過招守護(hù)使

王麗麗

在正確繪制圖騰圖案后，山門打開。阿派心中竊喜。難道進(jìn)入失落的世界，就這么容易？阿派正想入內(nèi)，卻發(fā)現(xiàn)門后還有一位守護(hù)使。這位守護(hù)使并非兇神惡煞，看了看他，說道：“守了大半輩子，終于有人陪我玩一回尋寶游戲啦！”只見他擺出十個(gè)寶箱，說道：“上有1到10的編號(hào)，只有一個(gè)寶箱中藏有寶物，猜中者方可踏入神秘世界?！?/p>

：這節(jié)課的設(shè)計(jì)靈感來源于計(jì)算機(jī)經(jīng)典案例“猜數(shù)字”小游戲。教師通過在Python中編程實(shí)現(xiàn)游戲效果，掌握循環(huán)和分支結(jié)構(gòu)。在教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，教師要考慮學(xué)情，由易到難，分為三種難度的任務(wù)：猜一次、不限次數(shù)猜、限定次數(shù)猜。

初級(jí)難度：猜一次

1.問題分析

首先，從阿派（游戲者）的角度，梳理初級(jí)難度的游戲過程（如下頁圖1）。

其次，將游戲過程對應(yīng)IPO模式（如下頁圖1）。

I（Input）：程序的輸入，包括用戶手工輸入、程序內(nèi)部參數(shù)輸入等。

P（Process）：程序的主要邏輯處理，對輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并產(chǎn)生結(jié)果。

O（Output）：程序的輸出，包括屏幕顯示輸出、文件輸出等。

：對七年級(jí)學(xué)生而言，如何將自然語言轉(zhuǎn)換為程序語言是一個(gè)難點(diǎn)。教師可以使用流程圖、偽代碼等形式，幫助學(xué)生分析問題，梳理邏輯。此外，掌握程序設(shè)計(jì)的基本方法，理解IPO模式，有助于學(xué)生日后分析和解決更復(fù)雜的問題。

2.Python實(shí)現(xiàn)

本例的程序輸入環(huán)節(jié)，守護(hù)使需要事先將寶物藏匿于某個(gè)寶箱中，即事先確定一個(gè)寶箱號(hào)碼為正確答案，而這個(gè)號(hào)碼實(shí)際上是由計(jì)算機(jī)自動(dòng)生成的。為了游戲的可玩性，筆者利用random.randint（1，10）產(chǎn)生1到10的隨機(jī)數(shù)，模擬游戲開始時(shí)寶物隨機(jī)放置在某個(gè)寶箱中的效果。接著，利用input（）函數(shù)提示并允許阿派猜數(shù)，再利用int（）函數(shù)將其轉(zhuǎn)換為整型，便于程序處理環(huán)節(jié)的條件判斷。

在初級(jí)難度游戲設(shè)計(jì)中，阿派只猜一次，守護(hù)使立刻給出反饋，提示號(hào)碼猜大了，或猜小了，或正確。利用if條件語句，將阿派猜的號(hào)碼（guess）與正確的寶箱號(hào)（number）作比較，即可實(shí)現(xiàn)這樣的效果，具體的代碼如圖2所示。

：random是Python的常用模塊。該模塊中有幾個(gè)常用的函數(shù)，如randint（產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)）、choice（從序列中返回一個(gè)隨機(jī)元素）、shuffle（將序列中的元素隨機(jī)排序）等，random模塊的導(dǎo)入方法和turtle一樣。在本例中，為了便于學(xué)生理解邏輯，筆者將條件判斷分為三種情況（太大、太小、正確），并利用三條if語句實(shí)現(xiàn)判斷。

中級(jí)難度：不限次數(shù)猜

1.問題分析

只猜一次，很難猜中，那就試一試不限次數(shù)，直至猜中。如圖3所示，主要邏輯是這樣的：首先，阿派猜一個(gè)號(hào)碼，當(dāng)號(hào)碼不正確時(shí)，即guess≠number時(shí)，守護(hù)使提示太大或太小，并允許再猜，直至猜中為止。如果一次猜中，則跳過循環(huán)，直接提示正確，其中的“提示太大或太小”，可以利用分支語句來實(shí)現(xiàn)（如下頁圖4）。

