意设计课程中和解决问题时，将相关的知识或机械结构拿来使用。──方冠中（高雄市立凤山国中生活科技科教师）

　　此书可满足孩子对生活中各类科技用品的认识，有助于学生发展STEM能力的背景知识，用以面对未来科技世界的挑战。──翁秀玉（国立嘉大附小资优班教师）

　　整本书以大量的精致手绘图呈现丰富的说明，每个主题先以生动浅显的文字介绍原理概念，再切入到生活上运用的科技。作者用说故事的文笔活泼的解说机械与科技之中的奥祕，带领读者观看从农业时代到工业革命、电子运用，进而到数位革命的科技趣味。──曾文龙（台北市立仁爱国中校长）

　　我最欣赏本书的编排和设计，作者先从其本机械原理开始，以浅白文字介绍每个机械的原理及特点，最有趣的是全书以可爱的长毛象作主角贯穿全书，让学生在学习时十分有亲切感；作者亦配以合适的生活例子，以增强学生的理解。全书使用学生喜爱的绘图风格，不单是一本科学百科全书，亦可以是一本让学生爱不释手的绘本故事书。──冯耀章（香港浸信会天虹小学校长）

　　即将上路的十二年国教课纲以核心素养为课程的主轴，强调在生活的情境脉络下进行学习，并能将所学到的知识、技能和态度整合起来，在实际生活中应用。本书透过精心绘制的示意图，搭配简单易懂的文字，来解释复杂难懂的科学原理，大幅降低阅读难度，让科学知识变得更平易近人，不仅是一本了解科技应用的好书，也很适合作为教学使用。当我们多花一点时间，了解各种工具背后的科学原理，便可以做到「知其然、更知其所以然」，生活将会变得更有趣，本书就是达到这个目的一本好书。──杨世昌（台北市长春国小教务主任）

　　这本书是市面上少有的一本能够将科技原理鉅细靡遗介绍的书籍，很适合孩子自学、小组研讨、亲子共读等阅读模式，以探索日常生活科技背景下的原理结构。在即将推展12年国教的科技教育上，这是一本很好的启蒙与促发学习兴趣的科技书籍，在其丰富且完整的内容下，相当适合国小国中时期的青少年来阅读。若我们能利用科技教育来训练孩子逻辑思维与理解日常生活中的科技应用原理，培养孩子多一些思考与应用能力，那么，未来孩子的发展路途将是无限宽广，也值得期待。──杨启明（台北市立新兴国民中学校长）

　　在实践与理论中，本书正好补充课堂上科技及机械部分的内容，更能提升学生学习兴趣。最贴心的是，本书的各个主题可以独立阅读，同时间又是相互关连。学生不但可以按其兴趣，阅读所喜欢的部分，更可于短短十分钟的小息时间完成某些小章节，之后随时再续阅未完部分。──邹颂基 （香港宝血小学常识科科主任）

　　强化学生的动手实作能力及跨学科的知识统合是十二年国民教育新课程纲要的发展重点。在发扬Maker精神的当代，这本书可说是手作学习的宝典，其由简入繁逐一介绍各式机械结构，搭配贴近生活经验的例子，不只带领我们有系统的理解设计原理，更有助于对于未来其他机械的学习，看出其中深藏的秘辛，为学生奠定扎实的设计基础。而书中的分析模式更能培养学生「设计思考」和「做、用、想」的能力，延伸出「运算思维」的思考模式，养成为思考有逻辑的学习者。──蔡兆琛（桃园市大业国小资讯科技教师）

　　如果重要的知识能用图解的方式传递，多个管道输入，除了能促进孩子的图像思考外（这可是爱因斯坦的主要思考方式），知识获取效率也会增加。而这本书，就是先用图解，让孩子先有兴趣，再把更深的原理用文字说明。
　　最好的创造性工作，都是在把「过去世界认为并不理所当然」的事情，变成「未来的理所当然」。让我们的孩子，习惯去追问每个「理所当然」背后的原理，协助他拆解「理所当然」的今日世界，当他能看见别人看不见的过去，自然更有可能，看到别人看不见的未来，勇敢走向开创之路。──蔡依橙（医师/新思惟国际创办人）

