（机械制造及其自动化专业论文）人机界面设计在高校教学网站的应用研究.pdf

中文摘要 网络作为当前信息交流的主要工具，给人们的远距离交流带来很多方便。 交流这一问题包括学术交流以及生活等方面信息的交流。本文针对高校教学交 流平台这一课题，以心理学和用户研究为指导思想，进行界面规划和设计上的 尝试，设计符合用户认知规律的网络交流平台。本课题来源于天津电子信息职 业技术学院教学网主页的委托设计。通过对教学网主页的研究与设计，对高校 师生群体的实际需求分析，以及以人为本的设计思想的指导，构建适合当前高 校师生群体使用的网络交流平台。 本文的目的是建立符合要求的网站交互模式的设计。采用的主要方法包括， 用户访谈、问卷调查、操作观察、建立用户模型，探讨为高校师生群体使用网 络的设计思路。 课题主要包含了如下工作： 一、通过大量的资料查阅，了解目前网站的实际情况和设计过程。二、通 过对一些相关设计机构的咨询，了解该行业现有网站开发的基本情况。三、提 出以心理学和用户研究为指导思想的界面开发思路，建立系统总体框架。四、 用户访谈和问卷设计，总结分析访谈内容，结合对一些设计机构的调查和本课 题研究的需要，设计调查问卷。五、问卷调查及分析。六、操作观察，在问卷 的基础上进一步了解用户的操作习惯及出错模型。七、建立用户模型，包括确 定和描述目标用户，建立用户任务模型、思维模型。八、进行方案设计及界面 设计的实现。 关键词：网络；交流平台；心理学；用户研究；界面设计 a b s t r a c t i ti sv e r yc o n v e n i e n tt oc o m m u n i c a t ew i t he a c ho t h e ri nl o n gd i s t a n c eb yu s i n g n e t w o r k , w h i c hi sm a i n l yu s e dn o w t h ec o m m u n i c a t i n gp r o b l e m si n c l u d el e a r n i n g c o m m u n i c a t i o na n dl i v i n gc o m m u n i c a t i o n ，e t c a sf o rt h i sp r o b l e m ，i tu s e d p s y c h o l o g ya n du s e rr e s e a r c ht og u i d et od e s i g nt h i su s e ri n t e r f a c e ，h o p p i n gt o m a k ei tw e l lu s e db yt h et e a c h e r sa n ds t u d e n t si nc o l l e g e t h i sp r o j e c tc o m e sf r o m t i a n ji ne l e c t r o n i ci n f o r m a t i o nv o c a t i o n a lt e c h n o l o g yc o l l e g e t h i sw e bs h o u l db e s u i t a b l ef o rt h et e a c h e r sa n ds t u d e n t sd e s i g n e dt h r o u g ha n a l y z i n gt h en e e d so fu s e r s ， u n d e rt h eg u i d ef o rh u m a n i s m t h eg o a lo ft h ep r o j e c ti st ot r yt om o d e lt h ei n t e g r a li n t e r a c t i o no fw e bd e s i g n f o rt i a n j i ne l e c t r o n i ci n f o r m a t i o nv o c a t i o n a lt e c h n o l o g yc o l l e g e ，w h i c hm e e t s u s e r s n e e d s t h em a i nm e t h o d si n c l u d eu s e r s i n t e r v i e w , q u e s t i o n n a i r e ，w a t c h i n g u s e r s o p e r a t i o n ，a n du s e rm o d e l i n g t h et a s k so ft h i sp r o j e c ta r e 豳f o l l o w i n g ：f i r s t l y , t h ek n o w l e d g eo ft h e m a n u f a c t u r ei so b t a i n e dt h r o u g hr e f e r e n c ei nn e t w o r k s s e c o n d l y ，t h ei n f o r m a t i o no f d e s i g ni