工業心理學在軟件分析與設計課程教學中的應用研究

劉建芳, 鄭浩, 呂海蓮, 李培然

(平頂山學院 計算機學院， 平頂山 467000)

0 引言

2017年2月14日，教育部、人力資源和社會保障部、工業和信息化部聯合印發了《制造業人才發展規劃指南》，引起社會各界對于工科教育的關注。“新工科”更強調科學、人文、工程的交融，成就復合型、綜合性人才，學生要具有整合能力、全球視野、領導能力、實踐能力，成為一個具有一定人文科學知識的工程領域的領軍人物。新經濟的發展對傳統工程專業人才培養提出了挑戰。相對于傳統的工科人才，未來新興產業和新經濟需要的是工程實踐能力強、創新能力強、具備國際競爭力的高素質復合型“新工科”人才[1-3]。也就是說新工科的人才培養，既需要培養學生具備理工科的知識技能，同時還需要培養學生具有學習更加廣泛的交叉融合學科知識的能力。

在目前的軟件人才培養中，對前沿技術的進展研究不足，課程和內容跟不上科技發展速度，同時也較少融合交叉學科的相關知識，導致培養的學生在探索前沿技術的能力上表現欠缺，無法結合其他文理科知識而只將計算機軟件技術的應用進行延伸交叉，同時也難以在新工科專業中擔任重要角色。“軟件分析與設計”課程在軟件開發生命周期中起著舉足輕重的作用，我院開設《軟件分析與設計》課程，要求學生熟練地利用UML(統一建模語言)表達設計思想，運用對象技術的原則和方法完成應用系統的分析和設計過程，并對面向對象思想和理論有進一步的理解。筆者以該課程為載體，研究新工科人才培養在軟件工程專業相關課程的數學方法。

2 工業心理學

工業心理學是應用于工業范疇的心理學分支。它主要研究包括管理心理學、勞動心理學、工程心理學、人事心理學、消費心理學、設計心理學等工作中人的行為規律及其心理學基礎[4,5]。“新工科”背景下，工業心理學交叉融合其他學科的發展將會有很大的前景。

李苑[4]等人在第十八屆全國心理學學術會議中提到在計算機領域，工業心理學可以在計算機算法研發過程中，更好地應用人類認知學習的經驗，在虛擬現實、人工智能與機器人、大數據與云計算、人機交互設計和用戶體驗等方面都會有帶來更多發展和創新。

美國學者尼爾.埃亞爾和瑞安.胡佛在《上癮》一書中分析了消費者心理學的相關理論知識及應用、行為經濟學在產品營銷中的應用，以及軟件項目中人機交互體現的心理學現象等學術問題，提出一套“上癮模型”，并將該模型分為觸發、行動、多變的籌賞和投入四個階段[6]。上癮模型有助于產品設計者為習慣養成類技術制定一個初始標準，還有助于從現有產品的習慣養成潛能中發現隱形的弱點。

福格博士認為[7，8]，充分的動機(M)、實現這一行為的能力(A)和推動人們付諸行動的觸發(T)是3個使人們行動(M)起來不可或缺的要素，即B=MAT。

心理學家艾伯特·班杜拉的“社會學習理論”為社交網站的風靡提供了理論上的詮釋。班杜拉認為，我們之所以會在社會生活中模仿別人，究其原因是我們具備向別人學習的能力。當看到他人因某種行為而得到酬賞時，我們效仿跟風的可能性就更大[6]。

3 教學現狀

《軟件分析與設計》課程是計算機學院(軟件學院)軟件工程專業移動互聯網方向的專業核心課程，主要講授軟件分析與設計的方法和技術。目前在授課過程當中主要講授的教學內容囊括8個部分的內容，如業務建模、用例建模、用例分析、面向對象分析原則、面向對象設計模式、架構設計、構件設計、從模型到代碼等內容。為了培養學生注重實踐、鼓勵創新和素質培養的能力，課程考核采用課程作業的形式展開。要求學生以團隊的形式，以應用軟件系統、服務平臺、移動終端軟件或嵌入式軟件及智能化設備等為載體，使用面向對象知識和技術完成分析與設計。

