摘 要：本文從科學(xué)思維體系出發(fā)，詳細(xì)闡述了計(jì)算思維的起源、內(nèi)涵、發(fā)展和教育研究進(jìn)展，并提出計(jì)算思維訓(xùn)練是美術(shù)專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)計(jì)算參與能力和邏輯思維提升的關(guān)鍵。在此基礎(chǔ)上，文章分析了美術(shù)專業(yè)課程教學(xué)中的計(jì)算思維困境和挑戰(zhàn)，提出了計(jì)算思維語(yǔ)境下美術(shù)專業(yè)學(xué)科交叉教學(xué)模式的新途徑。

關(guān)鍵詞：藝術(shù)教育;計(jì)算思維;計(jì)算機(jī)教育;課程體系

人類在探索和改造世界的過(guò)程中，通過(guò)對(duì)客觀物質(zhì)的觀察和理解，進(jìn)而產(chǎn)生了思維活動(dòng)，具備了對(duì)知識(shí)的傳承和相互交流的能力。隨著計(jì)算的廣泛應(yīng)用和計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，如同印刷術(shù)推動(dòng)人類讀寫和算術(shù)能力的改變一樣，計(jì)算思維作為普適性能力正在被越來(lái)越多的學(xué)者呼吁和重視，各個(gè)國(guó)家也在積極籌劃和探討如何在不同學(xué)段培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力并付諸實(shí)施。那么，到底什么是計(jì)算思維，計(jì)算思維對(duì)當(dāng)前美術(shù)教育的改革和發(fā)展提供了哪些機(jī)遇和挑戰(zhàn)，我們又該如何對(duì)美術(shù)專業(yè)學(xué)生開(kāi)展計(jì)算思維培養(yǎng)？本文就結(jié)合美術(shù)專業(yè)本科生的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)，探討如何利用計(jì)算思維指導(dǎo)美術(shù)專業(yè)學(xué)生跨學(xué)科、跨專業(yè)應(yīng)用和學(xué)科交叉教育，以期對(duì)計(jì)算思維在視覺(jué)美術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用提供借鑒和啟迪。

1 什么是計(jì)算思維

要理解計(jì)算思維，需要從科學(xué)思維的概念入手。相對(duì)于藝術(shù)思維、宗教思維、情感思維等不同的思維形式，科學(xué)思維是指人類從事科學(xué)活動(dòng)時(shí)的思維形式。[1]科學(xué)思維涵蓋了以觀察和實(shí)驗(yàn)為特征的實(shí)驗(yàn)思維、以推理和演繹為特征的理論思維、以抽象和自動(dòng)化為特征的計(jì)算思維，后者由周以真教授在2006年正式提出并進(jìn)行了系統(tǒng)描述。由于采用了計(jì)算機(jī)科學(xué)的相關(guān)概念來(lái)解決問(wèn)題，再加上名稱上冠以計(jì)算兩個(gè)字，計(jì)算思維往往被誤認(rèn)為是與計(jì)算機(jī)編程密切相關(guān)，是一種程序思維或算法思維，甚至被寫成計(jì)算機(jī)思維。隨著計(jì)算思維研究工作的不斷推進(jìn)，人們對(duì)其的理解和闡述也回歸正途。計(jì)算思維是一種人的思維，是人類把對(duì)于自然的認(rèn)識(shí)轉(zhuǎn)變成一種可構(gòu)造性、可實(shí)現(xiàn)性的新知識(shí)內(nèi)容。[2]計(jì)算思維是一個(gè)提出問(wèn)題并生成問(wèn)題解決方案的思考過(guò)程，是對(duì)知識(shí)的一種深化應(yīng)用和擴(kuò)展。

