趣味游戏驱动的程序设计实践

孙瑜

摘 要 为了提高程序设计课程的教学效果，通过游戏类趣味问题驱动来引发学习兴趣，借助程序设计的知识载体，学习和掌握基本问题的求解过程和基本思路；以达到在解决问题的实践中训练和培养观察能力、分析解决问题的实践能力。

关键词 教学设计 猜数字游戏 程序设计 实践

中图分类号：G633 文献标识码：A

0序言

计算机程序设计语言课程如 C、C++语言课程，是一门受众面广、实用性强的课程。在多年的C++教学中，不乏学生们对C++编程难学、枯燥的抱怨。程序设计课程是“编”出来的，学生要花大量时间在上机实验中去编程序，仅仅在面授课中讲解是远远不够的。如何在上机实验中激发学生的兴趣，调动起学生的学习积极性，对于学好C++语言这样实践性强的课程是十分重要的。为了达到更好的学习效果，需要让学生主动学习，以学生为主体，以激发学生的兴趣为目标，强调实践和思考的教学理念。更多的是通过学生自主阅读、实验、程序编写、调试等环节达到学习目的。

1问题引入

为了循序渐进地引入教学内容，同时考虑到对不同学生进行因材施教，设计具有游戏趣味的猜数字问题，根据难易程度分为如下三个等级：

（1）问题1（用户猜测100以内随机整数）：电脑随机产生一个1-100之间的随机数，让用户猜测，电脑提示用户猜大了、猜小了还是猜对了，根据提示，若没猜对，用户继续猜测下一个数字，直到猜对为止。要求猜测次数不超过10次。

（2）问题2（用户猜测电脑产生的4位整数）：电脑随机产生一个各位互不重复的4位整数，请用户猜测一个数字，电脑反馈信息为xAyB，以字母A表示用户猜对了x个仅数值正确，位置不正确的数字，以字母B表示y个数值和位置都正确的数字，例如：如果系统生成的数字为2794，而玩家输入的数字为1234，则反馈信息为 2A1B。根据反馈，用户继续猜测下一个数字，如果反馈信息为4A4B则意味着玩家猜出了全部的4个数字而获胜。

（3）问题3（电脑猜测用户想的4位整数）：用户想一个各位互不重复的4位整数，请电脑猜测一个数字，用户反馈信息xAyB，以字母A表示用户猜对了x个仅数值正确，位置不正确的数字，以字母B表示y个数值和位置都正确的数字，例如：如果系统生成的数字为2794，而玩家输入的数字为1234，则反馈信息为 2A1B。根据反馈，电脑继续猜测下一个数字，如果反馈信息为4A4B则意味着电脑猜出了全部的4个数字而获胜。要求电脑猜测的次数不超过10次。

2教学设计

为了达到更好的教学效果，让学生参与学习、主动学习，增强学习兴趣，对不同难度的问题，进行不同的教学过程设计。

问题1：提出问题，程序演示，分析问题，任务分解，流程设计，代码设计，代码调试。

问题2：提出问题，程序演示，分析问题，课下自行代码编写，代码调试。

问题3：提出问题，程序演示，关键任务思路分析，数据结构设计，课下代码编写、调试。

2.1 问题分析

2.1.1问题1的任务分解

任务1.1 产生一个100以内的随机数；任务1.2 用户猜测一个数字； 任务1.3 判断猜测的正确性，并给出提示；任务1.4 若没猜对，继续转任务12。若猜对了，或者猜测次数超过10次，结束程序。

2.1.2问题2的任务分解

任务2.1 产生一个无重复四位数；任务2.2 用户猜测一个数字；

任务2.3 分析猜测结果，给出提示；进一步细分难点任务。

任务2.3.1 将四位数的各位分离，分别分离产生的答案数字和用户猜测数字的各位数字；

任务2.3.2 比较答案和猜测的数字，得出猜测结果xAyB；

任务2.4 若猜测正确或猜测次数>10，结束猜测；否则，转任务22；任务2.5 输出猜测结果。

2.1.3问题3的任务分解

任务3.1 用户默想一个无重复四位数；任务3.2 程序产生一个候选猜测数字；任务3.3 用户输入猜测数字的正确数字和位置xAyB；任务3.4 根据猜测结果，过滤排除候选数字；

