多领域实验设计与数据分析实践

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1、彭菲尔德运动小人图展示了大脑皮层中专门用于人类反应器官的区域。该草图包含与每个反应器官的皮层区域相对应的实心条，每条的长度是一个定量指标。对运动小人图进行逆向工程，以确定每条的长度。对于所有反应器官，将相应条的端点数字化，并将值输入电子表格。创建一个条形图，显示每个反应器官的相对皮层区域大小。将腿部、手臂和头部的值汇总在一起可能会很有用，每个部位的值显示为各组成反应器官的总和。写一份简短的报告，讨论运动小人图以及各种反应器官的实证数据。

逆向工程确定每条长度

：利用勾股定理计算每条的长度。

例如，脚趾条从(52, 153)延伸到(55, 111)，其长度为42.1像素。

数字化端点并输入电子表格

：对所有反应器官的条端点进行数字化，将端点坐标及计算出的长度等数据输入电子表格。

创建条形图

：根据电子表格中的数据，创建条形图展示每个反应器官的相对皮层区域大小。

可将腿部、手臂和头部的值汇总，以各组成反应器官的总和来显示。

撰写报告

：在报告中讨论运动小人图，分析不同反应器官皮层区域大小的差异及原因，结合实证数据进行总结和讨论。

2、进行一项关于书面英语冗余性和熵的小型实验，类似于香农字母猜测实验。使用5 – 10名参与者，借助特定软件进行实验。为每位参与者进行五次试验（短语）。分析正确猜出的字母数量（冗余性）和错误猜出的字母数量（熵）的结果。从整体和按参与者的角度检查结果。此外，研究回答是否根据字母在单词和短语中的位置而有所不同。就你的发现撰写一份简短的报告。

可按以下步骤完成该实验：

招募5 – 10名参与者；

下载LetterGuessingExperiment软件；

让每位参与者使用该软件进行五次短语猜测试验；

分析正确猜出的字母数量（冗余性）和错误猜出的字母数量（熵）；

从整体和按参与者的角度检查结果；

研究字母在单词和短语中的位置对回答的影响；

撰写一份简短的报告阐述实验发现。

3、进行一项关于手势输入、人类表现和人为错误的小型实验。招募约10名参与者，将他们分成两组，每组使用不同的输入方法。可以考虑使用鼠标和触摸板（Windows系统）或手指和手写笔（安卓系统）。有一款使用涂鸦手势进行文本输入的软件。在实验中，参与者要输入字母表10次。设置对话框中的一个选项是“短语文件”，使用alphabet.txt。将“短语数量”设置为10。保持“显示手势集”处于勾选状态。参与者可以使用退格键（←）纠正错误，但要指导他们每个字符的纠正尝试不超过三次。分析数据以揭示两组参与者在10次试验中的进展情况。分析输入速度（每分钟单词数）、错误率（%）和每个字符的击键次数（KSPC）。撰写一份关于你研究结果的简要报告。

实验步骤

按照以下步骤完成实验：

下载GraffitiExperiment软件（有Windows和Android版本）。

招募约10名参与者并分成两组：

– 一组使用鼠标和触摸板（Windows）

– 另一组使用手指和手写笔（Android）

打开软件，在设置对话框中：

– “Phrases file”选择

alphabet.txt

– “Number of phrases”设为

10

– 保持勾选“Show gesture set”

让参与者输入字母表10次，告知他们可以使用Backspace键（←）纠错，但每个字符纠错不得超过三次。

软件将自动收集数据。

分析数据，包括以下指标：

– 两组参与者10次试验的进展

– 输入速度（wpm）

– 错误率（%）

– 每个字符的击键次数（KSPC）

撰写简要报告，阐述研究结果。

4、在计算机系统上进行一个小实验，测量鼠标和光标之间的CD增益。用木块等材料搭建一个带有鼠标开口的装置。测量开口和鼠标的宽度，确定鼠标在开口内的移动范围。将控制面板中的指针速度设置为滑块位置的中心。把系统指针（光标）置于显示屏左侧附近，并将鼠标放在开口左侧。以正常速度移动鼠标穿过开口。测量并记录显示屏上指针的移动量。重复此操作五次。再分别以慢速和快速移动鼠标重复上述操作。此外，针对控制面板中的另外两种指针速度设置和两种指针精度设置重复上述练习。根据所使用计算机系统的控制面板选项进行调整。测量总数为90次（5次重复×3种鼠标移动速度×3种指针速度设置×2种增强指针精度设置）。撰写一份关于你的观察和测量结果的简要报告。

