深度挖掘美術院校大學計算機基礎課程中的計算思維

李爽

摘要：在當前以計算思維為導向的計算機基礎教育背景下，根據美術院校各專業(yè)對計算機的應用需求，以大學計算機基礎課程中的核心教學內容之一“信息的表示”，進行跨越式教學，將內容擴展到“RGB顏色模式”“Photoshop中圖層混合模式”等內容，對整個教學過程中的計算思維進行了深度挖掘，為更好地進行美術院校大學計算機基礎課程教學工作提供了新視角。

關鍵詞：計算思維；計算機應用；RGB顏色模式；圖層混合模式

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）30-0171-03

Abstract： Under the background of Computational Thinking oriented computer basic education， according to the application requirements of various majorsin the academies of fine arts，Computational Thinking is deeply excavatedin one teaching process of college computer basic course，in order to provide a new perspective for the courses. Thewhole teaching processincludes"information representation" one of the core contents of the course， and "RGB Color Model" and "Layer Blending Mode in Photoshop".

Key words： Computational Thinking；Computer Application； RGB Color Model； Layer Blending Mode

筆者從事美術院校大學計算機基礎課程教學工作已十余年，對當前非計算機專業(yè)的大學計算機基礎課程的走向一直十分關注，也頗有想法。自2006年3月周以真教授提出計算思維[1]這一概念以來，非計算機專業(yè)的計算機基礎教育就由原來偏重計算機應用演變?yōu)橐杂嬎闼季S為導向。美術院校的計算機基礎教育何去何從，在計算思維為導向的前提下，如何挖掘美術院校大學計算機基礎課堂中的計算思維？筆者結合大學計算機基礎課程中“信息的表示”到“Photoshop中圖層混合模式”的教學內容進行了深入的探討。

1計算思維與大學計算機基礎課程

2006年，美國卡內基?梅隆大學的周以真提出了“計算思維”這一概念：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(tǒng)設計以及人類行為理解的思維活動。[1][2]2010年她又指出：計算思維是與形式化問題及其解決方案相關的一個思維過程，其解決問題的表示形式應該能有效地被信息處理代理執(zhí)行。[3]

自周以真提出“計算思維”以來，就有多個領域的學者做相繼研究，高校教育工作者對計算機教育中的計算思維培養(yǎng)也做了深刻的研究。陳國良等人按計算思維的主要內容，即問題求解、系統(tǒng)設計和人類行為理解，探討了大學計算機基礎課程設置；[4]李廉教授闡述了以計算思維為導向的大學計算機課程改革的內容；[5]陳國良等人又基于Denning“偉大的計算原理”的概念分類，構建了一個以計算為核心，以抽象、自動化、設計、通信、協(xié)作、記憶、評估為基本概念的帶有層次結構的計算思維表述體系框架。[6]

2美術院校大學計算機基礎何去何從

以魯迅美術學院本院為例，我院專業(yè)主要分為兩大類，一類是純藝術繪畫類專業(yè)，包括國畫、油畫、版畫、雕塑、水彩、攝影、影視攝影等，另一類是設計類專業(yè)，偏重藝術設計，包括環(huán)境藝術設計、城市規(guī)劃設計、染織服裝設計、工業(yè)設計等。另外還有兩個偏重理論的專業(yè)：美術史論和文化傳播管理。大學計算機基礎課是我院開設的一門公共基礎課，是所有專業(yè)的一門必修課。最初這門課的內容主要偏重計算機應用，隨著時代的發(fā)展，學生們在中學甚至小學就開始接觸學習計算機相關應用，所以課程的內容也隨之做了相應的調整。近年來計算機基礎教育過渡到以計算思維為導向，美術院校大學計算機基礎教育何去何從？

著名計算機學者譚浩強指出：大學計算機基礎教育的本質是計算機應用的教育，正確處理好計算機應用與培養(yǎng)科學思維的管理學，在計算機學習和應用過程中培養(yǎng)科學思維[7]。文獻[8]提出計算思維能力應在堅持計算機面向應用的過程中培養(yǎng)，對于文科學生計算機教學的基本任務首先是把計算機當作工具，在堅持面向應用的基礎上重在應用能力的培養(yǎng)，在此過程中有意識地采用潛移默化、細雨潤物的方式來培養(yǎng)學生的計算思維力。所以“以計算思維為導向”也不能脫離各專業(yè)的計算機應用。

