主题四任务三《生命游戏的算法》课件+素材【桂科版】信息科技-五年级下册

(共24张PPT)
第三单元 第4课
生命游戏的算法
（桂科版）五年级
下
1
核心素养目标
3
新知讲解
5
拓展延伸
7
板书设计
2
新知导入
4
课堂练习
6
课堂总结
课后作业
8
01
核心素养目标
信息意识
计算思维
数字化学习与创新
信息社会责任
辩证认识算法模拟的局限性，树立理性看待算法、安全文明使用数字工具的责任意识。
通过运行 Python 代码、模拟生命演化，体验算法的应用场景，提升用算法解决问题的实践能力
理解生命游戏的基本规则，尝试用 “生存 / 死亡” 判断的逻辑描述变化过程，发展分析与推理能力。
感知生命游戏算法在生活中的应用，形成主动用算法理解现象的意识，提升对规则与逻辑的敏感度
02
新知导入
研学小组汇报活动结束后，同学们在一起闲聊，壮壮推荐了一个特别有趣的游戏--生命游戏。在这个游戏里，有一些小小的生命体，这些小生命会随着游戏规则生存或者死亡，或者生出更多的小生命来。
生命游戏是数学家约翰·何顿·康威(John Horton Conway)于20 世纪60年代末设计的一个计算机程序。
康威是英国传奇数学家，他不仅深耕群论、数论等硬核领域，更像个充满童趣的造梦师。他痴迷于用数学创造游戏，总在思考：那些高深的数字规律，能不能变成人人都能感受到的乐趣？
1970年，他发明了“生命游戏”。这是一个没有玩家操作的零玩家游戏，只有几条关于细胞生死的简单规则。他想验证：极简的规则系统，能否自发涌现出像生命一样复杂、不可预测的演化行为？事实证明，他做到了！
02
人物档案
走进决策树 —— 直观易懂的智慧之源
用简单规则，创造生命的无限可能
康威的“生命游戏”不仅是数学界的趣味经典，更成为复杂系统科学、人工智能的重要模型。它向我们展示了：世界的复杂性，往往源于最基础的简单逻辑。
02
新知导入
学习目标
01. 了解起源：走近约翰·康威，探寻生命游戏诞生的数学背景与初衷，理解其“零玩家游戏”的独特魅力。
02. 掌握规则：深入理解生存、死亡、繁殖的四条核心法则，能基于初始状态进行细胞演化的简单推演。
03. 认识图案：识别方块、蜂巢等稳定结构，闪烁的信号灯振荡器，以及能移动的太空船等经典趣味图案。
04. 探索应用：拓宽视野，了解生命游戏在计算机模拟、生物学研究、数字艺术创作等多领域的实际应用价值。
03
新知讲解
规则起点（初始状态）游戏在网格上进行，每个格子只有 “存活” 或 “死亡” 两种状态，是整个演化逻辑的起点和初始判断条件。
补充流程图：
核心规则节点（内部逻辑）每个格子会根据周围 8 个邻居的存活数量，触发不同的逻辑判断，代表一次对 “生存条件” 的测试与规则应用。
演化走向（分支结果）不同的邻居数量会引出不同的变化走向，直观展示格子在下一轮的状态变化（例如 “存活邻居数 = 3” 或 “存活邻居数 < 2”）。
二、算法的描述：
03
新知讲解
生命游戏是在一个无限大的虚拟网格上进行的，每个格子都有两种状态:活着或者死亡。每个活着的生物周围都有8个邻居(上下左右和两对角线方向的格子)。游戏规则:
1.存活的个体周围存活数少于2个，则孤独致死。
2.存活的个体周围存活数有2个或3个，则正常生存,
3.存活的个体周围存活数有4个或更多，则拥挤致死。
4.死亡的个体周围存活数刚好有3个，则复活。
做一做
03
新知讲解
假设有这样一个小小的方格世界(用“1”表示活着,“0”表示死亡):
按照游戏规则，我们来推测下一步会变成什么样，请把 7777777你的答案写在横线上。
1.第二行第二列的“1”只有一个活着的邻居(右下角)，所以它_____________.2.第三行第三列的“1”有两个活着的邻居(左上角和右下角)，所以它____________.3.第四行第四列的“1”只有一个活着的邻居(左上角)，所以它__________.