实验步骤

按照以下步骤完成实验：

搭建装置

用木块等材料搭建一个带有开口的装置，用于放置鼠标，测量开口和鼠标宽度，确定鼠标移动范围。

初始设置

将控制面板中指针速度设为滑块位置中心，把系统指针放在显示屏左侧附近，鼠标放在开口左侧。

测量操作

以正常速度移动鼠标穿过开口，测量并记录显示屏上指针移动量，重复5次。

速度变化

分别以慢速和快速移动鼠标，重复上述测量操作。

设置调整

针对另外两种指针速度设置和两种指针精度设置，重复上述所有测量操作。

测量总数

总共进行90次测量（5次重复×3种鼠标移动速度×3种指针速度设置×2种增强指针精度设置）。

报告撰写

撰写简要报告，内容包含观察和测量结果。

5、进行一项小型实验，研究作为控制 – 显示增益（CD gain）函数的光标定位速度和准确性。找五名计算机用户（参与者）。按以下步骤准备计算机系统：将系统控制面板中的指针速度设置到中间位置。以全屏模式打开任意应用程序。点击“向下还原”按钮。通过拖动标题栏来定位窗口，使该按钮（现在是“最大化”按钮）距离初始位置约15厘米。要求参与者使用鼠标（或其他指点设备）交替进行“向下还原”和“最大化”窗口操作十次。测量并记录完成任务的时间。观察并记录代表准确性的行为（例如误选）。分别使用较低的指针速度设置和较高的指针速度设置重复上述操作。撰写一份关于你的观察和测量结果的简短报告。

实验目的

该实验旨在研究控制 – 显示增益（CD gain）对光标定位速度和准确性的影响。

实验步骤

选取五名计算机用户作为参与者。

准备计算机系统：

– 把系统控制面板中的指针速度设为中间位置。

– 全屏打开任意应用程序，点击“向下还原”按钮，拖动标题栏使“最大化”按钮距初始位置约15厘米。

让参与者用鼠标或其他指点设备交替进行“向下还原”和“最大化”窗口操作十次，记录完成任务的时间和代表准确性的行为（如误选）。

分别使用较低和较高的指针速度设置重复上述操作。

实验报告

最后撰写一份简短报告，阐述观察和测量结果。

6、在万尼瓦尔·布什的‘人类经验’中，什么构成了对‘记忆扩展机’（memex）的灵感来源？他的灵感来源与‘记忆扩展机’有哪些相似之处？

布什对“记忆扩展机”的灵感来源于当时的电话交换机，他将其描述为“密封在薄玻璃容器中的金属蜘蛛网”（即真空管）。

电话交换机中错综复杂的连接迷宫，引发了布什关于在人脑中构建信息连接蜘蛛网、关联个人经历的更广泛主题。

相似之处在于，“记忆扩展机”的关联索引功能，即兴趣点可以相互连接，选择一个项目会立即自动选择另一个，这与电话交换机中连接的概念类似，都体现了一种信息的关联和交互。

7、设计并向约25名计算机用户发放一份简单的问卷。收集四项信息：性别、年龄、每天使用计算机的时长以及首选的计算机品牌（苹果电脑还是个人电脑）。使用比率量表问卷项来收集受访者的年龄信息。就调查结果撰写一份简短的报告。


# 任务步骤说明

可按以下步骤完成该任务：

## 1. 设计问卷

- **性别**：设置选项“男”“女”。
- **年龄**：以开放形式让受访者填写具体年龄，如“请填写您的年龄：______”。
- **每天使用计算机时长**：可设置选项，如“<2小时/天”“2 - 5小时/天”“5 - 10小时/天”“>10小时/天”。
- **首选计算机品牌**：设置选项“Mac”“PC”。

