基于計(jì)算思維的Visual Basic程序設(shè)計(jì)教學(xué)實(shí)踐

祝國明

摘 要： 在案例的分析、設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)過程中引領(lǐng)學(xué)生體會(huì)、理解、運(yùn)用計(jì)算思維，更好地掌握知識，這是本文的出發(fā)點(diǎn)。基于Visual Basic 6.0平臺(tái)下編寫類計(jì)算器程序，其知識點(diǎn)涵蓋的范圍相對全面，要求綜合分析、解決問題的能力較為完善，有利于培養(yǎng)、提高學(xué)生的計(jì)算思維。在實(shí)例制作過程中可以更好的地理解、體會(huì)計(jì)算思維，在知識應(yīng)用中可以更好地掌握知識，本文是在基于VB控件數(shù)組及TAG屬性的機(jī)制下，部分模擬OS系統(tǒng)中計(jì)算器的功能，并予于實(shí)現(xiàn)，在分析設(shè)計(jì)過程中引導(dǎo)計(jì)算思維。

關(guān)鍵詞： 計(jì)算思維； 控件數(shù)組； TAG

【中圖分類號】 G642.0 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】 A 【文章編號】 2236-1879（2017）12-0033-02

引言：

本文是基于2014江西省教改課題《以培養(yǎng)計(jì)算思維為導(dǎo)向的案例教學(xué)實(shí)踐研究》下的應(yīng)用，以相對完整的實(shí)例進(jìn)行計(jì)算思維的培養(yǎng)，對案列分析、設(shè)計(jì)并加以實(shí)現(xiàn)。簡單理解計(jì)算思維[1]即是運(yùn)用科學(xué)的計(jì)算機(jī)思想、方法進(jìn)行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以及人類行為理解的涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動(dòng)。在案例的實(shí)現(xiàn)過程中引領(lǐng)學(xué)生體會(huì)、理解、運(yùn)用計(jì)算思維，更好地掌握知識。要充分體現(xiàn)和挖掘計(jì)算思維，須選擇相對綜合的案例進(jìn)行，在實(shí)施教改中應(yīng)宜選擇包含數(shù)據(jù)后臺(tái)的較大型綜合案例。本案例局部而言除了數(shù)據(jù)后臺(tái)之外，涵蓋的知識相對完整，可以相應(yīng)程度地體現(xiàn)問題的計(jì)算思維角度。

1 主觀思考、能動(dòng)交流及思維引導(dǎo)

要理解并提升計(jì)算思維可以引領(lǐng)學(xué)生體會(huì)計(jì)算思維在問題求解、設(shè)計(jì)中的應(yīng)用與方法，讓學(xué)生先行對于問題的設(shè)計(jì)進(jìn)行主觀的思考，通過約簡、優(yōu)化完成問題的系統(tǒng)設(shè)計(jì)及功能的優(yōu)化。通過與學(xué)生互動(dòng)式交流，統(tǒng)一本案例的功能預(yù)期，進(jìn)行思維的引導(dǎo)。

本程序案例相對學(xué)生而言較為熟悉，可以讓學(xué)生結(jié)合生活中及操作系統(tǒng)的計(jì)算器進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)定位， 討論計(jì)算器的功能，并進(jìn)行優(yōu)化，對于實(shí)現(xiàn)過程中可能面臨的主要問題的方案設(shè)計(jì)及解決方法進(jìn)行主觀討論，相互交流。

本階段教師結(jié)合學(xué)生交流與討論，把握案例的綜合難度，統(tǒng)一本案例的功能預(yù)期，實(shí)現(xiàn)功能描述如下：本計(jì)算器可以進(jìn)行連續(xù)的四則運(yùn)算、倒數(shù)、求余及平方根，同步顯示結(jié)果；也可以單擊'='號獲取結(jié)果；Backspc、C分別為修改和清除當(dāng)前輸入操作數(shù)；CE為恢復(fù)計(jì)算器初始狀態(tài)；OFF為退出。如圖1所示。

