從人機(jī)界面到人機(jī)交互的課程改革進(jìn)展

陳小武

文章編號(hào)：1672-5913(2009)02-0049-02

摘 要：隨著以計(jì)算科學(xué)為核心的人機(jī)交互、圖形圖像、虛擬現(xiàn)實(shí)、普適計(jì)算等信息技術(shù)的不斷發(fā)展，結(jié)合學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)和工作崗位需求的變化，依托計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的課程建設(shè)，我們正在開展從《人機(jī)界面》到《人機(jī)交互》的本科生課程改革。本文從課程歷史與現(xiàn)狀分析、研究型大學(xué)相關(guān)課程現(xiàn)狀與分析、課程知識(shí)點(diǎn)設(shè)置建議三個(gè)方面，介紹了課程改革工作的階段進(jìn)展。

關(guān)鍵詞：人機(jī)交互；課程建設(shè)；改革

中圖分類號(hào)：G642

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

1 課程歷史與現(xiàn)狀分析

北京航空航天大學(xué)計(jì)算機(jī)系/學(xué)院開設(shè)的本科生課程《人機(jī)界面》/《人機(jī)交互》已經(jīng)具有相當(dāng)長的歷史，近年來選修該課程的學(xué)生平均約130人/學(xué)年。

在2004年以前，北航計(jì)算機(jī)系/學(xué)院的本科生課程《人機(jī)界面》，重點(diǎn)講授人與計(jì)算機(jī)之間的界面原理和設(shè)計(jì)方法，主要有人機(jī)界面的概念和發(fā)展、命令行界面、圖形用戶界面、界面開發(fā)環(huán)境和工具等內(nèi)容。

隨著以計(jì)算科學(xué)為核心的人機(jī)交互、圖形圖像、虛擬現(xiàn)實(shí)、普適計(jì)算等信息技術(shù)的不斷發(fā)展，考慮到學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)和工作崗位需求的變化，需要依托計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的課程建設(shè)，我們開展了從《人機(jī)界面》到《人機(jī)交互》的本科生課程改革工作。

事實(shí)上，在2004年至2006年期間，雖然該課程的名稱仍然為《人機(jī)界面》，但是教學(xué)方案已經(jīng)增加了大量關(guān)于人機(jī)交互的教學(xué)內(nèi)容，例如人機(jī)交互的概念和發(fā)展、人機(jī)交互技術(shù)與設(shè)備、多通道人機(jī)交互技術(shù)等內(nèi)容，其中人機(jī)界面與人機(jī)交互各占一半教學(xué)內(nèi)容。

在2007年至2008年期間，根據(jù)本科教學(xué)的具體要求和工作部署，通過學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)、資深教授和授課教師的共同努力，我們將本科生課程《人機(jī)界面》更換為《人機(jī)交互》，并且確立為計(jì)算機(jī)學(xué)院的核心課程，課程教學(xué)內(nèi)容以人機(jī)交互的知識(shí)點(diǎn)為主導(dǎo)。雖然課程改革目前已經(jīng)取得一定的進(jìn)展，但是還需要從學(xué)科需要、知識(shí)點(diǎn)、課程實(shí)踐等方面進(jìn)一步加強(qiáng)《人機(jī)交互》課程建設(shè)。

2 研究型大學(xué)相關(guān)課程現(xiàn)狀與分析

根據(jù)對(duì)國內(nèi)外研究型大學(xué)相關(guān)課程現(xiàn)狀的調(diào)研和跟蹤，我們分析了與《人機(jī)界面》/《人機(jī)交互》相關(guān)的課程特點(diǎn)和發(fā)展趨勢。大部分研究型大學(xué)以《人機(jī)交互》為計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的本科生課程，也有小部分大學(xué)考慮到其他學(xué)科的課程教學(xué)需要，繼續(xù)以《人機(jī)界面》為本科生課程，但是其教學(xué)內(nèi)容充實(shí)了大量的人機(jī)交互知識(shí)點(diǎn)。

美國北卡羅來納大學(xué)(North Carolina State University)的人機(jī)交互課程(Human-Computer Interaction)主要講授構(gòu)造有效交互的原則和方法，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的人機(jī)交互設(shè)計(jì)能力，加深學(xué)生對(duì)人機(jī)交互因素的理解，以課堂作業(yè)(40%)和期末項(xiàng)目(25%)為主要課程考核指標(biāo)。美國斯坦福大學(xué)(Stanford University)的人機(jī)交互設(shè)計(jì)課程(Introduction to Human-Computer Interaction Design)主要包括人機(jī)交互的認(rèn)知學(xué)、概念原型、設(shè)計(jì)方法、開發(fā)工具和環(huán)境等內(nèi)容，以課程講授、小組討論和課程實(shí)踐為主要教學(xué)形式，以課程實(shí)踐(50%)和課堂作業(yè)(20%)為主要課程考核指標(biāo)。