2.Python實(shí)現(xiàn)

圖3中重復(fù)猜數(shù)的過程，可以利用while語句來實(shí)現(xiàn)，只要條件滿足，就不斷循環(huán)，直到條件不滿足時(shí)退出循環(huán)。其中的“提示太大或太小”，可以利用if...else來實(shí)現(xiàn)（如下頁圖5），程序運(yùn)行效果如下頁圖6。

：Python是通過代碼的縮進(jìn)來決定內(nèi)在邏輯的，用4個(gè)空格表示語句塊的縮進(jìn)?？崭竦亩嗷蛏?，都可能導(dǎo)致程序的運(yùn)行錯(cuò)誤。在Pycharm編輯器中，可以按Tab進(jìn)行縮進(jìn)，按Tab+Shift去除縮進(jìn)。

高級(jí)難度：限定次數(shù)猜

1.問題分析

不限次數(shù)的猜數(shù)，顯然不符合闖關(guān)的難度要求。那么，假定阿派只有3次機(jī)會(huì)來選寶箱。若3次都猜不對，則游戲結(jié)束；若3次內(nèi)猜中，則直接跳出循環(huán)，游戲結(jié)束。

2.Python實(shí)現(xiàn)

利用for循環(huán)和range（ ）內(nèi)建函數(shù)，可以指定循環(huán)次數(shù)。range（ ）函數(shù)返回的結(jié)果是一個(gè)整數(shù)序列的對象，其語法為range（start， stop[， step]），默認(rèn)start為0，step為1。如圖下頁7所示，range（3）表示i依次為0、1、2，一共循環(huán)3次。在本例中，判斷條件有三種情況（猜中、猜大了、猜小了）。像這種多個(gè)條件的判斷，可以用elif來實(shí)現(xiàn)。

：由于Python并不支持switch語句，所以在多個(gè)條件判斷時(shí)，可以用多個(gè)elif來實(shí)現(xiàn)。另外，在Python語言中，還有for...else結(jié)構(gòu)，else中的語句會(huì)在循環(huán)正常執(zhí)行完成后，再執(zhí)行，while...else也一樣。這也體現(xiàn)了Python語言的靈活性。

猜數(shù)訣竅：二分查找法

有沒有什么方法，可以快速猜中正確的寶箱號(hào)碼呢？可以利用二分查找法，每次將查找范圍縮小一半，快速查找到正確的號(hào)碼。如上表，先取1～10的中間數(shù)，大約為5。根據(jù)“小了”的提示，再從新范圍6～10中再取中間數(shù)。重復(fù)以上步驟，不斷縮小查找范圍，直到找到正確的寶箱號(hào)碼。

利用二分查找法，最多4次定能猜中寶箱號(hào)碼。因?yàn)?0個(gè)寶箱，范圍在23<10<24之間，最大查找次數(shù)為log2n+1。同理可知，如果有100個(gè)寶箱，利用二分法，最多7次可以找到正確的寶箱。

：二分查找法是基本算法之一，其中心思想是分治，適用于在一個(gè)有序數(shù)組中尋找特定的數(shù)，在實(shí)際項(xiàng)目中應(yīng)用很多。初中學(xué)生可以通過尋寶小游戲初步了解二分法的思想。

拓展練習(xí)

在《過招守護(hù)使》這一課中，主要學(xué)習(xí)了循環(huán)和分支，接觸了while語句、for語句、if語句。針對學(xué)有余力的學(xué)生，教師不妨提供一些拓展練習(xí)，利用循環(huán)和分支來解決一些生活小問題，如BMI身體質(zhì)量指數(shù)的計(jì)算、乘法口訣法，或結(jié)合之前所學(xué)的海龜模塊進(jìn)行圖形化設(shè)計(jì)等。