針對數(shù)據(jù)處理及功能操作的實(shí)現(xiàn)機(jī)制，可進(jìn)行思維的引導(dǎo)，一，引導(dǎo)學(xué)生從系統(tǒng)設(shè)計(jì)的層面去思考問題的設(shè)計(jì)，考慮計(jì)算器功能的整體性、協(xié)調(diào)性及執(zhí)行效率，并加于結(jié)構(gòu)及性能的優(yōu)化，實(shí)體功能不宜混亂，重復(fù)，聯(lián)系不清，不利于模型化處理；二，數(shù)據(jù)符號、運(yùn)算符號、操作符號在案例當(dāng)中的呈現(xiàn)形式？是個(gè)體呈現(xiàn)還是組合呈現(xiàn)？三類符號是統(tǒng)一還是分類？三，數(shù)據(jù)處理中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)采用何種形式，數(shù)組，變量，還是控件的專有屬性項(xiàng)加以實(shí)施？四，數(shù)據(jù)操作過程中的反復(fù)性，可修改狀態(tài)下的數(shù)據(jù)響應(yīng)及處理，如何實(shí)現(xiàn)？

2 基于問題的切入與思維的展開

以問題的方式切入、展開，通過思維引導(dǎo)有利于調(diào)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)思考，提升學(xué)生對于問題的主觀能動(dòng)思維。在教學(xué)過程中，教師盡可能、恰當(dāng)?shù)貙⑺瓿傻哪繕?biāo)、及實(shí)現(xiàn)過程中可能會(huì)出現(xiàn)的現(xiàn)象以問題的形式加以呈現(xiàn)、提問、并逐步進(jìn)行計(jì)算思維解決問題的方法引導(dǎo)，有利于提升學(xué)生的興趣，提升學(xué)生的計(jì)算思維能力。

（1）對本計(jì)算器功能本質(zhì)的問題展示。

計(jì)算器本質(zhì)的功能是數(shù)據(jù)計(jì)算處理，那么在實(shí)現(xiàn)過程中，引導(dǎo)學(xué)生清楚計(jì)算器運(yùn)算處理所可能出現(xiàn)的幾種形式，即本計(jì)算器的預(yù)期功能實(shí)現(xiàn)分析：

1）雙操作數(shù)簡單數(shù)據(jù)處理；2）連續(xù)數(shù)據(jù)操作處理；3）修改數(shù)據(jù)、運(yùn)算符數(shù)據(jù)處理。即，計(jì)算器處理數(shù)據(jù)的三種形式，也是功能的主體目標(biāo)，是解決問題的關(guān)鍵。

（2）計(jì)算器數(shù)據(jù)處理過程中執(zhí)行方式問題展示。

本計(jì)算器在具體進(jìn)行運(yùn)算時(shí)會(huì)現(xiàn)的若干可能性，即引導(dǎo)學(xué)生理清計(jì)算器運(yùn)算過程中要解決的幾種執(zhí)行方式問題，細(xì)化問題的實(shí)施角度，清晰問題的思維，又如何去解決問題。

1）兩個(gè)數(shù)的運(yùn)算執(zhí)行，如1+2=的點(diǎn)擊執(zhí)行；

2）三個(gè)及以上數(shù)據(jù)的連續(xù)運(yùn)算，如1+2+4-6=的點(diǎn)擊執(zhí)行；

3）分段式計(jì)算，即在前一階段的運(yùn)算結(jié)果基礎(chǔ)上繼續(xù)運(yùn)算；

4）修改運(yùn)算符及修改運(yùn)算操作數(shù)，即臨時(shí)修改已點(diǎn)選的運(yùn)算符，或是修改參與運(yùn)算的新數(shù)據(jù)；

