基于幻影圍棋的C語(yǔ)言課程教學(xué)案例設(shè)計(jì)

李飛+王亞杰+尹航+孫玉霞

摘要：針對(duì)計(jì)算思維“落地”的實(shí)際需要，結(jié)合計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)的要求，提出基于幻影圍棋的案例式教學(xué)模式，并以C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程為例，闡述案例的設(shè)計(jì)方法。

關(guān)鍵詞：幻影圍棋；計(jì)算思維“落地”；C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)

0引言

隨著社會(huì)信息化的不斷發(fā)展，其他學(xué)科與計(jì)算機(jī)學(xué)科的融合越來(lái)越密切，對(duì)大學(xué)生計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力的要求也越來(lái)越高，用計(jì)算機(jī)解決問(wèn)題的能力逐漸成為衡量大學(xué)生素質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)之一。在我國(guó)，理工院校均開(kāi)設(shè)計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)（C、VB、C#等）的必修課，它是繼大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)之后的另一門(mén)計(jì)算機(jī)主干基礎(chǔ)課。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生正確理解并基本掌握面向過(guò)程（或者面向?qū)ο螅┏绦蛟O(shè)計(jì)方法，培養(yǎng)學(xué)生的程序設(shè)計(jì)和上機(jī)調(diào)試能力以及用計(jì)算機(jī)處理實(shí)際問(wèn)題的思維方式和能力，為后續(xù)專(zhuān)業(yè)課程實(shí)踐和今后的工作提供相關(guān)知識(shí)。

近年來(lái)，以計(jì)算思維為核心的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)改革在各個(gè)高校廣泛開(kāi)展，首先要做的具體工作就是解決計(jì)算思維能力培養(yǎng)的“落地”問(wèn)題，即要將計(jì)算思維能力培養(yǎng)落實(shí)到具體課程內(nèi)容與教學(xué)過(guò)程中去。啟發(fā)式教學(xué)和案例式教學(xué)就是計(jì)算思維“落地”的具體方法。

計(jì)算機(jī)博弈（Computer Game）也稱(chēng)為機(jī)器博弈，是指根據(jù)各種棋類(lèi)游戲規(guī)則，讓計(jì)算機(jī)模擬人的思維給出招法，與人或者另一臺(tái)計(jì)算機(jī)進(jìn)行對(duì)弈。計(jì)算機(jī)博弈項(xiàng)目既有趣味性，又有策略性和對(duì)抗性，深受廣大青年學(xué)者的喜愛(ài)，并成為人工智能領(lǐng)域一項(xiàng)重要的研究課題。筆者研究幻影圍棋項(xiàng)目多年，在文獻(xiàn)[4]的啟發(fā)下，將程序中的部分基礎(chǔ)內(nèi)容作為C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)的教學(xué)案例和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，制作C語(yǔ)言課程設(shè)計(jì)題目，讓學(xué)生在游戲中體會(huì)學(xué)習(xí)的樂(lè)趣，調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，取得了良好的學(xué)習(xí)效果。

1幻影圍棋概述

幻影圍棋（Phantom go）是一項(xiàng)歐洲的棋類(lèi)游戲，因?yàn)橄缕逡?guī)則是基于圍棋，采用9×9的圍棋棋盤(pán)，但是又在圍棋基礎(chǔ)上加入了信息不完全的限制，即下棋雙方均無(wú)法獲得對(duì)方落子的位置，有中間裁判可以看到雙方落子位置，進(jìn)而給予雙方操作是否合法或者是否提子的指令來(lái)進(jìn)行比賽，故稱(chēng)為幻影圍棋。它是國(guó)際計(jì)算機(jī)奧林匹克大賽的競(jìng)賽項(xiàng)目，也是我國(guó)大學(xué)生計(jì)算機(jī)博弈大賽的競(jìng)賽項(xiàng)目，是一種集戰(zhàn)略、戰(zhàn)術(shù)和機(jī)會(huì)為一體的棋類(lèi)游戲項(xiàng)目。如圖1所示，左邊是黑方棋盤(pán)，中間是白方棋盤(pán)，右邊是裁判棋盤(pán)。裁判的棋盤(pán)相當(dāng)于一個(gè)9×9的圍棋棋盤(pán)，黑方棋盤(pán)中的白子是通過(guò)裁判的返回信息判斷出的部分棋子落子位置，信息是不完全的。這種不完全的信息，既增加了對(duì)弈的難度，同時(shí)也增加了趣味性和機(jī)會(huì)性。

2課堂教學(xué)實(shí)例設(shè)計(jì)

案例教學(xué)法是計(jì)算思維“落地”的最直接方法，一個(gè)好的案例在教學(xué)中會(huì)起到事半功倍的效果。筆者在指導(dǎo)幻影圍棋博弈項(xiàng)目的過(guò)程中，總結(jié)了一些適合C語(yǔ)言教學(xué)的例子，將C語(yǔ)言的知識(shí)與游戲程序有效融合，取得了較好的學(xué)習(xí)效果，部分實(shí)例見(jiàn)表1。

由于篇幅有限，下面只列出兩個(gè)實(shí)例的部分代碼。

實(shí)例1：幻影圍棋的界面設(shè)計(jì)

在C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)中，程序輸出運(yùn)行結(jié)果都是DOS命令行式的，表示一個(gè)圍棋棋盤(pán)在初學(xué)者眼里似乎是不可能的。該實(shí)例利用輸出各種線條組合來(lái)表示一個(gè)棋盤(pán)，使學(xué)生對(duì)C語(yǔ)言程序另眼相看。由于方便顯示，我們用表格表示棋盤(pán)，每一個(gè)單元格表示實(shí)際棋盤(pán)上的交叉點(diǎn)。部分代碼如下：

