如何培養藝術類院校學生的計算思維能力

史家銀

（云南藝術學院 云南 昆明 650500）

1 引言

當今，計算機技術飛速發展，計算機技術的發展當中匯集了人類的創造力和想象力。隨著時間的推移，計算機技術已融入到各個學科和領域，具有非常深遠的影響。在目前的藝術類院校計算機基礎技能教學中，讓學生通過對計算機發展史和初步程序設計學習，能夠促使其培養計算思維能力和意識。藝術類院校教育中，計算機基礎教育屬于素質教育的重要組成內容。但是，目前藝術類院校的學生的基礎普遍較薄弱，計算機基礎教育課程中多數以基礎知識和辦公軟件練習為主，很少有針對學生的計算思維能力培養的程序設計課程。那如何將旨在培養學生計算思維能力的程序設計思想和辦公軟件技能練習相結合就成為本文探索的目標。

2 計算思維概述

2006年3 月，美國卡內基·梅隆大學周以真教授清晰系統地闡述了計算思維，2010年10月中國科學技術大學陳國良院士在“第六屆大學計算機課程報告論壇”倡議將計算思維引入大學計算機基礎教學以后，計算思維得到了國內計算機基礎教育界的廣泛重視。周以真教授認為，計算思維是運用計算機科學的基礎概念進行問題求解、系統設計以及人類行為理解等涵蓋計算機科學之廣度的一系列思維活動。其定義包含了三個層次的內容：

第一是計算思維意識。計算思維是一種科學思維，與理論思維、實驗思維一起構成了人類的三大思維。第二是計算思維方法。計算思維方法是計算思維的核心。計算思維方法很多，周以真教授將計算思維闡述成具體的七大類方法。總的來說，計算機思維方法有兩大類：一類是來自數學和工程的方法，另一類是計算機科學獨有的方法。例如，對于計算積分，學習數學的人通過函數變換求解積分，而計算機是通過對積分區間進行N等分然后累加各小區間的面積來實現。學習數學的人不會采用后一種方法，后一種方法只有掌握了計算機技術的人才采用，但是仍然來自數學。在大學計算機基礎課程中，幾乎每一個概念對應一種計算思維方法。第三是計算思維能力。計算思維的根本目的是解決問題，即問題求解系統設計以及人類行為理解。從計算機應用的角度來說，解決問題就是計算機的應用問題。例如，設計一個數據庫應用系統、設計一個教學數據分析系統等都是計算機應用問題，是計算思維的目的所在。

計算思維教學是解決目前高校計算機基礎教育問題的很好方式，然而計算思維教學在具體的執行過程中可能會遇到許多問題，既由于認識上的不足，又由于大學計算機基礎教學的特殊性。那么，如何在藝術類院校計算機基礎教學中培養學生的計算思維，使大學生學會用計算思維去思考問題和解決問題，對提升計算機基礎教學水平、培養卓越人才具有重要的意義。

3 藝術類院校學生計算思維能力培養模式探索

教師教學的目的就是要遵循教學活動的客觀規律，以盡可能少的時間、精力和物力投入，取得最大化的教學效果，從而實現特定的教學目標，滿足社會和個人的教育需求。好的教學效果是教學的前提與基礎，只有首先保證教學的效果，才能談論教學的效益 。而根據筆者近年以來的調研，藝術類院校的計算機基礎水平參差不齊，以純理論化的計算思維教學效果不是很理想。如果大部分學生都不能接受的教學，那即使有再好的教學愿景也只能是教師唱獨角戲，不是有效的教學。筆者認為能否調動學生自己主動學會用計算機的方式思考是關鍵，而其中的程序設計又是培養計算思維的很重要的方式，那么原有大學計算機基礎中的部分內容可以在現有教學內容的基礎上結合程序設計語言進行探索研究，以培養和訓練學生的計算思維能力和創新能力為導向，重新設計成藝術類院校基礎較薄弱的學生都能接受的教學內容。為此，筆者以培養學生的計算思維能力為目標，提出藝術類院校計算機基礎教學中基于VBA的Office計算思維能力培養教學模式流程，如圖1所示。

