祝國明

摘 要： 在案例的分析、設計和實現過程中引領學生體會、理解、運用計算思維，更好地掌握知識，這是本文的出發(fā)點?；赩isual Basic 6.0平臺下編寫類計算器程序，其知識點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)、提高學生的計算思維。在實例制作過程中可以更好的地理解、體會計算思維，在知識應用中可以更好地掌握知識，本文是在基于VB控件數組及TAG屬性的機制下，部分模擬OS系統中計算器的功能，并予于實現，在分析設計過程中引導計算思維。

關鍵詞： 計算思維； 控件數組； TAG

【中圖分類號】 G642.0 【文獻標識碼】 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)計算思維為導向的案例教學實踐研究》下的應用，以相對完整的實例進行計算思維的培養(yǎng)，對案列分析、設計并加以實現。簡單理解計算思維[1]即是運用科學的計算機思想、方法進行問題求解、系統設計，以及人類行為理解的涵蓋計算機科學之廣度的一系列思維活動。在案例的實現過程中引領學生體會、理解、運用計算思維，更好地掌握知識。要充分體現和挖掘計算思維，須選擇相對綜合的案例進行，在實施教改中應宜選擇包含數據后臺的較大型綜合案例。本案例局部而言除了數據后臺之外，涵蓋的知識相對完整，可以相應程度地體現問題的計算思維角度。

1 主觀思考、能動交流及思維引導

要理解并提升計算思維可以引領學生體會計算思維在問題求解、設計中的應用與方法，讓學生先行對于問題的設計進行主觀的思考，通過約簡、優(yōu)化完成問題的系統設計及功能的優(yōu)化。通過與學生互動式交流，統一本案例的功能預期，進行思維的引導。

本程序案例相對學生而言較為熟悉，可以讓學生結合生活中及操作系統的計算器進行系統設計定位， 討論計算器的功能，并進行優(yōu)化，對于實現過程中可能面臨的主要問題的方案設計及解決方法進行主觀討論，相互交流。

本階段教師結合學生交流與討論，把握案例的綜合難度，統一本案例的功能預期，實現功能描述如下：本計算器可以進行連續(xù)的四則運算、倒數、求余及平方根，同步顯示結果；也可以單擊'='號獲取結果；Backspc、C分別為修改和清除當前輸入操作數；CE為恢復計算器初始狀態(tài)；OFF為退出。如圖1所示。

針對數據處理及功能操作的實現機制，可進行思維的引導，一，引導學生從系統設計的層面去思考問題的設計，考慮計算器功能的整體性、協調性及執(zhí)行效率，并加于結構及性能的優(yōu)化，實體功能不宜混亂，重復，聯系不清，不利于模型化處理；二，數據符號、運算符號、操作符號在案例當中的呈現形式？是個體呈現還是組合呈現？三類符號是統一還是分類？三，數據處理中的數據存儲采用何種形式，數組，變量，還是控件的專有屬性項加以實施？四，數據操作過程中的反復性，可修改狀態(tài)下的數據響應及處理，如何實現？

2 基于問題的切入與思維的展開

以問題的方式切入、展開，通過思維引導有利于調動學生主動思考，提升學生對于問題的主觀能動思維。在教學過程中，教師盡可能、恰當地將所要完成的目標、及實現過程中可能會出現的現象以問題的形式加以呈現、提問、并逐步進行計算思維解決問題的方法引導，有利于提升學生的興趣，提升學生的計算思維能力。

（1）對本計算器功能本質的問題展示。

計算器本質的功能是數據計算處理，那么在實現過程中，引導學生清楚計算器運算處理所可能出現的幾種形式，即本計算器的預期功能實現分析：

1）雙操作數簡單數據處理；2）連續(xù)數據操作處理；3）修改數據、運算符數據處理。即，計算器處理數據的三種形式，也是功能的主體目標，是解決問題的關鍵。

（2）計算器數據處理過程中執(zhí)行方式問題展示。

本計算器在具體進行運算時會現的若干可能性，即引導學生理清計算器運算過程中要解決的幾種執(zhí)行方式問題，細化問題的實施角度，清晰問題的思維，又如何去解決問題。

1）兩個數的運算執(zhí)行，如1+2=的點擊執(zhí)行；

2）三個及以上數據的連續(xù)運算，如1+2+4-6=的點擊執(zhí)行；

3）分段式計算，即在前一階段的運算結果基礎上繼續(xù)運算；

4）修改運算符及修改運算操作數，即臨時修改已點選的運算符，或是修改參與運算的新數據；

5）一個數據的單目運算，如，求平方根、倒數。

（3）解決問題的思維展開、引導

1）兩個數的運算執(zhí)行，這種方式較為簡單，利用記錄前后兩次的操作數，可以直接進行運算；

2）三個及以上數據的連續(xù)運算，如1+2+4-6=的點擊執(zhí)行，可以有以下兩種方式償試，第一種，即時執(zhí)行得出結果，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算數及運算符。顯然，第一種方式最為直接有效！

3）分段式計算，即計算分段進行，則如何保存即時或是中間結果是為關鍵。

4）修改運算符及修改運算數，這種現象在運算中很常見，臨時改變計算的種類或是修改運算數的即時輸入。其中如何解決重復輸入運算符的有效選擇這是主要問題所在，比如，點擊1+*2=，這時的結果應以1*2=2執(zhí)行。