美國卡內(nèi)基梅隆大學(xué)(Carnegie Mellon University)的人機(jī)交互方法課程(Introduction to Human Computer Interaction Methods)重視原理和方法的介紹，借助人機(jī)交互的發(fā)展歷程講述主要的概念、原理、原則和方法，強(qiáng)調(diào)人機(jī)交互系統(tǒng)和工具的設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)與評(píng)估。美國華盛頓大學(xué)(University of Washington)的人機(jī)交互課程(Human Computer Interaction)主要包含用戶界面設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、人機(jī)交互元素、人機(jī)交互模型、人機(jī)交互軟件、輸入輸出設(shè)備、可用性、先進(jìn)交互方式等內(nèi)容，重視培養(yǎng)學(xué)生的洞察能力和實(shí)踐能力，以閱讀文章并發(fā)表評(píng)論(25%)、課程項(xiàng)目(35%)和課程實(shí)驗(yàn)(35%)為主要考核指標(biāo)。

加拿大多倫多大學(xué)(University of Toronto)的人機(jī)交互課程(Human-Computer Interaction)從用戶交互的行為出發(fā)，強(qiáng)調(diào)人類認(rèn)知系統(tǒng)、交互行為分析、交互任務(wù)分析、交互表示和原型、面向應(yīng)用的交互設(shè)計(jì)和系統(tǒng)，注重學(xué)生的需求分析、原型設(shè)計(jì)、應(yīng)用測試等能力，以期末考試(40%)、合作設(shè)計(jì)(39%)為主要考核指標(biāo)。美國康奈爾大學(xué)(Cornell University)的人機(jī)交互設(shè)計(jì)課程(Human-Computer Interaction Design)主要包括交互設(shè)計(jì)心理學(xué)、交互設(shè)計(jì)原則、人機(jī)交互模型、協(xié)同設(shè)計(jì)方法、交互軟件設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，強(qiáng)調(diào)“交互硬軟件的設(shè)計(jì)如何影響人和計(jì)算機(jī)之間的交流”。

美國麻省理工學(xué)院(Massachusetts Institute of Technology)的用戶界面設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)課程(User Interface Design and Implementation)主要側(cè)重于設(shè)計(jì)(人機(jī)界面的設(shè)計(jì)原則和技巧)、實(shí)現(xiàn)(人機(jī)界面的構(gòu)造和實(shí)現(xiàn)技巧)、評(píng)價(jià)(人機(jī)界面可用性的評(píng)價(jià)技巧)等，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的課程實(shí)踐能力和解決問題能力，以課程項(xiàng)目(40%)、課程作業(yè)(30%)為主要考核指標(biāo)。美國加州大學(xué)伯克利分校(University of California, Berkeley)的界面設(shè)計(jì)、原型和評(píng)價(jià)課程(User Interface Design, Prototyping, and Evaluation)主要講授交互設(shè)備、交互方式、對(duì)話模式、實(shí)例分析、面向用戶的任務(wù)分析和設(shè)計(jì)方法、開發(fā)工具、測試方法等，以課程考試(45%)和課程項(xiàng)目(45%)為主要考核指標(biāo)。

美國普林斯頓大學(xué)(Princeton University)雖然以人機(jī)界面技術(shù)(Human Computer Interface Technology)為課程名稱，但是以人機(jī)交互的知識(shí)點(diǎn)為主要課程內(nèi)容，例如鼠標(biāo)、鍵盤、游戲桿、頭盔顯示器、音樂控制器、數(shù)據(jù)手套等輸入方式，以及圖形、觸覺、音樂、3D聲音等輸出方式，強(qiáng)調(diào)特征提取和數(shù)據(jù)映射策略等信號(hào)處理方法，其教學(xué)特色涉及面部表情交互、語音識(shí)別方式、手持式交互方式等內(nèi)容。

3 人機(jī)交互課程的知識(shí)點(diǎn)設(shè)置

計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的人機(jī)交互，是研究人、計(jì)算機(jī)以及它們間相互影響的技術(shù)，是人與計(jì)算機(jī)之間傳遞、交換信息的方式和接口，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的重要組成部分。計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的發(fā)展歷史，不僅是處理器速度、存儲(chǔ)器容量等飛速提高的歷史，也是不斷改善人機(jī)交互技術(shù)的歷史。人機(jī)交互技術(shù)，如鼠標(biāo)器、窗口系統(tǒng)、超文本、瀏覽器等，已對(duì)計(jì)算機(jī)的發(fā)展產(chǎn)生了巨大的影響，而且還將繼續(xù)影響人們的生活。