任务3.5 若猜测正确或猜测次数>10，结束猜测；否则，转任务3.2。

3.2 教学内容与案例目标的分解

结合案例分析，循序渐进地教学设计，教学内容与案例任务结合如下：

3.2.1教学内容

（1）选择结构：任务1.3 判断猜测的正确性；

（2）循环结构：任务1.4 继续猜测，直至猜对；任务2.4 重复猜测直至 猜对，或者猜测次数>10；

（3）函数：任务2.1 产生一个无重复四位数；任务2.3 分析猜测结果，得出xAyB；任务3.2 产生下一个猜测数字；任务3.4 过滤排除候选数字；

（4）数组：任务2.3.1将四位数的各位分离；利用二维数组进行数据结构设计；

（5）指针、STL：：list：利用链表、list进行数据结构设计。

3.3 流程设计

3.3.1问题1 的流程设计

step1. 初始化，产生一个1-100之间的随机数；

step2. 判断猜测正确或猜测次数>10，若是转step5.

step3. 用户输入猜测数字；

step4. 分析猜测结果，并反馈；猜测次数增1，返回step2.

step5. 输出猜测结果。

3.3.2问题2 的流程设计

step1. 初始化，产生一个无重复四位数myRand（）； 分离各位数字separate（）；

step2. 判断猜测正确或猜测次数>10，若是转step5.

step3. 用户输入猜测数字；

step4. 分离并分析猜测结果，并反馈；猜测次数增1，返回step2.

step5. 输出猜测结果。

3.3.3问题3的设计与分析

（1）数据结构设计。

方案一： 定义二维数组tree[4540][6]，存放格式：{1， 2， 3，4， 1234， 0} ，最后分量取值为0表示尚未排除，取值为-1表示已排除，取值>0表示很可能候选。

方案二：定义链表决策树tree，存放所有候选4位数字，若排除某个候选数字，则删除此结点，最后直至剩下1个或0个。

方案三：利用STL的list定义主数据结构tree，可以利用STL：：list提供的函数，更方便地进行数据存储和处理。

（2）主流程设计。

step1. 初始化tree。void init（）{}//将所有四位不重复的数字，从小到大存放在tree中，1023 1024 … 9876。

step2. 产生一个候选数字guessNext（）。取下一个候选数字；返回值-1表示没有答案；

step3. 用户输入猜测数字的正确数字和位置xAyB；

step4. 将所有tree中候选数字逐一比较是否满足xAyB，不满足则排除掉；void filter（int n）{ }

step5. 转step2.

4 代码设计与调试

问题1可以根据教学内容在课堂上进行代码的逐步完善，并演示基本的代码调试技巧。对于问题2在课堂上进行主流程分析后，编写代码框架，让学生在课下进行代码的具体编写和调试。