so b t a i n e dt h r o u g ht h es u r v e y t h i r d l y , t h ew a y so fi n t e r f a c ed e v e l o p m e n ta r e p u tf o r w a r db a s e do np s y c h o l o g y a n du s e rr e s e a r c h f o u r t h l y , q u e s t i o n n a i r ei s d e s i g n e db a s e do nt h ea n a l y z i n gi n t e r v i e w s ，a c c o r d i n gt o t h er e q u i r e m e n t sa n d c u r r e n ts i t u a t i o no fu s e r s f i f t h l y , t h es t a t i a i cr e s u l to ft h eq u e s t i o n n a i r ei sa n a l y z e d s i x t h l y , u s e r s o p e r a t i n gh a b i t sa n de r r o rm o d e l sa r co b t a i n e dt h r o u g hw a t c h i n gt h e u s e r s o p e r a t i o n s e v e n t h l y , m o d e li se s t a b l i s h e d ，i n c l u d i n gt a s km o d e l i n ga n d m e n t a l m o d e l i n g e i g h t h l y , i n t e r a c t i o na n di n t e r f a c eo f t h ew e ba r ed e s i g n e da n d r e a l i z e d k e yw o r d s ：n e t w o r k ；e x c h a n g ep l a t f o r m ；p s y c h o l o g y ；u s e rr e s e a r c h ；u i d e s i g n 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果， 除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果， 也不包含为获得丕注叁鲎或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一p i 作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：苍裳确签字日期：。7 年f 月多。日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解墨窒盘堂一有关保留、使用学位论文的规定。特授权 鑫鲞盘茔可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩 印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文 的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者五：石竞砌 签字日期：7 叼年f 月 o 日 | 导师签名： 0 仍 签字日期：，一年 f 月夕口日 第一章绪论 1 1 人机界面技术简介 第一章绪论 凡参与人机信息交流的一切领域都属于人机界面。人机界面设计是研究人 物关系的学科，对象物所代表的不是简单的机器与设备，而是有广度与深度 的物；这里的人也不是“生物人”，不能单纯地以人的生理特征进行分析。人 的尺度，既应有作为自然人的尺度，还应有作为社会人的尺度；既研究生理、 心理、环境等对人的影响和效能，也研究人的文化、审美、价值观念等方面的 要求和变化。 1 1 1 广义的人机界面 “系统一是由相互作用、相互依赖的若干个组成部分结合成的具有特定功能 有机整体。人机系统( h u m a n m a c h i n es y s t e m ) 包括人、机和环境三个部分组成。 它们相互之间组成一个整体。如图1 1 所示。 图1 1 人机系统模型 由图可见，操作过程的情况由显示器显示出来。作业者首先要感到显示器 上指示信号的变化，然后分析，解释显示的意义并做出相应的决策，再通过必 要的控制方式实现对操作过程的调整。这是一个封闭的人机系统，即闭环人机 系统。 在人机系统模型中，人与机之间存在一个相互作用的“面一，称为人机界 第一章绪论 面，人与机之间的信息传递交流和控制活动都发生在人机界面上。机器的各种 显示都“作用”于人，实现机一人信息的传递：人通过视觉和听觉等感官接受 来自机器的信息，经过人脑的加工、决策，然后做出反应，实现人一机的信息 传递。可见，人机界面的设计直接关系到人机关系的合理性，而研究人机界面 主要针对两个问题：显示与控制。 