人因?qū)W發(fā)展的新取向

許 為 葛列眾

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·主編特邀(Editor-In-Chief Invited)·

編者按：人因?qū)W(Human Factors)在我國還是一門年輕的交叉學(xué)科, 心理學(xué)等學(xué)科為人因?qū)W的應(yīng)用和發(fā)展提供了理論和實驗基礎(chǔ)。如今, 人因?qū)W在航空航天、計算技術(shù)、智能系統(tǒng)以及與老百姓日常生活密切相關(guān)的各種產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)中發(fā)揮著越來越重要的作用。該文兩位作者, 浙江大學(xué)心理科學(xué)研究中心兼職研究員、美國英特爾(Intel)公司IT人因工程中心研究員許為博士和浙江大學(xué)心理科學(xué)研究中心教授葛列眾博士, 均是中國人因?qū)W開拓者朱祖祥教授80年代的研究生, 在過去的30年中兩位作者分別在中國和美國兩地從事人因?qū)W的科學(xué)實踐。基于兩位作者豐富的經(jīng)驗, 本刊特邀請他們撰寫該文。該文系統(tǒng)地介紹了人因?qū)W科發(fā)展的近況, 就我國人因?qū)W科應(yīng)該如何發(fā)展以及當前迫切需要解決的問題發(fā)表了有見識的建議, 希望對從事人因?qū)W科研究和應(yīng)用的同行有所啟發(fā), 為我國人因?qū)W科的進一步發(fā)展而共同努力。

(本文責任編輯：李紓)

人因?qū)W發(fā)展的新取向

許 為 葛列眾

(浙江大學(xué) 心理科學(xué)研究中心, 杭州 310058)

當前新技術(shù)、人機交互的新特征、社會和人的新需求給中國人因?qū)W(Human Factors)的進一步發(fā)展創(chuàng)造了一個有利時機。本文首先討論和分析了一些具有代表性的開拓了人因?qū)W科研究深度和廣度的新技術(shù)和新途徑, 包括神經(jīng)人因?qū)W, 認知工程, 協(xié)同認知系統(tǒng), 社會技術(shù)系統(tǒng); 以及人因?qū)W科應(yīng)用中的一些挑戰(zhàn)和策略。然后, 就進一步發(fā)展我國的人因?qū)W科, 本文提出首先要解決的問題是建立多學(xué)科交叉的人因?qū)W科的科研教育體制, 并在此基礎(chǔ)上, 注重理論創(chuàng)新, 以創(chuàng)新設(shè)計為突破點, 在智能系統(tǒng)、用戶體驗、航天航空和醫(yī)療健康等領(lǐng)域中優(yōu)先發(fā)展和應(yīng)用。當前迫切需要解決的是, 建立完善的人因?qū)W科高校教育體系, 建立完善的人因?qū)W科多學(xué)科交叉的科研體系, 以及建立人因?qū)W科行業(yè)資質(zhì)標準和設(shè)計標準體系。

人因?qū)W; 人因工程; 工效學(xué); 人機交互; 用戶體驗

人因?qū)W(Human Factors)是一門以心理學(xué)、生理學(xué)、生物力學(xué)、人體測量、計算機科學(xué)、系統(tǒng)科學(xué)等多學(xué)科的科學(xué)原理和方法為基礎(chǔ)的綜合性交叉學(xué)科, 致力于研究人?機?工作環(huán)境之間的關(guān)系, 使得系統(tǒng)和產(chǎn)品的設(shè)計符合人的特點、能力、需求, 從而使人能安全、高效、健康、舒適地從事各種活動。相近的學(xué)科有工效學(xué)或人類工效學(xué)(Ergonomics)、人因工程(Human Factors Engineering)、工程心理學(xué)(Engineering Psychology)、人機交互(Human-Machine/Computer Interaction, HCI)等。雖然研究的內(nèi)容和范圍各有側(cè)重, 但這些學(xué)科互為補充, 分享研究和應(yīng)用的目的(葛列眾, 李宏汀, 王篤明, 2017)。在本文中為便于討論, 我們統(tǒng)稱為人因?qū)W科。

當前人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、無人駕駛車、無人機、虛擬現(xiàn)實等技術(shù)帶來了新一波的技術(shù)革命。這些新技術(shù)給人機交互帶來自然性、智能化、普適化(Pervasive/Ubiquitous Computing)、虛擬化、隱式化(Implicit Human-Computer Interaction, IHCI)、生態(tài)化和社會性等特征。另外一方面, 我國國際空間站、國家大飛機、先進武器裝備升級、中國制造2025、中國人工智能2.0發(fā)展戰(zhàn)略等一系列國家戰(zhàn)略計劃正在實施。全社會倡導(dǎo)的創(chuàng)新設(shè)計和體驗經(jīng)濟正催生許多新產(chǎn)品、新模式和新業(yè)態(tài)。在這樣的背景下, 擺在我們面前的問題有兩個：一是我國的人因?qū)W科應(yīng)該如何發(fā)展？二是我國人因?qū)W科的發(fā)展當前迫切需要解決的問題是什么？為了解答這兩個問題, 本文中, 我們首先介紹和分析了人因?qū)W科的發(fā)展現(xiàn)狀, 然后提出我們的想法。我們歡迎同行的指正, 也希望我們的工作能夠為我國人因?qū)W科的發(fā)展貢獻我們的努力。

1 人因?qū)W科的新技術(shù)和新途徑

基于人的認知信息加工理論的工程心理學(xué)是人因?qū)W科的基礎(chǔ)理論(Wickens, Hollands, Banbury, & Parasuraman, 2012)。在過去的20多年間, 許多人因?qū)W家嘗試采用不同的途徑來補充和豐富信息加工理論來進一步探索人因?qū)W科的技術(shù)和途徑(Proctor & Vu, 2010)。這些探索從深度和廣度上拓展了人因?qū)W科研究的新技術(shù)和新途徑, 其中, 神經(jīng)人因?qū)W、認知工程、協(xié)同認知系統(tǒng)和社會技術(shù)系統(tǒng)是典型的代表, 已開始被廣泛地應(yīng)用在人因?qū)W研究和應(yīng)用中, 為人因?qū)W科在新一波技術(shù)革命中的研究和應(yīng)用提供了新技術(shù)和新途徑。

1.1 神經(jīng)人因?qū)W

基于認知神經(jīng)科學(xué)和腦電成像等測量技術(shù), 以Raja Parasuraman為代表的人因?qū)W家開辟了神經(jīng)人因?qū)W(Neuroergonomics)的新途徑(Parasuraman & Rizzo, 2006)。以往人因?qū)W通常注重在外在行為層面上開展對人在操作環(huán)境中的客觀工作績效和主觀評價等方面的測量方法, 而神經(jīng)人因?qū)W則開辟一條新途徑,通過有效的腦科學(xué)等技術(shù)的測量(例如, EEG、ERP、fMRI、fNIRS等)和數(shù)據(jù)分析(信號特征提取及模式分類算法等), 能夠深入到人的認知神經(jīng)內(nèi)部層面上開始了解在操作環(huán)境中人機交互時人的信息加工的神經(jīng)機制。

首先, 神經(jīng)人因?qū)W為人因?qū)W的研究提供了新的途徑以及更客觀和更敏感測試指標。已有研究表明：EEG和ERP等測試指標對心理負荷的變化敏感。也有研究表明, 基于腦電成像等測量的指標可能比傳統(tǒng)人因?qū)W基于績效和主觀評價的指標更敏感(Baldwin & Coyne, 2005)。

其次, 利用人腦功能技術(shù)可以實現(xiàn)新的自然式人機交互方式, 例如, 腦機接口(BCI)提供了一種可根據(jù)不同情景下的人腦活動(例如誘發(fā)或自發(fā)EEG)來操控計算機或設(shè)備的人機交互的新方式(Borghetti, Giametta, & Rusnock. 2017)。BCI也為進一步的人機融合的探索研究提供了實驗和技術(shù)基礎(chǔ)(吳朝輝, 俞一鵬, 潘綱, 王躍明, 2014)。

