第11課 二百club——計(jì)時(shí)器和散點(diǎn)圖

任務(wù)導(dǎo)航

在數(shù)字科學(xué)家的小圈子里面，有一個(gè)叫200俱樂(lè)部（200club）的精英團(tuán)體，加入的標(biāo)準(zhǔn)是30秒內(nèi)可以按200次空格。之所以成立這個(gè)俱樂(lè)部，是因?yàn)樵S多電腦游戲中涉及到每分鐘電子次數(shù)這個(gè)概念，一分鐘內(nèi)按鍵的次數(shù)越多，說(shuō)明按鍵速度越快，對(duì)攻時(shí)就越占優(yōu)勢(shì)。

本課，我們首先設(shè)計(jì)一個(gè)程序來(lái)測(cè)定一分鐘內(nèi)按空格的次數(shù)，并使用Excel對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，觀察按鍵時(shí)間隨次數(shù)變化的規(guī)律，如圖11.1所示，然后再編寫(xiě)一個(gè)程序看看誰(shuí)可以加入200俱樂(lè)部。

圖11.1 測(cè)定按鍵速度

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1. 制作簡(jiǎn)單的測(cè)定按鍵速度的程序

（1）確定按鍵速度軟件的目標(biāo)

想一想

       請(qǐng)同學(xué)們思考并填寫(xiě)測(cè)定按鍵速度軟件的初級(jí)目標(biāo)、中級(jí)目標(biāo)和高級(jí)目標(biāo)（見(jiàn)表11.1）。同時(shí)想一想，完成每個(gè)目標(biāo)需要建立那些變量，核心算法又是怎樣的？

表11.1 測(cè)定按鍵速度軟件的目標(biāo)

（2）設(shè)計(jì)界面及編寫(xiě)代碼

第1步：建立“按鍵次數(shù)”變量。

第2步：在偵測(cè)菜單中勾選計(jì)時(shí)器

，可以在舞臺(tái)上顯示一個(gè)秒表，使用腳本塊

，可以使秒表歸零。

第3步：編寫(xiě)代碼。完成這個(gè)研究，最簡(jiǎn)單的代碼如圖11.2所示。

圖11.2按鍵速度的研究

第4步：測(cè)試一分鐘內(nèi)的按鍵次數(shù)。單擊綠旗，計(jì)時(shí)器歸零的同時(shí)，變量“按鍵次數(shù)”也歸零，此時(shí)開(kāi)始按空格鍵。當(dāng)舞臺(tái)上的

到達(dá)60的時(shí)候停止按鍵，此時(shí)變量“按鍵次數(shù)”的數(shù)值，就是測(cè)試者60秒內(nèi)按下空格鍵的次數(shù)，用60秒除以按鍵次數(shù)就是按鍵速度。

想一想

1. 這個(gè)程序可以做那些改進(jìn)？你打算優(yōu)先做那個(gè)改進(jìn)，為什么？
2. 與你的同學(xué)交流一下改進(jìn)的意見(jiàn)，分析一下大家的改進(jìn)意見(jiàn)，思考一下一般都從幾個(gè)角度思考如何改進(jìn)。
3. 多次實(shí)驗(yàn)，看看你的按鍵速度是否是一個(gè)基本不變的數(shù)。
4. 按鍵速度可能受那些因素的影響呢？

DIY

按鍵速度指的是1分鐘內(nèi)能夠完成的“按下-彈起”這個(gè)動(dòng)作的次數(shù)。而圖11.1所示的程序如果一直按著空格鍵不放，按鍵次數(shù)會(huì)一直不斷增加。如果不解決這個(gè)問(wèn)題，就難以保證測(cè)量的準(zhǔn)確性，你能想個(gè)辦法，攻克這個(gè)難關(guān)么？

2. 改進(jìn)程序

（1）增加鏈表以提高程序的精確度

上述程序中，僅靠眼睛來(lái)判斷計(jì)時(shí)器達(dá)到60秒時(shí)停止按鍵是不夠準(zhǔn)確的。我們可以通過(guò)新建一個(gè)鏈表“時(shí)間”，記錄每次按下空格鍵的時(shí)間，這樣可以更加精確地統(tǒng)計(jì)1分鐘按鍵的次數(shù)。如圖11.3中，鏈表的最后兩次按下空格鍵的時(shí)間已經(jīng)超過(guò)了60秒，就應(yīng)該刪掉。測(cè)試者1分鐘按鍵的次數(shù)應(yīng)為335次。

圖11.3 用鏈表提高按鍵計(jì)數(shù)計(jì)量的精確度

    參照?qǐng)D11.4中所示的代碼，編寫(xiě)腳本。

圖11.4  用鏈表來(lái)記錄實(shí)驗(yàn)過(guò)程

（2）使用Excel分析數(shù)據(jù)

在鏈表上右擊，選擇“輸出”，將擴(kuò)展名由txt修改為xls，打開(kāi)導(dǎo)出的Excel文件，將鏈表中的數(shù)據(jù)導(dǎo)入到Excel中。在Excel中，選中“時(shí)間/秒”這一列的所有數(shù)據(jù)，插入散點(diǎn)圖，可以看到時(shí)間隨次數(shù)的變化可以近似地看作是一條過(guò)原點(diǎn)的直線，如圖11.5所示。如何理解這條直線呢？通過(guò)這條直線你能夠近似地估計(jì)出這位同學(xué)要按100次空格需要多長(zhǎng)時(shí)間？200次空格需要多長(zhǎng)時(shí)間，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)請(qǐng)你先判斷一下，你能夠加入200次俱樂(lè)部么？