1 1 2 狭义的人机界面 狭义的人机界面是指计算机系统中的人机界面( h u m a n c o m p u t e ri n t e r f a c e ， h c i ) ，又称人机接口、用户界面( u s e ri n t e r f a c e ) ，它是计算机系统中最年轻的分 支之一。人机界面是计算机科学与心理学、图形艺术、认知科学和人机工程学 的交又领域，是人与机器之间传递和交换信息的媒介，是计算机系统向用户提 供的综合操作环境。近年来，随着软件工程学的迅速发展、新一代计算机技术 研究的推动，以及网络技术的突飞猛进，人机界面设计和开发已成为国际计算 机界最为活跃的研究方向。 计算机系统是由计算机硬件、软件和人共同构成的人机系统，人与硬件、软 件结合而构成了人机界面，如图1 - 2 中画斜线部分即为人机界面。其工作过程是： 人一机界面为用户提供观感形象( 1 0 0 ka n df e e l ) ，支持用户应用知识、经验、 感知和思维等获取界面信息，并使用交互设备完成人机交互，如向系统输入命 令、参数等，计算机将处理所接受的信息，通过人一机界面向用户回送响应信 息或运行结果。 图1 2 人计算机系统的组成示意图 2 第一章绪论 图1 - 3 计算机系统中的界面设计问题 对于人机界面设计师而言，他的作用就是协调好计算机硬界面与软界面之 间的关系，可以用图卜3 来解释。 在图1 - 3 中，界面设计师处理的是人与硬件界面、人与软件界面之间的关系， 而硬件界面与软件界面之间的关系则通过计算机技术来解决。 总之，人机界面是介于用户和计算机系统之间，是人与计算机之间的传递、 交换信息的媒介，是用户使用计算机系统的综合操作系统环境。设计的界面存 在于人物信息交流，甚至可以说，存在人物信息交流的一切领域都属于设计 界面，它的内涵要素是极为广泛的。可将设计界面定义为设计中所面对、所分 析的一切信息交互的总和，它反映着人一物之间的关系。 1 2 人机界面学 人机界面学是由面向人的学科和面向计算机的学科组成的综合性的学科。 因此，人机界面学的起源也要从这两个方面分别阐述。 1 2 1 面向人的学科 人机界面学中面向人的知识和方法主要来自人机工程学( e r g o n o m i c s ) 、心 理学、哲学、生物学、医学等。建立于2 0 世纪的人机工程学是- - 1 7 应用性很强 的学科，从它诞生时起，即与工业界紧密结合在一起。第二次世界大战期间， 人们认识到对制造出来的各种高效能的新式机器和机器系统( 生产、运输、通信、 武器和航空飞行器) 进行操纵和控制时，整体系统的工作效率在很多情况下是由 人的活动来决定的。若设备的全部潜力没有发挥出来，大部分的原因是操纵人 员不能掌握对该设备的复杂操作。经验和教训提醒人们更加重视界面设计，使 第一章绪论 得对机器的操作能适应大多数普通人的能力范围。 1 2 2 面向计算机的学科 面向计算机系统的知识和方法来源于物理、电学和电子工程、控制工程、 系统工程、信息论和数理逻辑等。他们分别构成了现代计算机工业的两大基础 领域：硬件工程和软件工程。随着计算机技术的发展，硬件工程和软件工程的 进一步深入，为人机界面设计奠定了基础，并扩展了研究领域。 1 3 人机界面基本概念 1 软件界面 软件界面是人一机之间的信息界面，优化软件界面就是要合理设计和管理 人机之间对话的结构。 2 人机交互 计算机中的人机交互是指人与计算机之间使用某种对话语言，以一定的交 互方式，完成确定任务的信息交换过程。 人机交互是一个结合计算机科学、心理学、人机工程学等工业和商业领域 的交叉性学科，它的目标是促进设计，执行和优化信息与通信系统以满足用户 的需要。 由人和计算机双方构成的人机交互的一种最简单情况是：由人( 用户) 输入信 息给计算机发起对话，然后计算机根据存储在计算机内的协议、知识、模型等 对输入信息进行识别、处理，最后把处理结果作为对输入信息的响应，反馈给 用户。 3 人机交互方式 人机交互方式是指人机之间交换信息的组织形式或语言方式、又称对话方 式、交互技术等。人们通过不同的人机交互方式，实际完成人向计算机输入信 息及计算机向人输出信息。人机交互技术的发展是与计算机硬件技术、软件技 术发展紧密相关的，以上的交互方式很多沿用了人与人之间的对话所使用的技 术。随着计算机技术的发展，目前广泛用于人与人之间对话的语音、文字、图 形、图像、人的表情、手势等方式，将成为未来人机交互的发展趋势，这将是 人工智能及多媒体技术的研究内容。 4 第一章绪论 4 交互设备 交互设备是指用户和计算机完成交互的媒体。由于人机交互越来越多地考 虑人的因素，使得众多新型的装置以及改良型的装置陆续被发明出来，以满足 人机交互的需要。交互设备一般分为： ( 1 ) 输入设备完成人向计算机传送信息的媒体，常用的输入设备有键盘、 鼠标、光笔、跟踪球、触模式屏幕、操纵杆、图形输入板、声音输入设备、视 线跟踪器和数据手套等； ( 2 ) 输出设备完成计算机向人传送信息的媒体，常用的输出设备有c r t 屏幕显示器、平板显示设备、投影仪、头盔显示器、电视眼镜、声音输出设备、 打印输出设备等。 5 人机交互系统 人机交互系统是指实际完成人机交互的系统，由参与交互的双方组成。 广义地说，交互系统的组成应包括参与交互的实体和实体间的交互作用及 其环境。