另外, 神經(jīng)人因?qū)W加強了人因?qū)W的基礎(chǔ)理論研究手段, 有助于進一步探索復(fù)雜作業(yè)條件下人腦功能和認知加工的神經(jīng)機制。例如, 利用fMRI來探索空間導(dǎo)航與定位、神經(jīng)激活與導(dǎo)航能力關(guān)聯(lián)的神經(jīng)生理機制; 這些方面的深入研究可應(yīng)用到特殊技能人才(例如航天員)的選撥和培訓(xùn), 并進一步了解認知和情感方面?zhèn)€體差異的遺傳基因關(guān)聯(lián)也可能為個性化人機交互設(shè)計提供幫助(Wickens et al., 2012; Parasuraman & Rizzo, 2006)。

1.2 認知工程

認知工程最初是由Norman (1986)提出的, 但具體的方法和工具則是近20年來經(jīng)過許多人因?qū)W家的努力逐步發(fā)展形成的(Endsley, Hoffman, Kaber, & Roth, 2007)。認知工程強調(diào)將認知心理學(xué)/工程心理學(xué)的知識應(yīng)用在人機系統(tǒng)的設(shè)計中。具有代表性的認知工程方法包括認知工作分析、認知計算建模和面向情景意識的設(shè)計。

1.2.1 認知工作分析

不同于工程心理學(xué)的信息加工的角度, 基于James Gibson的注重人與生態(tài)環(huán)境關(guān)系的生態(tài)心理學(xué)原理, Rasmussen和Vicente提出了可為復(fù)雜社會技術(shù)系統(tǒng)開展定性分析建模并為人機交互設(shè)計服務(wù)的認知工作分析(Cognitive Work Analysis, CWA)方法體系(Rasmussen, Pejtersen, & Goodstein, 1994; Vicente, 1999; Naikar, 2017)。該體系注重于對整個復(fù)雜工作領(lǐng)域中影響人的目標導(dǎo)向和問題解決認知操作行為的各種工作領(lǐng)域內(nèi)的制約條件(constraints)和屬性特征(properties)的分析。CWA倡導(dǎo)從工作領(lǐng)域分析、領(lǐng)域活動分析、策略分析、社會組織和協(xié)作分析、人的認知技能分析等5個維度對復(fù)雜工作領(lǐng)域的各種制約和屬性特征開展分折建模,并且提供了相應(yīng)的分析建模工具。

針對傳統(tǒng)人因?qū)W科方法注重具體的用戶作業(yè)、用戶界面物理屬性等的特點, CWA則強調(diào)對全工作領(lǐng)域中各種制約條件和屬性特征的分析, 認為這些制約條件和屬性特征決定了用戶在該領(lǐng)域所有活動和行為的可能性, 而對于用戶的許多具體操作行為(尤其是解決問題等復(fù)雜操作), 設(shè)計者是無法事先預(yù)測的, 因此在設(shè)計中只有充分考慮了所有的領(lǐng)域制約條件和屬性特征, 設(shè)計才能有效地支持用戶在復(fù)雜領(lǐng)域中全部的活動, 包括在無法預(yù)測的應(yīng)急情景下解決問題的自適應(yīng)決策操作行為, 從而提高系統(tǒng)的總體績效和安全。CWA倡導(dǎo)的生態(tài)用戶界面設(shè)計(Ecological Interface Design, EID)為人因?qū)W提供了一種針對復(fù)雜領(lǐng)域的人機界面的設(shè)計方法(Burns & Hajdukiewicz, 2004; Bennett, 2017; Naikar, 2017; Xu, Dainoff, & Mark, 1999)。CWA和EID已在航空、醫(yī)療、流程控制、核電站控制等領(lǐng)域得到了廣泛的研究(Burns & Hajdukiewicz, 2004; Xu, 2007; Mcilroy & Stanton, 2015)。目前人因?qū)W的研究面對物聯(lián)網(wǎng)、智能計算、智能醫(yī)療、網(wǎng)絡(luò)安全、人機融合/協(xié)作等復(fù)雜領(lǐng)域, CWA和EID可以從全工作領(lǐng)域的大視角為完整系統(tǒng)化的人因?qū)W科解決方案提供了一個途徑。EID還為復(fù)雜領(lǐng)域內(nèi)的大數(shù)據(jù)信息視覺化設(shè)計提供一種建模工具以及信息視覺化的用戶界面表征架構(gòu)(Rouse, Pennock, Oghbaie, & Liu, 2017), 從而彌補了以往的人因?qū)W科在研究方法上的不足。

1.2.2 認知計算建模

認知計算建模采用基于人的認知模型的計算方法來定量地模擬計算人在操作和任務(wù)條件下的認知加工績效, 為人因?qū)W在系統(tǒng)研發(fā)中提供一種評價和預(yù)測系統(tǒng)設(shè)計有效性的工具。針對傳統(tǒng)人因?qū)W在系統(tǒng)開發(fā)流程后期才開展設(shè)計有效性的驗證工作以及后期改進可能帶來較大代價的“滯后效應(yīng)”, 認知計算建模在開發(fā)早期能開展快速低成本的人因?qū)W設(shè)計驗證工作, 從而提升了人因?qū)W在系統(tǒng)研發(fā)中的“發(fā)言權(quán)”, 尤其對一些復(fù)雜系統(tǒng)領(lǐng)域(例如, 航空、航天)的特殊具操作風(fēng)險的任務(wù)和環(huán)境, 有效的認知模擬仿真試驗更顯出其價值。美國航空航天總署(NASA)在2007年啟動了一項人因?qū)W認知計算建模研究項目(Foyle & Hooey, 2007)。該項目采用各種常見的模型(ACT-R、MIDAS、D-OMAR、A-SA), 對飛機跑道滑行和進場/著陸作業(yè)中飛行員的人誤、心理負荷、注意, 情景意識等方面進行模擬分析。結(jié)果表明, 各模型都達到了一定的預(yù)期效果, 但有效性并不一致。同時該研究也對今后的建模工作提出了改進意見。

在模型開發(fā)方面, 大多數(shù)現(xiàn)有建模采納產(chǎn)生式(例如, ACT-R)、排列網(wǎng)絡(luò)(例如, QN)等模型。已有研究嘗試整合QN和ACT-R, 將新整合的QN- ACTR用于模擬動態(tài)復(fù)雜多任務(wù)中人的績效, 其結(jié)果改進了以往采用單一模型的結(jié)果(Cao & Liu, 2013)。當前人工智能計算技術(shù)的發(fā)展為認知計算建模發(fā)展提供了良好的機遇。研究可計算的人的績效模型可為智能系統(tǒng)提供實時的自適應(yīng)人機交互; 研究智能系統(tǒng)產(chǎn)品研發(fā)中的情感計算建模以及普適計算中的社會交互建?？梢詳U展現(xiàn)有模型中對認知加工建模的深度和廣度。當認知計算建模與其他現(xiàn)有人因?qū)W建模(例如, 人體測量和生物力學(xué)建模等)整合, 將為一些復(fù)雜領(lǐng)域中(例如,航空、航天)的特殊具操作風(fēng)險的任務(wù)和環(huán)境開展有效的模擬仿真試驗, 從而為系統(tǒng)設(shè)計的計算建模提供人因?qū)W方案。

1.2.3 面向情景意識的設(shè)計

Endsley (1995)系統(tǒng)地提出了最具代表性的基于認知信息加工三水平模型的情景意識(Situation Awareness, SA)理論。該理論強調(diào)SA是在一定的時間和空間條件下人對當前操作環(huán)境信息(包括來自外界物理環(huán)境、操作的系統(tǒng)設(shè)備以及其他團隊成員)的感知、理解、對未來狀態(tài)的預(yù)測。這種基于結(jié)構(gòu)化認知加工過程的方法為人因?qū)W在人機交互的分析、設(shè)計和測評提供了一條清晰的思路以及有效的方法和工具。傳統(tǒng)人因?qū)W注重操作員用戶心理結(jié)構(gòu)(mental construct) (例如, 用戶心理模型)在系統(tǒng)設(shè)計中的作用, 但是心理模型是用戶通常經(jīng)過長期學(xué)習(xí)所形成的相對穩(wěn)定的一種心理結(jié)構(gòu)。隨著復(fù)雜技術(shù)系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用, 人們在動態(tài)操作環(huán)境中從事認知特性不斷增加的實時動態(tài)監(jiān)控和決策操作任務(wù), 而SA則強調(diào)依賴用戶對動態(tài)變化環(huán)境中快速實時更新的心理結(jié)構(gòu)表征來支持瞬間(moment-to-moment)決策和績效, 因此, SA開辟了一種新的研究途徑和解決方案。SA的貢獻首先體現(xiàn)并應(yīng)用在航空領(lǐng)域。例如, 對航空飛行事故中的人誤的SA分析研究(Endsley, 2000); 飛機駕駛艙中人?自動化交互作用的研究(許為, 2003)。目前, SA已被擴展應(yīng)用到航天、軍事、醫(yī)療、過程控制等領(lǐng)域(Lundberg, 2015; Schulz, Endsley, Kochs, Gelb, & Wagner, 2013)。