问题2的程序主框架

int myRand（）{//产生一个四位数，各位数字互不重复

/*产生1-9之间的随机数a；产生0-9之间的随机数b、c、d，且abcd均互不相同。*/

res=a*1000+b*100+c*10+d； return res； }

void seperate（int num，int ans[]）{//将一个四位数各位分离，存放在数组中

//将4位数num，分离出千、百、十、个位，存放在ans[0]、ans[1]、ans[2]、ans[3]中。}

void compare（int guess[]， int answer[]， int & digit， int& location）{

//比较guess与answer，猜对了digit个数字，猜对了location个位置 略}

int main（）{

int guess=0，guessDigits[4]={0}，guessTimes=0； //数据结构定义

int answer=1234，answerDigits[4]={0}； int digitOK=0，locationOK=0； int i=0，j=0；

answer=myRand（）；//产生一个四位数

seperate（answer，answerDigits）；//将答案各位数分离

while（digitOK<=4 && locationOK<4 &&guessTimes<10）{ //开始猜测

guessTimes++；

cout<

cin>>guess；//输入用户猜测

seperate（guess，guessDigits）； //将猜测各位数分离

compare（guessBits，answerDigits，digitOK，locationOK）；//判断猜测结果

cout<<"＼b "<

if（guessTimes>=10 &&locationOK<4）//输出猜测结果

cout<<"Guess more than 10 times，you lose the game.＼n"；

else{cout<<"you win the game.＼n"； }

return 0； }

利用STL：：list方案进行问题3的思路设计，提供一个思路，让学生自行实现程序。

list tree；//存放候选数字的决策树

int guessed[11][3]={{0}}；//存放所有猜测过的数字与反馈结果

void init（）{//初始化决策树，分别存放1023，1024，…，9875，存放格式为1 0 2 3 1023 0（-1或1）

//略

tree.empty（）；

i=tree.begin（）；

//略

tree.push_back（n）； i++；

//略 }

//产生下一个猜测数字，n表示猜测次数

int guessNext（int n）{

int res=1234； list：：iterator i；

if（n==1）

return res；

i=tree.begin（）；

if（！tree.empty（））{//取出候选数字}

else{cout<<"you are cheating.＼n"； res=-1；}

return res； }

bool compare（int ans，int gue，int x，int y）{ //判断gue与ans的反馈信息是否符合xAyB

/*分离ans和gue的各位数字； 判断数字正确个数是否为x个；判断数字和位置均正确个数是否为y个*/ }

//根据猜测结果，筛选过滤候选数字，留下满足xAyB反馈的数字，去除不满足的候选数字。

void filter（int n）{

//略

x=guessed[n][1]；y=guessed[n][2]；

while（i！=tree.end（））{

if（compare（*i，guessed[n][0]，A，B））{//符合反馈信息

i++；}

else{ //排除掉该候选数字

i=tree.erase（i）； } } }

int main（）{//主函数

int numOK=0，locationOK=0，guess=1234，n=0；

init（）；

while（guess！=-1 && locationOK<4 && n<=10）{ //尚未反馈4A4B， 且猜测次数<10

guess=guessNext（n+1）；

if（guess==-1）break；//没有正确数字，退出

cout<<++n<<"th guess： "<

cin>>numOK>>locationOK；//存放猜测数字以及反馈信息

filter（n）；//过滤排除候选数字 }

return 0； }

5 结语

从教学实践情况来看，这种教学设计方式确定了课程的实施方案及操作步骤，以提高学生学习积极性和主动性为导引，能够及时获得反馈，取得了很好的教学效果。如何能更加合理地运用更好的教学方式去教学，还是有很多内容值得我们去实践和探索的。

参考文献

[1] 吴文虎.我怎么讲好“程序设计基础”这门课[J].中国大学教学，2011（12）：10-12.

[2] 李可.编写小型游戏程序在C++教学中的一点应用心得[J].科技资讯，2008（27）：19-20.

[3] 王之元，易晓东，李姗姗.面向MOOC的程序设计语言课程教学设计[J].计算机教育，2014（2）：55-58.

[4] 何钦铭.“程序设计基础”课程教学实施方案[J].中国大学教学，2010（5）：62-65.

[5] 刘芳.《C语言程序设计》教学存在的问题及改进[J].教育理论与实践，2012，32（36）：51-52.

[6] 孙慧然.“程序设计基础课”理论与实验教学的改革与实践[J].实验技术与管理，2012，29（4）：299-300.

[7] 教育部高等学校计算机科学与技术教学指导委员会.高等学校计算机科学与技术专业核心课程教学实施方案[M].北京：高等教育出版社，2009.

[8] 谭浩强.C++程序设计（第2版）[M].北京：清华大学出版社，2013.