例如，在包括计算机的人机系统中，其组成应包括人、硬件、软件， 以及作为环境的有关文档手册等。另外，用户界面管理系统u i m s ，作为支持生 成与管理人机界面的软件工具，也是以支撑环境作为人机交互系统的一个组成 部分。 1 4 基于认知心理学的人机界面设计 1 4 1 认知心理学中的几点规律 1 信息组织规律 在视野中离散的刺激可以由于他们彼此之间的某种关系组织到一起而形成 一个整体的视觉，这种现象称为视觉的组织特性。视觉的组织原则主要有邻近 性原则，相似性原则和封闭性原则。邻近性组织原则是指在空间上相近的刺激 容易被视为一个整体。相似性原则是指在空间上具有相似特点的刺激容易被视 为一个整体。相似的特点包括相同的形状。相同的颜色或相同的运动。封闭性 原则是指在空间上能够组成封闭图形的刺激容易被视为一个整体。这些视觉组 织原则在设计界面时具有很好的指导意义。当屏幕上信息很多的时候，如果不 采取一定的组织方式，那么整个屏幕将显得十分的凌乱，这时可以利用各种视 觉组织原则，把相关的信息放得近一点或把相关的信息用相同的颜色表示，这 第一章绪论 样这些信息看起来是一个整体，用户就会快速准确地察觉到它们。 2 视觉搜索规律 视觉搜索就是要求在很多的视觉刺激中搜索出一个刺激来，被要求搜索的 刺激称为目标刺激，其他的刺激称为干扰刺激。视觉搜索有串行搜索和并行搜 索两种方式。在串行搜索中，视觉系统一个接一个地搜索刺激，直到搜索到目标 刺激为止，搜索时间随干扰刺激的增加而呈线性增长。在并行搜索中视觉将同 时处理所有的刺激，搜索时间和干扰刺激的个数无关。如果目标刺激与干扰刺 激的视觉没有很大的区别，那么视觉搜索采用串行方式，如果有很大的区别， 搜索则采用并行方式。 3 用户记忆特性 在处理屏幕信息时，也需要处理记忆这种高级认知过程。记忆分为短时间 和长时间记忆。在工作时，人类一般是运用短时间记忆，它的保持时间短，存 储容量也小。界面设计时，也应考虑短时间记忆的这个特点。合理地利用人类 的短时间记忆功能。另外，在界面设计中还要考虑一致性，在类似的情况下， 必须有一致的操作序列，在提示、菜单和求助屏幕中必须产生相同的术语，自 始至终使用一致的命令，这样便于用户记忆。其次让用户能够经常使用快捷键。 随着使用频率的增大，用户希望减少对话的次数和增加对话的步骤，特殊键、 隐含命令都是实现捷径的合适方法。再有可以把相关的命令归结组织在一起。 这些都可以减少短期记忆负担。 4 认知的中枢能量理论 认识主体对外界刺激的反应是一个信息加工的过程，我们把这个反应称之 为注意。注意作为认识主体的心理活动，在整体上具有主动性。而且，注意的 程度与人的信息处理效率及相应任务完成的快慢和质量具有很大的关系n 町。从 认知心理学的角度来说，认识主体对目标客体的注意来自于目标客体对认识主 体的感官刺激所产生的反应。认识主体可对多种信息同时进行加工。但是认知 心理学又承认，认识主体的神经系统高级中枢的加工能力是有限的。k a h n e m a n 啪1 提出的能量分配模型( 图2 - 3 所示) 较好地体现了中枢能量理论。他认为：“认识 主体可得到的资源和唤醒是连在一起的，其数量也可因情绪、药物等因素的作 用而发生变化。决定反应的关键是所谓的资源分配方案。它本身受到几个因素 的制约：受制于唤醒因素的可能的能量、当时的意愿和对完成任务所需能量的 评价。一这里，个人的长期倾向也起作用。在这几个因素的作用下，所实现的 6 第一章绪论 分配方案体现出认识主体对客体刺激的选择。个人的长期倾向反应不随意注意 的作用，即将能量分配给新异的刺激、突然动起来的东西和自己的名字等，当 时的意愿体现任务的要求和目的等。对完成任务所需能量的评价是一个重要的 因素，它不仅影响可得到的能量，使其增多或减少，而且极大地影响分配方案。 从该模型来看，只要不超过可得到的能量，认识主体就可能同时接收两个或多 个输入，或者进行两种或多种活动，否则就会发生相互干扰，甚至只能进行一 种活动。 各种唤醒的来源 反应 图2 - 3k a h n e m a n 的能量分配模型 图2 4 认识主体对人机界面的认识过程 认识主体对人机界面的认识过程见图2 4 。这个认识活动对认识的主体来说 是一种有目的、有意识的行为。通过对目标客体刺激的觉察，而反射到长时记 忆的通道中进行比较。该比较过程是一个从头至尾的系列扫描的过程，也就是 说对长时记忆集的全部项目都要顺序检查一遍，即将目标客体与记忆集中的每 个项目都比较一次，然后判定目标客体是否与记忆集中的一个项目相匹配，看 它是否包含在记忆集中。由前所述我们知道，在中枢能量许可的情况下，认识 主体可对进入通道的多个刺激信息同时进行加工，即同时进行比较。如果这些 7 第一章绪论 刺激已包含在记忆集之中，也就是说是认识主体比较熟悉的刺激，那么所需的 能量就会较少，这样就会把能量均分开来进行多信息道的比较加工，从而提高 反应的效率。反之，如果这些刺激不包含在长时的记忆集中，或者说认识主体 对这些刺激不熟悉，那么它就需要反复的比较、判断，从而占用了大量的中枢 能量，而产生相互干扰。在这种情况下，所能加工的信息就会减少，甚至连一 种信息的加工都会产生困难，使反应的效率降低。 5 知觉的效率分析 由以上分析可以看出，认知主体在人机界面上对目标体的搜寻效率取决于 他对目标体的熟悉程度。