第11課 二百club——計時器和散點圖

任務(wù)導航

在數(shù)字科學家的小圈子里面，有一個叫200俱樂部（200club）的精英團體，加入的標準是30秒內(nèi)可以按200次空格。之所以成立這個俱樂部，是因為許多電腦游戲中涉及到每分鐘電子次數(shù)這個概念，一分鐘內(nèi)按鍵的次數(shù)越多，說明按鍵速度越快，對攻時就越占優(yōu)勢。

本課，我們首先設(shè)計一個程序來測定一分鐘內(nèi)按空格的次數(shù)，并使用Excel對數(shù)據(jù)進行分析，觀察按鍵時間隨次數(shù)變化的規(guī)律，如圖11.1所示，然后再編寫一個程序看看誰可以加入200俱樂部。

圖11.1 測定按鍵速度

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1. 制作簡單的測定按鍵速度的程序

（1）確定按鍵速度軟件的目標

想一想

       請同學們思考并填寫測定按鍵速度軟件的初級目標、中級目標和高級目標（見表11.1）。同時想一想，完成每個目標需要建立那些變量，核心算法又是怎樣的？

表11.1 測定按鍵速度軟件的目標

（2）設(shè)計界面及編寫代碼

第1步：建立“按鍵次數(shù)”變量。

第2步：在偵測菜單中勾選計時器

，可以在舞臺上顯示一個秒表，使用腳本塊

，可以使秒表歸零。

第3步：編寫代碼。完成這個研究，最簡單的代碼如圖11.2所示。

圖11.2按鍵速度的研究

第4步：測試一分鐘內(nèi)的按鍵次數(shù)。單擊綠旗，計時器歸零的同時，變量“按鍵次數(shù)”也歸零，此時開始按空格鍵。當舞臺上的

到達60的時候停止按鍵，此時變量“按鍵次數(shù)”的數(shù)值，就是測試者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. 這個程序可以做那些改進？你打算優(yōu)先做那個改進，為什么？
2. 與你的同學交流一下改進的意見，分析一下大家的改進意見，思考一下一般都從幾個角度思考如何改進。
3. 多次實驗，看看你的按鍵速度是否是一個基本不變的數(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”這個動作的次數(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)會一直不斷增加。如果不解決這個問題，就難以保證測量的準確性，你能想個辦法，攻克這個難關(guān)么？

2. 改進程序

（1）增加鏈表以提高程序的精確度

上述程序中，僅靠眼睛來判斷計時器達到60秒時停止按鍵是不夠準確的。我們可以通過新建一個鏈表“時間”，記錄每次按下空格鍵的時間，這樣可以更加精確地統(tǒng)計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間已經(jīng)超過了60秒，就應(yīng)該刪掉。測試者1分鐘按鍵的次數(shù)應(yīng)為335次。

圖11.3 用鏈表提高按鍵計數(shù)計量的精確度

    參照圖11.4中所示的代碼，編寫腳本。

圖11.4  用鏈表來記錄實驗過程

（2）使用Excel分析數(shù)據(jù)

在鏈表上右擊，選擇“輸出”，將擴展名由txt修改為xls，打開導出的Excel文件，將鏈表中的數(shù)據(jù)導入到Excel中。在Excel中，選中“時間/秒”這一列的所有數(shù)據(jù)，插入散點圖，可以看到時間隨次數(shù)的變化可以近似地看作是一條過原點的直線，如圖11.5所示。如何理解這條直線呢？通過這條直線你能夠近似地估計出這位同學要按100次空格需要多長時間？200次空格需要多長時間，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)請你先判斷一下，你能夠加入200次俱樂部么？

圖11.5   用Excel繪制時間隨次數(shù)變化的散點圖

DIY

設(shè)計一個判斷人是否加入了200次俱樂部的程序，將圖11.4所示的代碼做如圖11.6所示的改進，就可以制作一個簡單的研究工具判斷誰能夠加入200俱樂部，一般五年級的學生中100個當中只有三五個學生可以加入，快快挑戰(zhàn)一下吧。

圖11.6 200club檢測程序

想一想

1. 有些同學分析了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，他們猜測這樣的數(shù)據(jù)是由于實驗者疲勞造成的，請你設(shè)計一個實驗計劃，找?guī)孜缓献餮芯空撸炞C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？

知識著陸

1. 腳本：
2. 編程習慣：在軟件編寫的過程中，如何進行技術(shù)攻關(guān)
3. 數(shù)字科學素養(yǎng)：如何根據(jù)數(shù)據(jù)提出問題，進行猜想，實驗驗證。

創(chuàng)作天地

1. 一位同學將圖11.4所示的代碼作了如下簡化，如圖11.7所示，你覺得這樣做好么？

圖11.7 用鏈表的長度來記錄次數(shù)

2．一位同學錯誤地把圖11.4的程序中，計時器歸零的代碼放錯了位置，得到了圖11.8右側(cè)的鏈表，老師看了后卻夸獎他，說從鏈表的第二項開始，數(shù)據(jù)都非常有意義。思考一下這是為什么？

圖11.8 計時器歸零代碼的特殊用法

1. 一位同學發(fā)現(xiàn)將第二項減第一項作為第二次按空格的反應(yīng)時間，以此類推，第二次以后的反應(yīng)時間都明顯小于第一次的反應(yīng)時間，如圖11.9所示，請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．請試圖用圖11.10提示的兩個代碼改進程序，使計數(shù)在60秒后自動停止。

圖11.10 使按鍵計數(shù)在60秒后自動停止

4．一位同學在采集數(shù)據(jù)的過程中偷懶休息了一小會兒，然后累了，請別的同學替他按空格，但是這些細節(jié)顯示在了圖11.11所示的圖象中，說說這是為什么？

1. 有的同學認為，上午反應(yīng)時間應(yīng)該比剛吃過午飯的時候反應(yīng)速度快，你能夠幫他設(shè)計一個實驗計劃么？
2. 一位同學研究了食指和小指同樣按鍵次數(shù)所消耗的時間，得到圖11.12，你能根據(jù)圖11.12幫他得出結(jié)論么？

6．對同一組數(shù)據(jù)，一位同學除了畫出了時間隨次數(shù)的變化圖，還畫出了次數(shù)歲時間的變化圖，如圖11.13所示，你能說出這兩幅圖的聯(lián)系么？

1. 將本課的數(shù)據(jù)寫成一個實驗報告。
2. 探究一個因素對按鍵速度的影響。

視野拓展

在Scratch的例子的Sensors and Motors當中介紹了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

請你察看一下偵測菜單中的傳感器模塊的功能如圖11.15所示，你會發(fā)現(xiàn)傳感器板的功能還比較強大，可以偵測距離、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，你可以登錄http://scratch.mit.edu/users/towujunjie，進入傳感器板專區(qū)，相信你會很有收獲。

1. 和 

1. ，如果…否則…結(jié)構(gòu)