人工智能時代的“人機(jī)交互技術(shù)”課程教學(xué)改革研究

戴家樹 嚴(yán)楠 劉濤 谷靈康

摘要： 隨著人工智能學(xué)科和產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，對人性化、智能化的交互方式的需求越來越高，使得《人機(jī)交互技術(shù)》課程在計算機(jī)學(xué)科中地位得到了極大的提升。該文在綜合了近幾屆《人機(jī)交互技術(shù)》課程教學(xué)過程中的經(jīng)驗和教訓(xùn)的基礎(chǔ)上，依據(jù)最新的人工智能發(fā)展趨勢和需求對現(xiàn)今的《人機(jī)交互技術(shù)》課程的教學(xué)內(nèi)容、案例教學(xué)和實踐實驗教學(xué)進(jìn)行了初步探究，學(xué)生教學(xué)反饋較好，為今后人工智能新挑戰(zhàn)下的《人機(jī)交互技術(shù)》課程教學(xué)提供一些新的思路。

關(guān)鍵詞： 人工智能； 人機(jī)交互技術(shù)； 交互設(shè)備； 交互設(shè)計； 教學(xué)改革

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）30-0146-03

Abstract： With the rapid development of artificial intelligence discipline and industry， the demand for humanized and intelligent interaction is getting higher and higher. This has greatly enhanced the status of Human-Computer Interaction Technology in the computer science discipline. According to the latest development trend and demand of artificial intelligence， the teaching content， teaching example and experimental teaching of Human-computer Interaction Technology are preliminarily studied on the basis of the experience and lessons of the course teaching in recent years. The student's teaching feedback is better. It can provide some new ideas for the teaching of Human-Computer Interaction Technology under the new challenge of artificial intelligence in the future.

Key words： artificial intelligence； human-computer interaction technology； interactive equipment； interactive design； teaching reform

1 引言

人機(jī)交互技術(shù) （Human-Computer Interaction Techniques） 所指的是采用各種輸入設(shè)備將多源數(shù)據(jù)輸入計算機(jī)內(nèi)，并將計算機(jī)運算結(jié)果通過輸出設(shè)備給人類做出反饋，從而實現(xiàn)人與計算機(jī)之間信息交流的技術(shù)。認(rèn)知心理、人機(jī)工程學(xué)等學(xué)科是它的理論基礎(chǔ)。通過什么樣設(shè)備輸入到機(jī)器內(nèi)，機(jī)器如何處理這些數(shù)據(jù)，以及通過什么樣的設(shè)備給人類做出反饋成為人機(jī)交互技術(shù)的關(guān)鍵點。

《人機(jī)交互技術(shù)》課程的教學(xué)改革一直都受到了廣大學(xué)者和一線教師的探討。該課程的雙語教學(xué)改革[1]被進(jìn)行了深入討論，探討雙語教學(xué)中的教學(xué)理念和方法。孫紅玉[2]等在曲阜師范大學(xué)開設(shè)該課程多年的經(jīng)驗基礎(chǔ)上，進(jìn)行了相應(yīng)的教學(xué)改革。胡勇[3]等以面向本科教育和工程教育為教學(xué)目標(biāo)，對該課程的教學(xué)進(jìn)行了探索。同時，國外針對人機(jī)交互技術(shù)課程也有廣泛的討論，Urquiza-Fuente[4]等討論了人機(jī)交互過程中的實踐教學(xué)。美國斯坦福大學(xué)的《人機(jī)交互技術(shù)》課程在全球范圍內(nèi)收到了廣泛關(guān)注，有學(xué)者也專門針對其開設(shè)的課程進(jìn)行了相應(yīng)的教學(xué)探索[5]。

伴隨著虛擬現(xiàn)實、增強(qiáng)現(xiàn)實、混合現(xiàn)實、云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等一系列新技術(shù)的涌現(xiàn)，計算性能的大幅提升，人工智能學(xué)科掀起了一股智能產(chǎn)品熱潮。同時，人工智能對計算機(jī)大類專業(yè)的人才培養(yǎng)已經(jīng)產(chǎn)生了較大的影響，很多教學(xué)研究人員已經(jīng)開始討論人工智能背景下的專業(yè)改革[6]。在工業(yè)4.0時代，人工智能和人機(jī)交互技術(shù)將會占到至關(guān)重要的地位[7]。

