從人機界面到人機交互的課程改革進展

陳小武

文章編號：1672-5913(2009)02-0049-02

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

關(guān)鍵詞：人機交互；課程建設(shè)；改革

中圖分類號：G642

文獻標識碼：B

1 課程歷史與現(xiàn)狀分析

北京航空航天大學計算機系/學院開設(shè)的本科生課程《人機界面》/《人機交互》已經(jīng)具有相當長的歷史，近年來選修該課程的學生平均約130人/學年。

在2004年以前，北航計算機系/學院的本科生課程《人機界面》，重點講授人與計算機之間的界面原理和設(shè)計方法，主要有人機界面的概念和發(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。

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

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

在2007年至2008年期間，根據(jù)本科教學的具體要求和工作部署，通過學院領(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《人機界面》更換為《人機交互》，并且確立為計算機學院的核心課程，課程教學內(nèi)容以人機交互的知識點為主導(dǎo)。雖然課程改革目前已經(jīng)取得一定的進展，但是還需要從學科需要、知識點、課程實踐等方面進一步加強《人機交互》課程建設(shè)。

2 研究型大學相關(guān)課程現(xiàn)狀與分析

根據(jù)對國內(nèi)外研究型大學相關(guān)課程現(xiàn)狀的調(diào)研和跟蹤，我們分析了與《人機界面》/《人機交互》相關(guān)的課程特點和發(fā)展趨勢。大部分研究型大學以《人機交互》為計算機科學與技術(shù)學科的本科生課程，也有小部分大學考慮到其他學科的課程教學需要，繼續(xù)以《人機界面》為本科生課程，但是其教學內(nèi)容充實了大量的人機交互知識點。

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

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

加拿大多倫多大學(University of Toronto)的人機交互課程(Human-Computer Interaction)從用戶交互的行為出發(fā)，強調(diào)人類認知系統(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)計和系統(tǒng)，注重學生的需求分析、原型設(shè)計、應(yīng)用測試等能力，以期末考試(40%)、合作設(shè)計(39%)為主要考核指標。美國康奈爾大學(Cornell University)的人機交互設(shè)計課程(Human-Computer Interaction Design)主要包括交互設(shè)計心理學、交互設(shè)計原則、人機交互模型、協(xié)同設(shè)計方法、交互軟件設(shè)計和實現(xiàn)，強調(diào)“交互硬軟件的設(shè)計如何影響人和計算機之間的交流”。

美國麻省理工學院(Massachusetts Institute of Technology)的用戶界面設(shè)計與實現(xiàn)課程(User Interface Design and Implementation)主要側(cè)重于設(shè)計(人機界面的設(shè)計原則和技巧)、實現(xiàn)(人機界面的構(gòu)造和實現(xiàn)技巧)、評價(人機界面可用性的評價技巧)等，強調(diào)學生的課程實踐能力和解決問題能力，以課程項目(40%)、課程作業(yè)(30%)為主要考核指標。美國加州大學伯克利分校(University of California, Berkeley)的界面設(shè)計、原型和評價課程(User Interface Design, Prototyping, and Evaluation)主要講授交互設(shè)備、交互方式、對話模式、實例分析、面向用戶的任務(wù)分析和設(shè)計方法、開發(fā)工具、測試方法等，以課程考試(45%)和課程項目(45%)為主要考核指標。

美國普林斯頓大學(Princeton University)雖然以人機界面技術(shù)(Human Computer Interface Technology)為課程名稱，但是以人機交互的知識點為主要課程內(nèi)容，例如鼠標、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，強調(diào)特征提取和數(shù)據(jù)映射策略等信號處理方法，其教學特色涉及面部表情交互、語音識別方式、手持式交互方式等內(nèi)容。

3 人機交互課程的知識點設(shè)置

計算機科學與技術(shù)學科的人機交互，是研究人、計算機以及它們間相互影響的技術(shù)，是人與計算機之間傳遞、交換信息的方式和接口，是計算機系統(tǒng)的重要組成部分。計算機科學與技術(shù)學科的發(fā)展歷史，不僅是處理器速度、存儲器容量等飛速提高的歷史，也是不斷改善人機交互技術(shù)的歷史。人機交互技術(shù)，如鼠標器、窗口系統(tǒng)、超文本、瀏覽器等，已對計算機的發(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。

人機交互技術(shù)是計算機科學與技術(shù)學科的焦點之一。美國信息技術(shù)顧問委員會的“二十一世紀的信息技術(shù)報告”，將人機交互和信息管理列為新世紀4項重點發(fā)展的信息技術(shù)之一，其目標是研制“能聽、能說、能理解人類語言的計算機”。我國國家自然科學基金會、國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃(973)、國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(863)等均將先進的人機交互、虛擬現(xiàn)實技術(shù)列為予以特別關(guān)注的資助項目。隨著互聯(lián)網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實、移動計算、普適計算等技術(shù)的飛速發(fā)展，對人機交互技術(shù)提出了新的挑戰(zhàn)和更高的要求，同時也提供了許多新的機遇。

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

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

交互系統(tǒng)設(shè)計方法(6小時)主要包括以用戶為中心的系統(tǒng)設(shè)計方法、系統(tǒng)設(shè)計管理、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)計工具和環(huán)境等。傳統(tǒng)交互方式和設(shè)備(2小時)主要包括鼠標、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。先進人機交互技術(shù)與設(shè)備(8小時)主要選擇性地概述頭盔顯示、方位跟蹤、表情交互、語音識別、數(shù)據(jù)手套、立體顯示、移動交互、可穿戴式交互、多通道交互、普適計算、傳感技術(shù)、虛擬現(xiàn)實、增強現(xiàn)實等內(nèi)容。面向應(yīng)用領(lǐng)域的人機交互(6小時)主要挑選3個典型應(yīng)用領(lǐng)域，分析和實踐關(guān)于人機交互的原理、方法、技術(shù)和應(yīng)用。人機交互的評價(4小時)主要包括直觀評價方法與示例、可用性評價與示例、可用性規(guī)范和標準說明、基于可用性評價結(jié)果的改進建議等內(nèi)容。