由于現有教學內容課程圍繞計算機軟件建模過程展開，主要涉及學科專業知識，專業性、技術性較強，沒有涉及心理學等交叉學科相關知識，較少引導學生涉足其他學科知識，留給學生探索思考交叉學科的機會少，不利于學生培養發散思維能力、提高分析解決問題能力。在指導學生完成課程設計、畢業設計、開展創新創業活動時發現大部分學生作品對工程技術使用較好，但是普遍存在選題缺乏創意，或者軟件作品沒有針對客戶群，不夠吸引用戶的現象。究其原因，主要是由于學生在項目選題及設計過程中，缺乏與用戶之間的有效溝通，對用戶動機和心理方面掌握不足，容易陷入“技術為本”的價值觀念中，遇到問題首先考慮的是“用什么計算機技術來解決問題”，而忽略用戶對產品的需求，這樣做出來的產品往往和用戶的期望存在一定的差距。故在軟件需求分析中，可以以心理學為基礎，進行用戶調查，分析用戶，建立理性的用戶模型，從而最大可能的理解用戶的想法，寫出用戶需要的軟件需求分析。

筆者在調研如何開展創新設計的過程中，調查影響創新設計的因素以及提高個體創新能力的工具。在閱讀文獻時發現，有不少研究人員分別從思維方式、智力水平、專業知識和工程技術等方面展開，開展了諸如基于知識的創新設計研究、基于心理學的創造性思維研究以及以工程技術發展規律為對象的研究等等。

本次教改將從學術角度切入，將工業心理學中的消費者心理學、工程心理學的研究成果應用到《軟件分析與設計》的教學過程中。通過將工業心理學的相關內容融合到課程的教育教學過程中，旨在培養學生創新意識，開發出具有創意、市場、吸引客戶的軟件作品，從而邁出創業成功的關鍵一步。

4 教學改革

針對學生創意難的問題，計劃將工業心理學融合到軟件工程專業的《軟件分析與設計》課程教學過程中，構建適合《軟件分析與設計》課程的工業心理學內容，并將其用于指導學生的創新創業中，解決創意難的問題。筆者通過閱讀整理相關工業心理學知識，將工業心理學知識融合到軟件項目開發中，如軟件界面設計、業務功能分析等過程中。通過分析現有流行軟件的特點，引導學生將心理學相關知識應用到自己的軟件分析與設計過程中。具體包括以下三個步驟：分析工業心理學相關分支涉及的內容；分析軟件工程專業項目特點，確定相關應用點；針對項目特點，構建適合軟件設計開發的心理學知識，指導學生完成課程設計。

4.1 選取工業心理學知識

工業心理學涉及的范圍非常的廣，筆者在閱讀資料的過程中，結合目前流行軟件產品的應用，選取行為模型、多變性、稀缺效應等心理學知識進行研究，分析其在軟件開發中的應用。

1．行為模型

筆者通過調研分析發現，推動網絡創新一步步走到今天的原動力，就是將行為簡單化。正是因為行為的簡化，才使得繁瑣的網絡操作演變成如今的全民狂歡。心福格提出的行為模式很好地歸納了簡潔性蘊含的6個元素[8]，即：

(1) 時間：完成此項活動所需的時間;

(2) 金錢：開展此項活動的經濟成本;

(3) 體力：實現此項活動損耗的體力成本;

(4) 腦力：從事此項活動的腦力成本;

(5) 社會偏差：其他人對此項活動的認可程度;

(6) 非常規性：與常規活動相比，開展此項活動存在的匹配程度或沖突程度。

2．多變性

心理學家斯金納在20世紀50年代針對多變性對動物行為的影響開展過一項研究，通過鴿子實驗形象解釋了驅動人類行為的原因。證實了多變性會使大腦中的伏隔核更為活躍，同時神經傳遞素多巴胺的含量也會增多，從而驅使動物因急切地渴望得到酬賞而采取進一步的行動[9]。

3．稀缺效應

1979年，沃切爾、李、阿德沃勒等幾位研究人員開展了一次餅干實驗，通過受試者對餅干的價值判斷，得出稀缺性對人們判斷標準的影響。在消費心理學中，人們把“物以稀為貴”而引起的購買行為提高的變化現象，稱之為“稀缺效應”[9]。

4.2 分析軟件專業項目特點

筆者分析現有流行軟件的發展，通過注冊賬號、Twitter首頁、瀏覽網頁方式等的演變過程，剖析行為模型、多變性和稀缺效應在軟件開發界面設計、功能設計以及項目管理中的應用。