这就提示我们，人机界面各操作元及信息的设计要最 大限度地符合认知主体对该操作元及信息已有的认识，从而使认知主体最终能 够以自动加工的方式来对刺激进行识别和反应。所谓自动加工是一种不受认识 主体控制的加工，无需注意、没有一定的能量限制、具有高效性。自动加工一 旦形成就很难予以改变。t r e i s m a n 和g e l a d e 乜妇提出的特征整合理论对自动加工 进行了形象的说明。该理论区分客体和特征，将特征看作是某个维量的一个特 定值，而客体则是一些特征的结合。例如，图形和色彩都是维量，正方形和蓝 色都分别是这两个维量的值，而蓝色正方形是蓝色和正方形这两个特征组成的 客体。特征是由功能上独立的一个知觉子系统所分析的，这种加工是自动的， 并且以平行的方式进行，而客体的辨认则需要集中性注意参与，完全是系列加 工的结果。对此t r e i s m a n 和g e l a d e 曾经作了一个实验，给被试者呈现l 一3 0 个不 同颜色的字母，要他们搜索一个特定的目标体，记录其反应和所用的时间。这 个目标体或者是一个客体，或者是一个特征。结果发现，当目标体是一个客体 时，呈现项目的数量对觉察目标体所需的时间有很大的影响。数量越多，所需 的时间也越长。而当目标体是特征时，呈现的项目数量对觉察目标体所需的时 间没有实际影响。这里客体与特征的区分是相对而言的，客体可以经过认识主 体的实践和认识而转换成特征。 1 4 2 界面的构成要素 界面的构成要素是应用软件向用户提供信息交流与控制活动的落脚点，是 构造界面的基础部件。一个完整的界面应由如下三种要素构成： 1 视听元素 第一章绪论 视听元素是由文本、按钮、图像、颜色、导航条、链接、动画、视频、三 维物景、音响、音乐、解说等元素组成。视觉元素按其抽象度由低到高排列是 视频一动画一图像一文字，听觉元素则是音响音乐一解说：视听元素具有语 言特性，都可用来传达信息，是信息的载体，但不同的视听元素传达信息的特 点却不同，抽象度越高者信息量就越小和传达信息的精度越高，反之亦然：视 听元素之间可互换，但可能丢失部分原始信息或增加一些“伪信息一；视听元 素之间的关系具有丰富信息，两者的互动可拓展它们共同表达的意义空间：同 一视听元素对不同知识、经验和认知水平的用户将产生不同意义；视听元素将 随软件、网络、通讯等技术的发展而更加丰富。 2 交互方式 交互方式是指应用软件为完成任务，在其界面上借助各种视听元素，为与 用户交换必要信息而采用的信息组织形式。人机之间可通过不同的交互方式完 成信息的输入、输出工作，但不同的交互方式会带来不同的界面设计要求。常 用交互方式有问答式对话、菜单、填表、命令语言、查询语言、自然语言、图 形方式等。交互方式将随软件技术和交互介质的发展与创新利用而不断增加。 3 布局与风格 界面布局( 网页设计中称为版式) 是指设计者在有限屏幕空间内以某种风格 向用户展示交互方式的方法与途径。界面风格是指设计者根据个人审美观、对 用户情感和应用软件功能的理解、对工作环境的洞察与感受等，运用独特的艺 术手段对特定交互方式所涉及的各种视听元素进行加工而建立起来的自有艺术 形式。目前流行的布局与风格有表单、框架、资源管理器等形式。布局与风格 是应用软件同用户进行情感沟通的桥梁，它将随社会进步或设计者素质的提高 而不断变化，不同的布局与风格也会对界面设计提出不同的要求。 1 4 3 界面设计的层面组成 无论是第二代还是第三代界面设计，都是指在一定技术条件下人们对界面 中一切必要且合理的信息交互设计。它反映了人、机、环境三要素间的相互关 系和这些关系的合理性，而焦点仍是如何显示与控制。 界面设计应包括如下三个层面的设计： 1 功能性层面 9 第一章绪论 考虑应用软件发出的信息如何以最有效的方式和途径传达到用户的感觉器 官、对用户借以响应信息的操纵器( 即交互介质) 进行合理选择或设计、对控制 器( 如手、脚等) 进行合理选择和行为设计等。它反映了设计与应用软件功能的 协调关系。 2 情感性层面 考虑应用软件向用户传递各种交互信息时，怎样传递各种感受给用户，取 得与用户的感情共鸣。它反映了设计与人的关系。 3 环境性层面 分析工作环境因素( 如温度、照明等) 、社会环境因素( 如政治、经济、文化、 民族、组织文化等) 和应用软件本身对用户工作效率与行为产生的影响，考虑如 何切实改善环境产生的负面影响。它反映了设计与环境的关系。基于人机工程 的界面设计应是一项以环境性层面设计为前提、以功能性层面设计为基础和以 情感性层面设计为重心的综合性设计。 1 4 4 界面设计应遵循的基本原则 1 层次化和结构化的交互信息组织原则 认知研究表明，大脑处理信息时会潜意识地按照层次化和结构化的方式来 组织信息，即把认知单元组织成组，组又组成其它的组。因此，为了便于用户 认知或整合应用软件提供的交互信息，设计者可预先将面向总任务的交互信息 ( 分类为功能提示、操作提示、操作反馈、帮助和出错信息等) 按完成该任务的 逻辑顺序，至项向下地层层分解成面向系列子任务的交互信息，然后又按完成 子任务的操作序列将面向子任务的交互信息分解成若干面向操作的交互信息， 最后从各面向操作的交互信息出发，至底向上地对所有层次的交互信息进行分 类组织，这样就预先完成了应用软件层次化和结构化的交互信息组织工作，同 时也为进一步选择或创建特定交互方式奠定了基础。 