既然計(jì)算思維伴隨著人類的思維活動(dòng)一直存在，那我們?nèi)绾卫斫庥?jì)算思維的普及應(yīng)用？例如，早期裝修一所房子，可能只需要參考裝修公司提供的樣板間即可，但隨著生活質(zhì)量的提升和選擇的多樣化，個(gè)性化的裝修裝潢要求越來(lái)越高，樣板間效果就越來(lái)越不讓人滿意。現(xiàn)在的設(shè)計(jì)師可以利用計(jì)算機(jī)做出多種不同的裝修效果圖供客戶選擇，效果圖就是關(guān)于裝修的形式化表達(dá)。甚至還可以借助虛擬技術(shù)，讓客戶參與到設(shè)計(jì)過(guò)程中來(lái)，這其實(shí)就是計(jì)算思維在實(shí)踐過(guò)程中的新發(fā)展——計(jì)算參與的概念，是計(jì)算思維在環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)專業(yè)領(lǐng)域與具體學(xué)科相結(jié)合的實(shí)踐要素。計(jì)算思維的應(yīng)用，使得各種工程活動(dòng)或者設(shè)計(jì)有了一定的范式可以遵循，施工工藝或者操作環(huán)節(jié)也有了一定的依據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)，利用計(jì)算思維來(lái)考慮和解決問(wèn)題也逐漸成為人類交流和文化傳承的一種新模式。

計(jì)算思維之所以不是計(jì)算機(jī)思維，在于它是人的思維，是思想，而不是機(jī)械技能，更不是讓人類像計(jì)算機(jī)那樣思考，其核心本質(zhì)仍然是抽象，即省略掉不必要的環(huán)節(jié)而強(qiáng)調(diào)共性環(huán)節(jié)。誠(chéng)然，計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)和發(fā)展強(qiáng)化了計(jì)算思維在分析問(wèn)題和解決問(wèn)題方面的作用與意義，待解決的問(wèn)題可以被分解成計(jì)算機(jī)可以理解的方式來(lái)進(jìn)行描述，但其作用更多的在于使問(wèn)題的提出、分析和解決變得更加容易組織和實(shí)現(xiàn)，我們對(duì)計(jì)算思維研究的內(nèi)容也集中在問(wèn)題分解、抽象、算法和自動(dòng)模擬問(wèn)題上。計(jì)算思維是無(wú)處不在的，它提供了理解世界的智力工具，在人類社會(huì)中具有永久的價(jià)值，[3]這是對(duì)計(jì)算思維在當(dāng)前人類思維活動(dòng)和科學(xué)發(fā)展地位的由衷肯定。

2 計(jì)算思維在美術(shù)專業(yè)教育中的機(jī)遇和挑戰(zhàn)

計(jì)算思維在與各個(gè)學(xué)科領(lǐng)域探索交叉應(yīng)用的過(guò)程中，逐步從計(jì)算機(jī)學(xué)科分離出來(lái)，由計(jì)算思維演變?yōu)橛?jì)算參與，并融入自然、社會(huì)、文化、生物等多種學(xué)科因素，產(chǎn)生了諸如計(jì)算化學(xué)、計(jì)算生物學(xué)等新的學(xué)科，美術(shù)學(xué)、設(shè)計(jì)學(xué)等也不例外，計(jì)算思維在美術(shù)專業(yè)課程教學(xué)中亦充滿了機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

眾所周知，美術(shù)家在進(jìn)行藝術(shù)作品創(chuàng)作時(shí)，往往通過(guò)將感情和想象寄托于畫(huà)筆下的形象來(lái)表達(dá)。這種形象可以是符號(hào)，也可以是山水、人物、風(fēng)景，或者雕塑、建筑、動(dòng)畫(huà)角色等各種藝術(shù)品。這種方法所體現(xiàn)的思維模式是具有形象性質(zhì)的一種模式，是通過(guò)在一定原型基礎(chǔ)之上進(jìn)行模仿，進(jìn)而產(chǎn)生變化或者抽象得到新的組合和結(jié)構(gòu)。這是人類進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)的一種通用范式方法。相對(duì)于數(shù)字和計(jì)算來(lái)講，圖示的語(yǔ)言表達(dá)會(huì)更加簡(jiǎn)潔明了，而圖像所蘊(yùn)含的意境則又更值得揣摩和回味。將邏輯屬性極強(qiáng)的規(guī)律和形象特征通過(guò)抽象和簡(jiǎn)化，進(jìn)而濃縮定型為某一種具體形象，這和計(jì)算思維解決問(wèn)題的方式如出一轍。計(jì)算思維正是通過(guò)將主要特征、方法進(jìn)行梳理和組織，再進(jìn)行合理的信息變換和訓(xùn)練，使之能以適當(dāng)?shù)男问皆谟?jì)算機(jī)中進(jìn)行處理和表達(dá)。例如，計(jì)算機(jī)借助抽象的符號(hào)來(lái)表達(dá)物質(zhì)和能量轉(zhuǎn)換中的問(wèn)題，完成計(jì)算，模擬乃至預(yù)測(cè)自然和社會(huì)中的演化過(guò)程。[4]因此，計(jì)算參與美術(shù)創(chuàng)作和教學(xué)大有可為。我們目前的困境是，教學(xué)環(huán)節(jié)往往偏重計(jì)算思維概念的理解，而缺乏必要的計(jì)算參與實(shí)踐。那么，教學(xué)體系中的諸要素要如何完成計(jì)算參與實(shí)踐呢？

