信息技術實驗的程序基礎：中文鍵盤的設計研究

吳俊杰

自電子計算機傳入中國以來，人們一直在研究中文的輸入法，從五筆字型到智能拼音，但總是有人試圖設計一種更符合中文習慣的鍵盤，這在從前往往是信息技術研究者考慮的問題，而現在通過程序的幫助，普通學生也可以完成一個中文鍵盤的設計和測試的全過程，在以前這是很難想象的。

● 基于數據的決策：中文拼音輸入法中字母輸入頻率的研究

1.研究工具的設計

如果我們設計鍵盤，就需要一項基本的研究：研究漢語拼音所需要的26個字母在全拼輸入狀態下每個字母的出現頻率，并且依據頻率將比較常用的字母放在手指較為靈活的位置上。因此，我們設計了圖1所示的研究工具，來記錄輸入的字母并且通過按鍵的大小完成數據的可視化。在程序設計的過程中，由于每個字母都有對應的按下次數，因此對于角色A，當A按下一次以后，變量次數加1并將大小增加1，在初始化時控制角色的初始大小和位置，如圖2所示，就設定了角色A中變量次數的改變。

接下來，復制角色A，并修改造型為角色B，以此類推完成A～Z的鍵盤布局和變量位置的布局，使得圖1所示的界面，能夠用上方的變量顯示出每個字母按下的次數，也能用下方該字母的大小將字母按下的次數可視化，這種可視化是接下來設計中文鍵盤結構的一個重要依據，圖1所得出的初步結論說明，目前的英文鍵盤排布明顯不適用于中文，字母UINOE顯然應該放在手指直接觸碰到的第二行比較合適。

2.數據的獲取和分析

接下來用全拼輸入法輸入一段文字，如圖3所示的代碼將數據匯總在鏈表“結論-學號1”當中。

這時我們面臨一個決策，是直接根據可視化結果當中比較大的字母放在手指靈活的位置，還是需要對數據進行進一步的分析。從工程上來講，根據圖1所示的可視化的結果的確可以做大概的設計，但是為了更加準確地研究該問題，還是有必要將數據在Excel當中作進一步的分析。

將數據導出到Excel中以后，各個字母的出現概率如圖4所示。

圖4只是一個學生的結論，將多組學生的結論匯總之后可以得出更具可信度的結論，如當字母總數N=3883時，頻率出現由低到高的排序為表1所示，其中加粗的字母在大樣本的情況下相比于小樣本發生了比較大的改變，這說明有必要對學生的數據進行匯總以提高結論的可信度。

接下來，表1用不同的灰度背景將這些字母出現的次數作了3檔的區分，依據手指的靈活程度和手指的移動距離兩個指標進行了分類，按照常用的字母放在比較容易按下的位置的原則，對鍵盤進行了重新的設計，如表2所示。

至此，我們完成了對中文鍵盤的重新設計，接下來是對中文鍵盤的測試，看看其使用效果，只有完成了新鍵盤的技術測試才能完成一個完整的從研究到設計再到技術實現的過程。

● 中文鍵盤的測試和評估

為了對新的鍵盤進行評估，接下來有必要對新鍵盤進行測試，如圖5所示的程序，將角色A的造型按照表2所示的對照關系轉換為T，并修改程序為當A按下之后，鏈表“新”增添字母t，同時將就鍵盤的結果保存在鏈表“舊”中。

由于對新的鍵盤并不熟悉，圖6所示的這種新的鍵盤排列，僅僅輸入下面文字的第一行，就需要比原有的鍵盤結構多出10倍的時間，因此新的鍵盤排列的學習成本將是影響新鍵盤設計能否成功的一個重要原因。因為如果沒有人愿意付出更多的學習成本來學習新的鍵盤排列就完全沒有意義。

然而對于圖6的實驗結論的另一種解讀是，圖6和圖1比較起來，確實達到了“讓出現頻率較高的字母放置在手指比價靈活的位置”的實驗效果，只不過新鍵盤的學習成本是一個需要解決的問題。

● 鍵盤研究的拓展及反思

鍵盤設計的實質是從科學的角度出發，以人為本的設計輸入方法，提高輸入效率。該案例源自于2008年景山學校高中學生范子瑜的一項研究性學習，當時他所在小組的思路是將鍵盤的26個字母鍵按照中文的規律重新設計，制作一種專門用于錄入漢字的速錄機，將聲母和韻母分開，將漢字中常用的組合，如en、ui、uang獨立設計一組鍵輸入，之后這個項目參加了北京市科技創新大賽并獲得了三等獎。但一直以來都有一個遺憾，就是沒能將設計的新鍵盤做實地的技術測試，用來研究新鍵盤的學習成本和效率提升的情況，如果速錄的效果高于其學習成本，這種鍵盤的設計是有其市場價值的。現在通過用Scratch語言編寫研究工具，普通學生已經可以把這個鍵盤設計的過程用有限的課堂時間完成并經歷一個完整的從研究獲取穩定的規律，從以人為本的角度做出設計，編寫軟件測試產品做出決策的過程。這個案例給我們的另一個反思就是，在產品設計的初期就應該有研究的意識，事實上如果用同樣的方法研究英文當中各個字母的出現頻率，同樣會發現現行英文鍵盤設計的不合理之處，但是由于絕大部分計算機使用者已經適應了現有的鍵盤排布，恐怕只能是一個積重難返的錯誤了。在信息技術實驗的課程體系當中，中文鍵盤的設計研究這個案例，除了讓學生尋找穩定的現象之外，更重要的是要體會依據研究設計的全過程。