圖1 計算思維能力培養教學模式流程圖

Office是一個應用程序套件，其中內嵌了功能強大的編程語言VBA(Visual Basic for Applications)，用來開發自定義Office解決方案。可以說如果沒用過Office中的VBA，那么只利用了Office不到20%的功能。與傳統的宏語言、腳本語言不同，VBA提供了面向對象的程序設計方法，提供了比較完整的程序設計語言。由于VBA的存在，Office就不僅僅是應用程序，更是一個開發平臺，計算機用戶可以利用VBA對Office進行二次開發，大大擴展其功能。Office二次開發主要有三種模式：直接調用Office的App進行操作控制、程序中采用OLE的方式嵌入Office和制作Office的插件，嵌入到Office中運行。在Office二次開發的教學過程中以直接調用Office的App進行操作控制的模式為主要內容進行教學，在學生學有余力的情況下兼進行其他兩種模式的講授和學習。但無論是哪一種模式都以計算思維的培養為核心進行教學。

但是，根據資料調研分析目前在學校的計算機基礎課程開設中很少有利用VBA對Office進行二次開發應用進行教學的。首先是研究利用VBA對Office進行二次開發在教學中的應用的相關文獻資料非常少，其次是無論在中小學或大學里計算機基礎教師的教學內容僅僅講授現有辦公軟件功能如何使用，教學設計中很少將基于辦公軟件基本技能的簡單程序設計思想納入教學內容。筆者認為如果將基于VBA的簡單程序設計與辦公軟件基本技能訓練相結合，學生能夠在掌握基礎技能的過程中同時掌握程序設計思想，在激發了他們的學習興趣的同時使得學生的計算思維能力得到很好的培養訓練。

這一教學模式是專門針對大學計算機基礎中的Office辦公軟件教學，目前在廣大學生中對office已有較好的使用基礎，所以教學時對圖1中的第一部分只做一個基礎測試，把重點放在第二模塊上，從第二模塊開始就以計算思維為重點貫穿整個教學的始終。另外，問題的提出是整個計算思維能力培養的重點，所以需要經過教師和學生一起調研分析找出較好的問題，也可以用頭腦風暴的方式提出，然后先以描述性語言來實現解決問題的辦法，構造出模型，最后再用VBA程序設計實現，經過調試和優化最終解決問題。在整個提出問題到解決問題的過程中學生的計算思維能力也得到了很好的培養和訓練。

4 計算思維能力培養實例分析

藝術類院校學生計算思維培養重點是進行合理的教學設計。由于計算機應用技能類課程中，每一個軟件的教學均具有諸多教學知識點。個別知識點比較“小”，并不能夠單獨成為一項教學內容，但是在學生的實際應用當中卻具有比較大的應用性[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——程序設計——調試和優化問題解決方案”的思路設計教學案例，旨在培養學生計算思維能力。

案例A：如何在應用程序Excel中用消息框求兩個數的最大公約數？

基本思路和步驟：

方法和思路：首先啟動辦公軟件Excel，新建一個工作簿，啟動開發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，命令按鈕一個，更改其“caption”屬性為合適的名稱，如“計算結果”。

程序設計及代碼：左鍵雙擊“計算結果”命令按鈕，啟動VBA編輯器，在打開的程序代碼區域實現以下代碼，保存退出VBA編輯器設計模式即可。

Sub test()

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

b = Application.InputBox("輸入第一個自然數:"，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 & " 的最大公約數為:" & i

