基于認知代償的適老化人機界面信息編碼設計研究

張萍 張悅蛟 李政

摘要：提升人機界面的適老化水平，從認知源頭減少老年人界面信息理解和學習的難度。構建老年人操作學習過程與認知能力的映射關系模型，總結老年人的操作學習難點。以認知代償為信息編碼設計的目標。從腦機制的角度提出認知代償設計策略?；谡J知代償策略，提出適老化人機界面信息編碼設計方法。適老化人機界面信息編碼設計應注重增加信息呈現維度、凸顯界面基礎架構、明確操作狀態信息以及統一功能設計語言。

關鍵詞：適老化；認知代償；人機界面；信息編碼；認知負荷

中圖分類號：TB472 文獻標識碼：A文章編號：1003-0069（2024）07-0136-04

Abstract：Improve the aging level of human-computer interface and reduce the difficulty of understanding and learning the interface information of the elderly from the cognitive source. Construct a mapping relationship model between the operational learning process and cognitive ability of the elderly， and summarize the operational learning difficulties of the elderly. The goal of information coding design is to use cognitive compensation strategies. Propose cognitive compensation design strategies from the perspective of brain mechanisms. Based on a cognitive compensation strategy， a design method for information encoding of aging friendly human-computer interfaces is proposed. The design of information coding for aging friendly human-computer interfaces should focus on increasing the dimension of information presentation， highlighting the interface infrastructure， clarifying operational status information， and unifying functional design language.

Keywords：Elderly-oriented；Cognitive advantage；Man-machine interface；Information encoding；Cognitive compensation

引言

隨著年齡的增長，老年人腦部結構發生不同程度的老化，帶來的是多種認知能力的衰退?，F有的智能化界面設計無法契合老年用戶的學習和認知特點，容易引發他們對數字產品的抵觸。因此，降低人機界面信息接收和信息理解的認知負荷，是智能時代適老產品設計的重點。

腦科學研究成果表明，人類大腦皮層開始老化的時間和速度不盡相同，較慢的腦區可以替代和補償其他腦區的功能，因此，即使存在老年退化，但仍然保持著一些不受老化影響的認知優勢。另外，“代償”的概念逐漸擴展，主要應用于感官方面的無障礙設計，已成為一種行之有效的設計方法。文獻資料表明，通過聲音補償視覺交互效果，可以提高適老化產品的可用性[1]。一些研究還探討了各種感官通道的代償設計方法，并將其應用于適老化智能產品的設計實踐中，切實提高了用戶的信息感知速率[2]。目前，代償設計領域的研究大多從感官信息接收效率的視角，解決適老化的設計問題。而較少從腦科學的角度解讀老年人的思維特征，探討界面信息設計適老化的研究。

本文基于問題解決思維的相關理論，構建老年人操作學習思維流程與認知能力的映射關系模型，分析老年人在4個階段中出現的難點。從腦機制的角度分析老年人的認知代償效應，根據認知優勢和劣勢在操作學習中的參與度，構建認知代償模型，并為每個階段提出相應的設計策略。最后，以認知代償策略驅動，提出適老化人機界面信息編碼設計方法。

一、老年人認知特征分析

研究顯示，與已有經驗相關的認知能力幾乎不受大腦衰老的影響[3]，本文將其定義為老年人的認知優勢。認知優勢包括晶體智力、隱性記憶[4]、簡單任務中的選擇性注意以及語言理解能力[5]。這些認知能力，有助于老年人在熟悉的領域中快速學習。

同樣，受老化影響較大的認知能力定義為老年人的認知劣勢，包括感知覺、思維轉換能力、形象思維能力、陳述性記憶、工作記憶（短時記憶）。另外，老化也會降低老年人對無關信息的抑制能力，對選擇性注意造成負面影響，導致他們在執行困難任務時容易分心[6]。

表1總結了老年人在學習特點、智力、記憶和注意4個方面的認知優勢和劣勢。盡管老年用戶可能會面臨學習新知識和新模式的認知困難，但在提取和調用已有經驗方面，他們與年輕用戶表現得同樣出色。因此，適老化人機界面信息編碼設計應著重啟發用戶采用他們的認知優勢，并適當補償無法避免的認知劣勢，以便更好地減少老年用戶的信息理解難度。

