運(yùn)用計(jì)算思維解讀“石頭剪子布”游戲及程序?qū)崿F(xiàn)

姜陽(yáng)

在實(shí)際教學(xué)中，如何通過計(jì)算思維解決問題呢？下面，通過對(duì)“石頭剪子布”游戲的思維解讀，讓學(xué)生依次經(jīng)歷“探究問題，總結(jié)規(guī)則—抽象問題特征—建立結(jié)構(gòu)模型—編程解決部分問題—遷移解決全部問題”的完整過程，體驗(yàn)程序設(shè)計(jì)中運(yùn)用計(jì)算思維解決問題的方法。

● “石頭剪子布”游戲的思維解讀

運(yùn)用計(jì)算機(jī)解決問題的第一步是將現(xiàn)實(shí)世界中的事物進(jìn)行抽象和設(shè)計(jì)，“石頭剪子布”游戲的完成，首先要做好游戲思維的抽象，構(gòu)建游戲的屬性、規(guī)則和方法。

1.“石頭剪子布”游戲的起源

“石頭剪子布”游戲是一款猜拳游戲，又稱為“猜丁殼”，起源于中國(guó)，最早記載于《全唐詩(shī)》中的《招手令》，詩(shī)中用比喻的手法生動(dòng)地描述了類似的游戲。明朝李日華《六研齋筆記》載云：“俗飲，以手指屈伸相搏，謂之豁拳，又名豁指頭。”隨著世界貿(mào)易的發(fā)展，這款游戲傳播到世界各地，在很多比賽中，由于該游戲簡(jiǎn)單快速且不需要任何道具，被選擇用來決定比賽的先發(fā)戰(zhàn)隊(duì)。

2.“石頭剪子布”游戲的規(guī)則

游戲規(guī)則：石頭打剪刀，布包石頭，剪刀剪布。

根據(jù)游戲規(guī)則，會(huì)產(chǎn)生如下頁(yè)表所示的結(jié)果。

● 計(jì)算機(jī)構(gòu)建“石頭剪子布”游戲的思維解讀

題目要求：編寫一個(gè)程序，讓計(jì)算機(jī)同我們一起玩“石頭剪子布”游戲。人輸了，則輸出“輸了”;人贏了，則輸出“贏了”;人與計(jì)算機(jī)平了，則輸出“平局”。

困惑：①計(jì)算機(jī)如何能夠像人類一樣用手來顯示“石頭”“剪子”“布”？②人類用手顯示“石頭”“剪子”“布”，計(jì)算機(jī)如何能看懂？③如何讓計(jì)算機(jī)隨機(jī)選擇“石頭”“剪子”“布”模擬人類游戲的過程？

解決方法：

第一個(gè)問題：計(jì)算機(jī)如何能夠像人類一樣用手來顯示“石頭”“剪子”“布”？

計(jì)算機(jī)沒有人類一樣的手和腳，不能夠像人一樣用肢體直接進(jìn)行游戲，因此，我們只能站在計(jì)算機(jī)的角度思考問題。計(jì)算機(jī)只能處理數(shù)字化的信息，首先要考慮如何將游戲數(shù)字化，也就是將游戲的主體“石頭”“剪子”“布”數(shù)字化。解決這個(gè)問題非常簡(jiǎn)單：根據(jù)人為規(guī)定的數(shù)字，通過一系列計(jì)算能夠?qū)崿F(xiàn)就可以。例如，為游戲做了如下規(guī)定：用數(shù)字0代表“石頭”，數(shù)字1代表“布”，數(shù)字2代表“剪刀”。為什么選用這三個(gè)數(shù)字呢？一是便于記憶。三個(gè)數(shù)字簡(jiǎn)單、連續(xù)，編寫程序人員可以快速記錄下來。二是形象。用手實(shí)現(xiàn)“石頭”時(shí)，同時(shí)也是數(shù)字“0”的表達(dá)手勢(shì)，用手實(shí)現(xiàn)“剪刀”時(shí)，也是數(shù)字“2”的表達(dá)手勢(shì)，根據(jù)數(shù)字的連續(xù)性，規(guī)定“1”來表達(dá)“布”。三是容易程序?qū)崿F(xiàn)。因?yàn)?、1、2三個(gè)數(shù)字簡(jiǎn)單、連續(xù)，運(yùn)用一系列運(yùn)算可以很容易實(shí)現(xiàn)。“石頭”“剪子”“布”可以運(yùn)用任何一個(gè)數(shù)字來代表，不是必須用0、1、2三個(gè)數(shù)字。