Endsley和Jones (2012)進一步提出了基于“以用戶為中心設(shè)計”的一個成熟的面向SA設(shè)計的體系框架(SA-Oriented Design)。該框架包括了一整套在系統(tǒng)開發(fā)中可具體操作的方法、流程和工具, 其中, 包括SA需求定義、SA設(shè)計原則、SA測評、SA導(dǎo)向的培訓(xùn)等, 為人因?qū)W在系統(tǒng)開發(fā)中提供了一套系統(tǒng)化、實用的方法和流程。SA在新一波技術(shù)應(yīng)用中可為人因?qū)W提供一種有效的方法。例如, 在大數(shù)據(jù)的視覺化顯示、人?自動化交互和人?機器人交互中的自動化意識、無人駕駛車、無人機避撞、網(wǎng)絡(luò)安全監(jiān)控、普適計算中的隱式人機交互以及其他智能系統(tǒng)的人機交互設(shè)計等各個領(lǐng)域中, SA的研究有待進一步的開展。另外, SA強調(diào)依賴用戶瞬間更新的對動態(tài)變化環(huán)境的表征來支持快速實時的決策和績效, 今后如果能解決實時精確的SA測量問題, SA的這種思路將有助于實時自適應(yīng)人機交互的設(shè)計。

1.3 協(xié)同認知系統(tǒng)

在人因?qū)W的發(fā)展進程中, 人因?qū)W研究的側(cè)重點從最初的“人適應(yīng)機器”到“機器適應(yīng)于人”, 再到廣義的人機交互, 或稱為人?計算機交互(Human- Computer Interaction, HCI), 如今正呈現(xiàn)出逐步向人機融合(Human-Computer Integration/Merger)的方向發(fā)展(Farooq & Grudin, 2016)。在傳統(tǒng)的人機交互中, 人與機器(包括一般機器或基于計算技術(shù)的產(chǎn)品)之間的交互關(guān)系基本上是一種“刺激?反應(yīng)”的關(guān)系, 即兩者間的“反應(yīng)”基本上按順序地取決于另一方的“刺激” (輸入或輸出)。這種交互關(guān)系從最初的機械式人機界面到數(shù)字式人機界面再到如今的自然式人機界面在本質(zhì)上沒有變化。

在人機融合中, 人和機器的關(guān)系則是合作的關(guān)系(Farooq & Grudin, 2016)。這種合作表現(xiàn)在以人腦為代表的生物智能(認知加工能力等)和以計算技術(shù)為代表的機器智能(人工智能等)通過深度的融合來達到智能互補。人機交互與人機融合形成了一個連續(xù)體的兩端。隨著智能技術(shù)的發(fā)展, 人機關(guān)系將繼續(xù)向人機融合端演化, 各種具有不同智能程度的產(chǎn)品在這樣一個連續(xù)體內(nèi)共存。按照Hollnagel和Woods (2005)提出的理論, 人機融合就是通過人和機器兩個認知主體, 互相依存和合作組成的協(xié)同認知系統(tǒng)(Joint Cognitive Systems, JCS)。

人機融合的應(yīng)用至少可表現(xiàn)在兩方面。一方面, 在“機器+人”的融合智能系統(tǒng)、“機器+人+網(wǎng)絡(luò)+物”式的復(fù)雜智能物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)(例如智能工廠, 智能城市等)中, 通過智能融合, 達到高效的協(xié)同式人機關(guān)系。可以認為, 今后的智能社會將由大量的不同規(guī)模的協(xié)同認知系統(tǒng)組成。借助于人工智能、感應(yīng)、控制等技術(shù), 機器已不再是以“剌激?反應(yīng)”的方式為人服務(wù)的工具, 它們具有一定的感知、推理、學(xué)習(xí)、決策能力, 與人類協(xié)同工作和生活。另一方面, 基于腦機接口(BCI)技術(shù), 可開發(fā)出綜合利用生物(包括人類和非人類生物體)和機器能力的腦機融合系統(tǒng), 為殘疾人開發(fā)的神經(jīng)康復(fù)服務(wù)和動物機器人系統(tǒng)就是腦機融合的應(yīng)用實例(吳朝輝等, 2014)。

智能時代人機融合將促使人因?qū)W對現(xiàn)有的人機關(guān)系理論的再思考。JCS理論可能是一個具有建設(shè)性的理論框架, 可以為這方面的深入研究提供一種新思路。目前有關(guān)人機融合的基礎(chǔ)理論問題的進一步的探索可能會帶來對現(xiàn)有人因?qū)W方法和人機關(guān)系理論創(chuàng)建的突破。

1.4 社會技術(shù)系統(tǒng)

人因?qū)W強調(diào)在特定的環(huán)境中研究人機系統(tǒng), 以達到最佳的人?機?環(huán)境匹配。目前人因?qū)W研究所考慮的環(huán)境通常是物理環(huán)境(照明、噪聲、振動、溫度、微重力等)?；谏鐣夹g(shù)系統(tǒng)理論的宏觀工效學(xué)(Macroergonomics)提倡在社會技術(shù)系統(tǒng)(Sociotechnical Systems)的環(huán)境中設(shè)計整個工作系統(tǒng), 其主要側(cè)重于如何優(yōu)化組織和管理等因素與技術(shù)的交互作用(Hendrick & Kleiner, 2002)。

近年來, 人因?qū)W科研究開始將社會技術(shù)系統(tǒng)理論應(yīng)用在健康醫(yī)療和計算系統(tǒng)安全等復(fù)雜領(lǐng)域的研究和系統(tǒng)開發(fā)中(Carayon, 2006; Stedmon, Richards, Frumkin, & Fussey, 2016)。該理論帶給人因?qū)W的一個重要啟示是, 作為一門應(yīng)用性學(xué)科, 人因?qū)W科的研究不能局限于在實驗室內(nèi)閉門造車, 需要在社會技術(shù)系統(tǒng)的大環(huán)境中充分考慮影響人因?qū)W解決方案的所有因素。

如今, 人因?qū)W科目前所面對的研究對象是比以往任何時候更復(fù)雜的人?機?環(huán)境系統(tǒng), 例如, 融合人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的智慧城市、智慧交通、智能制造、智能/精準醫(yī)療等。隨著人機關(guān)系的演化所呈現(xiàn)出的一系列人機交互新特征(例如, 普適化、生態(tài)化和社會性), 必將促使人因?qū)W在更廣闊的社會技術(shù)系統(tǒng)的大環(huán)境中開展研究, 充分考慮人的各種需求(用戶隱私、法律和倫理、決策權(quán)、技能成長等), 超越以往僅注重用戶界面交互設(shè)計的點方案(Point Solution), 而應(yīng)該追求端到端(End to End)的人因?qū)W科的整體解決方案。