1.行為模型

接下來通過注冊賬號、Twitter首頁及瀏覽網頁方式三方面的演變，分析行為模型中提到的簡單化行為在軟件項目設計中的應用。

(1) 注冊賬號的演變

注冊成為某軟件或者網絡用戶的步驟日益簡化。手機應用還未普及時，注冊需要提供用戶名、密碼、郵箱等各種相關個人信息，整個注冊步驟繁瑣。隨著移動設備的普及，由于設備屏幕小，用戶輸入字符的速度慢，繁瑣的注冊步驟給用戶帶來的麻煩更為明顯，部分用戶可能因為繁瑣的步驟而放棄注冊。如今，很多軟件和網站放棄了繁瑣的注冊方式，用戶只需輸入手機號碼和驗證碼，或者采用注冊即分享模式，直接使用QQ、微信等已有賬戶授權即可注冊登錄。大大簡化的注冊步驟，積極推動了用戶對軟件的使用。要贏得人心，首先讓自己的產品便捷易操作，讓用戶輕松駕馭，使其快速在用戶社交群中擴散。

(2) Twitter首頁的演變

2009年，Twitter主頁是雜亂無章的一堆文本和鏈接，其倡導的價值是“與朋友和家人分享你此刻的體驗”。而部分用戶并不認同這種價值觀，他們質疑“為什么我要像個小喇叭一樣四處宣告自己的活動”。2010年，Twitter對該主頁進行重新設計，將其價值定位為“分享和發現正在發生的一切”。在價值理念上，這一次的設計將行動作為關注點，但同時用戶對Twitter的使用更多的放在搜索信息上，這違背了公司的初衷。隨后，Twitter主頁進行大幅度改觀，界面清晰而簡單，使用“發現正在發生的一切，從現在開始，從你關心的人和事開始”作為體現其價值主張的廣告語。主頁上醒目的給出登錄或注冊功能進行“行為召喚”，暗示用戶采取下一步行動。隨著移動設備的無孔不入，Twitter主頁再保留登錄注冊功能的基礎上，醒目的給出移動端下載的提示，鼓勵用戶在移動端上下載應用程序。Twitter主頁的演變向我們展示了該公司逐步發現用戶需求的整個過程，也體現了用戶需求在軟件需求、界面設計方面的作用。Twitter通過分析用戶的情感需求，適時調整界面及宣傳用語，從而增強用戶的使用動機，觸發用戶對產品的使用。

(3) 瀏覽網頁方式的演變

目前，很多的“文本”社交網站仍采用分頁的方式展示各種信息，人們瀏覽網頁時需要點擊翻頁，而且通常還需要稍許等待內容加載。在移動互聯網時代，網民在移動設備上瀏覽網站的動作更加傾向于滑動手機屏幕。Pinterest選用瀑布流的方式呈現圖片內容，用戶無需翻頁，當瀏覽到頁面底端的時候，下一頁的新內容便會不斷自動加載在頁面，讓用戶連續的發現新的圖片，從而使人們更輕松地瀏覽網頁，進而“鎖”住用戶。Pinterest正是通過強制簡化的互動、視覺體驗上沖擊和用戶的獵酷心理，為用戶提供更直觀的體驗界面，并從用戶行為的角度上，彌補人的原始需要，滿足用戶的“收集癖”，創造舒適的體驗。

2. 多變性

下面通過分析Facebook、英雄聯盟、Pinterest、Mailbox和Codecademy等軟件項目在功能的設計上是如何利用籌賞的多變性來贏得用戶的。

(1) Facebook

用戶在注冊Facebook成功后，可以在該網站上不斷的分享內容，查看評價，關注眾人稱贊的內容，同時由于網站內容的不斷更新，用戶在每次瀏覽前都無法預知這一次訪問時會看到些什么，這種不確定性推動著用戶一次又一次的重新登錄。對于用戶而言那些變化不定的新鮮內容，以及對于內容提供者而言來自別人的點贊和評論，都是對他們行為的最好酬賞，這種多變的酬賞激勵他們繼續使用該軟件。

(2) 英雄聯盟

另一款流行的游戲軟件“英雄聯盟”的開發商從班杜拉的“社會學習理論”中獲得啟發，通過給游戲設計一個獎勵機制“榮譽值”，玩家可以給他們認為光明正大的游戲行為獎勵榮譽值，倡導人們在網游中保持積極陽光的心態，表現最好的、最具合作精神的玩家將因此受到大家的尊敬，而榮譽值只能從其他玩家那里獲得，所以也具有極大的不確定性。

