信息技术实验的程序基础：中文键盘的设计研究

吴俊杰

自电子计算机传入中国以来，人们一直在研究中文的输入法，从五笔字型到智能拼音，但总是有人试图设计一种更符合中文习惯的键盘，这在从前往往是信息技术研究者考虑的问题，而现在通过程序的帮助，普通学生也可以完成一个中文键盘的设计和测试的全过程，在以前这是很难想象的。

● 基于数据的决策：中文拼音输入法中字母输入频率的研究

1.研究工具的设计

如果我们设计键盘，就需要一项基本的研究：研究汉语拼音所需要的26个字母在全拼输入状态下每个字母的出现频率，并且依据频率将比较常用的字母放在手指较为灵活的位置上。因此，我们设计了图1所示的研究工具，来记录输入的字母并且通过按键的大小完成数据的可视化。在程序设计的过程中，由于每个字母都有对应的按下次数，因此对于角色A，当A按下一次以后，变量次数加1并将大小增加1，在初始化时控制角色的初始大小和位置，如图2所示，就设定了角色A中变量次数的改变。

接下来，复制角色A，并修改造型为角色B，以此类推完成A～Z的键盘布局和变量位置的布局，使得图1所示的界面，能够用上方的变量显示出每个字母按下的次数，也能用下方该字母的大小将字母按下的次数可视化，这种可视化是接下来设计中文键盘结构的一个重要依据，图1所得出的初步结论说明，目前的英文键盘排布明显不适用于中文，字母UINOE显然应该放在手指直接触碰到的第二行比较合适。

2.数据的获取和分析

接下来用全拼输入法输入一段文字，如图3所示的代码将数据汇总在链表“结论-学号1”当中。

这时我们面临一个决策，是直接根据可视化结果当中比较大的字母放在手指灵活的位置，还是需要对数据进行进一步的分析。从工程上来讲，根据图1所示的可视化的结果的确可以做大概的设计，但是为了更加准确地研究该问题，还是有必要将数据在Excel当中作进一步的分析。

将数据导出到Excel中以后，各个字母的出现概率如图4所示。

图4只是一个学生的结论，将多组学生的结论汇总之后可以得出更具可信度的结论，如当字母总数N=3883时，频率出现由低到高的排序为表1所示，其中加粗的字母在大样本的情况下相比于小样本发生了比较大的改变，这说明有必要对学生的数据进行汇总以提高结论的可信度。

接下来，表1用不同的灰度背景将这些字母出现的次数作了3档的区分，依据手指的灵活程度和手指的移动距离两个指标进行了分类，按照常用的字母放在比较容易按下的位置的原则，对键盘进行了重新的设计，如表2所示。

至此，我们完成了对中文键盘的重新设计，接下来是对中文键盘的测试，看看其使用效果，只有完成了新键盘的技术测试才能完成一个完整的从研究到设计再到技术实现的过程。

● 中文键盘的测试和评估

为了对新的键盘进行评估，接下来有必要对新键盘进行测试，如图5所示的程序，将角色A的造型按照表2所示的对照关系转换为T，并修改程序为当A按下之后，链表“新”增添字母t，同时将就键盘的结果保存在链表“旧”中。

由于对新的键盘并不熟悉，图6所示的这种新的键盘排列，仅仅输入下面文字的第一行，就需要比原有的键盘结构多出10倍的时间，因此新的键盘排列的学习成本将是影响新键盘设计能否成功的一个重要原因。因为如果没有人愿意付出更多的学习成本来学习新的键盘排列就完全没有意义。

然而对于图6的实验结论的另一种解读是，图6和图1比较起来，确实达到了“让出现频率较高的字母放置在手指比价灵活的位置”的实验效果，只不过新键盘的学习成本是一个需要解决的问题。

● 键盘研究的拓展及反思

键盘设计的实质是从科学的角度出发，以人为本的设计输入方法，提高输入效率。该案例源自于2008年景山学校高中学生范子瑜的一项研究性学习，当时他所在小组的思路是将键盘的26个字母键按照中文的规律重新设计，制作一种专门用于录入汉字的速录机，将声母和韵母分开，将汉字中常用的组合，如en、ui、uang独立设计一组键输入，之后这个项目参加了北京市科技创新大赛并获得了三等奖。但一直以来都有一个遗憾，就是没能将设计的新键盘做实地的技术测试，用来研究新键盘的学习成本和效率提升的情况，如果速录的效果高于其学习成本，这种键盘的设计是有其市场价值的。现在通过用Scratch语言编写研究工具，普通学生已经可以把这个键盘设计的过程用有限的课堂时间完成并经历一个完整的从研究获取稳定的规律，从以人为本的角度做出设计，编写软件测试产品做出决策的过程。这个案例给我们的另一个反思就是，在产品设计的初期就应该有研究的意识，事实上如果用同样的方法研究英文当中各个字母的出现频率，同样会发现现行英文键盘设计的不合理之处，但是由于绝大部分计算机使用者已经适应了现有的键盘排布，恐怕只能是一个积重难返的错误了。在信息技术实验的课程体系当中，中文键盘的设计研究这个案例，除了让学生寻找稳定的现象之外，更重要的是要体会依据研究设计的全过程。