2 人因?qū)W科應(yīng)用的挑戰(zhàn)和策略

作為一門應(yīng)用學(xué)科, 人因?qū)W科必須能在應(yīng)用中幫助解決社會的實際問題。否則的話, 人因?qū)W科的新技術(shù)和新途徑將失去其價值, 也不利于推動人因?qū)W學(xué)科的發(fā)展和對社會的影響力。作為一門年青的交叉學(xué)科, 人因?qū)W科在應(yīng)用中的影響力一直是人因?qū)W界的挑戰(zhàn)。國際工效學(xué)會(IEA)2010年就工效學(xué)(人因?qū)W)的影響力和學(xué)科未來發(fā)展問題專門成立一個策略委員會來研究對策(Dul et al., 2012)。美國人因和工效學(xué)會(HFES) 2000~2001 年度主席William Howell (2001)認為人因?qū)W的目標是建立一個“工效化”的世界(an ergonomically correct world), 并提出以“分享理念”模型與其他學(xué)科共同分享人因?qū)W的理念。Howell觀察到在美國, 人因?qū)W科所提導(dǎo)的“以用戶為中心設(shè)計”和“用戶體驗設(shè)計”等理念已被其它學(xué)科(例如, 工業(yè)設(shè)計, 心理學(xué), 社會學(xué), 計算機科學(xué))認可、分享, 并且正付諸于實踐。正是在這樣的背景下, 經(jīng)過多年的發(fā)展, 美國已建立起一整套相對成熟的跨學(xué)科的協(xié)作科研體系、專業(yè)資格認證體系、設(shè)計技術(shù)標準體系以及人才培養(yǎng)體系, 從而大致形成了一個有效的策略來應(yīng)對人因?qū)W科應(yīng)用中的挑戰(zhàn)。

2.1 美國跨學(xué)科的協(xié)作科研體系

目前, 針對交叉學(xué)科的特點, 美國已初步建立了一個跨行業(yè)(院校和企業(yè))、多層次(政府和企業(yè))、基于交叉學(xué)科(行為科學(xué)和工程技術(shù))的多層次人因?qū)W科科研體系。HFES 2016~2017年度主席Cooke (2017)很好地總結(jié)了人因?qū)W科成功的三大要素：(1)找準所要解決問題的切入點(從學(xué)科特點人的因素角度出發(fā)); (2)采用系統(tǒng)的思維和方法(從人?機?環(huán)境的角度出發(fā)); (3)與其他學(xué)科協(xié)同合作(由人因?qū)W交叉學(xué)科的特點決定)。

首先, 在政府層面上, 美國國家科學(xué)基金會(NSF), 美國國防部(DoD), 美國航空航天局(NASA)等機構(gòu)為政府科研機構(gòu)、高校、企業(yè)等研發(fā)部門提供了一定數(shù)量的人因?qū)W科的科研基金。HFES也主動與政府機構(gòu)溝通爭取科研基金。例如, HFES積極回應(yīng)美國國家科學(xué)基金會(NSF)2018~2022策略計劃征求意見稿, 表達了人因?qū)W科能為計劃中提到的“人類技術(shù)前沿” (包括人工智能、機器人、大數(shù)據(jù)、無人駕駛車等)作出重要貢獻(HFES, 2016)。

其次, 在具有人因?qū)W科碩士和博士授予權(quán)的美國70余所大學(xué)中, 都建立了相應(yīng)的人因?qū)W科研究機構(gòu)或?qū)嶒炇?。這些機構(gòu)分別設(shè)在心理學(xué)或其他非心理學(xué)的工程技術(shù)類院系。從事研究的教授和研究生來自不同專業(yè)的。許多院校還設(shè)置了企業(yè)?高校聯(lián)合實驗室。

最后, 來自人因?qū)W科的畢業(yè)生為企業(yè)的研究和應(yīng)用提供了大量的人才。以美國股票道瓊斯工業(yè)指數(shù)中的代表美國工業(yè)的30家大公司為例, 所有的公司都設(shè)有人因?qū)W科類的部門和崗位。其中, 服務(wù)行業(yè)的公司中人因?qū)W科的工作主要側(cè)重于對公司產(chǎn)品和服務(wù)的用戶體驗的研發(fā); 而高科技企業(yè)(例如, IBM, 微軟, 蘋果, 英特爾, 波音)都有人因?qū)W科的研究機構(gòu), 側(cè)重在人因工程和人機交互(HCI)方面的研究, 從而為新技術(shù)的應(yīng)用提供人因?qū)W科的解決方案。

2.2 美國專業(yè)資格認證

作為一門交叉學(xué)科, 人因?qū)W科在崗人員的知識結(jié)構(gòu)、經(jīng)驗、能力參差不齊, 需要一個考核評價機制和行業(yè)準入制度。1992年HFES成立了美國工效專業(yè)認證委員會來組織實施人因?qū)W科的專業(yè)認證制度(BCPE, 2018)。美國人因?qū)W科專業(yè)資格分為專業(yè)級及準專業(yè)級兩大類。專業(yè)級別的認證類型包括注冊專業(yè)工效學(xué)家、注冊專業(yè)人因?qū)＜?、注冊專業(yè)用戶體驗專家。截止2018年1月份, BCPE已發(fā)放1132份專業(yè)級認證資格證書和197份準專業(yè)級資格證書。

取得專業(yè)級資格證書的要求包括: (1)教育背景, 本科學(xué)位或以上, 完成與人因?qū)W科相關(guān)的24個學(xué)分課程; (2)工作經(jīng)驗, 至少相當于3年的與人因?qū)W科相關(guān)的全職工作; (3)工作樣本, 在分析、設(shè)計和測試三個方面各提供兩份工作樣本; (4)通過BCPE統(tǒng)一命卷的專業(yè)資格考試。該考試每年舉辦兩次, 考試的內(nèi)容包括人因?qū)W科各方面的知識。

2.3 人因?qū)W科的標準體系

作為應(yīng)用學(xué)科, 人因?qū)W科的標準為參與系統(tǒng)和產(chǎn)品設(shè)計提供了一個有效的手段。人因?qū)W科的標準包括各類經(jīng)過人因?qū)W科科學(xué)實驗驗證的圍繞人?機?環(huán)境系統(tǒng)的人因工程設(shè)計、測試、流程等方面的的規(guī)范要求。人因?qū)W科的標準體系是一個金字塔式的多層次模型, 自上而下, 各層面之間體現(xiàn)了指導(dǎo)性、繼承性和一致性的關(guān)系。

標準體系的最高層面是國際標準化組織(ISO)工效學(xué)技術(shù)委員會(ISO TC 159)下面4個分技術(shù)委員會頒布的143部人因?qū)W科的技術(shù)標準。HFES積極參與ISO人因?qū)W科標準的開發(fā)。一方面, HFES為ISO TC 159每個分技術(shù)委員會派駐了美國技術(shù)咨詢專家委員會(U.S.TAG); 另一方面, HFES委派美國專家代表直接參與ISO各種標準的開發(fā)和起草工作。

表1 ISO人與系統(tǒng)交互作用的工效學(xué)技術(shù)委員會(ISO TC 159)標準開發(fā)統(tǒng)計

第二個層面是美國人因?qū)W科的國家標準。包括已頒布近40部人因?qū)W科的政府標準(美國航空航天局/NASA, 國防部/DoD, 美國航空總署/FAA等標準), 以及非政府標準(HFES, 美國國家標準院/ANSI等標準)。其中, HFES目前已頒布了三個標準, 包括計算機工作站人因工程標準、軟件用戶界面設(shè)計人因工程標準、產(chǎn)品設(shè)計人體測量設(shè)計的指導(dǎo)準則。

第三個層面是各行業(yè)、企業(yè)的人因?qū)W科標準。這些標準具體規(guī)范了某個領(lǐng)域產(chǎn)品設(shè)計的人因?qū)W科技術(shù)要求、標準的具體流程和方法。例如, 波音公司頒布了許多有關(guān)波音飛機駕駛艙中人機界面設(shè)計的規(guī)范要求, 微軟公司頒布了詳細的各類微軟軟件產(chǎn)品人機界面設(shè)計的規(guī)范要求。

2.4 美國人因?qū)W科的高校教育制度

目前, 在美國高校已建立起相對完整的人因?qū)W科教育體系, 造就了大量高素質(zhì)的人才。全美國有約90所大學(xué)可以授予人因?qū)W科(包括人因?qū)W, 人因工程, 人機交互, 工程心理學(xué), 用戶體驗等)的學(xué)位(見表2), 其中得到HFES認證的可授予碩士和博士學(xué)位的院校有20所(HFES, 2018)。HFES認證強調(diào)對碩士和博士學(xué)位點的要求, 并有嚴格的認證評價程序。認證要求包括師資力量、課程設(shè)計、研究項目和實驗室設(shè)備等。