(3) Pinterest

Pinterest網站上的圖片由用戶群負責選取和把關，內容隨時更新，用戶在翻頁時，下一頁的圖片會被截成兩半，以此來保持用戶的好奇心，吸引用戶往下瀏覽。

(4) Mailbox

電子郵件應用程序Mailbox智能地將郵件分門別類放在不同的文件夾里，提高用戶實現“未讀郵件為零”的可能性，同時系統自動的將低優先級別的郵件延后顯示，讓用戶體驗到了把握全局并終結任務的快樂。

(5) Codecademy

Codecademy網站以交互模式開展網絡教學為學員編程學習的每一步驟提供及時的反饋，未解的難題就像是游戲中的關卡，吸引用戶迎接挑戰從而贏得犒賞。在難題面前輸贏未定體現酬賞的多變性。

以上案例中， Facebook和英雄聯盟體現的社交酬賞，Pinterest體現了獵物酬賞，而Mailbox和Codecademy則詮釋了自我酬賞。

3．稀缺效應

亞馬遜公司是美國最大的一家網絡電子商務公司，其營銷活動在其網頁中體現得相當充分，主要包括產品策略、定價策略、促銷策略等。在該網站搜索產品光碟收納盒時，看到該產品庫存僅剩4件，并提供給買家更多其他選擇。該網站運用稀缺效應引導用戶購買該產品。

4.3 構建融合心理學的課程教學內容

本階段重點需要突破的問題是，在哪些技術講解環節引入心理學的相關內容。在整個軟件分析與設計的生命周期中，需要與用戶進行溝通的階段主要處于需求分析階段與客戶的溝通，以及產品研發后的用戶體驗兩個環節上。分析課程特點，需求分析階段主要涉及的是用例建模環節，用戶體驗主要體現在界面設計環節。用例建模環節軟件開發人員需要結合業務特點和用戶對系統的愿景挖掘系統需求，考慮哪些功能應該改進，哪些不需要改進。在完成此部分的教學過程中，可以充分融合心理學知識開展教學活動。

結合課程內容用例建模過程中完成需求分析確定項目愿景時，可以先介紹福格博士建立的行為模型并給出延伸閱讀資料。然后以注冊賬號、Twitter首頁、瀏覽網頁方式等的演變為例，說明用戶對于軟件需求分析和界面設計的作用。在指導學生在完成軟件設計時，要求學生在充分考慮所掌握技術的基礎上，盡可能的使用戶在期待驚喜的同時以直截了當的方式實施當前步驟，流程越簡單，用戶實施并采取下一步行動的可能性才會越大。

以Facebook、英雄聯盟、Pinterest、Mailbox、Codecademy為例，說明軟件開發中的功能界面設計等是如何應用這些心理知識保持用戶黏性的，分析講解有關多變性的心理學研究同時給出相關延伸閱讀材料。

以亞馬遜為例，結合該公司運用稀缺效應引導客戶購買產品的方式，分析稀缺效應的心理學知識，從而引導學生在軟件功能設計、界面設計以及后續的軟件產品營銷中合理使用相關心理學研究成果。

對于優化的教學內容，教師主要起引導和啟發的作用，喚起同學們在專業知識學習的同時探索其他學科知識的熱情。教學方法上可以采用對分課程的形式展開，將具體的教學過程分為四個階段。第一階段，教師可以給出相關心理學名詞和相關現象，同時給出相關延伸學習的資料，由學生課下查閱資料對其發展和應用展開學習。第二階段，由學生對所理解的知識進行討論，結合自己所用的軟件分析其中涉及到的心理學知識。第三階段，全班一起就課下學習到的心理學知識進行討論，由教師進行歸納總結。第四階段，教師布置課程設計任務，要求學生課下結合所學技術知識和心理學知識完成某一軟件產品的創意設計工作，并指導學生參加各類相關學科競賽，以賽促學。

5 總結

本文以新工科為背景，針對學生軟件分析設計過程中創意難的問題，將工業心理學知識融合到“軟件分析與設計”的課程教學過程中，構建適合該課程的工業心理學內容，培養學生的產品創新能力，進而培養具有較強工程實踐能力、創新能力和國際競爭力的高素質復合型“新工科”人才。