人機(jī)交互技術(shù)是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的焦點(diǎn)之一。美國信息技術(shù)顧問委員會(huì)的“二十一世紀(jì)的信息技術(shù)報(bào)告”，將人機(jī)交互和信息管理列為新世紀(jì)4項(xiàng)重點(diǎn)發(fā)展的信息技術(shù)之一，其目標(biāo)是研制“能聽、能說、能理解人類語言的計(jì)算機(jī)”。我國國家自然科學(xué)基金會(huì)、國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973)、國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863)等均將先進(jìn)的人機(jī)交互、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)列為予以特別關(guān)注的資助項(xiàng)目。隨著互聯(lián)網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實(shí)、移動(dòng)計(jì)算、普適計(jì)算等技術(shù)的飛速發(fā)展，對(duì)人機(jī)交互技術(shù)提出了新的挑戰(zhàn)和更高的要求，同時(shí)也提供了許多新的機(jī)遇。

所以，計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的《人機(jī)交互》課程知識(shí)點(diǎn)，應(yīng)該隨技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用需求而不斷改進(jìn)。通過調(diào)研、分析和參考計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的國內(nèi)外專業(yè)規(guī)范，不難發(fā)現(xiàn)其計(jì)算機(jī)科學(xué)、軟件工程、計(jì)算機(jī)工程、信息技術(shù)4個(gè)方向，在課程設(shè)置、知識(shí)體系和技術(shù)變化等方面均將《人機(jī)交互》課程放在重要的位置上。計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的人機(jī)交互，重點(diǎn)在于：理解交互用戶和交互對(duì)象的行為，根據(jù)“以人為中心”的原則設(shè)計(jì)、開發(fā)和評(píng)價(jià)人機(jī)交互系統(tǒng)。通過調(diào)研、分析和參考相關(guān)課程的教學(xué)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，目前國內(nèi)外計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的《人機(jī)交互》課程講授學(xué)時(shí)大部分為36或48小時(shí)(實(shí)踐學(xué)時(shí)約18小時(shí))，并且主要包括人機(jī)交互的概念與歷史、認(rèn)知心理學(xué)、交互軟件設(shè)計(jì)、交互系統(tǒng)設(shè)計(jì)、交互方式和設(shè)備、交互系統(tǒng)應(yīng)用、交互系統(tǒng)評(píng)價(jià)等知識(shí)點(diǎn)的設(shè)置。

因此，我們建議計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的《人機(jī)交互》課程知識(shí)點(diǎn)包括人機(jī)交互的意義與發(fā)展、人的因素、交互軟件設(shè)計(jì)方法、交互系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法、傳統(tǒng)交互方式和設(shè)備、先進(jìn)人機(jī)交互技術(shù)與設(shè)備、面向應(yīng)用領(lǐng)域的人機(jī)交互、人機(jī)交互的評(píng)價(jià)等內(nèi)容。具體而言，人機(jī)交互的意義與發(fā)展(4小時(shí))主要包括人機(jī)交互的意義、人機(jī)交互的基本概念與重要特征、與系統(tǒng)易用性相關(guān)的人機(jī)交互問題、人機(jī)交互的作用、人機(jī)交互的發(fā)展等。人的因素(2小時(shí))主要包括視覺感知、聽覺感知、記憶能力、用戶理解、用戶行為、人機(jī)功效、用戶需求、個(gè)性化特點(diǎn)等。交互軟件設(shè)計(jì)方法(4小時(shí))主要包括用戶體驗(yàn)、交互風(fēng)格、交互設(shè)計(jì)元素、命令語言式設(shè)計(jì)方法、圖形化設(shè)計(jì)方法、網(wǎng)絡(luò)化設(shè)計(jì)方法、新型交互方式設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)工具和環(huán)境、原型設(shè)計(jì)方法等。

交互系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法(6小時(shí))主要包括以用戶為中心的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法、系統(tǒng)設(shè)計(jì)管理、系統(tǒng)開發(fā)管理、用戶角色分析、任務(wù)分析(場景與用例)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)工具和環(huán)境等。傳統(tǒng)交互方式和設(shè)備(2小時(shí))主要包括鼠標(biāo)、鍵盤、顯示器、游戲桿、控制器、圖形、聲音等，以及基于交互設(shè)備的信息處理方法。先進(jìn)人機(jī)交互技術(shù)與設(shè)備(8小時(shí))主要選擇性地概述頭盔顯示、方位跟蹤、表情交互、語音識(shí)別、數(shù)據(jù)手套、立體顯示、移動(dòng)交互、可穿戴式交互、多通道交互、普適計(jì)算、傳感技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等內(nèi)容。面向應(yīng)用領(lǐng)域的人機(jī)交互(6小時(shí))主要挑選3個(gè)典型應(yīng)用領(lǐng)域，分析和實(shí)踐關(guān)于人機(jī)交互的原理、方法、技術(shù)和應(yīng)用。人機(jī)交互的評(píng)價(jià)(4小時(shí))主要包括直觀評(píng)價(jià)方法與示例、可用性評(píng)價(jià)與示例、可用性規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)說明、基于可用性評(píng)價(jià)結(jié)果的改進(jìn)建議等內(nèi)容。