針對人因?qū)W科的特點, 這種教育體系體現(xiàn)出交叉學(xué)科的特征。在以上的院校中, 其中心理學(xué)系和工業(yè)工程、系統(tǒng)工程、計算機以及設(shè)計類的系約各占一半。研究生的錄取強調(diào)不同學(xué)科間的交叉融合, 特別鼓勵跨學(xué)科的本科生報考。美國人因?qū)W科的高校教育體系采用了“學(xué)位 + 副修 + 課程”的模型。許多大學(xué)允許本科生將人因?qū)W科作為副修, 在行為科學(xué)、計算機、設(shè)計、工程等專業(yè)開設(shè)人因?qū)W科的本科生和碩士生課程已成為常態(tài)。

表2 可授予人因?qū)W科專業(yè)類學(xué)位的美國大學(xué)統(tǒng)計

3 我國人因?qū)W科發(fā)展的新取向

我國人因?qū)W科起始于20世紀30年代, 以陳立先生出版的《工業(yè)心理學(xué)概觀》一書以及所開展的工作選擇和工作環(huán)境工效等研究為標志(陳立, 1935)。從20世紀50年代至60年代中期是人因?qū)W科的起步建設(shè)期, 70年代后期至80年代未, 開始了文革后的恢復(fù)建設(shè)期。90年代起, 我國的人因?qū)W科進入快速成長期(葛列眾等, 2017)。

近10年來, 人因?qū)W科研究和應(yīng)用擴展到國際空間站的工效需求和測評、民用大飛機駕駛艙人因?qū)W設(shè)計和適航認證、智能交互顯示、核電站人機交互中的工效和可靠性設(shè)計、認知建模和醫(yī)療人因設(shè)計等各個領(lǐng)域(陳迎春, 2013; 陳善廣, 姜國華, 王春慧, 2015; 毛茅, 張宇博, 饒培倫, 2015; 許為, 陳勇, 2013; 曹石, 秦裕林, 沈模衛(wèi), 2013; 張麗川, 李宏汀, 葛列眾, 2009; 薛澄岐, 2015; 李鵬程, 張力, 戴立操, 蔣建軍, 羅迪凡, 2016)。

我們認為在當前新技術(shù)、新的社會和人的需求的繼續(xù)推動下, 我國人因?qū)W科首先要解決的問題是多學(xué)科交叉的科研體制的建立, 并在此基礎(chǔ)上, 注重理論創(chuàng)新, 以創(chuàng)新設(shè)計為突破點, 在智能系統(tǒng)、用戶體驗、航天航空和醫(yī)療健康等領(lǐng)域中優(yōu)先發(fā)展和應(yīng)用, 積極地參與到我國科技和經(jīng)濟發(fā)展中。

3.1 多學(xué)科交叉的科研體制

人因?qū)W科在應(yīng)用中的影響力一直是國際人因?qū)W界關(guān)注的焦點。美國HFES 2000~2001年度主席William Howell提出的與其他學(xué)科共同分享人因?qū)W的“分享理念”模型、國際工效學(xué)會(IEA)2010年就人因?qū)W的影響力發(fā)展問題專門成立的策略委員會、HFES 2016~2017年度主席Nancy Cooke強調(diào)的與其他學(xué)科協(xié)同合作的建議等充分表明國際人因?qū)W界在這方面的努力(Howell, 2001; Dul et al., 2012; Cooke, 2017)。作為HFES的行動計劃, 在2016年會上HFES專門邀請了美國國家工程院(NAE)院長Dan Mote做主題發(fā)言, 并專題討論了人因?qū)W如何為NAE提出的21世紀14個大挑戰(zhàn)作貢獻。正是在這樣的背景下, 如上所述, 美國已初步建立了一個跨行業(yè)、多層次、基于交叉學(xué)科的人因?qū)W科科研體系。

我國當前新一波的技術(shù)革命、社會和人的新需求為人因?qū)W科的進一步發(fā)展提供了一個歷史機遇。我國人因工程高峰論壇會在2016和2017年連續(xù)召開兩屆。這些都為我國人因?qū)W科體系的建立提供了獨特有利的條件。我國人因?qū)W界需要考慮如何利用目前的有利氛圍和所達成的共識, 付諸于具體的行動。

在當今新技術(shù)日新月異的時代, 各學(xué)科的邊界也變得越來越模糊。Howell (2001)的分析也符合目前我國發(fā)展的趨勢, 即人因?qū)W所倡導(dǎo)的理念正在被其他學(xué)科所推崇并付諸于實踐, “分享理念”模型應(yīng)該適合作為一種增強我國人因?qū)W學(xué)科影響力的策略。從學(xué)科的性質(zhì)來講, 人因?qū)W一般并不直接獨立地開發(fā)具體有形的產(chǎn)品(流程、服務(wù)、業(yè)態(tài)創(chuàng)新等設(shè)計除外)。因此, 正如Cooke (2017)所建議的, 人因?qū)W要找準本學(xué)科能解決問題的切入點, 把握學(xué)科特點, 揚長避短; 采用系統(tǒng)的思維和方法來尋求解決問題的途徑; 致力于多學(xué)科協(xié)同合作。

人因?qū)W科多學(xué)科交叉體系的建立, 首先應(yīng)該考慮的是在一些重要的科研領(lǐng)域中, 人因?qū)W要與其它領(lǐng)域?qū)W科(例如, 計算機科學(xué)、航空、航天)合作提供人因?qū)W的解決方案, 在實踐中建立多學(xué)科交叉的具體應(yīng)用, 以體現(xiàn)多學(xué)科交叉在實踐工作中的主要價值。航天航空作為我國人因?qū)W應(yīng)用的重要領(lǐng)域, 在多學(xué)科交叉的科研體制建設(shè)中已經(jīng)開展了一些初步的工作。例如, 我國載人航天系統(tǒng)的人?系統(tǒng)整合設(shè)計在組織和管理層面上已做了人因科學(xué)的規(guī)定, 包括載人航天器出廠放行需要通過工效學(xué)分系統(tǒng)的評價(陳善廣等, 2015)。民用大飛機研發(fā)中正在初步形成一個相應(yīng)的人因?qū)W人才、標準、流程、方法論的支持環(huán)境(許為, 陳勇, 2012)。另一方面, 人因?qū)W科應(yīng)該與其他領(lǐng)域?qū)W科(例如, 工業(yè)設(shè)計、心理學(xué)、社會學(xué)、市場研究、交互設(shè)計)分享理念, 從人因?qū)W學(xué)科角度, 提供理論、流程、方法和工具上的支持, 從而為在體制上建立人因?qū)W科多學(xué)科交叉體系奠定基礎(chǔ)。

人因?qū)W科多學(xué)科交叉體系的建立有許多具體的工作要做。學(xué)科之間如何建立彼此之間的合作是建立多學(xué)科交叉體系的第一步。在政府層面需要考慮的是如何在科研單位、院校和企業(yè)之間, 至上而下的進行相關(guān)的組織方面的工作。我們認為人因?qū)W科多學(xué)科交叉體系不僅有利于人因?qū)W科本身的發(fā)展, 也有助于推動我國整個科研技術(shù)水平的提高和國民經(jīng)濟的快速發(fā)展。

3.2 設(shè)計和創(chuàng)新

作為一門應(yīng)用性學(xué)科, 人因?qū)W科必須面向應(yīng)用。人因?qū)W倡導(dǎo)的“以用戶為中心設(shè)計” (User- Centered Design, UCD)的理念一直沖擊著傳統(tǒng)的“以技術(shù)驅(qū)動設(shè)計”理念。創(chuàng)新設(shè)計和創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展是當前我國社會經(jīng)濟發(fā)展的熱點和趨勢。2018年全國兩會期間, 全國政協(xié)委員葉友達教授向大會提交了《關(guān)于鼓勵基于用戶體驗的設(shè)計創(chuàng)新, 加速科技創(chuàng)新成果轉(zhuǎn)化的提案》, 建議加大對基于用戶體驗的設(shè)計創(chuàng)新的宣傳力度, 建立全國或區(qū)域用戶體驗研究機構(gòu), 促進科技創(chuàng)新成果快速、高效落地。在這樣的背景下, 我們認為, 與用戶體驗密切相關(guān)的人因?qū)W科引領(lǐng)創(chuàng)新設(shè)計和創(chuàng)新驅(qū)動是科技、社會發(fā)展的必然結(jié)果, 我國的人因?qū)W科應(yīng)該在創(chuàng)新設(shè)計為突破口, 積極地參與到我國科技、經(jīng)濟發(fā)展中。

