如何培養(yǎng)藝術(shù)類院校學(xué)生的計(jì)算思維能力

史家銀

（云南藝術(shù)學(xué)院 云南 昆明 650500）

1 引言

當(dāng)今，計(jì)算機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展當(dāng)中匯集了人類的創(chuàng)造力和想象力。隨著時(shí)間的推移，計(jì)算機(jī)技術(shù)已融入到各個(gè)學(xué)科和領(lǐng)域，具有非常深遠(yuǎn)的影響。在目前的藝術(shù)類院校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)技能教學(xué)中，讓學(xué)生通過對(duì)計(jì)算機(jī)發(fā)展史和初步程序設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)，能夠促使其培養(yǎng)計(jì)算思維能力和意識(shí)。藝術(shù)類院校教育中，計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育屬于素質(zhì)教育的重要組成內(nèi)容。但是，目前藝術(shù)類院校的學(xué)生的基礎(chǔ)普遍較薄弱，計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育課程中多數(shù)以基礎(chǔ)知識(shí)和辦公軟件練習(xí)為主，很少有針對(duì)學(xué)生的計(jì)算思維能力培養(yǎng)的程序設(shè)計(jì)課程。那如何將旨在培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維能力的程序設(shè)計(jì)思想和辦公軟件技能練習(xí)相結(jié)合就成為本文探索的目標(biāo)。

2 計(jì)算思維概述

2006年3 月，美國(guó)卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)周以真教授清晰系統(tǒng)地闡述了計(jì)算思維，2010年10月中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)陳國(guó)良院士在“第六屆大學(xué)計(jì)算機(jī)課程報(bào)告論壇”倡議將計(jì)算思維引入大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)以后，計(jì)算思維得到了國(guó)內(nèi)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育界的廣泛重視。周以真教授認(rèn)為，計(jì)算思維是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及人類行為理解等涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動(dòng)。其定義包含了三個(gè)層次的內(nèi)容：

第一是計(jì)算思維意識(shí)。計(jì)算思維是一種科學(xué)思維，與理論思維、實(shí)驗(yàn)思維一起構(gòu)成了人類的三大思維。第二是計(jì)算思維方法。計(jì)算思維方法是計(jì)算思維的核心。計(jì)算思維方法很多，周以真教授將計(jì)算思維闡述成具體的七大類方法。總的來說，計(jì)算機(jī)思維方法有兩大類：一類是來自數(shù)學(xué)和工程的方法，另一類是計(jì)算機(jī)科學(xué)獨(dú)有的方法。例如，對(duì)于計(jì)算積分，學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的人通過函數(shù)變換求解積分，而計(jì)算機(jī)是通過對(duì)積分區(qū)間進(jìn)行N等分然后累加各小區(qū)間的面積來實(shí)現(xiàn)。學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的人不會(huì)采用后一種方法，后一種方法只有掌握了計(jì)算機(jī)技術(shù)的人才采用，但是仍然來自數(shù)學(xué)。在大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程中，幾乎每一個(gè)概念對(duì)應(yīng)一種計(jì)算思維方法。第三是計(jì)算思維能力。計(jì)算思維的根本目的是解決問題，即問題求解系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及人類行為理解。從計(jì)算機(jī)應(yīng)用的角度來說，解決問題就是計(jì)算機(jī)的應(yīng)用問題。例如，設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)、設(shè)計(jì)一個(gè)教學(xué)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)等都是計(jì)算機(jī)應(yīng)用問題，是計(jì)算思維的目的所在。

計(jì)算思維教學(xué)是解決目前高校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育問題的很好方式，然而計(jì)算思維教學(xué)在具體的執(zhí)行過程中可能會(huì)遇到許多問題，既由于認(rèn)識(shí)上的不足，又由于大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的特殊性。那么，如何在藝術(shù)類院校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維，使大學(xué)生學(xué)會(huì)用計(jì)算思維去思考問題和解決問題，對(duì)提升計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)水平、培養(yǎng)卓越人才具有重要的意義。