實(shí)例2：初始化棋盤(pán)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

在該實(shí)例中，利用了結(jié)構(gòu)體類(lèi)型定義變量表示落子的位置，用二重循環(huán)結(jié)構(gòu)控制二維數(shù)組的賦值。

3上機(jī)實(shí)驗(yàn)題目設(shè)計(jì)

上機(jī)實(shí)驗(yàn)是C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程的重要教學(xué)環(huán)節(jié)，學(xué)生通過(guò)上機(jī)練習(xí)才能更好地掌握和理解C語(yǔ)言各個(gè)知識(shí)點(diǎn)，鍛煉并提高他們的程序設(shè)計(jì)和程序調(diào)試能力。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容一定要有針對(duì)性和綜合性，而幻影圍棋程序綜合運(yùn)用C語(yǔ)言很多知識(shí)點(diǎn)，不僅滿(mǎn)足上述要求，而且還增加了趣味性，使實(shí)驗(yàn)效果更好。

例如：實(shí)驗(yàn)1：統(tǒng)計(jì)棋盤(pán)上白子的數(shù)目和黑子的數(shù)目，部分代碼如下：

該實(shí)驗(yàn)中將循環(huán)結(jié)構(gòu)、選擇結(jié)構(gòu)、二維數(shù)組3個(gè)知識(shí)點(diǎn)有機(jī)地融合，又實(shí)現(xiàn)了計(jì)數(shù)功能，解決了棋類(lèi)游戲最基本的統(tǒng)計(jì)功能。由于篇幅有限，下面僅列出實(shí)驗(yàn)題目。

實(shí)驗(yàn)2：實(shí)現(xiàn)提子（吃子）的過(guò)程，并更新棋盤(pán)；

實(shí)驗(yàn)3：隨機(jī)產(chǎn)生落子位置，并判斷是否該位置已有子。

4課程設(shè)計(jì)題目設(shè)計(jì)

課程設(shè)計(jì)是C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)的后續(xù)課程，目的是鞏固學(xué)生對(duì)C語(yǔ)言知識(shí)的綜合運(yùn)用能力，增強(qiáng)學(xué)生用計(jì)算機(jī)解決問(wèn)題的能力，即計(jì)算思維能力。該課程總共一周的時(shí)間，要求學(xué)生完成一個(gè)綜合性的程序設(shè)計(jì)題目。筆者基于幻影圍棋設(shè)計(jì)了一個(gè)課設(shè)題目，該題目有若干個(gè)功能，由一組同學(xué)（1～4人）完成，其中一人負(fù)責(zé)分工、總體程序框架建立及其他功能整合，最后綜合成一個(gè)簡(jiǎn)單的幻影圍棋競(jìng)賽程序，能夠?qū)崿F(xiàn)人機(jī)對(duì)弈的過(guò)程。

課設(shè)題目：一個(gè)簡(jiǎn)單的幻影圍棋系統(tǒng)

主要功能包括：①繪制棋盤(pán)：根據(jù)幻影圍棋規(guī)則繪制9×9的棋盤(pán)，并定義變量來(lái)保存棋局；②開(kāi)局初始化：打印棋盤(pán)并將一些變量設(shè)為初始狀態(tài)；③先手選擇：選擇自己為先手還是對(duì)方先手（現(xiàn)代圍棋下法黑子為先）；④招法生成：即生成一個(gè)落子點(diǎn)，可以是隨機(jī)方法（最簡(jiǎn)單），也可以用定式方法（固定走法）；⑤接收裁判信息并響應(yīng)：每次落子之前，都要詢(xún)問(wèn)裁判該位置是否合法，并且根據(jù)裁判返回信息做出落子、提子、猜子等策略選擇；⑥提子：根據(jù)裁判的提子信息，將部分己方的棋子或者對(duì)方的棋子提出，并更新棋盤(pán)。

以上各功能的設(shè)計(jì)，不僅綜合了C語(yǔ)言很多知識(shí)點(diǎn)，又集趣味性和創(chuàng)新性于一體，而且將完整的工程概念引入課程設(shè)計(jì)中，提高了學(xué)生C語(yǔ)言編程能力、創(chuàng)新實(shí)踐能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。

5結(jié)語(yǔ)

很多學(xué)生感覺(jué)C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)這門(mén)課程內(nèi)容比較枯燥乏味，沒(méi)有學(xué)習(xí)興趣。筆者將幻影圍棋作為教學(xué)實(shí)例和上機(jī)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容以及課程設(shè)計(jì)題目，由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，循序漸進(jìn)，調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)積極性的同時(shí)也增強(qiáng)了他們勇于探索和創(chuàng)新的能力。很多學(xué)生對(duì)博弈項(xiàng)目產(chǎn)生了濃厚的興趣，并且自愿加入幻影圍棋開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行深入研究，并以此為基礎(chǔ)申報(bào)大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目。筆者所帶領(lǐng)的幻影圍棋團(tuán)隊(duì)參加了2015年全國(guó)大學(xué)生計(jì)算機(jī)博弈大賽，取得了幻影圍棋項(xiàng)目冠軍的好成績(jī)。筆者總結(jié)的用幻影圍棋程序案例實(shí)踐計(jì)算思維的具體方法也適用其他博弈項(xiàng)目，希望該方法能對(duì)計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)提供一種參考和幫助。