從學(xué)科性質(zhì)方面來看, 基于UCD理念的人因?qū)W在創(chuàng)新設(shè)計方面具有獨特的學(xué)科優(yōu)勢。Evans, Buckland和Lefer (2004)研究了美國兩個世紀以來著名的53位創(chuàng)新者的創(chuàng)新過程(從電話到互聯(lián)網(wǎng)搜索引擎)。結(jié)果表明, 所有的創(chuàng)新都經(jīng)歷了在實驗室里開展對原始技術(shù)發(fā)明的研發(fā), 然后商業(yè)推廣, 最后形成了用戶可用、會用、易用的產(chǎn)品的漫長過程。整個創(chuàng)新的過程本質(zhì)上就是一種持續(xù)地將人的因素(用戶要求、用戶體驗、使用場景等)和技術(shù)的不斷調(diào)整達到最佳的人機匹配的過程, 使技術(shù)有用、易學(xué)、易用, 從而為人創(chuàng)造一種新體驗的生活和工作方式。這樣一個“大眾化”和“實用性”創(chuàng)新過程本質(zhì)上就是體驗創(chuàng)新, 這正是人因?qū)W的UCD理念所倡導(dǎo)的。因此, 當前的創(chuàng)新實踐也是提升人因?qū)W影響力的新機遇。

然而, 人因?qū)W的引領(lǐng)和驅(qū)動作用在創(chuàng)新實踐中并沒有完全發(fā)揮出來, 并且也遭到一些質(zhì)疑。例如, Skibsted和Hansen (2011)曾質(zhì)疑UCD理念對創(chuàng)新設(shè)計的價值, 認為UCD理念會導(dǎo)致用戶引領(lǐng)了創(chuàng)新過程, 從而限制了獨特創(chuàng)意的貢獻。但是, 正如 Kitson (2011)所指出的, UCD理念并不是用戶引領(lǐng)或驅(qū)動的理念, 而應(yīng)該是人因?qū)W專家(或其他UCD實踐人員)將用戶置于研發(fā)的中心位置, 通過提煉和洞察用戶需求, 從用戶行為和使用數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)或預(yù)測新的使用模型和交互方式, 從而為創(chuàng)新設(shè)計服務(wù)而不是完全由用戶來決定設(shè)計。

當前人因?qū)W引領(lǐng)創(chuàng)新設(shè)計至少可以通過以下幾種途徑來實現(xiàn)：(1)新用戶需求和使用場景驅(qū)動式創(chuàng)新。采用人因?qū)W的行為科學(xué)研究方法和工具(例如, 用戶現(xiàn)場研究, 大數(shù)據(jù)用戶建模)開展用戶研究, 挖掘或預(yù)測潛在的(尚未發(fā)現(xiàn))有價值的用戶需求、使用場景、最佳用戶體驗著陸區(qū), 從而驅(qū)動創(chuàng)新產(chǎn)品功能需求和用戶體驗的定義, 促成更多滿足多元化不同人群和個性化產(chǎn)品的創(chuàng)新。(2)人機融合驅(qū)動的智能技術(shù)創(chuàng)新。開發(fā)人因?qū)W的人機融合和協(xié)同認知系統(tǒng)的理論, 推動對以人的生物智能和以人工智能等為代表的機器智能通過深度的融合來達到智能互補, 在信息感知、記憶、決策等多個層次相互配合, 從而實現(xiàn)不同使用場景中具最佳人機智能組合的創(chuàng)新設(shè)計。(3)人機交互創(chuàng)新。人因?qū)W科對人機交互的研究可促進許多現(xiàn)有和新的交互技術(shù)的應(yīng)用?；谛录夹g(shù)和通過人因?qū)W研究驗證, 發(fā)現(xiàn)新的人機交互通道(例如, 基于腦電測量的人腦接口交互); 或利用已有的單通道人機交互組成高效的多通道交互(例如, 視線交互與體感交互的組合, 手臂肌電傳感、加速信號與手勢交互的組合)。(4)體驗驅(qū)動的端到端整體解決方案創(chuàng)新?；赨CD理念和方法, 在研發(fā)的全周期過程中優(yōu)化用戶體驗生態(tài)鏈中所有交互接觸點的設(shè)計, 開發(fā)出體驗驅(qū)動的差別化和創(chuàng)新的人因?qū)W端到端整體解決方案。此類創(chuàng)新的范圍廣泛并且突破了傳統(tǒng)人因?qū)W的應(yīng)用范圍, 除了產(chǎn)品設(shè)計上的體驗創(chuàng)新, 還包括基于體驗驅(qū)動的創(chuàng)新型服務(wù)設(shè)計、商業(yè)新業(yè)態(tài)或新模式的人因?qū)W端到端整體解決方案。

綜上所述, 人因?qū)W可以利用自身學(xué)科的理念和方法通過體驗驅(qū)動創(chuàng)新來引領(lǐng)創(chuàng)新設(shè)計。在現(xiàn)有理論和方法論的基礎(chǔ)上, 充分利用人因?qū)W科的新技術(shù)和新途徑, 為創(chuàng)新設(shè)計提供一整套系統(tǒng)化的指導(dǎo)理論、方法、工具。

3.3 人因?qū)W科理論的提升

隨著人因?qū)W應(yīng)用領(lǐng)域的擴大以及人機交互的新特征的出現(xiàn), 人因?qū)W需要理論創(chuàng)新和更新, 開發(fā)基于人因?qū)W實驗證據(jù)的設(shè)計理論, 從而擴大對新技術(shù)產(chǎn)品研發(fā)的影響力。

現(xiàn)有人因?qū)W理論已不能滿足解決新技術(shù)帶來的人因?qū)W問題的需要。例如, 人機融合中人和機器的合作關(guān)系開拓了人因?qū)W的研究思路, 包括對現(xiàn)有人機功能分配、用戶任務(wù)分析、人因測評和測評指標、人機系統(tǒng)理論的再思考。人因?qū)W科要開發(fā)人機融合和協(xié)同認知系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論, 實現(xiàn)對現(xiàn)有人因?qū)W方法和人機關(guān)系理論創(chuàng)建的突破。普適計算中, 人機交互必須考慮到人的認知加工的通道容量、資源分配等人的因素局限性問題, 從而保證人的認知特征與以任務(wù)為導(dǎo)向的交互活動之間的最佳匹配。另外, 充分理解隱式人機交互的人因?qū)W問題, 包括隱式人機交互中的交互模式、認知特征、認知負荷測評和建模等。對于智能化系統(tǒng)的設(shè)計, 人因?qū)W需要考慮如果針對人機社會交互中出現(xiàn)的新問題來提出人因?qū)W的解決方案, 包括用戶的隱私保護, 自主決策權(quán)、倫理、技能成長等。