2 格式塔原则 界面设计可直接运用如下格式塔原则：接近性：人们倾向于将那些相互 靠得很近且离其他相似物体较远的东西组合在一起；相似性：人们将那些明 显具有共同特征( 如颜色、运动、方向等) 的事物组合在一起；连续性：人们 倾向于把中断的线段看成是被某个物体遮挡一部分的连续直线；封闭性：若 1 0 第一章绪论 一条线形成了封闭或几乎封闭的图形，那么人们倾向于把它看成是被一条线包 围起来的图形表面，而不是一条线；简洁性：人脑需要一个合理的解释而不 是奇特的解释；图形背景分离性( 要识别的物体称为“图形，其周围环境称 为“背景 ) ：人们只有准确判断出“图形”和“背景”，才能发现有用的知识。 另外。设计者还可利用格式塔理论从四个方面对界面设计进行优化：视 觉整体：用户初看界面时，会首先在视觉上对界面有一个“整体感 ，故设计 者应对内容主次和色彩的安排、点线面和布局的处理等进行统筹规划，使局部 服从整体，同时也对风格进行统一设计，以强化视觉上的整体感：视觉焦点： 格式塔理论认为，焦点越突出，越有利于实现整体的传播效果。其原因在于人 的视线瞬间只能产生一个焦点。故设计者应突出界面的视觉焦点和合理安排视 觉焦点的移动路径；对称与平衡：对称与平衡会产生不同的视觉效果，对称 给人以稳定和统一感，但过分均等又会显得呆板：而平衡则给人以活泼和运动 感，但变化过强则会导致失衡。故设计者应注意两者的有机结合与灵活运用， 要善于处理主次与聚散、图形与背景、群组与间距、空白与界面利用率等关系； 色彩和谐：格式塔理论反对“僵化的”色彩和谐，提倡色彩运用要有取舍和 重点。故设计者在色彩构图时应注意所有临近的颜色的配合使用和避免相互干 扰，确保既可通过色相对比来区分界面层次，又能增加界面的活力。 3 用户控制原则 在人的信息处理方面，r a s m u s s e n 于1 9 8 3 年提出了一个多层次的认知控制模 型：人用三个层次的认知控制来处理信息，即基于技巧的行为层次( 简称s b b ) 、 基于规则的行为层次( 简称r b b ) 和基于知识的行为层次( 简称k b b ) ；这三个层 次可以分为两类：s b b 和r b b 处理感觉和行动，属认知控制的较低层次行为；而 k b b 处理基于符号表征的问题解决，属认知控制的较高层次行为。一般来说，较 低层次行为比较高层次行为可以被高效地和较少努力地完成，人们偏爱使用较 低层次的认知控制行为；任务的要求、用户的经验和信息的显示方式共同决 定哪一个认知控制层次行为被激活。 此模型告之了设计者如何置界面于用户控制之下的具体办法，即界面设计 的目标是，被设计的界面不应该强迫比任务所要求的更高的认知控制层次被激 活，同时还应提供对所有三个认知控层次行为的信息支持；若按用户在任务领 域和计算机领域的背景知识将用户群细化为初、中、高三类，界面应同时适合 这三类用户并且支持初级用户向中级转变和中级用户向高级转变。具体而言， 第一章绪论 界面应提供界面结构的信息支持、用户任务领域使用的语言以及对各种术语和 图符的解释来支持k b b ，初、中级用户都可通过它来学习和掌握界面的基本结构， 否则会增加用户记忆负担和解决问题的难度；界面应提供面向常用任务操作序 列的信息支持和及时的信息反馈来支持r b b ，以便用户好判断他的操作是否被计 算机接受、是否正确、操作效果如何或用于学习操作，最好用户可自由选择操 作并且所有选择都可逆，否则会使初、中级用户难以完成常用任务；应提供能 够产生连续时空信号的输入设备( 如鼠标器等) 和多提供图形或音乐化的视听元 素来尽可能激活人的s b b ，以提高操作效率和舒适程度。 4 主题与艺术风格的统一原则 基于以上的认知理论分析，我们认为：人机界面的设计应优先考虑符合认 识主体对认识客体已有的认识，从而提高认识主体的知觉效率。因此人机界面 的设计应符合以下几个设计原则： 1 ) 色彩的一致性原则 认识主体的视觉容易被明亮饱和的色彩所吸引，恰当的色彩运用可以极大 提高其视觉搜索效率吻】。利用固定的色彩来表示人机界面操作元及反馈信息的 启动、运行、停止、错误等。例如，早期的网络均以蓝色表示尚未浏览过的连 接点，而一旦使用者浏览过该网站后，连接点则以粉红色表示。这样经过长 期的使用，网络用户对此已形成了自动加工。但之后，网站的设计者为了突出 其独特的设计风格而不再遵循此规则，各种色彩均可能表示浏览过或未浏览过 的站点，这样就会使用户运用控制性加工。这样不但降低了认知的效率，而且 还经常造成混淆。因此，固定的色彩表达方式具有重要的意义。 2 ) 操作区域一致性原则 人机界面上具有相同功能的操作元的位置应尽可能的在相同的区域。前面 我们介绍过，客体可以经过认识主体的实践和认识而转换成特征，即控制加工 可以经过练习而转变为自动加工。而这种加工一旦形成就很难改变。因此，当 认识主体长期使用某种界面后，其上操作元的位置就有可能经过练习而形成自 动加工。而当其使用另一种操作界面，需要使用具有相同功能的操作元时，认 识主体的注意会以自动的方式搜索到该操作元在其已熟悉界面的区域上。由此 可以看出，操作元的区域一致性可以减少搜索的时间，提高认知的准确性。以 此类推，在操作区域中还存在表示不同功能的按键，这些按键的外型与型号的 表示也应用固定的标准来体现。 