Использование алгоритмов машинной логики для понимания работы сложных алгоритмических конструкций на примере игры «Крестики-нолики»

В последние годы интерактивная робототехника заняла решающее место в образовательных практиках. Одним из интересных аспектов является создание обучающих игр с использованием автоматизированных платформ, которые не только помогают обучать школьников программированию, но и развивают критическое мышление, навыки логического анализа и командной работы. Роботы, такие как Dobot Magician, предоставляют учащимся возможность взаимодействовать с реальными механическими системами, что обеспечивает формирование концептуальных знаний и практическую разработку в различных областях науки и техники. Одним из популярных и полезных инструментов для обучения является игра «Крестики-нолики», которая на платформе Dobot Magician приобрела новые формы и возможности для развития, как самой себя, так и самой программы.

Процесс создания игры на платформе Dobot Magician состоит из нескольких уровней сложности, которые позволяют адаптировать обучение для различных групп учащихся и обеспечивают постепенное освоение навыков программирования. На начальном уровне обучающиеся изучают основные принципы программирования с использованием простых алгоритмов. Они знакомятся с механикой игры, разрабатывают логические ходы и учат правила построения выигрышных комбинаций. Этот этап является отличной отправной точкой для начинающих, поскольку позволяет легко войти в мир робототехники и программирования. Программисты начального уровня учат робота выполнять действия, связанные с распознаванием простых условий, таких как размещение крестика или нолика в определенной ячейке на поле.

На базовом уровне задачи становятся сложнее. Теперь программисты должны создавать более динамичные алгоритмы, такие как обработка массивов для проверки победных линий или разработка ходов для двухрежимной игры, где робот выступает в качестве противника в игре против игрока. В этом случае ученикам предстоит освоить работу с циклами, переменными и условиями, а также более глубоко усвоить обработку данных, что поможет им работать с логическими операциями и алгоритмами, основанными на случайных числах. Также на этом уровне учащиеся начинают работать с более сложными структурами данных и учат робота, более гибко реагировать, изменяя логику игры и ее сценарии в зависимости от действий игроков.

На продвинутом уровне ученики уже разрабатывают сложные алгоритмы, которые позволяют роботу не просто соответствовать заранее заданной логике, но и принимать собственное решение на основе анализа текущей ситуации, принимаемой в игре. Это требует углубленного изучения методов которые используется для анализа возможных ходов и выбора альтернативной стратегии. Применение таких методов открывает большие возможности для работы с более сложными играми. Таким образом, обучение на платформе Dobot Magician обеспечивает хорошую основу для развития навыков, которые могут быть использованы в более сложных роботизированных и программных проектах в будущем.

Кроме того, важным аспектом является постоянная оптимизация и модернизация самой программы. Во второй версии игры значительно улучшена логика программы, что делает игру более гибкой и удобной для пользователя. Внесенные изменения включают введение динамического генератора массивов для проверки победных комбинаций. Это позволяет не только изменять размеры игровых полей, но и вводить новые правила, что делает игру более адаптивной и разнообразной. Вдобавок, была реализована возможность выбора между двумя режимами игры: «игрок против игрока» и «игрок против компьютера». Такой подход позволяет каждому ученику выбирать режим в зависимости от уровня подготовки и предпочтений, создавать уникальные условия для развития и улучшения навыков программирования.

Пример реализации второго этапа представлен ниже.

Для построения выигрышных комбинаций на поле создаются динамические массивы с вариантами выигрышей в зависимости от заданных при старте игры параметров. Также в новой версии появилась возможность задавать размерность сетки поля.

В представленном выше коде массивы создаются динамически с помощью вложенных циклов и следуют структуре, которая уже была заложена в первой версии программы. Всего создается 3 массива, которые реализуют вертикальные, горизонтальные и диагональные варианты побед. Это необходимо для удобства просмотра данных и поиска неточностей при написании программы, а также для более удобного взаимодействия с данными массивами.

Далее представлена новая функция, которая отвечает за выбор режима игры: «Игрок-игрок» или «Игрок-компьютер». В соответствии с выбранным режимом запустится соответсвующий алгоритм работы программы.

Далее следует обновленная функция хода. Из-за того, что теперь два варианта игры функция ветвится. В первом варианте все осталось точно также, как и в первой версии, во втором же варианте использован простейший алгоритм работы компьютерного противника, который основан на генерации случайных чисел.

Кроме того, была оптимизирована логика проверки победных условий. Теперь это не просто проверка вручную написанных комбинаций, а проверка созданных массивов победных вариантов на соответствие в текущий игровой момент. Модификация этой части кода позволила сократить количество повторяющегося кода, а также сделать логику программы более гибкой и универсальной. Проверки также производятся с помощью использования вложенных циклов и условий.

Последняя из крупных модификаций в данной версии, это сама функция запуска проверки, теперь это простая и изящная функция которая с помощью предыдущих функций позволяет быстро и удобно проверить любое количество победных условий.

Реализация подобных игр в образовательном процессе имеет огромное значение для развития учащихся. Одним из наиболее важных аспектов является развитие логического мышления, поскольку создание и анализ выигрышных комбинаций помогают учащимся системно подходить к решению задач. К тому же, процесс программирования развивает аналитическое мышление и учит школьников решать сложные задачи на основании ранее выполненных более простых задач. Знакомство с алгоритмами становится обязательным элементом подготовки, поскольку учащиеся учат не только базовые конструкции программирования, но и более сложные методы работы с данными, такие как использование массивов, циклов и функций.

Практическое применение знаний в отдельных проектах помогает учащимся освоить важные навыки программирования и работы с реальными инструментами, такими как платформа Dobot Magician. Это дает им возможность работать с роботом, создавать не только теоретические проекты, но и использовать их на практике Это особенно полезно для учащихся старших классов, которые могут использовать полученные знания при решении определенных задач в области робототехники и разработки программного обеспечения.

Дальнейшее развитие на платформе игры Dobot Magician открывает новые горизонты как для образовательного процесса, так и для индивидуальных проектов. В будущем можно будет интегрировать более сложные алгоритмы, которые позволят создавать более интеллектуальных противников, умеющих принимать решения не только на основе заранее заданных условий, но и в зависимости от игровой ситуации.

Использование роботов, таких как Dobot Magician, для создания игр в целях образования, имеет большой потенциал. Ученики, работающие над такими проектами, развивают не только практические навыки программирования, но и глубокие аналитические способности, которые помогают им решать более сложные задачи и подготавливают их к работе с новыми технологиями. Уровневая структура заданий и возможностей для дальнейшего развития делает этот подход особенно актуальным для школьного образования, поскольку он позволяет адаптировать обучение под разные уровни подготовки и интересы учащихся, что делает процесс обучения более увлекательным и продуктивным.

1. Программирование манипулятора в срeде COOGLE BLOCKLY: DOBOT MAGICIAN: Образовательная инженерная платформа/ О.А. Горнов. – М.: Издательство «Экзамен», 2021. – 188[1] с.
2. Заяц А. В., Журавский Г. В. Интерактивная робототехника: создание игры "Крестики-нолики" на Dobot Magician // Научные высказывания. 2024. №9 (56). С. 33-37.
3. Заяц А. В., Зубиков А. А. Использование Dobot Magician для формирования инженерного мышления у учащихся 7-8 классов // Научные высказывания. 2023. №10 (34). С. 40-43.
4. Заяц А. В. Манипулятор Dobot Magician как средство профессионального самоопределения учащихся 5-8 классов // Научные высказывания. 2023. №7 (31). С. 26-28.