人和機(jī)器之間的交互發(fā)生了質(zhì)的變化，由傳統(tǒng)鼠標(biāo)、鍵盤等交互方式逐漸演變成更為人性化的多通道交互行為。中國科學(xué)院自動化研究所的陶建華[8]等研究了多通道人機(jī)對話的魯棒性等問題。人工智能對交互設(shè)計產(chǎn)生了極大的影響[9]。智能時代下未來人機(jī)交互的發(fā)展必然會受到了廣泛關(guān)注[10]。

人工智能時代下的產(chǎn)品對應(yīng)用場景和操作方式提出了新的需求，要求能夠構(gòu)建良好的人機(jī)交互界面，實現(xiàn)友好的人機(jī)交互。人工智能的終極目標(biāo)是類腦智能，讓機(jī)器具有和人類大腦類似的計算、分析能力。而人機(jī)交互技術(shù)的終極目標(biāo)是讓人和機(jī)器的信息交互同人與人交流一樣便捷。從而，人工智能技術(shù)將會革新人機(jī)交互技術(shù)?！度藱C(jī)交互技術(shù)》課程需要適應(yīng)人工智能的浪潮，涌現(xiàn)新的適應(yīng)人工智能時代的教學(xué)變革。因此人工智能背景下的《人機(jī)交互技術(shù) 》課程的教學(xué)不只是教學(xué)內(nèi)容的更新，而是涉及教學(xué)理論的更新、知識結(jié)構(gòu)的重構(gòu)、多種教育教學(xué)手段的有機(jī)結(jié)合等問題。本文從人工智能背景下的《人機(jī)交互技術(shù)》課程教學(xué)內(nèi)容、案例化教學(xué)、實踐實驗教學(xué)的角度進(jìn)行教學(xué)總結(jié)。

2 人工智能時代下《人機(jī)交互技術(shù)》課程的教學(xué)內(nèi)容

《人機(jī)交互技術(shù)》作為軟件工程專業(yè)的一門重要的專業(yè)方向課，安徽工程大學(xué)計算機(jī)與信息學(xué)院開設(shè)該課程已有五年多時間，授課對象為軟件工程專業(yè)的高年級本科生，授課人數(shù)已達(dá)500余人，現(xiàn)每學(xué)年授課人數(shù)近180人左右。我校《人機(jī)交互技術(shù)》課程的授課學(xué)時為48學(xué)時，其中理論教學(xué)24學(xué)時，實踐實驗教學(xué)環(huán)節(jié)24學(xué)時。根據(jù)軟件工程專業(yè)的培養(yǎng)方案設(shè)定，該課程選用清華大學(xué)出版社的《人機(jī)交互基礎(chǔ)教程》作為課程教材。

《人機(jī)交互技術(shù)》的教學(xué)大綱中關(guān)于課程的教學(xué)內(nèi)容包括人機(jī)交互技術(shù)的理論基礎(chǔ)，人機(jī)交互涉及的交互式設(shè)備，現(xiàn)階段人機(jī)交互采用的技術(shù)，人機(jī)交互界面的設(shè)計原則，人機(jī)交互的表示模型與實現(xiàn)，Web端和移動端的界面設(shè)計，人機(jī)交互界面的可用性和評價標(biāo)準(zhǔn)等。

人工智能產(chǎn)業(yè)帶來的快速需求，對人工智能界面的輸入與輸出提出了新的需求，要求《人機(jī)交互技術(shù)》的課程內(nèi)容能夠包含智能化的人機(jī)交互界面設(shè)計。

隨著技術(shù)變革，人機(jī)交互界面的輸入方式由傳統(tǒng)的鼠標(biāo)，鍵盤等觸控輸入轉(zhuǎn)化為手勢、語音、動作、表情、唇動、眼動等單通道輸入，直至現(xiàn)如今人工智能時代的多通道輸入方式。故而課程內(nèi)容中需要加入多通道信息輸入界面的設(shè)計，多通道信息的融合技術(shù)，以及如何通過多通道信息獲得決策信息。

當(dāng)前人工智能產(chǎn)品的輸入信息趨向于多樣化，語音輸入界面與視頻輸入界面以及各種體感輸入界面之間有著較大的區(qū)別。語音輸入界面要求界面具有語音啟動接口或者手動快速啟動語音錄入，語音自動播放等功能。視頻輸入界面中需要添加視頻顯示窗體，攝像頭角度便捷切換等。體感界面中需要根據(jù)不同的體感輸入，手勢、姿態(tài)、觸覺、力覺等設(shè)計出不同個性化的輸入模式。

