简析信息技术信息技术实验程序基础：手机号码研究选题

论文导读：163.com（主持人）或tougao1@chinaitedu.cn（杂志社）。信息技术实验最重要的核心概念是数据和稳定的现象，接下来这个案例是要分析人们每天都接触的数据—手机号码当中有没有一些稳定的现象。●数据的第一个循环：个体数据分析任务：统计自己能够背下来的3个手机号码，其中数字0～9出现的次数。面对上面的任务，在Sc
主持人手记：本专栏主要介绍信息技术实验在基础教育信息技术课当中的典型案例，并期望这些案例能够促进信息技术课程学科合法性的提升、丰富信息技术课的教学内容、拓展信息技术教师的课程设计视野。对此栏目有任何好的主意或建议，请发送稿件至towujunjie@16

3.com（主持人）或tougao1@chinaitedu.cn（杂志社）。

信息技术实验最重要的核心概念是数据和稳定的现象，接下来这个案例是要分析人们每天都接触的数据—手机号码当中有没有一些稳定的现象。
● 数据的第一个循环：个体数据分析
任务：统计自己能够背下来的3个手机号码，其中数字0～9出现的次数。
面对上面的任务，在Scratch语言中可以选择如下不同的技术路径。
路径1：建立变量n0、n1一直到n9，按下0～9这10个按键之后，将变量n0～n9的数值分别加1。
路径2：使用询问─回答功能，输入一个11位的号码到变量“电话号码”中，分析这个电话号码的第1项一直到第11项，存储在10个变量中或者存储在一个长度为10的链表“号码分析”中。
路径3：用一个链表“号码数据库”存储3个手机号码，然后用类似路径2的方法分别分析这三个电话号码。
上面提供了解决这个问题的三种不同的技术路径，它们在数据的获取、存储过程中都有所区别，见下页表。
以上的分析，在Scratch之外的其他程序语言中也成立，链表可以被替代为数组，这个分析过程是对研究工具的分析，可以一开始就呈现给学生，也可以在总结的过程中作为提升简介，还可以作为程序编写的一个螺旋上升的过程呈现给学生。
路径1的程序比较简单，这里就不再赘述，这里比较路径2当中的代码使用变量“号码”存储回答的手机号，分析数据的核心代码如图1所示。
图1所示的代码可以改进为图2所示的结构，用另外一个循环变量j来减少代码的长度，使用链表替代图1中10个如果结构（如图2）。
代码改进到这个程度时已经涉及双重循环，其教学的难度并不比代码语言减少多少，主要难点在于理解双重循环过程量的变化，Scratch中的单步执行功能有助于提升教学效果，让学生“发现算法”的效果要比教师“讲授算法”的效果好得多，但是需要设计充分的教学支架。
学习使用图2所示的代码之后，学生已经掌握了循环语句的基本结构，并会搭建双重循环，但是善于观察的学生可以发现图2的结构可以被图3所示的结构代替，这样完全不用使用“如果”语句就可以完成数据分析，而且改进后的代码易读性也得到了提高。
为了比较图2和图3程序的效率，我们在“分析当前号码”启动之后，将，程序完成后，比较两种算法分析一段取每个数字10个字符长度为100的字符串的时间，实验发现图3所示的算法耗时2.53s，图2所示的算法耗时29.22s，很显然算法的改进不仅仅意味着代码长度的变短，更重要的是完成任务的效率的提升，这种提升在分析大数据的时候尤其重要。
路径3相对于路径2的改进是将每次的回答输入到链表“号码数据库”，然后依次分析号码数据库的第1项到第3项，这可能又会涉及双重循环代码的编写。
下页图4用链表号码数据库来存储多个号码，其循环次数可以用“3”代替，但是使用的好处是程序的可移植性会好很多，如果输入的号码不止3个，图4的程序可以自动地适应这种变化。
至此，我们完成了一个分析3个手机号当中每个数字出现的次数，并且从执行时间、代码长度、易读性、可移植性四个方面分析了代码的改进过程，代码改进的过程称为代码进化，让学生理解代码进化的过程，主动追求代码的进化，是将学生的编程能力引向深入的一个重要教学策略。
某位同学分析3个电话号码最终的结果（如下页图5），在数据的分析和表达环节，根据这个数据，能否得出在手机号中出现最多的数字是0，其次是1？恐怕数据量还不够大，这时就需要增加数据量。将同学们的数据进行汇总是一个好的方法。
● 数据的第二个循环：群体数据统计
在群体数据统计的过程中，数据的获取是难点，可以让每个学生将3个电话号码存储在.txt文件中，然后用一个Word文档插入这些文件，将数据汇总在一起（如下页图6）。
将Word文档另存为一个.txt文件，导入到链表“号码数据库”中，使用图4所示的程序分析，得出图7所示的56个号码的统计汇总结果。
汇总论文导读：
结论发现，出现最多的不是0而是1，推翻了之前的猜想，而且数字4和2明显小于其他数字，但是这是最后的结论吗？恐怕还需要增大数据源的数目，那么，数据量大到什么程度才能比较精确地反映整体的情况，还是一个需要进一步研原创论文www.7ctime.com
究的问题。在数据表达上采取了条形图作为数据的呈现手段。在数据分析环节，同学们可以分析数字出现频率不同的原因。
● 数据的第三个循环：数据挖掘
在数据挖掘领域，研究的是已有数据中潜在的规律，虽然相比真正的数据挖掘，100组电话号码太少了，但是我们可以将数据挖掘的思想和方法传递给学生。例如，要统计的样本全集为100，那么采样样本数为多少的时候，使得部分数据的结论和总体数据的结论基本一致？再如，电话号码的每一位出现最多的字符是什么？或者分析号码当中是否还存在频率上存在优势的数字。通过数据挖掘，引导学生分析数据中的潜在规律，提升其对数据蕴含的潜在规律的敏感性。
● 小结
通过本案例，学生应该可以熟练地使用变量和链表、循环语句和如果语句。在接下来的课程中，程序的设计难度会变得越来越低，而根据信息技术实验的目的，设计合适的程序，在数据的获取、存储、分析、表达的过程中，提升学生应用程序解决问题的能力，才是课程的高级目标。本案例从信息技术实验核心概念数据和稳定的对应关系出发，比较了三种不同难度和特点的技术路径的效率，让学生体验了个体数据分析和群体数据汇总两种工作方式，使得原本没有规律的手机号码，通过信息技术实验，得出了规律，这是一个信息量减少的过程，而通过数据挖掘手段，提出新问题，找到新结论，就是一个信息量增加的过程。