3 藝術(shù)類院校學(xué)生計(jì)算思維能力培養(yǎng)模式探索

教師教學(xué)的目的就是要遵循教學(xué)活動(dòng)的客觀規(guī)律，以盡可能少的時(shí)間、精力和物力投入，取得最大化的教學(xué)效果，從而實(shí)現(xiàn)特定的教學(xué)目標(biāo)，滿足社會(huì)和個(gè)人的教育需求。好的教學(xué)效果是教學(xué)的前提與基礎(chǔ)，只有首先保證教學(xué)的效果，才能談?wù)摻虒W(xué)的效益 。而根據(jù)筆者近年以來的調(diào)研，藝術(shù)類院校的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)水平參差不齊，以純理論化的計(jì)算思維教學(xué)效果不是很理想。如果大部分學(xué)生都不能接受的教學(xué)，那即使有再好的教學(xué)愿景也只能是教師唱獨(dú)角戲，不是有效的教學(xué)。筆者認(rèn)為能否調(diào)動(dòng)學(xué)生自己主動(dòng)學(xué)會(huì)用計(jì)算機(jī)的方式思考是關(guān)鍵，而其中的程序設(shè)計(jì)又是培養(yǎng)計(jì)算思維的很重要的方式，那么原有大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)中的部分內(nèi)容可以在現(xiàn)有教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上結(jié)合程序設(shè)計(jì)語言進(jìn)行探索研究，以培養(yǎng)和訓(xùn)練學(xué)生的計(jì)算思維能力和創(chuàng)新能力為導(dǎo)向，重新設(shè)計(jì)成藝術(shù)類院?；A(chǔ)較薄弱的學(xué)生都能接受的教學(xué)內(nèi)容。為此，筆者以培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力為目標(biāo)，提出藝術(shù)類院校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中基于VBA的Office計(jì)算思維能力培養(yǎng)教學(xué)模式流程，如圖1所示。

圖1 計(jì)算思維能力培養(yǎng)教學(xué)模式流程圖

Office是一個(gè)應(yīng)用程序套件，其中內(nèi)嵌了功能強(qiáng)大的編程語言VBA(Visual Basic for Applications)，用來開發(fā)自定義Office解決方案?？梢哉f如果沒用過Office中的VBA，那么只利用了Office不到20%的功能。與傳統(tǒng)的宏語言、腳本語言不同，VBA提供了面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)方法，提供了比較完整的程序設(shè)計(jì)語言。由于VBA的存在，Office就不僅僅是應(yīng)用程序，更是一個(gè)開發(fā)平臺(tái)，計(jì)算機(jī)用戶可以利用VBA對(duì)Office進(jìn)行二次開發(fā)，大大擴(kuò)展其功能。Office二次開發(fā)主要有三種模式：直接調(diào)用Office的App進(jìn)行操作控制、程序中采用OLE的方式嵌入Office和制作Office的插件，嵌入到Office中運(yùn)行。在Office二次開發(fā)的教學(xué)過程中以直接調(diào)用Office的App進(jìn)行操作控制的模式為主要內(nèi)容進(jìn)行教學(xué)，在學(xué)生學(xué)有余力的情況下兼進(jìn)行其他兩種模式的講授和學(xué)習(xí)。但無論是哪一種模式都以計(jì)算思維的培養(yǎng)為核心進(jìn)行教學(xué)。

但是，根據(jù)資料調(diào)研分析目前在學(xué)校的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程開設(shè)中很少有利用VBA對(duì)Office進(jìn)行二次開發(fā)應(yīng)用進(jìn)行教學(xué)的。首先是研究利用VBA對(duì)Office進(jìn)行二次開發(fā)在教學(xué)中的應(yīng)用的相關(guān)文獻(xiàn)資料非常少，其次是無論在中小學(xué)或大學(xué)里計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教師的教學(xué)內(nèi)容僅僅講授現(xiàn)有辦公軟件功能如何使用，教學(xué)設(shè)計(jì)中很少將基于辦公軟件基本技能的簡(jiǎn)單程序設(shè)計(jì)思想納入教學(xué)內(nèi)容。筆者認(rèn)為如果將基于VBA的簡(jiǎn)單程序設(shè)計(jì)與辦公軟件基本技能訓(xùn)練相結(jié)合，學(xué)生能夠在掌握基礎(chǔ)技能的過程中同時(shí)掌握程序設(shè)計(jì)思想，在激發(fā)了他們的學(xué)習(xí)興趣的同時(shí)使得學(xué)生的計(jì)算思維能力得到很好的培養(yǎng)訓(xùn)練。