人因?qū)W要善于利用現(xiàn)有的成熟理論, 更新和轉(zhuǎn)化到新的應(yīng)用領(lǐng)域。例如, 飛機駕駛艙機載人?自動化交互(HAI)的人因?qū)W研究已取得許多成果, 包括對自動化層次與績效關(guān)系, 自動化模式, 自動化情景意識等(許衛(wèi), 2004)。然而, 人因?qū)W對人?機器人交互(HRI)的研究是滯后于當前技術(shù)的發(fā)展的(Sheridan, 2016)。以往的HRI的研究主要注重于監(jiān)控機器人(如工業(yè)流水線)和遙控機器人(如航天空間站), 人因?qū)W要加強對新類型機器人的研究, 包括自動運輸工具(如無人駕駛車、無人機)以及社會交互類機器人(如康復(fù)、娛樂、家居服務(wù)); 提供自動化信任、情景意識、人機交互、文化因素影響等方面的人因?qū)W設(shè)計理論。另外, 人因?qū)W對飛機駕駛艙機載人機交互的研究也已取得許多成果, 需要轉(zhuǎn)化和更新到無人機的人機交互研發(fā)中。例如, 借助情景意識設(shè)計和測評的技術(shù)來解決無人機對環(huán)境感知和避撞的問題。在大型特殊用途無人機的人機交互設(shè)計方面, 地面“飛行員”的監(jiān)控作業(yè)既不同于傳統(tǒng)飛機駕駛艙內(nèi)的機載人機交互作業(yè), 也不同于傳統(tǒng)地面計算機工作臺上的監(jiān)控作業(yè), 為支持跨區(qū)域飛行操作, 地面飛行員的監(jiān)控作業(yè)涉及跨“飛行員”和跨“飛行監(jiān)控臺”, 如何優(yōu)化此類無人機的人機交互、地面“飛行員”的情景意識、認知工作負荷、自動化監(jiān)控等都對人因?qū)W的設(shè)計理論轉(zhuǎn)化和更新提出了新要求(Hobbs & Lyall, 2016)。

人因?qū)W科開發(fā)基于實驗證據(jù)的人機交互設(shè)計理論可為優(yōu)化人機交互設(shè)計起作用, 這對于新技術(shù)的應(yīng)用尤其重要。自然用戶界面(NUI)和多通道交互(MMI)是目前快速發(fā)展的領(lǐng)域, 需要人因?qū)W設(shè)計理論的貢獻。例如, 在體感(手勢)交互中, 研究人的工作記憶容量, 交互的自然性和文化特征等因素對交互有效性的影響(龐小月等, 2014); 如何利用加速計和肌電傳感等多通道的余度信息來進一步提高手勢交互的準確性。在虛擬現(xiàn)實人機交互方面, 典型的虛擬現(xiàn)實綜合癥(VRISE)需要人因?qū)W的解決方案。人因?qū)W需要提供標準化的VRISE定義和測評方法理論(Rebelo, Noriega, Duarte, & Soares, 2012); 需要進一步研究虛擬和虛實混合環(huán)境中的人的空間知覺和認知能力以及局限性, 為工程技術(shù)提供有指導(dǎo)意義的設(shè)計理論。另外, 通過提供諸如視線交互和體感交互結(jié)合的多通道交互設(shè)計理論來改善VRISE, 從而提高人機交互有效性和用戶沉浸感體驗。

3.4 人因?qū)W科新技術(shù)應(yīng)用

我國人因?qū)W在航天、軍用飛機、工程心理學(xué)、人因可靠性等領(lǐng)域已展開許多研究和應(yīng)用, 對這些領(lǐng)域內(nèi)今后發(fā)展的展望可參見相關(guān)的文獻總結(jié)(陳善廣等, 2015; 李鵬程等, 2016;姚永杰, 劉秋紅, 王慶敏, 史衛(wèi)民, 2016; 孫向紅, 吳昌旭, 張亮, 瞿煒娜, 2011)。我們認為, 目前我國的人因科學(xué)首先應(yīng)該在智能系統(tǒng)、用戶體驗、航天航空和醫(yī)療健康領(lǐng)域中優(yōu)先發(fā)展和應(yīng)用。

3.4.1 智能系統(tǒng)

智能系統(tǒng)廣義地是指基于人工智能等技術(shù)的帶有智能特征的產(chǎn)品、服務(wù)、業(yè)態(tài)、產(chǎn)業(yè),包括智能城市、智能家居、智能制造、智能醫(yī)療、智能物聯(lián)網(wǎng)、無人駕駛車或無人機、機器人、虛擬現(xiàn)實、智能無人商店等等。目前, 人工智能及智能技術(shù)已從學(xué)術(shù)牽引轉(zhuǎn)向需求牽引, 正在催生出許多基于智能技術(shù)的新產(chǎn)品、新模式、新業(yè)態(tài)。正如10多年前互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的掀起帶來的應(yīng)用開發(fā)熱潮, 對于面向用戶的智能系統(tǒng),最后的贏家一定是重視人的因素和用戶體驗的產(chǎn)品。因此, 智能系統(tǒng)給人因?qū)W的研究和應(yīng)用帶來了許多新的機遇。面對如此龐大的應(yīng)用, 我國的人因?qū)W科要找準切入點, 根據(jù)本身學(xué)科特點, 協(xié)同合作, 提供人因?qū)W的解決方案。例如, 作為差別化設(shè)計方案的情感計算(Affective Computing)是目前人工智能研究的熱點之一(Jeon, 2017)。人因?qū)W可研究如何有效地借助面部識別、視覺追蹤、上下文情景感知和用戶生物感應(yīng)等多通道輸入來實現(xiàn)情感計算。近期的智能系統(tǒng)創(chuàng)新應(yīng)重點考慮在以弱人工智能為主的智能產(chǎn)品, 而不是片面追求大而全但技術(shù)和體驗尚不成熟的強人工智能產(chǎn)品。此外, 除了進一步開展對自適應(yīng)用戶界面的自適應(yīng)方式、屬性和算法等基礎(chǔ)研究, 以及智能化交互顯示研究以外(葛列眾, 孫夢丹, 王琦君, 2015; 鄭燕, 王璟, 葛列眾, 2015), 人因?qū)W可從多種途徑考慮自適應(yīng)人機交互環(huán)路中對人的績效和認知加工狀態(tài)的測量指標以及技術(shù), 包括采用神經(jīng)人因?qū)W的腦電成像測量、情景意識測量、認知計算建模等方法, 通過這些有效的測量和技術(shù)來來優(yōu)化自適應(yīng)智能技術(shù)的整體系統(tǒng)設(shè)計。

3.4.2 用戶體驗

隨著“體驗經(jīng)濟”時代的到來, 用戶體驗(User Experience, UX)正在中國各行各業(yè)形成一種共識, 具備了獨立的行業(yè)基礎(chǔ)。2018年全國兩會期間, 全國政協(xié)委員葉友達教授的提案, 從國家層面啟動基于用戶體驗的設(shè)計創(chuàng)新倡議, 構(gòu)建用戶體驗設(shè)計創(chuàng)新戰(zhàn)略和行動綱領(lǐng), 意義重大。人因?qū)W和UX實踐共同分享以用戶人為中心設(shè)計的理念, UX實踐需要人因?qū)W的理論、基于實驗證據(jù)的設(shè)計原則、方法論上的支持, 同時也幫助提升人因?qū)W的影響力。我國的UX的實踐現(xiàn)在已經(jīng)走過了入門門檻低、側(cè)重于一般消費者領(lǐng)域、多學(xué)科磨合的最初普及階段, 現(xiàn)在開始進入了實踐的深水區(qū)階段。針對下一波用戶體驗在深水區(qū)的實踐, 借助當前人因?qū)W科的新技術(shù)和新途徑, 人因?qū)W需要為UX的理論、方法、工具的提升提供學(xué)科上的支持(許為, 2017; Xu & Furie, 2016)。在工具方面, UX實踐需要更多有效的工具來幫助設(shè)計復(fù)雜的人機交互系統(tǒng)。例如, 認知工作分析、面向情景意識的設(shè)計、用戶體驗路線圖、用戶體驗架構(gòu)圖、更為成熟的用戶體驗測試等(葛列眾等, 2017; Xu, 2014)。在設(shè)計理論方面, 要形成成熟的體驗驅(qū)動創(chuàng)新理論和方法; 開發(fā)和更新人機融合、協(xié)同認知系統(tǒng)、人?自動化交互、人?機器人交互等設(shè)計理論。在方法論方面, 采用社會技術(shù)系統(tǒng)的人因?qū)W新途徑來考慮端對端的整體UX的解決方案。

3.4.3 航天航空

我國的人因?qū)W科在航天航空領(lǐng)域得到了長足的發(fā)展, 但是還有許多基礎(chǔ)性的工作需要進一步的開展。在航天人因?qū)W研究方面, 要利用人因?qū)W的新技術(shù)和新途徑。例如, 開展新型人機智能交互技術(shù)的研究, 解決當前手勢、眼動、腦機等的交互技術(shù)在航天特殊操作環(huán)境中的應(yīng)用; 神經(jīng)人因?qū)W在航天員應(yīng)激、作業(yè)負荷測評、培訓(xùn)和選拔中應(yīng)用的研究; 認知計算建模在航天人誤機理、人誤分析和預(yù)測模型的研究; 情景意識在機載航天員與自動化交互的研究(陳善廣等, 2015; 陳善廣, 王春慧, 陳曉萍, 姜國華, 2015)。