目前，國(guó)內(nèi)普遍通用的本科人才培養(yǎng)模式中計(jì)算機(jī)課程是按照學(xué)期遞增分別安排大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程、程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言課程、數(shù)據(jù)庫(kù)及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程，算法分析等，這種課程體系過(guò)多地傾向技能培訓(xùn)而忽略了思維教育，不利于學(xué)生創(chuàng)造性思維的形成，結(jié)果學(xué)生畢業(yè)后往往無(wú)法及時(shí)跟上行業(yè)環(huán)境的變化還需要再培訓(xùn)才能上崗。要突破思維禁錮放飛思想，內(nèi)容上圍繞計(jì)算思維概念、計(jì)算系統(tǒng)與算法思維進(jìn)行變革，進(jìn)一步擴(kuò)展為系統(tǒng)思維和數(shù)據(jù)抽象、智能計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)思維等，利用MOOC和翻轉(zhuǎn)課堂等多種方法手段。通過(guò)改革現(xiàn)有的基于技能培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)建立的針對(duì)美術(shù)專業(yè)的計(jì)算機(jī)課程教學(xué)體系和考核標(biāo)準(zhǔn)，升華為圍繞藝術(shù)創(chuàng)新和創(chuàng)作為核心，為藝術(shù)品的鑒賞、分析、評(píng)論和宣傳提供必要的計(jì)算解讀和計(jì)算參與，則是完全可行的。由于計(jì)算思維提供了分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的通用范式，對(duì)計(jì)算思維的培養(yǎng)就可以從全方位的教學(xué)體系來(lái)實(shí)施，制定教學(xué)目標(biāo)，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，篩選教學(xué)方法，選擇教學(xué)工具，明確教學(xué)評(píng)價(jià)，逐步完成由能力培養(yǎng)過(guò)渡到思維培養(yǎng)的計(jì)算機(jī)課程教學(xué)改革。內(nèi)容上圍繞計(jì)算機(jī)和藝術(shù)的融合創(chuàng)新進(jìn)行變革，進(jìn)一步細(xì)化為藝術(shù)抽象作品的鑒賞、設(shè)計(jì)及造型中的計(jì)算參與、藝術(shù)作品的模擬和仿真、平面作品和分形藝術(shù)的計(jì)算實(shí)現(xiàn)等，利用MOOC和翻轉(zhuǎn)課堂等多種手段和方法，促進(jìn)學(xué)生對(duì)計(jì)算思維的理解和實(shí)踐。

3 計(jì)算思維語(yǔ)境下的美術(shù)專業(yè)教育探索

筆者從自己所在美術(shù)院校的本科教學(xué)實(shí)際出發(fā)，以大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的教學(xué)改革為依托，積極開(kāi)展計(jì)算思維在藝術(shù)學(xué)科領(lǐng)域中的研究和實(shí)踐，并積累了一定經(jīng)驗(yàn)。