第二個(gè)問題：人類用手顯示“石頭”“剪子”“布”，計(jì)算機(jī)如何能看懂？

計(jì)算機(jī)沒有眼睛和思維，看不見人類的動(dòng)作，也思考不出來代表的意義，所以，需要我們站在計(jì)算機(jī)的角度分析這個(gè)問題。既然人類的表示計(jì)算機(jī)看不懂，就選擇計(jì)算機(jī)和人類都能讀懂的方式，運(yùn)用文字、圖片或者圖案等創(chuàng)設(shè)游戲畫面，運(yùn)用鼠標(biāo)單擊等進(jìn)行動(dòng)作的選擇，代替了人類肢體語(yǔ)言的表達(dá)，如圖1所示。

第三個(gè)問題：如何讓計(jì)算機(jī)隨機(jī)選擇“石頭”“剪子”“布”模擬人類游戲的過程？

在計(jì)算機(jī)語(yǔ)言中有一種函數(shù)是隨機(jī)函數(shù)，可以輕松解決問題。隨機(jī)數(shù)：①真正的隨機(jī)數(shù)是運(yùn)用物理現(xiàn)象產(chǎn)生的，如擲錢幣、骰子、轉(zhuǎn)輪、核裂變等。②隨機(jī)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)特點(diǎn)是后面的數(shù)據(jù)與前面產(chǎn)生的數(shù)據(jù)沒有任何聯(lián)系。③計(jì)算機(jī)產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)的方法有二，一是產(chǎn)生[0，1]區(qū)間上均勻分布的隨機(jī)數(shù)的方法，二是離散型均勻分布的隨機(jī)數(shù)的方法。兩種方法都是運(yùn)用數(shù)學(xué)的相關(guān)理論和公式進(jìn)行推導(dǎo)，我們就不再深入地研究和探討了。本例中運(yùn)用VB語(yǔ)言的隨機(jī)數(shù)（rnd和randomize），隨機(jī)產(chǎn)生0、1、2三個(gè)數(shù)字，模擬實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)進(jìn)行“石頭”“剪子”“布”的選擇。

● 運(yùn)用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)“石頭剪子布”游戲的思維框圖

運(yùn)用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)“石頭剪子布”游戲的思維框圖如下頁(yè)圖2所示。

● “石頭剪子布”游戲程序?qū)崿F(xiàn)

界面設(shè)計(jì)如下頁(yè)圖3所示。

程序?qū)崿F(xiàn)（具體代碼省略）。

● 教學(xué)實(shí)施和建議

1.直接提供程序界面

學(xué)生剛剛進(jìn)入程序設(shè)計(jì)的初級(jí)學(xué)習(xí)，只會(huì)簡(jiǎn)單的順序結(jié)構(gòu)和選擇結(jié)構(gòu)，因此，程序的界面可以由教師直接提供給學(xué)生，這樣有利于后續(xù)問題的分析和理解。

2.提供部分程序框架

為了節(jié)省課堂教學(xué)時(shí)間，高效率地解決問題，教師可以提供程序的框架，如選擇“石頭”程序，提供部分框架內(nèi)容：

Private Sub Picture1_Click（）

Dim x As Integer

Label4.Caption = "石頭" （人顯示“石頭”）

隨機(jī)產(chǎn)生0，1，2三個(gè)數(shù)字

程序核心部分：如果是0（石頭對(duì)石頭），結(jié)果是平;如果是1（石頭對(duì)布），結(jié)果是輸;如果是2（石頭對(duì)剪子），結(jié)果是贏。

3.引導(dǎo)學(xué)生完成程序代碼編寫

根據(jù)程序框架中的提示，運(yùn)用學(xué)習(xí)過的程序語(yǔ)言知識(shí)，填寫完整的代碼。程序核心部分是典型的選擇結(jié)構(gòu)，運(yùn)用三個(gè)If語(yǔ)句或者If語(yǔ)句的嵌套，完成選擇和判斷。

4.方法遷移，完成游戲程序其他部分

借鑒選擇“石頭”程序分析和代碼實(shí)現(xiàn)，完成選擇“布”和選擇“剪子”兩部分代碼程序。

● 結(jié)束語(yǔ)

“石頭剪子布”游戲的實(shí)現(xiàn)，運(yùn)用計(jì)算思維方法，從計(jì)算機(jī)的角度分析問題、解決問題，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用數(shù)字化抽象和推理，建立結(jié)構(gòu)模型，利用數(shù)字化工具自動(dòng)解決問題，培養(yǎng)了學(xué)生處理數(shù)字環(huán)境中的問題的重要思維方式。