本文以認知代償設計策略驅動，提出相應的適老化信息編碼方法，以滿足各階段認知代償的設計目標。認知代償策略與適老化信息編碼方法的關系和主要內容如圖3所示。

（一）增加信息呈現維度

體現“關鍵信息感知補償設計策略”的界面信息編碼方法。增加信息呈現維度的方法包括：單維度視覺刺激補償，提高老年人信息接收效率；多維度重疊語義補償，增強老年人對關鍵信息的判別力。

單維度視覺刺激補償，就是通過增強設計元素某一維度的屬性，從物理層面補償老年人升高的感覺閾值，從而提高信息感知效率。突出設計元素某一維度的屬性，能快速引導老年人的視覺注意，從而提高信息搜索效率。常用的相關信息編碼方法包括：增加色彩的明度和純度、增大元素形態和符號的面積、增加具有動效屬性的設計元素。

多維度重疊語義補償，就是通過多維度屬性表達同一性質的內容。這種編碼方法能夠增強關鍵信息的語義，強化老年用戶對關鍵信息的信任感。另外，多維度重疊語義補償可以調動多種認知經驗和認知優勢參與到信息加工中，提高界面容錯率。老年用戶理解任一維度的語義，便可以成功辨別關鍵信息。常用的編碼方法包括：將重要設計元素放大并置于視覺中心、為符號元素搭配符合經驗的色彩等。

圖4展示的是老年血壓測量儀的信息顯示界面。高壓值和低壓值屬于關鍵信息。在該界面中，單維度視覺刺激補償體現在兩個關鍵信息的形態面積上，高壓和低壓值是界面中面積最大的元素。多維度重疊語義補償體現在，設計者采用位置的高低對應高壓值和低壓值，并增加文字描述，從兩個維度體現關鍵信息的內容。

（二）凸顯界面基礎架構

體現“思維定勢轉換引導設計策略”的界面信息編碼方法。凸顯界面基礎架構的方法包括：減少元素數量和嵌套層級，引導用戶精準檢索經驗；以文字理解替代圖形理解，明確提示用戶放棄無效經驗。

減少元素數量和嵌套層級，可以有效簡化界面，突出界面基礎架構。減少元素數量有利于減少無關信息的干擾。精簡的界面可以幫助老年用戶快速梳理核心功能的操作方法，精準檢索操作經驗，減少發生理解錯誤的可能性。另外，具有多嵌套層級關系的信息架構，很難在同一頁面中展示所有內容，片面接收信息容易引發錯誤的經驗檢索，導致思維定式。而采用并列關系的信息架構清晰直觀，有利于提高老年用戶理解效率。并列關系在信息編碼中可以表現為：形態大小一致、位置排列整齊對稱、色彩明度相同等。

以文字理解替代圖形理解，旨在明確提示容易陷入思維定勢的老年用戶進行重新學習。文字元素加入提示內容和重新學習的材料中，能夠引導老年用戶將更多注意力和精力置于語言理解中，調動他們的語言理解認知優勢參與學習、減少與圖形相關的認知劣勢的參與。

圖5中展示的是攜程App普通版本以及關懷版本界面。關懷版相比于普通版界面元素數量少，以信息架構以并列關系為主，采用同樣面積的按鍵表達并列關系，凸顯重要功能按鍵，一目了然，體現了減少元素數量和嵌套層級的設計方法。界面中增大了文字的視覺面積，減少色彩種類，引導用戶關注文字內容。用戶僅需要調取與4個主要功能相關的概念經驗就可以進行操作，很難陷入思維定勢。

（三）明確操作狀態信息

體現“流程記憶信息補償設計策略”的界面信息編碼方法。明確操作狀態信息的方法包括：順序關系多維度編碼，提升用戶對操作流程的系統認識；當前狀態差異化編碼，提示用戶當前進度以及當下要完成的任務。

順序關系多維度編碼，可以幫助用戶掌握操作流程的全貌，促進工作記憶形成，便于遷移應用到其他相似任務中。與操作順序相關的信息需要加強時間關系呈現。信息編碼中，常利用動效、形態、色彩等維度，配合空間位置關系呈現時間關系。對順序關系進行多維度的形象化呈現，能夠幫助老年用戶形成與流程相關的工作記憶，理解操作原理。

