深度挖掘美术院校大学计算机基础课程中的计算思维

李爽

摘要：在当前以计算思维为导向的计算机基础教育背景下，根据美术院校各专业对计算机的应用需求，以大学计算机基础课程中的核心教学内容之一“信息的表示”，进行跨越式教学，将内容扩展到“RGB颜色模式”“Photoshop中图层混合模式”等内容，对整个教学过程中的计算思维进行了深度挖掘，为更好地进行美术院校大学计算机基础课程教学工作提供了新视角。

关键词：计算思维；计算机应用；RGB颜色模式；图层混合模式

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：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

笔者从事美术院校大学计算机基础课程教学工作已十余年，对当前非计算机专业的大学计算机基础课程的走向一直十分关注，也颇有想法。自2006年3月周以真教授提出计算思维[1]这一概念以来，非计算机专业的计算机基础教育就由原来偏重计算机应用演变为以计算思维为导向。美术院校的计算机基础教育何去何从，在计算思维为导向的前提下，如何挖掘美术院校大学计算机基础课堂中的计算思维？笔者结合大学计算机基础课程中“信息的表示”到“Photoshop中图层混合模式”的教学内容进行了深入的探讨。

1计算思维与大学计算机基础课程

2006年，美国卡内基?梅隆大学的周以真提出了“计算思维”这一概念：计算思维是运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计以及人类行为理解的思维活动。[1][2]2010年她又指出：计算思维是与形式化问题及其解决方案相关的一个思维过程，其解决问题的表示形式应该能有效地被信息处理代理执行。[3]

自周以真提出“计算思维”以来，就有多个领域的学者做相继研究，高校教育工作者对计算机教育中的计算思维培养也做了深刻的研究。陈国良等人按计算思维的主要内容，即问题求解、系统设计和人类行为理解，探讨了大学计算机基础课程设置；[4]李廉教授阐述了以计算思维为导向的大学计算机课程改革的内容；[5]陈国良等人又基于Denning“伟大的计算原理”的概念分类，构建了一个以计算为核心，以抽象、自动化、设计、通信、协作、记忆、评估为基本概念的带有层次结构的计算思维表述体系框架。[6]

2美术院校大学计算机基础何去何从

以鲁迅美术学院本院为例，我院专业主要分为两大类，一类是纯艺术绘画类专业，包括国画、油画、版画、雕塑、水彩、摄影、影视摄影等，另一类是设计类专业，偏重艺术设计，包括环境艺术设计、城市规划设计、染织服装设计、工业设计等。另外还有两个偏重理论的专业：美术史论和文化传播管理。大学计算机基础课是我院开设的一门公共基础课，是所有专业的一门必修课。最初这门课的内容主要偏重计算机应用，随着时代的发展，学生们在中学甚至小学就开始接触学习计算机相关应用，所以课程的内容也随之做了相应的调整。近年来计算机基础教育过渡到以计算思维为导向，美术院校大学计算机基础教育何去何从？

著名计算机学者谭浩强指出：大学计算机基础教育的本质是计算机应用的教育，正确处理好计算机应用与培养科学思维的管理学，在计算机学习和应用过程中培养科学思维[7]。文献[8]提出计算思维能力应在坚持计算机面向应用的过程中培养，对于文科学生计算机教学的基本任务首先是把计算机当作工具，在坚持面向应用的基础上重在应用能力的培养，在此过程中有意识地采用潜移默化、细雨润物的方式来培养学生的计算思维力。所以“以计算思维为导向”也不能脱离各专业的计算机应用。