圖11.5   用Excel繪制時(shí)間隨次數(shù)變化的散點(diǎn)圖

DIY

設(shè)計(jì)一個(gè)判斷人是否加入了200次俱樂(lè)部的程序，將圖11.4所示的代碼做如圖11.6所示的改進(jìn)，就可以制作一個(gè)簡(jiǎn)單的研究工具判斷誰(shuí)能夠加入200俱樂(lè)部，一般五年級(jí)的學(xué)生中100個(gè)當(dāng)中只有三五個(gè)學(xué)生可以加入，快快挑戰(zhàn)一下吧。

圖11.6 200club檢測(cè)程序

想一想

1. 有些同學(xué)分析了1分鐘的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，前30秒完成了178次按鍵，后30秒只完成了157次按鍵，他們猜測(cè)這樣的數(shù)據(jù)是由于實(shí)驗(yàn)者疲勞造成的，請(qǐng)你設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)計(jì)劃，找?guī)孜缓献餮芯空撸?yàn)證一下他的猜想。
2. 根據(jù)按鍵速度的研究數(shù)據(jù)，你還有那些猜想？
3. 按鍵速度的研究軟件還有那些地方需要改進(jìn)？

知識(shí)著陸

1. 腳本：
2. 編程習(xí)慣：在軟件編寫(xiě)的過(guò)程中，如何進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)
3. 數(shù)字科學(xué)素養(yǎng)：如何根據(jù)數(shù)據(jù)提出問(wèn)題，進(jìn)行猜想，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

創(chuàng)作天地

1. 一位同學(xué)將圖11.4所示的代碼作了如下簡(jiǎn)化，如圖11.7所示，你覺(jué)得這樣做好么？

圖11.7 用鏈表的長(zhǎng)度來(lái)記錄次數(shù)

2．一位同學(xué)錯(cuò)誤地把圖11.4的程序中，計(jì)時(shí)器歸零的代碼放錯(cuò)了位置，得到了圖11.8右側(cè)的鏈表，老師看了后卻夸獎(jiǎng)他，說(shuō)從鏈表的第二項(xiàng)開(kāi)始，數(shù)據(jù)都非常有意義。思考一下這是為什么？

圖11.8 計(jì)時(shí)器歸零代碼的特殊用法

1. 一位同學(xué)發(fā)現(xiàn)將第二項(xiàng)減第一項(xiàng)作為第二次按空格的反應(yīng)時(shí)間，以此類(lèi)推，第二次以后的反應(yīng)時(shí)間都明顯小于第一次的反應(yīng)時(shí)間，如圖11.9所示，請(qǐng)你幫他分析一下可能的原因。

圖11.9 數(shù)據(jù)的初始誤差

3．請(qǐng)?jiān)噲D用圖11.10提示的兩個(gè)代碼改進(jìn)程序，使計(jì)數(shù)在60秒后自動(dòng)停止。

圖11.10 使按鍵計(jì)數(shù)在60秒后自動(dòng)停止

4．一位同學(xué)在采集數(shù)據(jù)的過(guò)程中偷懶休息了一小會(huì)兒，然后累了，請(qǐng)別的同學(xué)替他按空格，但是這些細(xì)節(jié)顯示在了圖11.11所示的圖象中，說(shuō)說(shuō)這是為什么？

1. 有的同學(xué)認(rèn)為，上午反應(yīng)時(shí)間應(yīng)該比剛吃過(guò)午飯的時(shí)候反應(yīng)速度快，你能夠幫他設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)計(jì)劃么？
2. 一位同學(xué)研究了食指和小指同樣按鍵次數(shù)所消耗的時(shí)間，得到圖11.12，你能根據(jù)圖11.12幫他得出結(jié)論么？

6．對(duì)同一組數(shù)據(jù)，一位同學(xué)除了畫(huà)出了時(shí)間隨次數(shù)的變化圖，還畫(huà)出了次數(shù)歲時(shí)間的變化圖，如圖11.13所示，你能說(shuō)出這兩幅圖的聯(lián)系么？

1. 將本課的數(shù)據(jù)寫(xiě)成一個(gè)實(shí)驗(yàn)報(bào)告。
2. 探究一個(gè)因素對(duì)按鍵速度的影響。

視野拓展

在Scratch的例子的Sensors and Motors當(dāng)中介紹了Scratch的傳感器板的使用方法，如圖11.14所示

圖11.14 Scratch傳感器板介紹

請(qǐng)你察看一下偵測(cè)菜單中的傳感器模塊的功能如圖11.15所示，你會(huì)發(fā)現(xiàn)傳感器板的功能還比較強(qiáng)大，可以偵測(cè)距離、按鍵、音量、光照等等信息。

圖11.15 Scratch傳感器板的功能介紹

如果你想了解更多關(guān)于傳感器板的知識(shí)，你可以登錄http://scratch.mit.edu/users/towujunjie，進(jìn)入傳感器板專(zhuān)區(qū)，相信你會(huì)很有收獲。

1. 和 

1. ，如果…否則…結(jié)構(gòu)