5）一個數據的單目運算，如，求平方根、倒數。

單目運算可以有兩種，一，直接單目運算；二，間接單目運算，即運算過程中的對臨時運算結果做單目運算。

6）操作數的臨時保存的解決方法以及運算過中程的結果如何在上述各種形式下保存，是否方式統一或是一致。

通過以上計算器功能及數據計算執(zhí)行方式兩類問題的切入、展開及思維的引導，學生可達到目標清晰，思維明確。

3 計算思維方法的映射

在實例制作的過程中，相應地引導學生去理解計算思維的方法、運用計算思維的方法去嘗試解決問題的設計，可以提升學生解決問題的能力，也有利于學科知識的學習與應用。計算思維方法有很多，教師可以結合本計算器的程序實例情況，做到計算思維方法的有效、恰當地映射。

本程序案例可就計算思維的工程方法作相應映射：

（1）計算思維系統方法：

計算思維系統方法是從系統設計的層面去思考問題的方法，考慮系統功能的整體性、協調性及執(zhí)行效率，并予于結構、性能的優(yōu)化，模塊功能宜清晰、不混亂、不冗余，其間聯系清晰、簡明。進行模型化處理，抽象、建模；

本計算器程序的功能分類三塊：一是數值符號對應功能，負責數值的接收、顯示等；二是運算符號的對應功能，負責運算功能的選擇與計算；三是其他操作功能的，負責計算器的復位、運算數據修改及退出。此三類功能在程序的運行中既獨立也有相應關聯，要體現良好的整體性、協調性，也須優(yōu)化其相互的關系，使之統一、高效、角色清晰、不重復、冗余。

比如：數據計算過程中，可以連續(xù)運算，即選取新的運算符后，得出之前的階段運算結果，也可點擊“=”運算符得出最終運算結果，這是兩類運算結果的求取功能，既獨立，又相互關聯，但卻不是功能不清、冗余重復，而是提高了運算器的運算效率。那么如何從系統層面規(guī)化、優(yōu)化問題的設計，即是計算思維系統方法的應用體現。

（2）計算思維面向對象方法：

面向對象隸屬可視化編程，以類抽象及實例對象加以呈現，對象即類的實例體現，進行數據、方法、操作的封裝。消息、參數的傳遞是實體間聯系方式，有利于簡明問題思維，問題的設計，問題的實現，提高問題解決的效率。

本計算器程序設計體現：一、數值符號、運算符號、其他操作符號全部基于對象控件按鈕，分二組歸類；二、數據、數值中間運算結果及運算符操作的選取全部基于具體控件的對應屬性；三、程序的數據、方法、操作完全在控件實體對象數組中封閉完成，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以控件數組當中的標號以示區(qū)別，事件代碼集成、高效、簡化，問題思維清晰、簡明。

（3）計算思維結構化方法：

結構化程序設計的主體思想、方法是問題上至下、大至小、逐漸細化的模塊化設計方法。有利于簡明結構、細化功能。利用順序，選擇，循環(huán)基本結構解決全部的結構化程序設計。

本計算器程序設計體現：在計算思維系統方法的應用基礎上進一步對本計算器的功能進行界定與細化。一、數值符號組，其完成運算操作數的記錄和及時更新，清除輸入數值過程中的無效操作，為后續(xù)的具體運算做好有效準備；二、運算符號及操作修改類符號組，完成所有數值及運算符號的調取并執(zhí)行運算，包括其他第三類全部操作。運算、修改之類模塊利用多分支結構和控件數組下標進行選擇性的事件響應和功能集成。三、計算器的初始化及復位狀態(tài)的設置，由窗體導入事件加以完成。由此利于程序的詳細設計。

4 算法的設計、實現及知識應用

（1）界面的設置及代碼功能的設計：

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

控件數組command1（）負責完成的代碼功能：1）數字鍵點擊時，文本框即時顯示操作數輸入；2）保存文本框的操作數輸入，即記錄運算操作數。

控件數組command2（）負責完成的分塊代碼功能：1）修改操作數的輸入，包括清除本次操作數和一次清除一個輸入；2）計算器狀態(tài)重置；3）倒數的求取與錯誤防范；4）算術平方根的求取與錯誤防范；5）點擊四則運算及求余運算符的計算；6）點擊“=”求四則運算及求余的運算結果；7）退出計算器。

（2）算法、控件和結構化的知識應用：

本程序算法的關鍵問題設計在于：1）連續(xù)運算中其中間計算結果的處理；2）運算過程中運算符號的臨時性修改怎么自動以最后一次選擇為準3）一次完整運算結束后運算中間結果、運算操作數狀態(tài)、運算符號歷史選擇狀態(tài)的相應處理。為此，本程序設計如下：

Command1（0）.Tag = Command1（0）.Tag & Command1（Index）.Caption 記錄運算操作數的輸入并及時更新，其值為""結束操作數的歷史記錄；Command1（1）.Tag表示存儲運算符號的選擇，值為 -1 示為結束運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.#####################"） 文本框即時顯示當下操作數的輸入；Text1.Tag 表示每一步運算中間結果，值為“0”時沒有中間運算結果；

本程序結構化的知識應用，多分支結構主體應用：

Select Case p

Case x……

……

case else……

end select，例如：利用控件下標index多分支響應，利用Command1（1）.Tag運算符號多分支運算選擇。讓學生在知識應用中理解并學習學科知識。

5 結束語

本案例程序是在計算思維的引導下完成對于問題的設計與求解的，通過綜合實例的制作提升學生對于學科知識學習與應用效率，理解計算思維在問題求解中的作用，運用計算思維方法去解決相應問題，從而提升學生解決問題的計算思維能力。

參考文獻

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