5）一個(gè)數(shù)據(jù)的單目運(yùn)算，如，求平方根、倒數(shù)。

（3）解決問題的思維展開、引導(dǎo)

1）兩個(gè)數(shù)的運(yùn)算執(zhí)行，這種方式較為簡單，利用記錄前后兩次的操作數(shù)，可以直接進(jìn)行運(yùn)算；

2）三個(gè)及以上數(shù)據(jù)的連續(xù)運(yùn)算，如1+2+4-6=的點(diǎn)擊執(zhí)行，可以有以下兩種方式償試，第一種，即時(shí)執(zhí)行得出結(jié)果，即，1+2→3+4→7-6→1；第二種，執(zhí)行過程中用堆棧的方式保留全部的運(yùn)算數(shù)及運(yùn)算符。顯然，第一種方式最為直接有效！

3）分段式計(jì)算，即計(jì)算分段進(jìn)行，則如何保存即時(shí)或是中間結(jié)果是為關(guān)鍵。

4）修改運(yùn)算符及修改運(yùn)算數(shù)，這種現(xiàn)象在運(yùn)算中很常見，臨時(shí)改變計(jì)算的種類或是修改運(yùn)算數(shù)的即時(shí)輸入。其中如何解決重復(fù)輸入運(yùn)算符的有效選擇這是主要問題所在，比如，點(diǎn)擊1+*2=，這時(shí)的結(jié)果應(yīng)以1*2=2執(zhí)行。

5）一個(gè)數(shù)據(jù)的單目運(yùn)算，如，求平方根、倒數(shù)。

單目運(yùn)算可以有兩種，一，直接單目運(yùn)算；二，間接單目運(yùn)算，即運(yùn)算過程中的對臨時(shí)運(yùn)算結(jié)果做單目運(yùn)算。

6）操作數(shù)的臨時(shí)保存的解決方法以及運(yùn)算過中程的結(jié)果如何在上述各種形式下保存，是否方式統(tǒng)一或是一致。

通過以上計(jì)算器功能及數(shù)據(jù)計(jì)算執(zhí)行方式兩類問題的切入、展開及思維的引導(dǎo)，學(xué)生可達(dá)到目標(biāo)清晰，思維明確。

3 計(jì)算思維方法的映射

在實(shí)例制作的過程中，相應(yīng)地引導(dǎo)學(xué)生去理解計(jì)算思維的方法、運(yùn)用計(jì)算思維的方法去嘗試解決問題的設(shè)計(jì)，可以提升學(xué)生解決問題的能力，也有利于學(xué)科知識的學(xué)習(xí)與應(yīng)用。計(jì)算思維方法有很多，教師可以結(jié)合本計(jì)算器的程序?qū)嵗闆r，做到計(jì)算思維方法的有效、恰當(dāng)?shù)赜成洹?/p>

本程序案例可就計(jì)算思維的工程方法作相應(yīng)映射：

（1）計(jì)算思維系統(tǒng)方法：

計(jì)算思維系統(tǒng)方法是從系統(tǒng)設(shè)計(jì)的層面去思考問題的方法，考慮系統(tǒng)功能的整體性、協(xié)調(diào)性及執(zhí)行效率，并予于結(jié)構(gòu)、性能的優(yōu)化，模塊功能宜清晰、不混亂、不冗余，其間聯(lián)系清晰、簡明。進(jìn)行模型化處理，抽象、建模；

本計(jì)算器程序的功能分類三塊：一是數(shù)值符號對應(yīng)功能，負(fù)責(zé)數(shù)值的接收、顯示等；二是運(yùn)算符號的對應(yīng)功能，負(fù)責(zé)運(yùn)算功能的選擇與計(jì)算；三是其他操作功能的，負(fù)責(zé)計(jì)算器的復(fù)位、運(yùn)算數(shù)據(jù)修改及退出。此三類功能在程序的運(yùn)行中既獨(dú)立也有相應(yīng)關(guān)聯(lián)，要體現(xiàn)良好的整體性、協(xié)調(diào)性，也須優(yōu)化其相互的關(guān)系，使之統(tǒng)一、高效、角色清晰、不重復(fù)、冗余。