3.1 以抽象為突破點(diǎn)開(kāi)展計(jì)算思維教育

計(jì)算思維脫胎于計(jì)算機(jī)科學(xué)，因而它天生被打上了自然科學(xué)知識(shí)的烙印，但計(jì)算思維并不是計(jì)算機(jī)科學(xué)獨(dú)有，在藝術(shù)領(lǐng)域藝術(shù)家們進(jìn)行創(chuàng)作設(shè)計(jì)及評(píng)論的很多觀念技巧與計(jì)算思維的思想不謀而合。藝術(shù)來(lái)源于生活卻又高于生活，藝術(shù)品本質(zhì)上可以看作是藝術(shù)家對(duì)生活的觀察和提煉，進(jìn)而創(chuàng)作產(chǎn)生一種用于寄托情感的符號(hào)、圖像或者其他形式的作品，這個(gè)過(guò)程與計(jì)算思維的抽象本質(zhì)殊途同歸，都是對(duì)形象的簡(jiǎn)約、概括、轉(zhuǎn)化和仿真。由此可見(jiàn)，藝術(shù)專業(yè)計(jì)算機(jī)課程中的計(jì)算思維教育可以把抽象作為出發(fā)點(diǎn)和突破點(diǎn)，將專業(yè)問(wèn)題的解決轉(zhuǎn)化為具體的造型、構(gòu)圖、臨摹等特征問(wèn)題并通過(guò)計(jì)算機(jī)工具實(shí)現(xiàn)，將計(jì)算思維的特征點(diǎn)如分解、簡(jiǎn)化、遞歸、并行、冗余、規(guī)劃、變形、抽象、糾錯(cuò)等通過(guò)融入課堂的具體案例講授從而被學(xué)生接受和理解，并逐步融入個(gè)人思維中。從藝術(shù)創(chuàng)作角度來(lái)說(shuō)，廣義上的抽象也是一種創(chuàng)作手段，在計(jì)算機(jī)課程教學(xué)過(guò)程中，通過(guò)指導(dǎo)學(xué)生對(duì)相關(guān)模塊知識(shí)的歸納、提煉，再經(jīng)過(guò)有意識(shí)的重組和整合，其目的是揭示知識(shí)模塊表面覆蓋的精神內(nèi)涵。抽象的手段不再只是臨摹或具象寫生，而是通過(guò)造型、色彩、線條或各種莫名的空間元素來(lái)描述個(gè)人觀念，表達(dá)個(gè)人意境，這也是抽象派繪畫(huà)的基本風(fēng)格。

3.2 以計(jì)算參與方式培養(yǎng)計(jì)算思維能力

計(jì)算參與是近幾年計(jì)算思維概念在實(shí)踐應(yīng)用和發(fā)展過(guò)程中的一種新解讀，在一定程度上也可以看成培養(yǎng)計(jì)算思維能力的一種新方法，很多藝術(shù)品的創(chuàng)作也都離不開(kāi)計(jì)算的參與。例如，我們比較熟悉的遵循數(shù)學(xué)黃金分割比例的維納斯雕像、維特魯威人、埃及金字塔、巴特農(nóng)神殿等，利用計(jì)算機(jī)編程完成的德羅斯特遞歸效應(yīng)、龐加萊變幻、庫(kù)斯塔曲面等，探討數(shù)學(xué)可視化以及分形、混沌節(jié)點(diǎn)、雙曲空間和拓?fù)渥儞Q等。這些藝術(shù)品以及生成原理和計(jì)算的參與密不可分，兩者直接自然形成了一種默契的關(guān)系。我們?cè)谥笇?dǎo)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程所涵蓋的算法結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)檢索和多媒體技術(shù)等知識(shí)環(huán)節(jié)中，尤其是算法、圖形圖像處理問(wèn)題時(shí)，有意識(shí)地將算法思想和圖形圖像矩陣變換原理與專業(yè)知識(shí)結(jié)合起來(lái)，培養(yǎng)學(xué)生將算法轉(zhuǎn)化為圖示的能力，也使得學(xué)生在明白軟件相關(guān)命令操作對(duì)應(yīng)的計(jì)算方法和原理后再熟悉和掌握軟件，往往能達(dá)到事半功倍的效果。

