计算机游戏设计中的计算思维能力培养

摘要：计算思维能力的培养是大学计算机基础教学的核。任务。计算机游戏设计课程是面向非计算机专业在校生开设的一门普及型游戏设计课程，是计算机基础教学课程体系的重要组成部分。文章结合大学计算思维能力培养的要求，阐述在计算机游戏设计课程中进行计算思维能力培养的思路，并探讨在计算机游戏设计课程中贯彻计算思维能力培养的措施。

关键词：计算思维；计算机游戏设计；计算机基础教学；教学方法

0 引言

当前，计算思维能力的培养成为国内外计算机界的一个热点课题，计算思维的重要作用受到国内外许多专家学者的关注。美国卡内基·梅隆大学周以真（Jeannette M Wing）教授指出，计算思维是每个人的基本技能。陈国良院士认为，科学思维主要分为理论思维、实验思维和计算思维三大类，计算思维是科学思维的三大组成之一；计算思维无处不在，当计算思维真正融入人类活动的整体时，它作为一个解决问题的有效工具，人人都应掌握，处处都会被使用。美国计算机协会（ACM）2008年公布的对CC2001进行的中期审查报告（草案），将“计算思维”与“计算机导论”课程绑定在一起，并明确要求该课程讲授计算思维的本质。2010年7月20日，九校联盟在西安对计算思维与大学计算机基础教学进行了研讨，在发表的《九校联盟（C9）计算机基础教学发展战略联合声明》中，也旗帜鲜明地把“计算思维能力的培养”作为计算机基础教学的核心任务，提出要加强以计算思维能力培养为核心的计算机基础教学课程体系和教学内容的研究。

目前，对于如何在大学的第一门计算机基础课程中贯彻计算思维能力的培养，国内学者已提出了一些很好的构想。例如，陈国良院士认为大学第一门计算机基础课程是计算思维培养的一个关键，并以此构建了以计算思维为核心的“计算思维导论”课程。哈尔滨工业大学战德臣教授认为，大学第一门计算机基础课程必须强化思维性教学改革，强调可实现思维的教授与培养。浙江大学何铭钦教授等在对C9联合声明的解读中，阐述了其对大学计算机基础、程序设计基础、数据库技术及应用、多媒体技术及应用、微机原理与接口技术、计算机网络技术及应用等课程的改革思路，提出一方面要突出相应领域问题求解的核心思路和基本方法，另一方面需要通过小规模的应用系统设计与实现，使学生领悟应用系统级的问题求解方式。

当然，计算思维能力的培养不仅仅局限于大学第一门计算机基础课程，更应该贯穿在其他的计算机基础课程中。计算机游戏设计作为面向我校非计算机专业学生的一门普及型游戏设计课程，足计算机基础教学体系的重要组成部分，自开设以来深受学生喜欢。在以计算思维能力培养为核心的教学改革新形势下，如何在计算机游戏设计课程中贯彻计算思维能力的培养，是该课程教学中需要思考的问题。

1 计算机游戏设计课程适合培养多层次的计算思维能力

计算机游戏设计课程针对大二以上年级开设，选修该课程的学生多数已修完大学计算机基础，并且修过多媒体技术及应用或高级语言程序设计课程，具备一定的计算机基础知识和计算机软件应用能力。经过调整，目前该课程的教学内容包括计算机游戏概述、游戏开发周期、游戏策划与设计概述、Flas制作基础、Flash编程基础、Flash游戏开发技术6部分。

与其他计算机基础课程相比，大学计算机基础课程更强调计算机基本概念和基础知识的讲解，而“多媒体技术及应用”和“高级语言程序设计”虽然涉及如何利用计算机进行问题的求解（如编程实现某种排序算法，或利用图像处理软件处理某张图片），但所涉及的问题规模较小。而计算机游戏设计课程的教学内容涉及游戏策划、设计到开发以及的各个阶段，面对的问题更具体，各章节之间内容衔接更紧密，因此非常适合展示如何利用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计和人类行为理解的整个计算思维过程。