第一章绪论 3 ) 文字的一致性原则 当采用文字来描述人机界面上各操作元及交互信息时，应采用相同的词汇 来表达相同的功能。在信息量很大的计算机应用软件上，遵循这一原则显得尤 为重要。 总的说来，人机界面的标准化设计应是未来的发展方向，因为它确实体现 了易懂、简单、实用的基本原则，充分表达了以人为本的设计理念。其实，在 我们的日常生活中，这样的设计已给我们带来了极大的方便，例如，无论走到 哪个城市，红灯永远是表示等待，而绿灯表示通行。所有应用软件的左上角的 菜单项都是“文件 。这些在我们的头脑中已形成了不需能量的自动加工。工 业产品零部件的标准化设计是工业设计的一场革命，人机界面的标准化设计也 将会推动工业设计的进一步发展。 1 5 课题来源及选题的现实意义 人机界面是人与机器之间传递和交换信息的媒介，包括硬件界面和软件界 面，是计算机科学与心理学、设计艺术学、认知科学和人机工程学的交叉研究 领域。近年来软件工程学和新一代计算机技术研究的迅速发展，网络技术的突 飞猛进，设计学科的日益膨胀，人机界面已经成为一项重要的研究课题。因此 人机界面的设计和开发已成为国际计算机界最为活跃的研究方向。 本课题来源于天津电子信息职业技术学院教学网主页的委托设计。通过高 校教学网站主页的研究与设计，对高校师生群体的实际需求分析，以及以人为 本的设计思想的指导，构建适合当前高校师生群体使用的网络交流平台模板。 在开发人机界面设计的实践中，在传统方法的基础上又侧重了向人的心理状态 的理念拓展，并从认知心理学出发，考虑人们如何思维，如何建构知识框架， 如何获取信息和处理信息的方式，信息组织符合人们的认知习惯等。在教学网 站的人机界面设计中，从认知心理学出发，依据各项人机界面设计原则对信息 进行分析组织，建立了用户模型，完成了网站的设计。 本课题的意义包括两个方面： 第一，从社会问题研究的角度，分析高校师生群体在交流沟通方面的需求。 挖掘网站设计背后，工业设计对于整个社会的价值方式的引导作用。 友好交流是人生存于社会中的基本需求。当前高等院校中，师生缺乏课下 第一章绪论 交流条件和手段，在教学反馈方面存在一些问题。这种情况不利于人作为个体 在社会中生活，也不利于教学研究方面的进步。 第二，以心理学和用户研究为指导思想，设计符合用户认知规律的网络交 流平台。 计算机作为认知工具已经深入到人们的生活当中，在带来大量信息的同时， 也给人的思维和认知增加了诸多负担。设计人机界面最困难的问题在于缺乏对 用户的了解，因此，当前以计算机技术为核心的设计无法满足用户的真正需求。 2 0 世纪8 0 年代，有人提出从心理学角度研究人机界面，目前已取得了一定的成 就。针对网络交流平台这一课题，以认知心理学为指导思想进行界面规划和设 计上的尝试，正是本文的核心所在。 1 6 国内外发展现状及趋势 人机界面技术是2 1 世纪信息领域需要解决的重大课题。美国2 1 世纪信息 技术计划中的基础研究内容为4 项：软件、人机交互、网络、高性能计算机。 其中，人机建模研究在信息技术中被列为与软件技术和计算机技术等并列的六 项国家关键技术之一，并被认为“对于计算机工业有着突出的重要性，对其它 工业也很重要。美国国防关键技术计划不仅把人机交互列为软件技术发展的重 要内容之一，而且还专门增加了与软件技术并列的人机界面这项内容。日本也 提出了f p i e n d 2 1 计划( f u t u r ep e r s o n a l i z e d i n f o r m a t i o ne n v i r o n m e n t d e v e l o p m e n t ) ，其目标就是要开发2 1 世纪个性化的信息环境。我国9 7 3 、s - 8 6 3 、 十五计划及未来的十一五计划均将人机交互列为主要内容。 人机界面是指人机间相互施加影响的区域，凡参与人机信息交流的一切领 域都属于人机界面。可将设计界面定义为设计中所面对、所分析的一切信息交 互的总和，它反映着人一物之间的关系。心理学界和工业设计界把人机界面可 用性研究作为一个重要研究方向，以动机心理学、认知心理学、社会心理学和 符号学为基础，建立以用户为本的可用性设计方法论，使计算机符合用户的职 业需要、行动方式需要、认知需要、操作需要，以减少用户面向机器的学习， 减少用户出错。 本课题从社会问题研究的角度，分析高等院校师生在教学沟通方面的需求。 挖掘网站设计背后，工业设计对于整个社会的价值方式的引导作用。友好交流 第一章绪论 是人生存于社会中的基本需求。当前高职院校中，缺乏教室和实验室之外的有 效交流条件和手段，课程设计、作业、毕业设计等在交流方面存在一些问题。 这种情况不利于人作为个体在社会中生活，也不利于学生综合技能方面的进步。 传统教学条件下的学习，信息资源有时相对匮乏、教师辅导有时力不从心、 交流研讨需要更为充足的时空、过程性学习的评价和管理需要更为有效工具、 成果的展示与分享需要更为便捷的途径，这些都严重影响了学习的效果。网络 作为当前信息交流的主要工具，给人们的远距离交流带来很多方便。针对高校 师生群体，以网络交流平台的方式可以一定程度上解决交流问题。目前，国外对 于高学历人群的交流平台方面，比较优秀的主要有m i t 的开放式教学网站，他 的框架思维模式比较好的沟通了该群体之间的交流，但仅仅限于学术方面的交 流，并没有考虑其他方面的交流。