美術院校各專業(yè)涉及的計算機應用不盡相同，比如設計類專業(yè)主要涉及計算機輔助設計方面的應用，后續(xù)還有相應的專業(yè)課程，對計算機應用需求層次較純藝術繪畫類深。其他專業(yè)也有一定比例學生輔修計算機輔助設計類課程。學生至少對計算機圖像處理、多媒體應用、二維和三維的造型處理、動畫等內容都有深入的學習需求。作為一個美術院校的大學計算機基礎課程教師，應該在課程中偏重這些內容的前驅知識的講解，為學生進一步學習計算機輔助設計的專業(yè)課打好基礎，將這門課與學生的專業(yè)聯(lián)系教學，使它成為專業(yè)課的一門前驅課程?，F(xiàn)在的課程內容存在的主要問題一是對專業(yè)的需求了解不夠，二是在教學中缺少計算思維的滲透，計算思維應該貫穿于學生整個計算機教育中，無論是基礎課程還是各專業(yè)的計算機輔助設計課程。

教育部高等學校大學計算機課程教學指導委員會主任委員李廉教授認為，在傳統(tǒng)的教學中，計算思維是隱藏在能力培養(yǎng)內容中的，要靠學生“悟”出來，現(xiàn)在要把這些明白地講出來。國內外關于計算思維的研究逐步深入，但是仍然對計算思維停留在比較淺顯的理解層面，文獻[9]也僅僅停留在大的知識框架下，對知識點中計算思維的大體概括，沒有將計算思維滲透到具體的教學細節(jié)中。

本文就學生們最感興趣的內容，圖像中的顏色問題做了跨越式教學分析。在講解大學計算機基礎課程中的核心內容之一“信息的表示”時做了后續(xù)的教學擴展。在整個教學過程中結合美術院校各專業(yè)的需求辯證地挖掘了其中的計算思維。包含顏色信息如何抽象、數(shù)字化，存儲、表示，顏色模型的建立，在應用軟件Photoshop中顏色信息的處理等問題。筆者下面以“信息的存儲”到“Photoshop中圖層的混合模式”這一知識鏈為教學案例，深度挖掘了整個教學過程中的計算思維。

3美術院校大學計算機基礎課程中計算思維的挖掘

譚浩強提出：在計算思維的研討中要從實際出發(fā)，把復雜的問題簡單化，而不要把簡單的問題復雜化[7]。在美術院校的計算機基礎課中就要從各個專業(yè)的應用實際出發(fā)，把計算機基礎知識簡單化，在講解基本知識的同時，教授應用方法，在應用軟件中體會基本知識的應用。通過從理論到應用的這一知識鏈的完整跨越式教學，使學生領略其中的計算思維，之后才有可能受啟發(fā)，像計算機科學家那樣思考問題，在自己的專業(yè)領域運用計算思維產生創(chuàng)新。

3.1“信息的表示”到“Photoshop中圖層混合模式”

3.1.1信息的表示

信息是表示一定意義的符號集合。它可以是數(shù)字、文字、圖形、圖像、動畫、聲音等。數(shù)據是信息的具體表現(xiàn)形式。所有客觀世界的信息在計算機中都可以轉換成數(shù)來表示，也只有這樣計算機才能處理這些信息。因為計算機處理的是“數(shù)”，這里就涉及信息如何轉成“數(shù)”的問題。這些在教材中并沒有詳細講述，但作為教師應該讓學生明確。同時這些在計算機中表示信息的數(shù)是二進制的數(shù)。為什么使用二進制，要向學生講解清楚，是為了設計電腦方便。所以，這個“信息的表示”實際是對客觀信息的第一層抽象，抽象成二進制數(shù)。使學生理解在這個過程中蘊含著一種普遍的計算思維——抽象。

3.1.2 RGB顏色模式

理解了信息到二進制，就具體用學生最熟悉和關心的信息——“顏色”來進一步闡述這個信息的表示問題。這是對信息的更深層次的抽象，其實就是數(shù)學建模的過程。這里在課堂中順理成章地引出RGB顏色模式。RGB顏色模式是應用最廣泛的顏色模式，在所有的計算機設計類軟件中均有應用，對于美術院校的學生是必須掌握的顏色模式之一。在講解這一顏色模式的時候要讓學生對顏色這一信息如何數(shù)字化有深刻的理解。講解事結合學生們用顏料繪畫配色的原理，引出RGB顏色模式被稱為光的三原色，也是用三原色混合的方式得到不同的多種顏色。但顏料的三原色是紅、黃、藍，而RGB顏色模式中的三原色是紅、綠、藍，為什么不同，要引導學生思考，這里就涉及光的知識，顏料的三原色是自然光反射到眼睛中呈色的，而RGB顏色模式光的三原色是顯示器發(fā)光體發(fā)光直接射入眼中呈色的。