Exit Sub

End If

Next

Else

MsgBox a & "和" & b & " 的最大公約數為:" & a

End If

End Sub

測試：單擊一下頁面上的“計算”按鈕，就會彈出一個消息框顯示兩個數的最大公約數。

案例B：怎樣利用辦公軟件Word制作多項選擇題？

基本思路和步驟：

方法和思路：首先啟動辦公軟件Word，新建一空白文檔，輸入“計算機的硬件系統包括()”并設置合適的字體、字號和顏色。啟動控件工具箱，選擇“復選框”并在文檔中拖曳出合適大小的復選框(checkbox1)一個。更改其“caption”屬性為“CPU”，更改其名稱“name”為“chb1”。設置“font”為合適的字體、字號等。復制以上復選框三個，分別設置屬性“name”為“chb2”、“chb3”、“chb4”，“Caption”屬性分別修改為“存儲器”、“輸入設備”和“輸出設備”。

選擇控件工具箱中的“命令按鈕”，在文檔中添加一個按鈕，將其“name”屬性修改為“dpd1”，“caption”屬性修改為“判斷”。復制命令按鈕一個，將其“name”修改為“dpd2”，“caption”屬性修改為“重選”。設置“font”為合適的字體、字號等。布局好的界面如圖2所示。

圖2

程序設計及代碼：多項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或某幾項則彈出“沒有選完整！請重新選擇！”消息框。點擊“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VBA編輯器，將如下代碼輸入到相應區域，輸入完成后，關閉窗口返回測試即可。

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！請重新選擇！"，vbOKOnly，"提示"

End If

End If

End Sub

雙擊命令按鈕“重選”，啟動VBA編輯器，將下述代碼輸入到相應區域，輸入完成后，關閉窗口返回。

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均為通過計算機基礎教學中的辦公軟件的基本操作技能掌握以后的知識擴展，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——程序設計——測試和優化”的思路來設計教學，兩個案例都通過條件判斷讓學生體會和掌握運用計算機基礎辦公軟件分析問題和解決問題的方法和思路，從而讓學生在輕松的辦公軟件學習中計算思維能力得到培養和提高。

5 結語

當然，計算思維并不是一種新的發明，而是早已存在的思維活動，是每一個人都具有的一種技能，只是人們的計算思維活動是無意識的，需要我們在計算機基礎教學中加以引導和訓練。計算機基礎教育的關鍵就是要將無意識的計算思維變成有意識的計算思維活動，主動地找準問題，利用計算思維去分析問題、解決問題，并應用在各自的專業中。計算思維的案例也是處處存在，需要我們計算機基礎教育工作者用心地設計并實施教學。本文中筆者僅僅以Office辦公軟件的教學為例，提出自己對計算思維能力培養方式的理解及自己在教學實踐中的粗淺的嘗試，希望能對大學計算機基礎教育改革盡一份力。

[1]龔沛曾，楊志強.大學計算機基礎教學中的計算思維培養[J].中國大學教學，2012，05（02）：51-54.

[2]劉夏，陳明銳.引入計算思維的高職院校計算機基礎課程教學探索[J].計算機教育，2013，05（11）：39-43.

[3]盧湘鴻.淺析大學計算機面向應用的分類教學與計算思維培養[J].工業和信息化教育，2014，06（08）：5-7.

[4]陳國良，董榮勝.計算思維與大學計算機基礎教育[J].中國大學教學，2011（1）.

[5]劉路.《大學有效教學的內涵探析》[J].讀與寫雜志，2013（11）.

[6]何欽銘，陸漢權，馮博琴.計算機基礎教學的核心任務是計算思維能力的培養[J].中國大學教學，2010（9）.

[7]戰德臣，聶蘭順，等.《大學計算機-計算思維導論》[M].電子工業出版社，2013版.

[8]龔沛曾，楊志強.《大學計算機基礎教學中的計算思維培養》[J].中國大學教學，2012(5).

[9]華澤，楊明福.《Office文檔二次開發的實現》[J].鄭州大學學報(理學版)，2002(12).

[10]閆麗，鄧哲.《基于VBA的Office二次開發》[J].通化師范學院學報，2006(7).

[11]史家銀，《基于VBA的Office二次開發在藝術院校計算機基礎教學中的運用案例分析》[J]，《信息化建設》，2016-12-15.