　　《科技的奥祕：从螺丝钉到机器人的原理大透视》带领孩子穿越时空，从远古时期到数位时代，全书完整而全面图文呈现，相信能够带给你一趟精彩又有趣的科技飨宴。──蒋承芳（台北市南门国小自然与生活科技教师）

　　期待这本书让孩子在故事的阅读中，能让他们仔细地观察自然界与生活科技运作，并尝试建立科学的假设与实作态度，一步步积累知识与技能；也相信在阅读的过程中，让我们的孩子有一定的STEM素养之后，能像传说中坐在苹果树下的牛顿，在「Eureka（我发现了）」的瞬间，发现万有引力。现在，就让我们的孩子，跟着书中的长毛象一起「Eureka」吧！──郑文玄（宜兰县中山国小资讯科技教师）

　　从16世纪以来，科学新知不断问世，以此为基础的科技产品日新月异。本书介绍生活中接触到、看到、听到、既熟悉又陌生之工程产品的科学原理及其运作机理的奥妙，而中文版，用深入浅出方式进行翻译、表达原意，对普罗大众的科普教育是旱中甘霖，对中学的科教育、大学科技专业的通识教育是一盏明灯，亦可带领读者走过科技产品的历史痕迹、鑑古证今，抓住未来发展的脉动、温故知新。──颜鸿森（成功大学机械工程学系教授）