从问题求解的角度，计算机游戏设计开发中，具体的动画、游戏规则、交互方式、关卡设计等，均需要通过计算机进行实现，通过讲解这些实际问题的解决思路，可以培养学生利用计算机科学的基本概念进行问题求解的计算思维。例如，在Flas制作中，当关键帧、引导路径制作好后，非关键帧即可由计算机自动生成，这一思维方式可以用于启发学生在日常工作中“抓大放小…‘分清主次”，关键问题先解决了，次要问题就容易解决了。而在介绍如何利用ActionScript3.0进行面向对象的Flash游戏开发时，可以将面向对象的设计思想推广到日常工作和生活中，通过“求同存异”和“合理分解”，将重复性的工作分离出来，实现“重用”；而且，启发学生将面向对象的设计思想与新产品设计关联起来，如通过对笔记本的“特化”设计上网本和平板电脑，通过对电脑和手机的“组合”设计智能手机，通过对电脑和电视的组合设计“智能电视”等。而游戏开发所采用的事件处理机制，其核心思想是“侦听消息”“转发消息”“响应消息”等，公司内部的呼叫中心、联络部门以及中介行业均采用了类似的工作模式。

从系统设计的角度，即使比较简单的游戏，也会涉及动画、音频、字幕以及代码编写等各个方面，所以必须进行系统全面的设计才能保证其准确运行。在教学过程中，有必要通过多种形式将系统设计的思维方式展示给学生。例如，针对某个具体的游戏，场景动画角色动画如何没计，如何通过代码将不同内容集成起来，不同对象之间如何调用，如何支持不同的交互方式等，需通过逐步分解、细化的方式，将规模较大、较笼统的问题转换成比较详细精确的描述，并有机地串联起来。设计过程中，一方面需要设计出满足需求的产品，另一方面，要考虑资源的约束，例如时间、人力、掌握的技术等。这一思维过程，同样适用于日常工作，面对比较大的项目，需要分解细化，化繁为简，并合理平衡有限的资源，得到较好的效果。因此，在计算机游戏项目的设计开发中，可以培养学生利用计算机科学的基本概念进行系统设计的计算思维能力。

从人类行为理解的角度来说，计算机游戏本身就是对现实世界的模拟和抽象，是完全由人通过计算机构造出来的虚拟世界。在计算机游戏课程中培养对人类行为理解的能力可以从两方面着手，一方面，从计算机游戏本身来看，游戏的剧情、场景、角色、关卡、游戏规则等，均基于对人类社会的理解、模拟或扩展而构造出来，因此，在游戏策划和设计内容中，可以通过介绍“虚拟人生”“开心农场”等角色扮演游戏、策略游戏，培养人类行为理解的能力。另一方面，从游戏交互设计的角度来看，计算机游戏系统对交瓦性要求较高，如何给用户提供简单直观的交互界面，需要很好地理解人类的一些行为模式和用户心理，因此，在游戏设计开发过程中，也可以培养学生运用计算机科学的基本概念进行人类行为理解方面的计算思维。

2 通过案例教学与实践项目，贯彻计算思维能力培养

在计算机游戏没计课程中加强计算思维能力的培养，不能仅介绍教学内容相关的知识点，更需要将思维方式展现给学生，并让学生明白思维是可实现的。其关键是通过案例教学和实践项目，使学生理解如何将一个复杂问题分解、构造，最后变成可在计算机上运行的程序，即让学生理解问题的求解过程。针对这一目标，我们在教学过程中需要从以下方面进行改进。

