吳俊杰

主持人手記：本專(zhuān)欄主要介紹信息技術(shù)實(shí)驗(yàn)在基礎(chǔ)教育信息技術(shù)課當(dāng)中的典型案例，并期望這些案例能夠促進(jìn)信息技術(shù)課程學(xué)科合法性的提升、豐富信息技術(shù)課的教學(xué)內(nèi)容、拓展信息技術(shù)教師的課程設(shè)計(jì)視野。對(duì)此欄目有任何好的主意或建議，請(qǐng)發(fā)送稿件至towujunjie@163.com（主持人）或tougao1@chinaitedu.cn（雜志社）。

我們生活中說(shuō)“眼疾手快”是指從眼睛作為傳感器接收到視覺(jué)信號(hào)，到大腦分析后作出動(dòng)作指令，再控制手做出反應(yīng)的整個(gè)過(guò)程。在上節(jié)課中，從按下綠旗到第一次按空格之間的時(shí)間間隔，就是一個(gè)反應(yīng)時(shí)間。本章我們將通過(guò)反應(yīng)時(shí)間的測(cè)量，進(jìn)一步熟悉在信息技術(shù)實(shí)驗(yàn)中非常重要的一些統(tǒng)計(jì)方法。

● 測(cè)定視覺(jué)反應(yīng)時(shí)間

我們通過(guò)小貓?jiān)煨偷淖兓瘉?lái)測(cè)試視覺(jué)反應(yīng)時(shí)間。小貓手中會(huì)突然拿起一個(gè)棒子，測(cè)試者看到小貓拿起棒子后立馬單擊小貓，使用計(jì)時(shí)器工具計(jì)算反應(yīng)時(shí)間并讓小貓說(shuō)出反應(yīng)時(shí)間，如圖1所示。

圖2是原始程序，為了增加貓變身的不確定性，讓貓等待隨機(jī)數(shù)秒后再變身，變身后，計(jì)時(shí)器歸零?？吹截埮e起了棒子后，按下小貓測(cè)定出反應(yīng)時(shí)間。

穩(wěn)定的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是信息技術(shù)實(shí)驗(yàn)的一個(gè)基本概念，因此我們建立一個(gè)鏈表“結(jié)果”將多次反應(yīng)時(shí)間的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)下來(lái)。記錄20組數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)從鏈表中導(dǎo)出，利用Excel中求平均值的功能，自動(dòng)計(jì)算平均值，如圖3所示。測(cè)得平均值為0.897秒，此外我們還可以使用Scratch來(lái)計(jì)算平均值，如圖4所示。

如何確定20組實(shí)驗(yàn)的結(jié)果就能夠真實(shí)地測(cè)量視覺(jué)反應(yīng)時(shí)間的數(shù)值呢？因此我們有必要做100次實(shí)驗(yàn)。

● 基于視覺(jué)反應(yīng)時(shí)間數(shù)據(jù)的挖掘

當(dāng)我們有100組甚至更多的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)之后，便可以對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘，以下是一些實(shí)驗(yàn)猜想和實(shí)證的結(jié)論。

1.20組數(shù)據(jù)是否能夠反映100組數(shù)據(jù)的結(jié)論？

從下頁(yè)圖5所示可以看出20組數(shù)據(jù)和100組數(shù)據(jù)的平均值基本一致，但100組數(shù)據(jù)的變化幅度更大，這說(shuō)明如果只希望得到視覺(jué)反應(yīng)時(shí)間的平均值，測(cè)量100次是可行的。

2.這100組數(shù)據(jù)的分布情況是怎樣的？

使用COUNTIF函數(shù)，確定每個(gè)區(qū)間內(nèi)數(shù)據(jù)的數(shù)目，將其繪制在圖6中，可以看到數(shù)據(jù)的分布向0.647一側(cè)靠攏，這種向左靠攏的現(xiàn)象稱(chēng)為負(fù)偏態(tài)。

3.是否存在實(shí)驗(yàn)的疲勞現(xiàn)象，即后50組數(shù)據(jù)比前50組數(shù)據(jù)的反應(yīng)時(shí)間更長(zhǎng)？