国内对于这方面主要是学术交流、远程教学 等，没有考虑到师生日常教学交流的一些细节问题，如日常作业、课程设计、 毕业设计过程中的及时沟通，没有充分发挥网络作为信息交流的主要工具的作 用。并且，他们在分析用户需求方面，没有细致的分类，仅仅从用户需要什么 出发，没有考虑用户不需要什么，由此可能带来的交流方面的负担。另外，现 有的交流平台主要以论坛、b l o g 形式出现，他们都是针对真正远距离的交流所 建立的；然而，现在还缺乏针对在地理区域上相对集中，同时活动又相对分散 的高校师生之间的网络交流平台。目前取而代之的是，一些简易的公告栏式的 网页或者是功能拼盘式的网页，缺乏系统的结构，又不符合人的思维习惯。 通过统计调查等科学的用户研究方法，对网络交流平台的目标人群进行科 学分类，并对各类人群特征进行明确描述。以心理学为基础，分析用户在思维 认知以及操作中的需要。建立用户思维模型、任务模型。以用户模型为基础， 指导设计出适合高校师生群体使用的网络交流平台。通过设计为用户提供有利 的使用条件和心理条件。 针对高等院校教学网站这一课题，以认知心理学为指导思想进行界面规划 和设计上的尝试，正是本文的核心所在。 1 7 课题的主要内容 课题主要包含了如下工作： 一、通过大量的资料查阅，了解目前网站的实际情况和设计过程。二、通 第一章绪论 过对一些相关设计机构的咨询，了解该行业现有网站开发的基本情况。三、提 出以心理学和用户研究为指导思想的界面开发思路，建立系统总体框架。四、 用户访谈和问卷设计，总结分析访谈内容，结合对一些设计机构的调查和本课 题研究的需要，设计调查问卷。五、问卷调查及分析。六、操作观察，在问卷 的基础上进一步了解用户的操作习惯及出错模型。七、建立用户模型，包括确 定和描述目标用户，建立用户任务模型、思维模型。八、进行方案设计及界面 设计的实现。 1 6 第二章基于认知心理学的网站界面设计分析 第二章基于认知心理学的网站界面设计分析 2 1 知觉特性与网站界面要素的关系 2 1 1 视觉注意的分布 在使用计算机屏幕时，人的视觉最容易注意哪个区域? 是否均匀分布? s t a u f e r ( 1 9 8 7 ) 通过研究发现，人眼观测计算机屏幕时，视知觉注意并不均匀( 图 2 - 1 ) ，往往对左上角比较敏感，占4 0 。它明显高于其它区域。右下角最不敏 感，只占1 5 。这二者相差二倍多。这意味着在左上角应当显示比较重要的信息。 4 0 2 0 2 5 1 5 图2 - 1 视觉注意在计算机屏幕上的分布 2 1 2 网页设计中的视觉流程 网页是通过视觉元素的引人注目而实现信息内容的传达，为了使网页获得 最大的视觉传达功能，使网络真正成为可读性强而且新颖的媒体，网页的设计 必须适应人们视觉流向的心理和生理的特点，由此确定各种视觉构成元素之间 的关系和秩序。因此，设计时应该研究各种视觉造型元素之间的距离、位置、 面积和视觉流程的问题。 视觉流程的形成是由人类的视觉特性所决定的。因为人眼晶体结构的生理 构造，只能产生一个焦点，而不能同时把视线停留在两处或两处以上的地方。 人们在阅读一种信息时，视觉总有一种自然的流动习惯，先看什么，后看什么， 再看什么。视觉流程往往会体现出比较明显的方向感，它无形中形成一种脉络， 似乎有一条线、一股气贯穿其中，使整个版面的运动趋势有一个主旋律。心理 学的研究表明，在一个平面上，上半部让人轻松和自在，下半部则让人稳定和 压抑。同样，平面的左半部让人轻松和自在，右半部让人稳定和压抑。所以平 第二章基于认知心理学的网站界面设计分析 面的视觉影响力上方强于下方，左侧强于右侧。这样平面的上部和中上部被称 为“最佳视域”，也就是最优选的地方。 在网页设计中一些突出的信息，如主标题、每天更新的内容等通常都放在 这个位置。当然视觉流程是一种感觉而非确切的数学公式，只要符合人们认识 过程的心理顺序和思维发展的逻辑顺序，就可以更为灵活地运用。 2 1 3 凝视与扫视 用户注视的对象反映他们的意图方向。在用户操作中，眼的扫视表现了人 的行动的特性和认知过程。 眼的浏览路径主要由两种运动形式组成：凝视( f i x a t i o n ) 和扫视 ( s a c c a d e ) 。凝视指眼固定在某一位置。在搜索一个目标时，如果用户经过许多 扫视和凝视次数后才找到目标，表明他没有立即找到目标，而是经过了许多尝 试后才发现目标。这意味着，如果信息设计不当或人机界面设计得不好，会错 误引导用户，分散注意，造成较多的凝视次数。扫视是眼飞快地从一点转到另 一点。从一次凝视过渡到另一次凝视之间，眼会迅速地、突然地跳跃性扫视， 每次大约持续5 0m s 。扫视的角度可以小到3 。，或大到2 0 。一般情况下，每 秒钟眼扫视3 次，然而扫视所占的时间很短，大约为全部观看时间的1 0 。眼 运动最通常的形式是扫视。 在屏幕操作中，眼的运动经常反映了人在屏幕上的认知行动注意集中的部 位。人们的眼睛跟随屏幕的主线条方向( 画面有主要意义的部分的轮廓) ，在视 觉信息较难处理的部位( 含义较多，或较难理解的部分) ，眼睛凝视的时间较长。 扫视是视觉寻找目标过程。一般说，凝视花费的时间远多于扫视的时间。扫视 次数反映了人机界面的设计好坏。如果用户能够很快找到目标，扫视次数肯定 较少。 在一个典型的屏幕搜索过程中，眼从一个凝视点飞快动作转到另一个凝视 点。一次典型