2.1 通过案例教学，贯通知识与计算思维

南于选修计算机游戏设计课程的学生来自不同专业不同年级，文科理科均有，知识结构和能力差异较大，我们采用案例教学方法，通过教学案例，以问题求解为线索，将不同的知识点贯通起来。例如，在游戏策划和设计阶段，我们先对一些常见的游戏进行分析，让学生参与讨论，并提供游戏策划书和游戏设计文档实例，展示如何创作游戏的故事大纲，如何完善游戏的情节，如何设计游戏的细节（场景、角色、关}），让学生了解如何将一个概要的想法，一步一步充实、完善、细化成一个比较完整的游戏设计方案。图1为教学过程中使用的“挖地雷”“战场生存记”游戏案例。

在游戏开发中，同样通过一些Flash游戏的制作实例进行讲解。通过案例，从简单到复杂，将Flas制作、ActionScript3.0编程及游戏制作贯穿起来。例如，在讲解弹球游戏时，首先分析游戏规则，对任务进行分解，分析如何进行设计；然后讲解单个弹球游戏的动画制作，并结合游戏讲解Actionscript3.0的部分语法规则和编程方式、Flash延迟循环模式、事件处理机制等；再介绍如何对各部分进行集成，完成可玩的单个弹球游戏。在此基础上，引导学生如何将单个弹球进行封装，将单个弹球的游戏推广到任意多个弹球的游戏。在讲解其他游戏案例的制作过程时，也遵循这种“建模—分解—设计—功能实现—集成—扩展”的思路。如对于挖地雷的游戏，先分析、设计、实现简单的挖地雷游戏，然后再添加关卡的设计与实现。通过游戏案例的讲解，让学生完整地了解游戏的设计制作过程。

2.2 加强实践环节，使学生切身体会问题求解过程

为让学生深刻地理解问题的求解过程，我们在计算机游戏设计课程中加强了实践环节，并结合实验与项目进行课程考核。目前本课程安排有18学时的课内实验，包括4个实验项目。实践教学内容注重培养学生使用Flash设计与制作游戏的能力，鼓励和支持学生利用业余时间创作计算机小游戏作品。通过在“做”中“学”，激发学生的学习主动性，使学生切身体会问题求解的过程。

此外，课程考核摒弃了笔试方式，采用实验考核和项目考核相结合的方式。实验考核主要考查学生平时对相关知识的掌握程度，主要由4次实验组成。项目考核要求学生分组，完成一个比较完整的游戏项目，学生自由分组，每组不超过3人，利用Flash或其他工具软件，设计并制作一款可玩小游戏，要求最终提交设计制作文档、源代码、可执行文件、PPT演示文稿等材料。游戏项目分数评定采用共同打分方式：每个小组公开演示自己设计制作的游戏，由教师和其他小组成员组成评审团对其进行评分。

例如，图2为信息与计算科学专业、动画专业的3位学生设计制作的“吸血鬼角色扮演游戏”，故事里的主人公在做任务维持生活的同时也必须照顾自己的女儿。学生采用“RPG游戏制作大师”制作了地图、人物、武器等，然后利用ActionScript脚本语言将各个游戏元素集成起来，实现游戏逻辑、游戏交互和关卡。

通过本课程的学习，多数学生能比较深刻地理解计算机游戏的设计与开发过程，掌握计算机游戏的相关基础知识，完成比较简单的游戏设计与制作，并增强了利用计算机科学概念进行问题求解、系统设计和人类行为理解的计算思维能力。

3 结语

计算机游戏设计课程是面向我校非计算机专业学生开设的普及型游戏设计课程，是我校计算机基础教育课程体系的重要组成部分。该课程的教学内容包括游戏策划、游戏设计以及游戏开发等多方面内容，非常适合在教学过程中贯彻计算思维能力的培养。结合实际情况，该课程采用了基于案例的教学方式和基于项目的考核方式，加强了学生计算思维能力的培养。

不过，由于计算}机游戏设计课程开没时间较短，目前还存在许多不足之处。如何针对具体选修课程的学生，合理裁剪教学内容，如何在计算机游戏设计课程中进一步加强学生计算思维能力的培养，还需不断探索实践。