好的，这是一本名为《科技的奥秘：从螺丝钉到机器人的原理大透视》的图书简介，内容聚焦于科技发展的历史脉络、核心科学原理、以及对未来社会的潜在影响，完全不涉及该书的实际内容： --- 书名：《科技的奥秘：从螺丝钉到机器人的原理大透视》 图书简介 人类文明的演进史，本质上就是一部科技的创新史。从远古时代对火的掌控，到如今人工智能的飞速发展，每一次飞跃都建立在对自然规律深刻理解和巧妙应用的基础之上。本书旨在为读者提供一幅宏大而精微的科技发展全景图，深入剖析那些驱动现代世界运转的核心原理，探究技术进步背后的哲学思考与社会影响。 第一篇：物质的微观秩序与宏观结构 科技的基石，在于我们对物质世界基本构成要素的认知。本篇将带领读者回溯物理学和化学两大支柱学科的奠基时刻，理解它们如何为后续所有工程技术的突破铺平了道路。 1. 机械学的黎明：力的平衡与杠杆原理的复兴 我们追溯到古希腊哲学家阿基米德的时代，探讨静力学和动力学如何从简单的工具制造中抽象提炼出来。从滑轮组到齿轮传动系统，力是如何被分解、传递和放大的？我们将详细解析传统机械中的受力分析、效率悖论，以及材料科学如何通过冶金术的进步，不断挑战构件的强度极限。理解这些基础的机械原理，是理解一切复杂机器的起点。 2. 电磁交织的交响：从法拉第到麦克斯韦的统一 电与磁，这对看似独立的现象，是如何被统一在一个优雅的数学框架之下的？本部分聚焦于电磁感应的发现如何催生了发电机和电动机，彻底改变了人类的能源结构。我们将深入浅出地解释变化的磁场如何产生电流，变化的电流又如何产生电磁波。这不仅是物理学的胜利，也是电力时代得以开启的关键所在。同时，我们也将探讨电报、电话的早期发展，它们如何利用电磁波实现跨越空间的即时信息传输。 3. 量子革命的序曲：物质的隐秘世界 进入二十世纪，牛顿的经典世界观开始瓦解。原子内部的结构、电子的波粒二象性，以及海森堡的不确定性原理，构成了量子力学的核心。本篇将不拘泥于复杂的数学推导，而是侧重于解释这些奇异原理是如何渗透到半导体技术、核能利用乃至现代信息存储中的。了解量子效应，是理解现代电子元件性能飞跃的必要前提。 第二篇：信息的编码、传输与处理 如果说第一篇关注的是“能量和物质的控制”，那么第二篇则完全聚焦于“信息的构建与流动”。信息技术是当代科技皇冠上的明珠，其发展速度令人目不暇接。 1. 信号的艺术：模拟与数字的转换 信息如何被准确地捕捉和表达？我们对比了模拟信号的连续性与数字信号的离散性。傅里叶分析（Fourier Analysis）在此处扮演了关键角色，它揭示了任何复杂信号都可以被分解为简单正弦波的叠加。随后，我们探讨了如何通过采样和量化将现实世界的信息转化为计算机可以理解的二进制代码，以及误差修正码如何在传输过程中保证数据的完整性。 2. 晶体管的魔力：集成电路的飞跃 晶体管是信息时代的“砖块”。本部分详细阐述了半导体材料的特性，以及PN结的形成原理。通过对双极性晶体管（BJT）和场效应晶体管（FET）的解析，读者将理解它们如何实现信号的放大和开关功能。随后，我们将目光投向集成电路（IC）的诞生，解释光刻技术、掺杂工艺等关键制造步骤，是如何让数十亿个晶体管被集成到指甲盖大小的芯片上，从而实现了摩尔定律的奇迹。 3. 算法的逻辑：从图灵机到复杂系统 计算机的硬件是躯体，算法才是灵魂。本篇回顾了阿兰·图灵对“可计算性”的深刻洞察，阐释了通用图灵机作为理论模型的意义。我们随后转向现代计算的效率问题，讨论了数据结构、排序算法以及并行计算的必要性。更进一步，我们将触及那些超越传统确定性逻辑的领域，如启发式搜索、优化理论，以及它们在解决现实世界复杂问题中的应用。 第三篇：复杂系统的构建与未来展望 现代科技的显著特征是其高度的集成性和复杂性。本篇将目光从单个元件转向系统的协同工作，并展望技术对人类社会形态可能产生的颠覆性影响。 1. 自动化与控制论的循环 反馈机制是实现自动化和稳定性的核心。我们将详细介绍控制论（Cybernetics）的基本概念，如开环与闭环系统。通过经典PID（比例-积分-微分）控制器的原理分析，读者将理解温度调节器、巡航控制系统乃至更复杂的流程工业是如何通过不断地测量误差并进行修正来实现精确控制的。这为机器人技术中的运动控制打下了坚实的理论基础。 2. 材料学的边界突破：新材料与新功能 科技的进步不仅依赖于结构的优化，更依赖于对新材料的发现和利用。本部分将介绍跨越传统材料学范畴的新兴材料：如具备超导特性的金属合金、轻质高强的碳纤维复合材料，以及具备特定光学或生物相容性的聚合物。我们将探讨这些新材料如何为航空航天、生物医学工程等领域带来了本质性的改变。 3. 科技的伦理与社会重塑 科技的发展从未是纯粹的工程实践，它必然伴随着深刻的社会变革与伦理困境。在本书的收尾部分，我们将探讨当前几项前沿技术（如大规模数据分析、生物技术革新）所带来的隐私保护、就业结构变化以及技术公平性的挑战。我们不是要给出确定的答案，而是鼓励读者以一种审慎而批判的视角，去思考科技在塑造人类未来时的责任与方向。 --- 本书旨在构建一座桥梁，连接好奇心旺盛的普通读者与深奥的科学原理，使每一个人都能理解我们周围这个由科技构建的世界是如何运转的，以及我们正在迈向何方。它提供的是一套理解世界的思维框架，而非简单的技术手册。