而且在講解RGB顏色模式的同時要讓學生理解它并不能表示大千世界中所有的顏色，而只能表示大多數(shù)的顏色。學生們可以體會到數(shù)學模型也是有誤差的，在處理效果上要平衡處理。

講解RGB顏色模式的同時再結合應用軟件Photoshop，打開具體的圖像，用吸管工具吸取某點，在顏色面板中即可看到該點的RGB顏色值。讓學生直觀地看到顏色信息的抽象、建模和最終在應用軟件中的處理。

也可以打開拾色器，向學生展示其他三種顏色模式：HSB、CMYK、LAB，進一步引導學生對顏色建模的深入理解。

3.1.3 Photoshop中圖層混合模式

對于顏色信息抽象、數(shù)字化、建模的講解后，引入“Photoshop中圖層混合模式”這一知識點。“圖層混合模式”直觀上是圖層之間的一種運算，產生一定的藝術特效，不僅用于Photoshop中，也應用于AfterEffect、llustrator、Dreamweaver、Fireworks等軟件。先向學生展示這一應用的奇妙效果，然后引發(fā)學生思考計算機是如何實現(xiàn)的呢？有了RGB顏色模式的知識基礎，學生們知道圖像中每一點均對應自己的RGB值，從而可以推斷出這種圖層之間的混合操作一定與RGB值的改變有關。這時，教師可以解釋圖層混合模式的底層算法，各種混合模式對應不同的算法，產生不同的效果。這里涉及計算思維中算法、程序等核心概念。

3.2計算思維在課程中的體現(xiàn)

圖1展示了整個知識鏈的教學脈絡以及涉及的計算思維：

教學采用了跨越式教學方式，整個教學過程向學生展示了一個由客觀信息抽象到計算機內部處理、最終實現(xiàn)藝術特效的完整應用實例，計算思維在這一實例中充分體現(xiàn)，而且教學結合實際應用更有利于學生理解、拓展、創(chuàng)新。

3.3后續(xù)課程的拓展

在后續(xù)的課程中，可以對上述教學內容進一步拓展。內容涉及Photoshop應用軟件中的調色、濾鏡、色彩管理等。

Photoshop中包括調色、濾鏡在內的各種效果都是建立在顏色數(shù)字化建模后的數(shù)值基礎上產生的運算。

更深入的內容可能涉及色彩管理的內容，色彩管理是在不同色彩模型下統(tǒng)一顏色、保證顏色一致性的學問，其根源還是不同數(shù)學模型之間信息的一致性問題。

所以，計算機應用離不開理論的支撐，應用根源于理論，理論教學要結合應用，隨著應用的展開，理論根源也逐步彰顯。

4結束語

本文結合大學計算機基礎課堂中的一個理論知識點“信息的表示”進行了跨越式教學，結合美術院校的專業(yè)應用將教學內容擴展到了“Photoshop圖層混合模式”的應用，中間涉及了RGB顏色模式等內容，挖掘了整個教學內容涉及的計算思維的深層次內容。旨在給同樣從事美術院校大學計算機基礎教學工作的同行以啟發(fā)。大學計算機基礎教學工作任重道遠，在教學中需要不斷地挖掘計算思維，結合應用更好地讓學生領略計算思維的風采，為學生在自己的專業(yè)領域運用計算思維產生創(chuàng)新打下基礎。

參考文獻：

[1] Jeannette M. Wing. Computational Thinking[J]. Communications of the ACM， march 2006.

[2] Jeannette M. Wing. Computational Thinking and Thinking about Computing Philosophical Transactions[J]. Series A， July 2008.

[3] JanCuny， Larry Snyder， Jeannette M. Wing. Demystifying CT for Non-Computer Scientists[J]. work in progress， 2010.

[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）：7-11.

[5] 李廉.以計算思維培養(yǎng)為導向深化大學計算機課程改革[J].中國大學教學，2013（4）.

[6] 陳國良，董榮勝.計算思維的表述體系[J].中國大學教學，2013（12）：22-26.

[7] 譚浩強.面向計算機應用與科學思維能力培養(yǎng)[J].計算機教育，2014（7）：4-8.

[8] 盧湘鴻.計算機應用教程[M].北京：清華大學出版社，2017.

[9] 教育部高等學校計算機課程教學指導委員會.大學計算機基礎課程教學基本要求[M].北京：高等教育出版社，2016.

【通聯(lián)編輯：唐一東】