3 人工智能時代下的《人機(jī)交互技術(shù)》課程的案例化教學(xué)

人工智能、大數(shù)據(jù)帶來的學(xué)科發(fā)展，使得當(dāng)前涌現(xiàn)出來一大批先進(jìn)的人工智能交互式產(chǎn)品。教材中涉及的教學(xué)案例已經(jīng)不能充分體現(xiàn)人工智能產(chǎn)品的最新發(fā)展，《人機(jī)交互技術(shù)》課程組在平時科研的過程中，結(jié)合市場上火爆的人工智能產(chǎn)品，通過產(chǎn)品實物、系統(tǒng)演示、視頻播放等教學(xué)手段展示了一系列人工智能時代人機(jī)交互案例。

語音類的智能產(chǎn)品在市場上受到了廣泛歡迎，如小米智能音響，OLLY智能音響，Jibo社交機(jī)器人等。純語音交互式的產(chǎn)品可以不包含交互式界面，僅提供相應(yīng)的語言接口，即可完成人與人間最常用的語言溝通。如小米智能音響通過語音指令“小愛同學(xué)”進(jìn)行響應(yīng)啟動，再對語音、語義檢測，連接互聯(lián)網(wǎng)，完成相應(yīng)指令。在語音類產(chǎn)品案例中滲入以用戶為主的交互設(shè)計思想，用戶以何種語音交互方式能夠進(jìn)行快速便捷的交互。

攝像頭類的智能產(chǎn)品類型眾多，如web端和移動端的人臉識別、圖像美顏、視頻編輯或者各類智能安防監(jiān)控類產(chǎn)品等。課程中將會展示智能安防系統(tǒng)，展示攝像頭場景快速切換，主窗體，功能按鈕如何布局，異常狀態(tài)觸發(fā)報警等，體現(xiàn)人機(jī)之間進(jìn)行快速智能交互。

目前，各大互聯(lián)網(wǎng)巨頭公司都有開發(fā)代表公司先進(jìn)AI水平的智能機(jī)器人，如國內(nèi)百度的小度機(jī)器人，搜狗汪仔機(jī)器人等。通過電視綜藝節(jié)目視頻播放，如最強(qiáng)大腦等欄目，解釋欄目中出現(xiàn)的智能機(jī)器人，介紹其交互式輸入方式，工作原理，人機(jī)交互設(shè)計中的主要思想。

通過最新的案例化教學(xué)可以體現(xiàn)當(dāng)前人工智能發(fā)展的最新水平，提高課程趣味性與技術(shù)先進(jìn)性，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)生興趣，幫助學(xué)生快速適應(yīng)當(dāng)前行業(yè)需求。

4 人工智能時代下的《人機(jī)交互技術(shù)》實踐實驗教學(xué)

《人機(jī)交互技術(shù)》課程的教學(xué)目標(biāo)是讓學(xué)生掌握構(gòu)建友好、便捷的交互式界面的能力。實踐實驗教學(xué)在該課程的教學(xué)體系中占據(jù)至關(guān)重要地位。設(shè)置一個符合人工智能發(fā)展方向的實驗課程方案有助于學(xué)生更快掌握該課程的課程目標(biāo)，適應(yīng)時代發(fā)展。該課程安排四個實驗，對應(yīng)當(dāng)前交互式設(shè)計發(fā)展的幾個熱點方向。實驗教學(xué)安排表如下所示。

5 結(jié)論

人工智能學(xué)科的迅猛發(fā)展給計算機(jī)類專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)帶來了新的挑戰(zhàn)，同時為《人機(jī)交互技術(shù)》課程的建設(shè)提出了新的需求?！度藱C(jī)交互技術(shù)》為人工智能學(xué)科的良好可視化奠定了相應(yīng)的基礎(chǔ)。本文綜合了現(xiàn)今人工智能的發(fā)展趨勢，依據(jù)現(xiàn)有人機(jī)交互技術(shù)課程涉及的課程內(nèi)容需求，對課程的教學(xué)內(nèi)容、案例化教學(xué)和實踐實驗教學(xué)都進(jìn)行一定程度上的更新。通過教學(xué)反饋，適應(yīng)人工智能時代新需求的教學(xué)改革受到了學(xué)生的廣泛歡迎，適應(yīng)了學(xué)科發(fā)展和人才培養(yǎng)。

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【通聯(lián)編輯：唐一東】