比如：數(shù)據(jù)計(jì)算過程中，可以連續(xù)運(yùn)算，即選取新的運(yùn)算符后，得出之前的階段運(yùn)算結(jié)果，也可點(diǎn)擊“=”運(yùn)算符得出最終運(yùn)算結(jié)果，這是兩類運(yùn)算結(jié)果的求取功能，既獨(dú)立，又相互關(guān)聯(lián)，但卻不是功能不清、冗余重復(fù)，而是提高了運(yùn)算器的運(yùn)算效率。那么如何從系統(tǒng)層面規(guī)化、優(yōu)化問題的設(shè)計(jì)，即是計(jì)算思維系統(tǒng)方法的應(yīng)用體現(xiàn)。

（2）計(jì)算思維面向?qū)ο蠓椒ǎ?/p>

面向?qū)ο箅`屬可視化編程，以類抽象及實(shí)例對象加以呈現(xiàn)，對象即類的實(shí)例體現(xiàn)，進(jìn)行數(shù)據(jù)、方法、操作的封裝。消息、參數(shù)的傳遞是實(shí)體間聯(lián)系方式，有利于簡明問題思維，問題的設(shè)計(jì)，問題的實(shí)現(xiàn)，提高問題解決的效率。

本計(jì)算器程序設(shè)計(jì)體現(xiàn)：一、數(shù)值符號、運(yùn)算符號、其他操作符號全部基于對象控件按鈕，分二組歸類；二、數(shù)據(jù)、數(shù)值中間運(yùn)算結(jié)果及運(yùn)算符操作的選取全部基于具體控件的對應(yīng)屬性；三、程序的數(shù)據(jù)、方法、操作完全在控件實(shí)體對象數(shù)組中封閉完成，對象間消息的傳遞基于控件的屬性值，控件按鈕組中成員事件的響應(yīng)以控件數(shù)組當(dāng)中的標(biāo)號以示區(qū)別，事件代碼集成、高效、簡化，問題思維清晰、簡明。

（3）計(jì)算思維結(jié)構(gòu)化方法：

結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的主體思想、方法是問題上至下、大至小、逐漸細(xì)化的模塊化設(shè)計(jì)方法。有利于簡明結(jié)構(gòu)、細(xì)化功能。利用順序，選擇，循環(huán)基本結(jié)構(gòu)解決全部的結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)。

本計(jì)算器程序設(shè)計(jì)體現(xiàn)：在計(jì)算思維系統(tǒng)方法的應(yīng)用基礎(chǔ)上進(jìn)一步對本計(jì)算器的功能進(jìn)行界定與細(xì)化。一、數(shù)值符號組，其完成運(yùn)算操作數(shù)的記錄和及時(shí)更新，清除輸入數(shù)值過程中的無效操作，為后續(xù)的具體運(yùn)算做好有效準(zhǔn)備；二、運(yùn)算符號及操作修改類符號組，完成所有數(shù)值及運(yùn)算符號的調(diào)取并執(zhí)行運(yùn)算，包括其他第三類全部操作。運(yùn)算、修改之類模塊利用多分支結(jié)構(gòu)和控件數(shù)組下標(biāo)進(jìn)行選擇性的事件響應(yīng)和功能集成。三、計(jì)算器的初始化及復(fù)位狀態(tài)的設(shè)置，由窗體導(dǎo)入事件加以完成。由此利于程序的詳細(xì)設(shè)計(jì)。