## 2. 发放问卷

向约25名计算机用户发放并收集问卷。

## 3. 分析数据

- 对于性别、首选计算机品牌等分类数据，统计不同类别的数量。
- 对于年龄和每天使用计算机时长，可计算均值、中位数等统计量。

## 4. 撰写报告

- **引言**：介绍调查目的。
- **方法**：说明问卷设计和发放过程。
- **结果**：呈现各项信息的统计结果，如不同性别的人数、年龄均值、不同使用时长的人数分布、首选计算机品牌的人数等。
- **讨论**：分析结果，如不同性别在使用计算机时长或首选品牌上是否有差异等。

报告可使用ACM SIGCHI会议提交模板的标准两栏会议格式，最终格式化报告应为三到四页，并引用至少四篇论文。

8、招募10名参与者进行文本输入研究。研究将使用两个软键盘的纸质模型。准备一份包含两个键盘图像的讲义。纸张上半部分标有“方法A”的标题，下面有一段文本“敏捷的棕色狐狸跳过了懒狗”，短语下方是键盘。纸张下半部分标有“方法B”的标题，下面是相同的短语，再下面是另一个不同的键盘。对于这两个键盘，可以使用Qwerty和Opti布局，或者其他感兴趣的布局。另一种可能性是使用同一键盘布局的两种尺寸。要求参与者使用无痕迹的触控笔点击键盘图像来输入短语。他们要在一个键盘上输入该短语五次，然后在另一个键盘上输入五次。使用手表或其他计时设备记录每个短语的输入时间。将时间记录在日志表上。将参与者分成两组，并对测试顺序进行平衡处理。测试完成后，将数据输入电子表格。使用公式s = (43 / 5)×(60 / t)将输入时间t（以秒为单位）转换为输入速度s（以每分钟单词数为单位），其中43 / 5是单词数，60 / t是分钟数。使用方差分析来分析数据的显著影响。对于方差分析，该实验有三个自变量：布局（A，B）、短语迭代（1, 2, 3, 4, 5）和组（AB，BA）。按照标准的双栏会议格式，采用ACM SIGCHI会议提交模板为该实验撰写一篇研究论文。最终格式化的报告应为三到四页。包括至少四篇论文的引用和参考文献（例如，关于软键盘布局的研究论文）。


# 文本输入研究招募与实验方案

## 招募信息
- **招募人数**：10名参与者

## 实验材料
- **讲义内容**：
  - 呈现两个软键盘图像
  - 讲义上下半部分分别标注为“方法A”和“方法B”
  - 每种方法对应相同短语及相应键盘布局
- **键盘布局示例**：
  - Qwerty
  - Opti
  - 同一布局的不同尺寸

## 实验流程
1. **输入设备**：
   - 使用无痕迹触控笔进行点击输入

2. **输入任务**：
   - 每个键盘各输入短语 **5次**

3. **数据记录**：
   - 使用计时设备记录输入时间
   - 将时间数据记录在日志表中

4. **分组与测试顺序**：
   - 将参与者分为**两组**
   - 平衡测试顺序（控制顺序效应）

5. **数据处理**：
   - 测试完成后将数据录入电子表格
   - 输入速度计算公式：  
     $ s = left( frac{43}{5} 
ight) 	imes left( frac{60}{t} 
ight) $  
     其中 $ s $ 为输入速度（单位：字符/分钟），$ t $ 为输入时间（单位：秒）

6. **统计分析**：
   - 使用**方差分析（ANOVA）**
   - 自变量包括：
     - 布局
     - 短语迭代
     - 组

## 研究论文撰写要求
- **格式规范**：
  - 按照标准的**双栏会议格式**
  - 使用**ACM SIGCHI会议提交模板**
- **篇幅**：
  - 报告长度：**3至4页**
- **引用要求**：
  - 至少引用**4篇相关论文**