孫瑜

摘 要 為了提高程序設(shè)計課程的教學(xué)效果，通過游戲類趣味問題驅(qū)動來引發(fā)學(xué)習(xí)興趣，借助程序設(shè)計的知識載體，學(xué)習(xí)和掌握基本問題的求解過程和基本思路；以達到在解決問題的實踐中訓(xùn)練和培養(yǎng)觀察能力、分析解決問題的實踐能力。

關(guān)鍵詞 教學(xué)設(shè)計 猜數(shù)字游戲 程序設(shè)計 實踐

中圖分類號：G633 文獻標識碼：A

0序言

計算機程序設(shè)計語言課程如 C、C++語言課程，是一門受眾面廣、實用性強的課程。在多年的C++教學(xué)中，不乏學(xué)生們對C++編程難學(xué)、枯燥的抱怨。程序設(shè)計課程是“編”出來的，學(xué)生要花大量時間在上機實驗中去編程序，僅僅在面授課中講解是遠遠不夠的。如何在上機實驗中激發(fā)學(xué)生的興趣，調(diào)動起學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，對于學(xué)好C++語言這樣實踐性強的課程是十分重要的。為了達到更好的學(xué)習(xí)效果，需要讓學(xué)生主動學(xué)習(xí)，以學(xué)生為主體，以激發(fā)學(xué)生的興趣為目標，強調(diào)實踐和思考的教學(xué)理念。更多的是通過學(xué)生自主閱讀、實驗、程序編寫、調(diào)試等環(huán)節(jié)達到學(xué)習(xí)目的。

1問題引入

為了循序漸進地引入教學(xué)內(nèi)容，同時考慮到對不同學(xué)生進行因材施教，設(shè)計具有游戲趣味的猜數(shù)字問題，根據(jù)難易程度分為如下三個等級：

（1）問題1（用戶猜測100以內(nèi)隨機整數(shù)）：電腦隨機產(chǎn)生一個1-100之間的隨機數(shù)，讓用戶猜測，電腦提示用戶猜大了、猜小了還是猜對了，根據(jù)提示，若沒猜對，用戶繼續(xù)猜測下一個數(shù)字，直到猜對為止。要求猜測次數(shù)不超過10次。

（2）問題2（用戶猜測電腦產(chǎn)生的4位整數(shù)）：電腦隨機產(chǎn)生一個各位互不重復(fù)的4位整數(shù)，請用戶猜測一個數(shù)字，電腦反饋信息為xAyB，以字母A表示用戶猜對了x個僅數(shù)值正確，位置不正確的數(shù)字，以字母B表示y個數(shù)值和位置都正確的數(shù)字，例如：如果系統(tǒng)生成的數(shù)字為2794，而玩家輸入的數(shù)字為1234，則反饋信息為 2A1B。根據(jù)反饋，用戶繼續(xù)猜測下一個數(shù)字，如果反饋信息為4A4B則意味著玩家猜出了全部的4個數(shù)字而獲勝。

（3）問題3（電腦猜測用戶想的4位整數(shù)）：用戶想一個各位互不重復(fù)的4位整數(shù)，請電腦猜測一個數(shù)字，用戶反饋信息xAyB，以字母A表示用戶猜對了x個僅數(shù)值正確，位置不正確的數(shù)字，以字母B表示y個數(shù)值和位置都正確的數(shù)字，例如：如果系統(tǒng)生成的數(shù)字為2794，而玩家輸入的數(shù)字為1234，則反饋信息為 2A1B。根據(jù)反饋，電腦繼續(xù)猜測下一個數(shù)字，如果反饋信息為4A4B則意味著電腦猜出了全部的4個數(shù)字而獲勝。要求電腦猜測的次數(shù)不超過10次。

2教學(xué)設(shè)計

為了達到更好的教學(xué)效果，讓學(xué)生參與學(xué)習(xí)、主動學(xué)習(xí)，增強學(xué)習(xí)興趣，對不同難度的問題，進行不同的教學(xué)過程設(shè)計。

問題1：提出問題，程序演示，分析問題，任務(wù)分解，流程設(shè)計，代碼設(shè)計，代碼調(diào)試。

問題2：提出問題，程序演示，分析問題，課下自行代碼編寫，代碼調(diào)試。

問題3：提出問題，程序演示，關(guān)鍵任務(wù)思路分析，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計，課下代碼編寫、調(diào)試。

