過招守護使

王麗麗

在正確繪制圖騰圖案后，山門打開。阿派心中竊喜。難道進入失落的世界，就這么容易？阿派正想入內，卻發現門后還有一位守護使。這位守護使并非兇神惡煞，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！”只見他擺出十個寶箱，說道：“上有1到10的編號，只有一個寶箱中藏有寶物，猜中者方可踏入神秘世界?！?/p>

：這節課的設計靈感來源于計算機經典案例“猜數字”小游戲。教師通過在Python中編程實現游戲效果，掌握循環和分支結構。在教學設計時，教師要考慮學情，由易到難，分為三種難度的任務：猜一次、不限次數猜、限定次數猜。

初級難度：猜一次

1.問題分析

首先，從阿派（游戲者）的角度，梳理初級難度的游戲過程（如下頁圖1）。

其次，將游戲過程對應IPO模式（如下頁圖1）。

I（Input）：程序的輸入，包括用戶手工輸入、程序內部參數輸入等。

P（Process）：程序的主要邏輯處理，對輸入的數據進行處理并產生結果。

O（Output）：程序的輸出，包括屏幕顯示輸出、文件輸出等。

：對七年級學生而言，如何將自然語言轉換為程序語言是一個難點。教師可以使用流程圖、偽代碼等形式，幫助學生分析問題，梳理邏輯。此外，掌握程序設計的基本方法，理解IPO模式，有助于學生日后分析和解決更復雜的問題。

2.Python實現

本例的程序輸入環節，守護使需要事先將寶物藏匿于某個寶箱中，即事先確定一個寶箱號碼為正確答案，而這個號碼實際上是由計算機自動生成的。為了游戲的可玩性，筆者利用random.randint（1，10）產生1到10的隨機數，模擬游戲開始時寶物隨機放置在某個寶箱中的效果。接著，利用input（）函數提示并允許阿派猜數，再利用int（）函數將其轉換為整型，便于程序處理環節的條件判斷。

在初級難度游戲設計中，阿派只猜一次，守護使立刻給出反饋，提示號碼猜大了，或猜小了，或正確。利用if條件語句，將阿派猜的號碼（guess）與正確的寶箱號（number）作比較，即可實現這樣的效果，具體的代碼如圖2所示。

：random是Python的常用模塊。該模塊中有幾個常用的函數，如randint（產生隨機數）、choice（從序列中返回一個隨機元素）、shuffle（將序列中的元素隨機排序）等，random模塊的導入方法和turtle一樣。在本例中，為了便于學生理解邏輯，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語句實現判斷。

中級難度：不限次數猜

1.問題分析

只猜一次，很難猜中，那就試一試不限次數，直至猜中。如圖3所示，主要邏輯是這樣的：首先，阿派猜一個號碼，當號碼不正確時，即guess≠number時，守護使提示太大或太小，并允許再猜，直至猜中為止。如果一次猜中，則跳過循環，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現（如下頁圖4）。

2.Python實現

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

：Python是通過代碼的縮進來決定內在邏輯的，用4個空格表示語句塊的縮進?？崭竦亩嗷蛏?，都可能導致程序的運行錯誤。在Pycharm編輯器中，可以按Tab進行縮進，按Tab+Shift去除縮進。

高級難度：限定次數猜

1.問題分析

不限次數的猜數，顯然不符合闖關的難度要求。那么，假定阿派只有3次機會來選寶箱。若3次都猜不對，則游戲結束；若3次內猜中，則直接跳出循環，游戲結束。

2.Python實現

利用for循環和range（ ）內建函數，可以指定循環次數。range（ ）函數返回的結果是一個整數序列的對象，其語法為range（start， stop[， step]），默認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）。像這種多個條件的判斷，可以用elif來實現。

：由于Python并不支持switch語句，所以在多個條件判斷時，可以用多個elif來實現。另外，在Python語言中，還有for...else結構，else中的語句會在循環正常執行完成后，再執行，while...else也一樣。這也體現了Python語言的靈活性。

猜數訣竅：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碼。如上表，先取1～10的中間數，大約為5。根據“小了”的提示，再從新范圍6～10中再取中間數。重復以上步驟，不斷縮小查找范圍，直到找到正確的寶箱號碼。

利用二分查找法，最多4次定能猜中寶箱號碼。因為10個寶箱，范圍在23<10<24之間，最大查找次數為log2n+1。同理可知，如果有100個寶箱，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，適用于在一個有序數組中尋找特定的數，在實際項目中應用很多。初中學生可以通過尋寶小游戲初步了解二分法的思想。

拓展練習

在《過招守護使》這一課中，主要學習了循環和分支，接觸了while語句、for語句、if語句。針對學有余力的學生，教師不妨提供一些拓展練習，利用循環和分支來解決一些生活小問題，如BMI身體質量指數的計算、乘法口訣法，或結合之前所學的海龜模塊進行圖形化設計等。