做一做
正常生存
孤独致死
孤独致死
04
课堂练习
试一试
生命游戏看似简单，但其规则和演化过程却展现出惊人的复杂性游戏中可以形成各种有趣的图案和结构，这些结构有的能够保持稳定有的能够移动或自我复制，还有的会经历复杂的周期变化。这些特性使得生命游戏在多个领域具有广泛的应用。
请你运用一种生成式人工智能工具找一找实际生活中的生命游戏应用实例，并把它介绍给你的小伙伴。
05
拓展延伸
生命游戏的启示
追问：究竟什么才是“活着”？
游戏中的细胞图案能移动、繁殖甚至自我复制，展现出类似生命的特征。这引发了深刻的思考：生命的本质是物质的运动，还是某种特定的信息结构？如果程序能模拟这些行为，它是否具备了“生命”的属性？
悖论：决定论框架下的“自由”假象
生命游戏是完全的“决定论”系统，初始状态决定了未来的一切。但它演化出的复杂行为却充满了不可预测性，仿佛拥有了“自由意志”。这映射到人类社会，让我们不禁发问：我们所处的世界是否也由基础物理定律决定，而我们的自由意志只是复杂规则下的涌现现象？
启示：简单规则造就无限可能
生命游戏证明，极其简单的规则也能孕育出无限复杂的系统。这不仅是算法的魅力，更让我们敬畏自然：宇宙万物的纷繁复杂，或许也源于底层那套简洁而优美的基本法则。
05
拓展延伸
任务拓展
设计生命乐园:在一张10x10小格的格子纸上设计一个你认为能够促进生命繁荣的初始布局，可以是特定的形状、图案或生命密度。按照你的设计进行生命游戏，连续进行20轮，记录每一轮的生命分布情况，观察其变化情况。
我在 10×10 网格中设计了 “滑翔机 + 稳定方块” 的初始布局：左侧为经典的可移动滑翔机结构，右侧是 2×2 的稳定方块。滑翔机负责传播与互动，方块作为固定的 “生命基地”，为整个系统提供稳定的基础。在连续 20 轮的演化中，生命没有出现灭绝：滑翔机在移动过程中不断与其他细胞互动，产生新的活细胞；方块始终保持稳定，还在附近催生了新的闪烁器、小型方块等结构。活细胞数量从初始的 8 个，逐步增长并稳定在 14 个左右，网格中形成了多个分布均匀的生命区域，既有移动的滑翔机，也有静止的稳定结构，呈现出持续繁荣的演化状态。
05
拓展延伸
打开Scratch程序并运行，利用程序实现遍历算法的设计
程序验证
05
拓展延伸
核心积木
初始化与清空列表
设置初始网格状态
初始化网格参数变量
外层循环：遍历每一行
内层循环：把每一行字符串里的字符逐个取出，存入拆分列表
05
拓展延伸
核心积木
清空临时数据，为后续统计做准备。
双重循环遍历网格（行 × 列）
作用：外层循环遍历每一行（i 为行号），内层循环遍历每一列（j 为列号），确保能访问到每一个格子。
计算当前格子在列表中的位置索引
作用：把二维坐标 (i,j) 转换成一维列表 拆分 里的索引，方便后续读取状态；同时把当前格子的邻居数归零，准备统计
判断「左上邻居」是否存活
05
拓展延伸
核心积木
上邻居判断
边界判断：i > 1，确保不是第一行，否则 “上邻居” 不存在。索引计算：(i - 2) * W + j，对应上一行同一列的格子。状态判断：如果拆分列表中该位置的值为1，说明邻居存活，邻居数加 1。
右上邻居判断
边界判断：i > 1 且 W > j，确保不是第一行，也不是最后一列。索引计算：(i - 2) * W + (j + 1)，对应上一行右侧一列的格子。状态判断：同上，若为1则邻居数加 1。
左邻居判断
边界判断：j > 1，确保不是第一列，否则 “左邻居” 不存在。索引计算：(i - 1) * W + (j - 1)，对应同一行左侧一列的格子。状态判断：同上，若为1则邻居数加 1。
05
拓展延伸
核心积木
判断当前格子状态（是否存活）
活细胞状态更新规则
邻居数 <2 或 >3：孤独或拥挤致死 → 新状态为 0邻居数为 2 或 3：正常存活 → 新状态保持 1
死细胞状态更新规则
邻居数 =3：复活 → 新状态为 1其他情况：保持死亡 → 新状态为 0（即保持原值）
05
拓展延伸
核心积木
存储新状态到临时列表
q：一维列表索引，移动到下一个格子；
j：列号，移动到下一列；
i：行号，移动到下一行（由外层循环控制）。
05
拓展延伸
核心积木
初始化准备
循环 3 次（对应 3 行网格），每次从临时列表中读取连续 3 个格子的状态；
用连接积木把这 3 个状态拼成一行字符串
把拼接好的行字符串加入合并列表，同时pos增加 3，移动到下一行的起始位置。
06
课堂总结
1
游戏起源：约翰·康威在1970年发明的经典“零玩家”游戏。
生命游戏的核心知识与哲学启示
2
核心规则：遵循“2活3生，孤死超亡”，决定细胞生死存亡。
3
经典图案：世界中存在稳定结构、振荡器等奇妙的“居民”。
4
广泛应用：在计算机科学、生物学模拟等领域有重要价值。
5
核心思想：体现“涌现”现象，简单规则产生无限复杂行为。
1
2
3
4
5
07
板书设计
板书设计：生命游戏的算法
概念：通过邻居数量判断细胞生死的演化类算法
核心：初始布局 + 规则判断 + 迭代演化 + 状态更新
示例：10×10 生命乐园布局、滑翔机与稳定方块结构构建步骤：设计布局→明确规则→迭代运行→记录变化拓展：算法模拟的局限性与理性看待数字工具
08
课后作业
思考：生活中还有哪些现象和生命游戏的 “规则驱动演化” 类似？实践：和家人一起讨论，如何用简单规则模拟一个小系统的变化
生活中的应用
实战演练
思考生命游戏的 “规则驱动演化” 思想在现实中的映射，如种群数量变化、森林火灾蔓延、细胞自动机等现象
动手设计一个简单的生命游戏初始布局（如 “滑翔机”），连续运行 5 轮，观察细胞的变化规律，加深对算法逻辑的理解。
https://www.21cnjy.com/recruitment/home/fine