使用函數(shù)STDEVA計(jì)算前50組和后50組的標(biāo)準(zhǔn)差，發(fā)現(xiàn)前50組的平均反應(yīng)時(shí)間為0.720±0.051秒，后50組數(shù)據(jù)為0.732±0.042秒，我們發(fā)現(xiàn)這兩組數(shù)據(jù)出現(xiàn)的重合部分很大，因此說(shuō)明后50組相比于前50組沒(méi)有出現(xiàn)明顯的疲勞現(xiàn)象。

4.視覺(jué)反應(yīng)較快的概率是多少？

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，對(duì)于這一位同學(xué)而言，視覺(jué)反應(yīng)時(shí)間小于0.662秒的概率為9%。

● 聽(tīng)覺(jué)反應(yīng)時(shí)間和視覺(jué)反應(yīng)時(shí)間的比較

使用 替代圖2中的部分代碼，可以研究聽(tīng)覺(jué)反應(yīng)時(shí)間，看看平均值與視覺(jué)反應(yīng)時(shí)間相比，是否有差別。實(shí)驗(yàn)結(jié)論如圖7所示，是否能夠說(shuō)明該同學(xué)視覺(jué)反應(yīng)時(shí)間比聽(tīng)覺(jué)反應(yīng)時(shí)間小呢？

如果我們將標(biāo)準(zhǔn)差繪制成股價(jià)圖，我們可以看出聽(tīng)覺(jué)反應(yīng)時(shí)間和視覺(jué)反應(yīng)時(shí)間存在著明顯的差距，如圖8所示。因此可以判定，該被試的聽(tīng)覺(jué)反應(yīng)時(shí)間明顯比視覺(jué)反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，這進(jìn)一步驗(yàn)證了之前的猜想。

為了更加科學(xué)地描述聽(tīng)覺(jué)和視覺(jué)反應(yīng)時(shí)間是否存在明顯差異，可以使用函數(shù)FTEST來(lái)判斷兩組數(shù)據(jù)沒(méi)有差異的概率如圖9所示，這種方法是目前最具科學(xué)意義的研究方法。

這個(gè)結(jié)論的意義是該被試視覺(jué)反應(yīng)時(shí)間和聽(tīng)覺(jué)反應(yīng)時(shí)間相等的概率為0.00073，意味著有0.073%的可能性是相同的，既然兩組數(shù)據(jù)相同的可能性非常低，這就意味著兩組數(shù)據(jù)有極大的可能性是不同的，意味著在統(tǒng)計(jì)意義上該被試聽(tīng)覺(jué)反應(yīng)時(shí)間比視覺(jué)反應(yīng)時(shí)間要慢。

在本案例中，研究了幾個(gè)在統(tǒng)計(jì)學(xué)中非?；A(chǔ)的概念：什么情況下部分?jǐn)?shù)據(jù)能夠反映整體數(shù)據(jù)的結(jié)論，什么是頻率和頻數(shù)，如何判斷兩組數(shù)據(jù)是否存在差異。這些重要的統(tǒng)計(jì)學(xué)概念有些是在大學(xué)時(shí)才能夠接觸到的，本案例中之所以介紹這些方法，是因?yàn)樵谛畔⒓夹g(shù)實(shí)驗(yàn)中，這些概念會(huì)使得許多原本模棱兩可的問(wèn)題清晰起來(lái)，原本無(wú)法定量研究的問(wèn)題定量起來(lái)。信息技術(shù)實(shí)驗(yàn)這個(gè)領(lǐng)域，在知識(shí)上期望學(xué)生掌握信息技術(shù)的基本概念和過(guò)程，如感測(cè)與控制技術(shù)；在方法論上，期望學(xué)生明確如何定量地研究一個(gè)基本問(wèn)題的方法，包括線性擬合這類(lèi)代數(shù)式的方法，還包括本案例介紹的統(tǒng)計(jì)的方法，而后一種方法，在社會(huì)科學(xué)中更為常用；最后，期望學(xué)生通過(guò)信息技術(shù)實(shí)驗(yàn)，提升自身運(yùn)用信息技術(shù)創(chuàng)造、創(chuàng)新甚至創(chuàng)業(yè)的自信心和自我效能感，而在這個(gè)過(guò)程中需要一系列的教育研究來(lái)豐富、提升、證實(shí)甚至證偽這些問(wèn)題。