這一教學(xué)模式是專門針對(duì)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)中的Office辦公軟件教學(xué)，目前在廣大學(xué)生中對(duì)office已有較好的使用基礎(chǔ)，所以教學(xué)時(shí)對(duì)圖1中的第一部分只做一個(gè)基礎(chǔ)測(cè)試，把重點(diǎn)放在第二模塊上，從第二模塊開始就以計(jì)算思維為重點(diǎn)貫穿整個(gè)教學(xué)的始終。另外，問題的提出是整個(gè)計(jì)算思維能力培養(yǎng)的重點(diǎn)，所以需要經(jīng)過教師和學(xué)生一起調(diào)研分析找出較好的問題，也可以用頭腦風(fēng)暴的方式提出，然后先以描述性語言來實(shí)現(xiàn)解決問題的辦法，構(gòu)造出模型，最后再用VBA程序設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，經(jīng)過調(diào)試和優(yōu)化最終解決問題。在整個(gè)提出問題到解決問題的過程中學(xué)生的計(jì)算思維能力也得到了很好的培養(yǎng)和訓(xùn)練。

4 計(jì)算思維能力培養(yǎng)實(shí)例分析

藝術(shù)類院校學(xué)生計(jì)算思維培養(yǎng)重點(diǎn)是進(jìn)行合理的教學(xué)設(shè)計(jì)。由于計(jì)算機(jī)應(yīng)用技能類課程中，每一個(gè)軟件的教學(xué)均具有諸多教學(xué)知識(shí)點(diǎn)。個(gè)別知識(shí)點(diǎn)比較“小”，并不能夠單獨(dú)成為一項(xiàng)教學(xué)內(nèi)容，但是在學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中卻具有比較大的應(yīng)用性[2]。接下來筆者就嘗試以“提出問題——基于VBA的解決問題的方法、思路和流程——程序設(shè)計(jì)——調(diào)試和優(yōu)化問題解決方案”的思路設(shè)計(jì)教學(xué)案例，旨在培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維能力。

案例A：如何在應(yīng)用程序Excel中用消息框求兩個(gè)數(shù)的最大公約數(shù)？

基本思路和步驟：

方法和思路：首先啟動(dòng)辦公軟件Excel，新建一個(gè)工作簿，啟動(dòng)開發(fā)工具中的控件工具箱，選擇“命令按鈕”和“輸入框”工具，拖曳出大小形狀合適的輸入框兩個(gè)，命令按鈕一個(gè)，更改其“caption”屬性為合適的名稱，如“計(jì)算結(jié)果”。

程序設(shè)計(jì)及代碼：左鍵雙擊“計(jì)算結(jié)果”命令按鈕，啟動(dòng)VBA編輯器，在打開的程序代碼區(qū)域?qū)崿F(xiàn)以下代碼，保存退出VBA編輯器設(shè)計(jì)模式即可。

Sub test()

a = Application.InputBox("輸入第一個(gè)自然數(shù):"，Type:=1)

b = Application.InputBox("輸入第一個(gè)自然數(shù):"，Type:=1)

If a > b Then

For i = b To 2 Step -1

If a Mod i = 0 And b Mod i = 0 Then

MsgBox a & " 和 " & b & " 的最大公約數(shù)為:" & i

Exit Sub

End If

Next

Else If b > a Then

For i = a To 2 Step -1

If a Mod i = 0 And b Mod i = 0 Then

MsgBox a & " 和 " & b & " 的最大公約數(shù)為:" & i

Exit Sub

End If

Next

Else

MsgBox a & "和" & b & " 的最大公約數(shù)為:" & a

End If

End Sub

測(cè)試：?jiǎn)螕粢幌马撁嫔系摹坝?jì)算”按鈕，就會(huì)彈出一個(gè)消息框顯示兩個(gè)數(shù)的最大公約數(shù)。

案例B：怎樣利用辦公軟件Word制作多項(xiàng)選擇題？

基本思路和步驟：

方法和思路：首先啟動(dòng)辦公軟件Word，新建一空白文檔，輸入“計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)包括()”并設(shè)置合適的字體、字號(hào)和顏色。啟動(dòng)控件工具箱，選擇“復(fù)選框”并在文檔中拖曳出合適大小的復(fù)選框(checkbox1)一個(gè)。更改其“caption”屬性為“CPU”，更改其名稱“name”為“chb1”。設(shè)置“font”為合適的字體、字號(hào)等。復(fù)制以上復(fù)選框三個(gè)，分別設(shè)置屬性“name”為“chb2”、“chb3”、“chb4”，“Caption”屬性分別修改為“存儲(chǔ)器”、“輸入設(shè)備”和“輸出設(shè)備”。