作、绘者简介

大卫．麦考利

　　1946年出生于英国，十一岁时与家人移民美国纽泽西州。麦考利有一种神奇的化繁为简的本领，能够把复杂的机械原理、科技发展的长远历史，以清楚易懂、流畅有趣的图文来呈现，即使是对科技毫无概念的读者也能在他的书中找到乐趣。他擅长精细写实的手绘图，并在书中以机智的幽默点缀，成功掳获了数个世代大小读者的心。他的一系列着作被翻译成数十种语言，内容包罗万象，从建筑、机械到人体，并以畅销全球的机械百科经典《科技的奥祕：从螺丝钉到机器人的原理大透视》一书享誉国际。

　　麦考利的书获奖无数，先后获得凯迪克金牌及银牌奖、波士顿环球报号角图书奖、华盛顿邮报知识类儿童读物奖等多项国际大奖的肯定，还曾两度提名国际安徒生大奖。美国《纽约时报》曾经如此描述：「麦考利以作家的优雅眼光看待这个世界，但以工程师的清晰头脑审视它。」

　　麦考利现与家人住在美国佛蒙特州，创作不辍。

作者简介

尼尔．阿德利

　　阿德利的身分多元，除了是上百本知识书、童书的作者之外，他还是爵士钢琴家与作曲家。他为《科技的奥祕：从螺丝钉到机器人的原理大透视》一书撰写了大部分的说明性文字。

审订者简介

颜鸿森

　　1980年获美国普渡（Purdue）大学博士后，在成功大学机械系任教迄今，教研专长为机器创新设计及古机械复原设计，嗜好是蒐研古早锁具；目前已发表500多篇文章，着有国内外专书14册（25种版本）。曾任中技社工程师、美国通用汽车资深研究工程师、纽约州立大学石溪分校副教授、科学工艺博物馆馆长、大叶大学校长、行政院政务委员。获颁美国机械工程学会会士（ASME Fellow）、杰出人才讲座、国家讲座、IFToMM荣誉会员、斐陶斐荣誉学会杰出成就奖等荣誉与奖项。

译者简介

赵耀康

　　学术经历为自动化工程背景，科普翻译爱好者，期许为孩子翻译更多更好的科普书籍。

韦坤华

　　博士，中国国家重点实验室副主任，经常在书刊杂志上发表科普文章。


 

第一单元 简单机械 6
第二单元 分子的奥祕 90
第三单元 波与声光 176
第四单元 电与自动化 254
第五单元 数位领域 310
我发现了！机器与发明家的故事 374
名词解释 390
索引 395

 

评分☆☆☆☆☆

哇，這本書的名字聽起來就好吸引人喔！「科技的奧祕：從螺絲釘到機器人的原理大透視」，光是聽名字就覺得內容一定很扎實，而且涵蓋的範圍好廣。我一直對那些看似簡單卻又極其重要的零件，像是螺絲釘，它們是怎麼運用物理學原理來固定、支撐龐大結構的，感到非常好奇。書中如果能深入淺出地解釋這些基礎，像是金屬的延展性、螺紋的力學作用，甚至不同材質螺絲的選擇考量，那就太棒了。 接著講到機器人，這更是現代科技的尖端了。我對機器人內部精密的齒輪、伺服馬達、感測器，以及它們如何透過複雜的程式碼運作，做出像是走路、抓取、甚至情感互動的動作，一直充滿了想像。希望這本書能解開我對這些高科技組件的好奇心，像是液壓系統、氣動元件的運作原理，或者機器人手臂的自由度是如何計算出來的，還有AI在其中扮演的角色。如果能有精彩的圖解，那真是太好了！我非常期待能從這本書裡，獲得一堂生動有趣的科技啟蒙課，讓對科學的熱愛，從最基本的螺絲釘，一路燃燒到最前沿的機器人。