美术院校各专业涉及的计算机应用不尽相同，比如设计类专业主要涉及计算机辅助设计方面的应用，后续还有相应的专业课程，对计算机应用需求层次较纯艺术绘画类深。其他专业也有一定比例学生辅修计算机辅助设计类课程。学生至少对计算机图像处理、多媒体应用、二维和三维的造型处理、动画等内容都有深入的学习需求。作为一个美术院校的大学计算机基础课程教师，应该在课程中偏重这些内容的前驱知识的讲解，为学生进一步学习计算机辅助设计的专业课打好基础，将这门课与学生的专业联系教学，使它成为专业课的一门前驱课程。现在的课程内容存在的主要问题一是对专业的需求了解不够，二是在教学中缺少计算思维的渗透，计算思维应该贯穿于学生整个计算机教育中，无论是基础课程还是各专业的计算机辅助设计课程。

教育部高等学校大学计算机课程教学指导委员会主任委员李廉教授认为，在传統的教学中，计算思维是隐藏在能力培养内容中的，要靠学生“悟”出来，现在要把这些明白地讲出来。国内外关于计算思维的研究逐步深入，但是仍然对计算思维停留在比较浅显的理解层面，文献[9]也仅仅停留在大的知识框架下，对知识点中计算思维的大体概括，没有将计算思维渗透到具体的教学细节中。

本文就学生们最感兴趣的内容，图像中的颜色问题做了跨越式教学分析。在讲解大学计算机基础课程中的核心内容之一“信息的表示”时做了后续的教学扩展。在整个教学过程中结合美术院校各专业的需求辩证地挖掘了其中的计算思维。包含颜色信息如何抽象、数字化，存储、表示，颜色模型的建立，在应用软件Photoshop中颜色信息的处理等问题。笔者下面以“信息的存储”到“Photoshop中图层的混合模式”这一知识链为教学案例，深度挖掘了整个教学过程中的计算思维。

3美术院校大学计算机基础课程中计算思维的挖掘

谭浩强提出：在计算思维的研讨中要从实际出发，把复杂的问题简单化，而不要把简单的问题复杂化[7]。在美术院校的计算机基础课中就要从各个专业的应用实际出发，把计算机基础知识简单化，在讲解基本知识的同时，教授应用方法，在应用软件中体会基本知识的应用。通过从理论到应用的这一知识链的完整跨越式教学，使学生领略其中的计算思维，之后才有可能受启发，像计算机科学家那样思考问题，在自己的专业领域运用计算思维产生创新。

3.1“信息的表示”到“Photoshop中图层混合模式”

3.1.1信息的表示

信息是表示一定意义的符号集合。它可以是数字、文字、图形、图像、动画、声音等。数据是信息的具体表现形式。所有客观世界的信息在计算机中都可以转换成数来表示，也只有这样计算机才能处理这些信息。因为计算机处理的是“数”，这里就涉及信息如何转成“数”的问题。这些在教材中并没有详细讲述，但作为教师应该让学生明确。同时这些在计算机中表示信息的数是二进制的数。为什么使用二进制，要向学生讲解清楚，是为了设计电脑方便。所以，这个“信息的表示”实际是对客观信息的第一层抽象，抽象成二进制数。使学生理解在这个过程中蕴含着一种普遍的计算思维——抽象。

3.1.2 RGB颜色模式

理解了信息到二进制，就具体用学生最熟悉和关心的信息——“颜色”来进一步阐述这个信息的表示问题。这是对信息的更深层次的抽象，其实就是数学建模的过程。这里在课堂中顺理成章地引出RGB颜色模式。RGB颜色模式是应用最广泛的颜色模式，在所有的计算机设计类软件中均有应用，对于美术院校的学生是必须掌握的颜色模式之一。在讲解这一颜色模式的时候要让学生对颜色这一信息如何数字化有深刻的理解。讲解事结合学生们用颜料绘画配色的原理，引出RGB颜色模式被称为光的三原色，也是用三原色混合的方式得到不同的多种颜色。但颜料的三原色是红、黄、蓝，而RGB颜色模式中的三原色是红、绿、蓝，为什么不同，要引导学生思考，这里就涉及光的知识，颜料的三原色是自然光反射到眼睛中呈色的，而RGB颜色模式光的三原色是显示器发光体发光直接射入眼中呈色的。