3.3 以學(xué)科交叉應(yīng)用指導(dǎo)美術(shù)教學(xué)實(shí)踐

計(jì)算機(jī)課程離不開(kāi)教學(xué)實(shí)踐，教學(xué)實(shí)踐也是檢驗(yàn)學(xué)生是否能將所學(xué)知識(shí)融會(huì)貫通付諸應(yīng)用的直接體現(xiàn)。現(xiàn)階段，高校計(jì)算機(jī)課程的實(shí)踐多是圍繞課本知識(shí)點(diǎn)展開(kāi)，再輔以一定學(xué)時(shí)量的課程設(shè)計(jì)或者實(shí)習(xí)，其本質(zhì)依然是偏向課本知識(shí)驗(yàn)證，以驗(yàn)證類型實(shí)踐居多，設(shè)計(jì)型以及綜合型實(shí)踐設(shè)計(jì)相對(duì)較少。我們?cè)谟?jì)算機(jī)課程教學(xué)過(guò)程中，針對(duì)學(xué)生的專業(yè)特點(diǎn)有選擇性地設(shè)計(jì)部分實(shí)踐內(nèi)容，例如，針對(duì)純繪畫(huà)類專業(yè)屬性的學(xué)生，除完成基本的技能操作和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用知識(shí)外，重點(diǎn)設(shè)計(jì)一批圖形圖像處理軟件和電腦繪圖軟件的教學(xué)實(shí)踐，同時(shí)輔助多媒體制作技術(shù)以便學(xué)生將自己的作品數(shù)字化、系統(tǒng)化和條理化;針對(duì)設(shè)計(jì)類專業(yè)屬性的學(xué)生，以展示和設(shè)計(jì)方面的軟件應(yīng)用為主導(dǎo)，同時(shí)也涉及一些排版應(yīng)用和虛擬開(kāi)發(fā)實(shí)踐項(xiàng)目?？傊谶@些實(shí)踐項(xiàng)目的構(gòu)建過(guò)程中，都遵循一條基本的原則就是多從軟件功能的角度出發(fā)，從計(jì)算輔助出發(fā)去探討專業(yè)作品的完成，為美術(shù)作品的計(jì)算參與創(chuàng)作提供實(shí)踐。

3.4 以計(jì)算思維理論為指導(dǎo)構(gòu)建課程教學(xué)體系

普通高校非計(jì)算機(jī)專業(yè)的計(jì)算機(jī)課程教學(xué)體系，自教育部發(fā)布白皮書(shū)在高校普及計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育以來(lái)，先后經(jīng)歷了層次化教學(xué)、模塊化教學(xué)、1+X等多種不同的教學(xué)體系，也經(jīng)歷了以計(jì)算機(jī)文化教育為主導(dǎo)、以計(jì)算機(jī)技能教育為主導(dǎo)和以計(jì)算思維理論為主導(dǎo)的不同歷史時(shí)代，這是計(jì)算機(jī)科技的發(fā)展和計(jì)算機(jī)學(xué)科教育的歷史必然。編者所在高校以計(jì)算思維理論為指導(dǎo)構(gòu)建計(jì)算機(jī)課程教學(xué)體系，已經(jīng)完成相應(yīng)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的教材出版和實(shí)踐編排工作，側(cè)重點(diǎn)就在于計(jì)算機(jī)與藝術(shù)的融合創(chuàng)新。同時(shí)，圍繞計(jì)算思維內(nèi)涵教育和計(jì)算思維的培養(yǎng)完成課程體系建設(shè)與規(guī)劃、相應(yīng)教學(xué)方案的更新、教材的反饋和修訂、教學(xué)方式的變化和翻轉(zhuǎn)以及教學(xué)考核的改革、教學(xué)質(zhì)量的提升和總結(jié)等。一切工作的部署和開(kāi)展均圍繞計(jì)算思維能力的培養(yǎng)和學(xué)科交叉教育，著重為藝術(shù)學(xué)科的專業(yè)能力提升、教學(xué)質(zhì)量的進(jìn)步和課程建設(shè)工作的不斷完善提供了一種方法論和指導(dǎo)思想。

4 結(jié)語(yǔ)

美術(shù)專業(yè)的計(jì)算思維教育不是一蹴而就或者一勞永逸就能解決所有問(wèn)題，但針對(duì)美術(shù)專業(yè)本科教學(xué)來(lái)說(shuō)，認(rèn)真規(guī)劃相應(yīng)的計(jì)算機(jī)課程教學(xué)體系，將計(jì)算思維的培養(yǎng)和教育融入美術(shù)專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)并進(jìn)行跨學(xué)科的教育和應(yīng)用，向我們展現(xiàn)計(jì)算參與藝術(shù)創(chuàng)作發(fā)現(xiàn)和發(fā)掘事物本質(zhì)的過(guò)程，這是進(jìn)行學(xué)科交叉教育的一種良好的優(yōu)選方式方法。

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作者簡(jiǎn)介：趙鋒（1980—），男，湖北武漢人，研究生，副教授，主要研究方向：數(shù)字媒體，虛擬技術(shù)。