2.1 問題分析

2.1.1問題1的任務(wù)分解

任務(wù)1.1 產(chǎn)生一個100以內(nèi)的隨機數(shù)；任務(wù)1.2 用戶猜測一個數(shù)字； 任務(wù)1.3 判斷猜測的正確性，并給出提示；任務(wù)1.4 若沒猜對，繼續(xù)轉(zhuǎn)任務(wù)12。若猜對了，或者猜測次數(shù)超過10次，結(jié)束程序。

2.1.2問題2的任務(wù)分解

任務(wù)2.1 產(chǎn)生一個無重復(fù)四位數(shù)；任務(wù)2.2 用戶猜測一個數(shù)字；

任務(wù)2.3 分析猜測結(jié)果，給出提示；進一步細分難點任務(wù)。

任務(wù)2.3.1 將四位數(shù)的各位分離，分別分離產(chǎn)生的答案數(shù)字和用戶猜測數(shù)字的各位數(shù)字；

任務(wù)2.3.2 比較答案和猜測的數(shù)字，得出猜測結(jié)果xAyB；

任務(wù)2.4 若猜測正確或猜測次數(shù)>10，結(jié)束猜測；否則，轉(zhuǎn)任務(wù)22；任務(wù)2.5 輸出猜測結(jié)果。

2.1.3問題3的任務(wù)分解

任務(wù)3.1 用戶默想一個無重復(fù)四位數(shù)；任務(wù)3.2 程序產(chǎn)生一個候選猜測數(shù)字；任務(wù)3.3 用戶輸入猜測數(shù)字的正確數(shù)字和位置xAyB；任務(wù)3.4 根據(jù)猜測結(jié)果，過濾排除候選數(shù)字；

任務(wù)3.5 若猜測正確或猜測次數(shù)>10，結(jié)束猜測；否則，轉(zhuǎn)任務(wù)3.2。

3.2 教學(xué)內(nèi)容與案例目標的分解

結(jié)合案例分析，循序漸進地教學(xué)設(shè)計，教學(xué)內(nèi)容與案例任務(wù)結(jié)合如下：

3.2.1教學(xué)內(nèi)容

（1）選擇結(jié)構(gòu)：任務(wù)1.3 判斷猜測的正確性；

（2）循環(huán)結(jié)構(gòu)：任務(wù)1.4 繼續(xù)猜測，直至猜對；任務(wù)2.4 重復(fù)猜測直至 猜對，或者猜測次數(shù)>10；

（3）函數(shù)：任務(wù)2.1 產(chǎn)生一個無重復(fù)四位數(shù)；任務(wù)2.3 分析猜測結(jié)果，得出xAyB；任務(wù)3.2 產(chǎn)生下一個猜測數(shù)字；任務(wù)3.4 過濾排除候選數(shù)字；

（4）數(shù)組：任務(wù)2.3.1將四位數(shù)的各位分離；利用二維數(shù)組進行數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計；

（5）指針、STL：：list：利用鏈表、list進行數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計。

3.3 流程設(shè)計

3.3.1問題1 的流程設(shè)計

step1. 初始化，產(chǎn)生一個1-100之間的隨機數(shù)；

step2. 判斷猜測正確或猜測次數(shù)>10，若是轉(zhuǎn)step5.

step3. 用戶輸入猜測數(shù)字；

step4. 分析猜測結(jié)果，并反饋；猜測次數(shù)增1，返回step2.

step5. 輸出猜測結(jié)果。

3.3.2問題2 的流程設(shè)計

step1. 初始化，產(chǎn)生一個無重復(fù)四位數(shù)myRand（）； 分離各位數(shù)字separate（）；

step2. 判斷猜測正確或猜測次數(shù)>10，若是轉(zhuǎn)step5.

step3. 用戶輸入猜測數(shù)字；

step4. 分離并分析猜測結(jié)果，并反饋；猜測次數(shù)增1，返回step2.

step5. 輸出猜測結(jié)果。

3.3.3問題3的設(shè)計與分析

（1）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計。

方案一： 定義二維數(shù)組tree[4540][6]，存放格式：{1， 2， 3，4， 1234， 0} ，最后分量取值為0表示尚未排除，取值為-1表示已排除，取值>0表示很可能候選。

方案二：定義鏈表決策樹tree，存放所有候選4位數(shù)字，若排除某個候選數(shù)字，則刪除此結(jié)點，最后直至剩下1個或0個。

方案三：利用STL的list定義主數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)tree，可以利用STL：：list提供的函數(shù)，更方便地進行數(shù)據(jù)存儲和處理。

（2）主流程設(shè)計。

step1. 初始化tree。void init（）{}//將所有四位不重復(fù)的數(shù)字，從小到大存放在tree中，1023 1024 … 9876。

step2. 產(chǎn)生一個候選數(shù)字guessNext（）。取下一個候選數(shù)字；返回值-1表示沒有答案；

step3. 用戶輸入猜測數(shù)字的正確數(shù)字和位置xAyB；

step4. 將所有tree中候選數(shù)字逐一比較是否滿足xAyB，不滿足則排除掉；void filter（int n）{ }

step5. 轉(zhuǎn)step2.