而且在讲解RGB颜色模式的同时要让学生理解它并不能表示大千世界中所有的颜色，而只能表示大多数的颜色。学生们可以体会到数学模型也是有误差的，在处理效果上要平衡处理。

讲解RGB颜色模式的同时再结合应用软件Photoshop，打开具体的图像，用吸管工具吸取某点，在颜色面板中即可看到该点的RGB颜色值。让学生直观地看到颜色信息的抽象、建模和最终在应用软件中的处理。

也可以打开拾色器，向学生展示其他三种颜色模式：HSB、CMYK、LAB，进一步引导学生对颜色建模的深入理解。

3.1.3 Photoshop中图层混合模式

对于颜色信息抽象、数字化、建模的讲解后，引入“Photoshop中图层混合模式”这一知识点。“图层混合模式”直观上是图层之间的一种运算，产生一定的艺术特效，不仅用于Photoshop中，也应用于AfterEffect、llustrator、Dreamweaver、Fireworks等软件。先向学生展示这一应用的奇妙效果，然后引发学生思考计算机是如何实现的呢？有了RGB颜色模式的知识基础，学生们知道图像中每一点均对应自己的RGB值，从而可以推断出这种图层之间的混合操作一定与RGB值的改变有关。这时，教师可以解释图层混合模式的底层算法，各种混合模式对应不同的算法，产生不同的效果。这里涉及计算思维中算法、程序等核心概念。

3.2计算思维在课程中的体现

图1展示了整个知识链的教学脉络以及涉及的计算思维：

教学采用了跨越式教学方式，整个教学过程向学生展示了一个由客观信息抽象到计算机内部处理、最终实现艺术特效的完整应用实例，计算思维在这一实例中充分体现，而且教学结合实际应用更有利于学生理解、拓展、创新。

3.3后续课程的拓展

在后续的课程中，可以对上述教学内容进一步拓展。内容涉及Photoshop应用软件中的调色、滤镜、色彩管理等。

Photoshop中包括调色、滤镜在内的各种效果都是建立在颜色数字化建模后的数值基础上产生的运算。

更深入的内容可能涉及色彩管理的内容，色彩管理是在不同色彩模型下统一颜色、保证颜色一致性的学问，其根源还是不同数学模型之间信息的一致性问题。

所以，计算机应用离不开理论的支撑，应用根源于理论，理论教学要结合应用，随着应用的展开，理论根源也逐步彰显。

4结束语

本文结合大学计算机基础课堂中的一个理论知识点“信息的表示”进行了跨越式教学，结合美术院校的专业应用将教学内容扩展到了“Photoshop图层混合模式”的应用，中间涉及了RGB颜色模式等内容，挖掘了整个教学内容涉及的计算思维的深层次内容。旨在给同样从事美术院校大学计算机基础教学工作的同行以启发。大学计算机基础教学工作任重道远，在教学中需要不断地挖掘计算思维，结合应用更好地让学生领略计算思维的风采，为学生在自己的专业领域运用计算思维产生创新打下基础。

参考文献：

[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] 陈国良，董荣胜.计算思维与大学计算机基础教育[J].中国大学教学，2011（1）：7-11.

[5] 李廉.以计算思维培养为导向深化大学计算机课程改革[J].中国大学教学，2013（4）.

[6] 陈国良，董荣胜.计算思维的表述体系[J].中国大学教学，2013（12）：22-26.

[7] 谭浩強.面向计算机应用与科学思维能力培养[J].计算机教育，2014（7）：4-8.

[8] 卢湘鸿.计算机应用教程[M].北京：清华大学出版社，2017.

[9] 教育部高等学校计算机课程教学指导委员会.大学计算机基础课程教学基本要求[M].北京：高等教育出版社，2016.

【通联编辑：唐一东】