選擇控件工具箱中的“命令按鈕”，在文檔中添加一個(gè)按鈕，將其“name”屬性修改為“dpd1”，“caption”屬性修改為“判斷”。復(fù)制命令按鈕一個(gè)，將其“name”修改為“dpd2”，“caption”屬性修改為“重選”。設(shè)置“font”為合適的字體、字號(hào)等。布局好的界面如圖2所示。

圖2

程序設(shè)計(jì)及代碼：多項(xiàng)選擇題的判斷思維為如果全選，按下“判斷”按鈕則彈出“回答正確！”消息框，如果只選擇了其中的某一項(xiàng)或某幾項(xiàng)則彈出“沒有選完整！請(qǐng)重新選擇！”消息框。點(diǎn)擊“重選”按鈕，則剛才的選擇清空，可以再次選擇并作出判斷。雙擊命令按鈕“判斷”，啟動(dòng)VBA編輯器，將如下代碼輸入到相應(yīng)區(qū)域，輸入完成后，關(guān)閉窗口返回測(cè)試即可。

Private Sub

dpd1_Click()

If chb1.Value=True And chb2.Value=True And chb3.Value= True And chb4.Value= True

Then MsgBox"回答正確！"，vbOKOnly，"結(jié)果"

Else

If chb1.Value=True And chb2.Value=False And chb3.Value=False And chb4.Value=False Or chb1.Value=False And chb2.Value=True And chb3.Value=False And chb4.Value=False Or chb1.Value=False And chb2.Value=False And chb3.Value=True And chb4.Value=False Or chb1.Value=False And chb2.Value= False And chb3.Value= False And chb4.Value=True

Then MsgBox"沒有選完整！請(qǐng)重新選擇！"，vbOKOnly，"提示"

End If

End If

End Sub

雙擊命令按鈕“重選”，啟動(dòng)VBA編輯器，將下述代碼輸入到相應(yīng)區(qū)域，輸入完成后，關(guān)閉窗口返回。

Private Sub

dpd2_Click()

chb1.Value=False

chb2.Value=False

chb3.Value=False

chb4.Value=False

End Sub

綜上案例A和案例B均為通過計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中的辦公軟件的基本操作技能掌握以后的知識(shí)擴(kuò)展，都以“提出問題——基于辦公軟件VBA的解決問題的方法、思路和流程——程序設(shè)計(jì)——測(cè)試和優(yōu)化”的思路來設(shè)計(jì)教學(xué)，兩個(gè)案例都通過條件判斷讓學(xué)生體會(huì)和掌握運(yùn)用計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)辦公軟件分析問題和解決問題的方法和思路，從而讓學(xué)生在輕松的辦公軟件學(xué)習(xí)中計(jì)算思維能力得到培養(yǎng)和提高。

5 結(jié)語

當(dāng)然，計(jì)算思維并不是一種新的發(fā)明，而是早已存在的思維活動(dòng)，是每一個(gè)人都具有的一種技能，只是人們的計(jì)算思維活動(dòng)是無意識(shí)的，需要我們?cè)谟?jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中加以引導(dǎo)和訓(xùn)練。計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育的關(guān)鍵就是要將無意識(shí)的計(jì)算思維變成有意識(shí)的計(jì)算思維活動(dòng)，主動(dòng)地找準(zhǔn)問題，利用計(jì)算思維去分析問題、解決問題，并應(yīng)用在各自的專業(yè)中。計(jì)算思維的案例也是處處存在，需要我們計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育工作者用心地設(shè)計(jì)并實(shí)施教學(xué)。本文中筆者僅僅以O(shè)ffice辦公軟件的教學(xué)為例，提出自己對(duì)計(jì)算思維能力培養(yǎng)方式的理解及自己在教學(xué)實(shí)踐中的粗淺的嘗試，希望能對(duì)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育改革盡一份力。

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