當前狀態差異化編碼，明確區分用戶當前需要完成的任務。用戶需要對已完成和待完成的任務有清晰的認知，才能串聯各操作步驟，形成對于順序的記憶。差異化編碼就是在相同類別的元素中，改變表示當前狀態的元素某一維度的屬性，常用的方法有：體現顏色差異、體現符號差異、體現形態差異等。

圖6中的界面，顯示的是流程信息，這些帶有時間屬性的信息可以增加用戶對操作全貌的理解，從而促進他們形成系統的記憶。界面中采用形態配合位置關系表達時間進程，體現了順序關系多維度編碼。以從元素的色彩和符號維度，對已完成的任務、當前任務和未完成的任務給出明確的提示，體現了當前狀態差異化編碼。通過明確操作狀態信息的方法，用戶能夠掌握與公司簽約付款的基本操作，對支付流程形成概念后，便可以應用到其他相似的任務中。

（四）統一功能設計語言

體現“任務結構歸一轉化設計”的界面信息編碼方法，目的是強化界面編碼方式與操作方式或任務狀態的對應關系，引導用戶發現任務間編碼邏輯的相似性，啟發老年用戶在相似任務間遷移操作經驗。統一功能設計語言的方法包括：統一界面元素呈現維度，幫助用戶判斷操作方式的相似性；統一顯示和操作的關系，便于用戶發現編碼邏輯相似性。

統一界面元素呈現維度，就是選擇各個維度屬性大致相同的設計元素組合，表示操作方法相同的一類任務。用戶一般通過界面元素在各個維度的相似性，來判斷與其對應的各種任務操作方式的相似性。所以任務的類別需要在設計元素的呈現維度上有所體現。采用統一的界面元素，能夠增強老年用戶對于相似關系的判斷，精準啟發老年用戶在相似任務間進行經驗遷移，從而替代重新學習過程。相關信息編碼的方法包括：以相同的符號表示操作方法相同的任務等。

統一顯示和操作的關系，強調相似的運行狀態應采用統一的視覺表現方式。用戶需要通過設備運行狀態來反推信息編碼邏輯。在已知設備運行狀態的前提下，用戶可以根據顯示內容理解編碼邏輯，并將這種邏輯關系遷移至其他任務中。相關信息編碼的方法包括：以相同的色彩表示相同的運行狀態，例如，紅色表示所有運行停止的任務，綠色表示所有正在運行的任務。

圖7展示的是一款智能家居控制平臺，該平臺可同時控制多個門窗的開關。統一界面元素呈現維度的設計方法體現在：所有與開關鎖相關的任務均由滑動鍵表示。老年用戶可以通過形態、符號的相似判斷任務的操作方式相同。統一顯示和操作的關系，則表現為所有的開鎖關鎖方式統一，滑動按鈕位于下方時為上鎖狀態，位于上方為開鎖狀態。橙色表示網絡狀態良好，黑色表示網絡斷開。

總結

本文通過對老年人認知優勢和認知劣勢的分析，得到老年人的界面信息理解難點。老年人操作學習、界面信息理解的困難來自劣勢認知能力的過度參與?？傮w而言，老年人在感知、選擇性注意、思維定勢、記憶等方面處于劣勢，但涉及應用已有經驗相關的認知能力時，依然具有優勢。根據問題解決流程相關理論，構建了操作學習與認知能力的映射關系模型，以此分析老年人的操作學習難點，提出相應的認知代償設計模型和策略及適老化界面信息編碼設計方法。

在信息篩選階段，采用關鍵信息感知補償的策略，增加信息呈現維度，幫助老年用戶感知和判斷關鍵信息；在學習探索階段，采用思維定勢轉換引導的策略，凸顯界面基礎架構，引導老年人精準檢索經驗，擺脫思維定勢；在記憶和經驗形成階段，采用流程記憶信息補償的策略，明確操作狀態信息，便于用戶掌握操作流程的全貌，形成經驗；記憶、經驗形成階段，采用任務結構歸一轉化設計策略，統一功能設計語言，強化任務間的相似性，減少用戶的經驗遷移難度。

基金項目：教育部人文社會科學研究《基于感官代償的適老產品設計策略研究》，項目批準號：20YJA760101

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