4 代碼設(shè)計與調(diào)試

問題1可以根據(jù)教學(xué)內(nèi)容在課堂上進行代碼的逐步完善，并演示基本的代碼調(diào)試技巧。對于問題2在課堂上進行主流程分析后，編寫代碼框架，讓學(xué)生在課下進行代碼的具體編寫和調(diào)試。

問題2的程序主框架

int myRand（）{//產(chǎn)生一個四位數(shù)，各位數(shù)字互不重復(fù)

/*產(chǎn)生1-9之間的隨機數(shù)a；產(chǎn)生0-9之間的隨機數(shù)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[]）{//將一個四位數(shù)各位分離，存放在數(shù)組中

//將4位數(shù)num，分離出千、百、十、個位，存放在ans[0]、ans[1]、ans[2]、ans[3]中。}

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

//比較guess與answer，猜對了digit個數(shù)字，猜對了location個位置 略}

int main（）{

int guess=0，guessDigits[4]={0}，guessTimes=0； //數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義

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

answer=myRand（）；//產(chǎn)生一個四位數(shù)

seperate（answer，answerDigits）；//將答案各位數(shù)分離

while（digitOK<=4 && locationOK<4 &&guessTimes<10）{ //開始猜測

guessTimes++；

cout<

cin>>guess；//輸入用戶猜測

seperate（guess，guessDigits）； //將猜測各位數(shù)分離

compare（guessBits，answerDigits，digitOK，locationOK）；//判斷猜測結(jié)果

cout<<"＼b "<

if（guessTimes>=10 &&locationOK<4）//輸出猜測結(jié)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方案進行問題3的思路設(shè)計，提供一個思路，讓學(xué)生自行實現(xiàn)程序。

list tree；//存放候選數(shù)字的決策樹

int guessed[11][3]={{0}}；//存放所有猜測過的數(shù)字與反饋結(jié)果

void init（）{//初始化決策樹，分別存放1023，1024，…，9875，存放格式為1 0 2 3 1023 0（-1或1）

//略

tree.empty（）；

i=tree.begin（）；

//略

tree.push_back（n）； i++；

//略 }

//產(chǎn)生下一個猜測數(shù)字，n表示猜測次數(shù)

int guessNext（int n）{

int res=1234； list：：iterator i；

if（n==1）

return res；

i=tree.begin（）；

if（！tree.empty（））{//取出候選數(shù)字}

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

return res； }

bool compare（int ans，int gue，int x，int y）{ //判斷gue與ans的反饋信息是否符合xAyB

/*分離ans和gue的各位數(shù)字； 判斷數(shù)字正確個數(shù)是否為x個；判斷數(shù)字和位置均正確個數(shù)是否為y個*/ }

//根據(jù)猜測結(jié)果，篩選過濾候選數(shù)字，留下滿足xAyB反饋的數(shù)字，去除不滿足的候選數(shù)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））{//符合反饋信息

i++；}

else{ //排除掉該候選數(shù)字

i=tree.erase（i）； } } }

int main（）{//主函數(shù)

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

init（）；

while（guess！=-1 && locationOK<4 && n<=10）{ //尚未反饋4A4B， 且猜測次數(shù)<10

guess=guessNext（n+1）；

if（guess==-1）break；//沒有正確數(shù)字，退出

cout<<++n<<"th guess： "<

cin>>numOK>>locationOK；//存放猜測數(shù)字以及反饋信息

filter（n）；//過濾排除候選數(shù)字 }

return 0； }

5 結(jié)語

從教學(xué)實踐情況來看，這種教學(xué)設(shè)計方式確定了課程的實施方案及操作步驟，以提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和主動性為導(dǎo)引，能夠及時獲得反饋，取得了很好的教學(xué)效果。如何能更加合理地運用更好的教學(xué)方式去教學(xué)，還是有很多內(nèi)容值得我們?nèi)嵺`和探索的。

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