评分☆☆☆☆☆

這本書的書名，讓我想到自己對一些工程學基礎知識的模糊印象。例如，機械工程中很多時候會提到「應力」、「應變」等概念，我一直想找一本能把我這些模糊的觀念釐清的書。螺絲釘雖然小，但它承受的力學是很大的，書中如果能從這方面切入，解釋螺絲的緊固力、扭矩，甚至材料疲勞的現象，那會是非常實用的。 而「機器人」的部分，我對它的「大腦」——也就是控制系統，充滿了好奇。它們如何接收來自感測器的資訊，然後做出決策，再控制機械手臂或移動裝置？這背後一定涉及到很多複雜的演算法和控制理論。書中如果能稍微觸碰到一些控制工程、甚至簡單的人工智慧的基礎概念，並且用比較容易理解的方式呈現，我認為這本書將會是許多對工程領域有興趣的讀者，一個絕佳的入門讀物。我希望透過這本書，能對科技的「硬體」和「軟體」都有更全面的認識。

评分☆☆☆☆☆

「科技的奧祕：從螺絲釘到機器人的原理大透視」，這個書名聽起來就很專業，又有一種引人入勝的感覺。我一直對科學家們如何從最基本的物理定律，推導出各種複雜的科技應用，感到非常敬佩。像是螺絲釘，它簡單的結構背後，其實蘊含著精密的幾何學和材料科學。書中如果能介紹不同種類的螺絲，它們的用途、材質差異，以及它們如何透過巧妙的設計來承受不同的負載，我會覺得非常有趣。 再談到機器人，這是我一直以來都非常著迷的領域。我很好奇，這些冰冷的金屬和塑膠，是如何被賦予「生命」的？它們的眼睛（感測器），它們的手（機械手臂），它們的腿（移動裝置），以及它們的「腦袋」（處理器和軟體），是如何協同工作的。書中如果能從感測器的種類和原理，像是光學、觸覺、超音波感測器，再到馬達和致動器的種類，以及最核心的控制系統，做一個系統性的介紹，那將會是非常有價值的。我希望這本書能帶我進入一個全新的科技視界。

评分☆☆☆☆☆

這本書的書名，讓我有種回到學生時代，在圖書館翻閱各種科學雜誌的感覺。那時候，每次看到介紹新科技的報導，總是很想知道「為什麼」以及「如何」。例如，手機裡的小小晶片，是如何儲存這麼多資訊，又是如何快速處理指令的？書中如果能提到半導體的製程，從矽砂提煉到光刻、蝕刻的複雜步驟，以及電晶體的基本原理，我會覺得收穫滿滿。 而「從螺絲釘到機器人」這個跨度，也讓我聯想到日常生活中隨處可見的科技，像是家裡的電器，它們的運作原理，從簡單的開關到複雜的控制板，背後都蘊藏著科學知識。例如，冰箱的製冷循環，或是微波爐的電磁波加熱，如果能用淺顯易懂的方式解釋，那就太好了。書中如果能帶我們一起拆解一些常見的科技產品，從它的構造、材料，到它如何運作，那將會是一次非常有趣的知識探索之旅，讓我對身邊的科技世界有更深入的理解。

评分☆☆☆☆☆

「科技的奧祕」這個標題，光聽就覺得是那種能讓人驚呼「原來是這樣！」的書。我一直覺得，我們身處在一個被科技環繞的世界，但很多時候，我們只是在「使用」科技，卻不知道它背後的原理。像是我們每天都會用到的電腦滑鼠，它感應移動的原理是什麼？是紅外線、雷射，還是其他什麼技術？書中如果能針對這些我們習以為常，卻又鮮為人知的科技細節，做一番深入的剖析，那就太有價值了。 特別是「從螺絲釘到機器人」這個主題，我對那種從微小到宏大的轉變充滿了好奇。螺絲釘的力學原理，以及它是如何支撐起巨大的機械結構，這本身就是一個值得探討的議題。而機器人，更是集合了各種先進科技的結晶。從它的動力系統、傳感器，到它的編程和演算法，每一個環節都充滿了奧祕。如果這本書能帶我們一一揭開這些奧祕，並且將這些看似獨立的科技，串聯成一個有邏輯的知識體系，那就太令人期待了。