4 算法的設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)及知識應(yīng)用

（1）界面的設(shè)置及代碼功能的設(shè)計(jì)：

在VB可視化編程平臺(tái)，基于模塊功能分類，創(chuàng)建兩個(gè)控件數(shù)組及計(jì)算結(jié)果顯示界面。即，加入一個(gè)VB文本框控件text1，加入兩個(gè)按鈕控件數(shù)組command1（），command2（），text1文本框用于顯示輸入、顯示運(yùn)算結(jié)果，command1（）中包括‘0-9、‘.、‘+/-按鍵，下標(biāo)為0-11，command2（）包括所有運(yùn)算符、修改、重置、退出按鈕，下標(biāo)為0-11。利用控件數(shù)組可以更高效地引用各個(gè)控鈕，并可以集成功能代碼，利用其下標(biāo)清晰、快速地進(jìn)行代碼分類。

控件數(shù)組command1（）負(fù)責(zé)完成的代碼功能：1）數(shù)字鍵點(diǎn)擊時(shí)，文本框即時(shí)顯示操作數(shù)輸入；2）保存文本框的操作數(shù)輸入，即記錄運(yùn)算操作數(shù)。

控件數(shù)組command2（）負(fù)責(zé)完成的分塊代碼功能：1）修改操作數(shù)的輸入，包括清除本次操作數(shù)和一次清除一個(gè)輸入；2）計(jì)算器狀態(tài)重置；3）倒數(shù)的求取與錯(cuò)誤防范；4）算術(shù)平方根的求取與錯(cuò)誤防范；5）點(diǎn)擊四則運(yùn)算及求余運(yùn)算符的計(jì)算；6）點(diǎn)擊“=”求四則運(yùn)算及求余的運(yùn)算結(jié)果；7）退出計(jì)算器。

（2）算法、控件和結(jié)構(gòu)化的知識應(yīng)用：

本程序算法的關(guān)鍵問題設(shè)計(jì)在于：1）連續(xù)運(yùn)算中其中間計(jì)算結(jié)果的處理；2）運(yùn)算過程中運(yùn)算符號的臨時(shí)性修改怎么自動(dòng)以最后一次選擇為準(zhǔn)3）一次完整運(yùn)算結(jié)束后運(yùn)算中間結(jié)果、運(yùn)算操作數(shù)狀態(tài)、運(yùn)算符號歷史選擇狀態(tài)的相應(yīng)處理。為此，本程序設(shè)計(jì)如下：

Command1（0）.Tag = Command1（0）.Tag & Command1（Index）.Caption 記錄運(yùn)算操作數(shù)的輸入并及時(shí)更新，其值為""結(jié)束操作數(shù)的歷史記錄；Command1（1）.Tag表示存儲(chǔ)運(yùn)算符號的選擇，值為 -1 示為結(jié)束運(yùn)算符選擇的歷史記錄，值為0-4表示加、減、乘、除、求余。Text1.Text = Format（Val（Command1（0）.Tag）， "0.#####################"） 文本框即時(shí)顯示當(dāng)下操作數(shù)的輸入；Text1.Tag 表示每一步運(yùn)算中間結(jié)果，值為“0”時(shí)沒有中間運(yùn)算結(jié)果；

本程序結(jié)構(gòu)化的知識應(yīng)用，多分支結(jié)構(gòu)主體應(yīng)用：

Select Case p

Case x……

……

case else……

end select，例如：利用控件下標(biāo)index多分支響應(yīng)，利用Command1（1）.Tag運(yùn)算符號多分支運(yùn)算選擇。讓學(xué)生在知識應(yīng)用中理解并學(xué)習(xí)學(xué)科知識。

5 結(jié)束語

本案例程序是在計(jì)算思維的引導(dǎo)下完成對于問題的設(shè)計(jì)與求解的，通過綜合實(shí)例的制作提升學(xué)生對于學(xué)科知識學(xué)習(xí)與應(yīng)用效率，理解計(jì)算思維在問題求解中的作用，運(yùn)用計(jì)算思維方法去解決相應(yīng)問題，從而提升學(xué)生解決問題的計(jì)算思維能力。

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