我國人因?qū)W科在軍用和民用航空領(lǐng)域的研究發(fā)展不均衡, 作為新的領(lǐng)域, 我們這里側(cè)重討論人因?qū)W民用航空的應(yīng)用。受益于國家民用“大飛機”項目, 針對大型民機的民用航空領(lǐng)域的人因?qū)W科研究應(yīng)運而發(fā)展。首先, 這方面基礎(chǔ)性的工作包括明確定義駕駛艙人機交互的設(shè)計理念, 以及制定企業(yè)人因工程設(shè)計標準。另外, 要進一步地開發(fā)人因?qū)W工具, 包括駕駛艙人因工程綜合仿真和建模方法(陳迎春, 2013)、人誤分析和預(yù)測建模等(許為, 陳勇, 2014)。近期, 在設(shè)計方面, 要將人因?qū)W的理念和方法整合到飛機研發(fā)的全周期流程中, 并且在設(shè)計各節(jié)點上整合人因?qū)W的方法, 實現(xiàn)人因工程測試和質(zhì)量的控制。在適航認證方面, 要開展對人因?qū)W適航認證和取證測試方法的研究。重點開展對FAR25.1302適航條款中有關(guān)人誤、FAR25.1523適航條款中有關(guān)最小機組人員工作量等與飛行員認知作業(yè)相關(guān)的適航條款的取證要求、方法、技術(shù)研究(許為, 陳勇, 2013)。從長遠來看, 要開展駕駛艙人機工效綜合仿真與方法, 新一代人機界面和交互的概念預(yù)先研究, 機載智能系統(tǒng)和人?自動化交互的優(yōu)化研究, 文化對機載人機交互的影響, 自由飛行管理和空中交通管制(ATC)對機載人機界面和飛行員認知工作負荷和情景意識的影響。另外, 進一步開發(fā)駕駛艙人因?qū)W認知計算建模工作, 機載人?機系統(tǒng)的安全性及其人誤產(chǎn)生機制的研究, 以及智能化人機交互的研備研究。人因?qū)W科的新技術(shù)和新途徑有助于開展以上許多研究。

3.4.4 醫(yī)療健康

在醫(yī)療健康領(lǐng)域中, 人因?qū)W的應(yīng)用范圍很廣, 主要的研究工作可以有：醫(yī)療儀器設(shè)備、手術(shù)室、ICU內(nèi)設(shè)備人機交互設(shè)計的研究, 例如采用基于認知工作分析的生態(tài)界面設(shè)計(EID)來改進整個ICU室中對病人監(jiān)控復(fù)雜系統(tǒng)的人機交互設(shè)計。在手術(shù)操作、診斷、檢測、交流、配方配藥等方面開展人誤研究。新技術(shù)為人因?qū)W開拓了更廣寬的應(yīng)用空間, 包括面向殘疾人人腦接口的神經(jīng)人因?qū)W研究、康復(fù)和殘疾人的智能和服務(wù)機器人的人機融合研究、智能穿戴式健康類設(shè)備、智能和精準醫(yī)療研究。采用社會技術(shù)系統(tǒng)的人因?qū)W新途徑來系統(tǒng)地洞察各用戶(病人、臨床醫(yī)生、病理醫(yī)生、醫(yī)院管理、保險公司等)的需求, 與各方面合作來找到端到端的整體用戶體驗的研究。

4 總結(jié)和展望

我國人因?qū)W開拓者朱祖祥教授(1995)在《人類工效學(xué)》創(chuàng)刊期的《中國人類工效學(xué)的回顧與展望》一文中, 提出了我國人因?qū)W今后發(fā)展的4個重點：開展人因?qū)W基礎(chǔ)研究, 參與國家重大項目, 積極與國際接軌, 開展解決社會實際問題的應(yīng)用研究。經(jīng)過20多年的實踐, 我國人因?qū)W有了長足的發(fā)展, 但這些建議仍然是我國人因?qū)W界應(yīng)該繼續(xù)努力的總方向。根據(jù)本文所分析和討論的人因?qū)W發(fā)展的新取向, 我們對我國人因?qū)W科當前迫切需要解決的問題提出以下一些建議。

4.1 建立完善的人因?qū)W科高校教育體系

目前我國高校人因?qū)W學(xué)科的建設(shè)是不完善的, 無法滿足新一波技術(shù)對人因?qū)W科人才隊伍的需求。要加大對人因?qū)W科類專業(yè)教育的投入, 當務(wù)之急要做的是開設(shè)人因?qū)W科的本科專業(yè), 增加博士碩士學(xué)位授予點。人因?qū)W科研究生的錄取要強調(diào)不同學(xué)科間的交叉融合, 特別鼓勵跨學(xué)科的本科生報考。人因?qū)W科的高校教育體系要采用“學(xué)位 + 副修 + 課程”的模型。除了專門的學(xué)位點設(shè)置以外, 允許本科生將人因?qū)W科作為副修。另外要在高校的相關(guān)專業(yè)中增加人因?qū)W科課程, 如計算機科學(xué)、工業(yè)設(shè)計、工程制造等領(lǐng)域。在人才培養(yǎng)方面, 鼓勵跨學(xué)科研究生的培養(yǎng), 打破專業(yè)間的壁壘, 注重培養(yǎng)學(xué)生跨學(xué)科、系統(tǒng)思維、創(chuàng)新、應(yīng)用和合作的能力。

4.2 建立完善的各層面的產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的以交叉學(xué)科為基礎(chǔ)的人因?qū)W科科研體系

要建立大學(xué)、科研單位和企業(yè)等各個層面的產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的以交叉學(xué)科為基礎(chǔ)的科研體制。在政府層面需要在國家科技大項目、軍民融合等項目中, 針對相關(guān)的重大研究問題專門為人因?qū)W科立項, 并鼓勵科研單位、院校和企業(yè)之間以及跨學(xué)科的合作。在企業(yè)和院校間鼓勵設(shè)置企業(yè)?高校聯(lián)合實驗室, 將院校研究直接有效地與應(yīng)用對接, 在院校內(nèi)部設(shè)置跨學(xué)科研究機構(gòu)來開展跨學(xué)科研究。作為一門應(yīng)用交叉性學(xué)科, 人因?qū)W科專業(yè)人員要積極參與到新一波技術(shù)的應(yīng)用研究中, 從人因?qū)W科理念出發(fā), 采用系統(tǒng)方法, 充分開展與其他學(xué)科的合作。同時, 深化神經(jīng)人因?qū)W、認知工程、認知計算建模和協(xié)同認知系統(tǒng)等人因?qū)W科新技術(shù)的研究和推廣。建立集科學(xué)探索(S)、技術(shù)創(chuàng)新(T)和產(chǎn)品研發(fā)(P)為一體的高效率創(chuàng)新研究體系, 全國各大學(xué)、科研單位和企事業(yè)同行一起為推動我國人因?qū)W科發(fā)展而努力。

4.3 建立人因?qū)W科行業(yè)資質(zhì)標準和設(shè)計標準體系

參考美國HFES的人因?qū)W科的專業(yè)認證制, 在我國探索實行人因?qū)W科職業(yè)上崗資格認證和取證制度。同時, 我國要考慮設(shè)立對工程、產(chǎn)品、服務(wù)等業(yè)務(wù)開展人因?qū)W第三方認證服務(wù)。雖然, 2009年, 全國人類工效學(xué)標準化技術(shù)委員會中國標準出版社第四室曾出版過人類工效學(xué)標準匯編(全國人類工效學(xué)標準化技術(shù)委員會, 中國標準出版社第四編輯室, 2009a, 2009b, 2009c), 但是, 我國還是要進一步建立起對應(yīng)國際標準化組織(ISO)的國家、行業(yè)、企業(yè)的多層面人因?qū)W科工業(yè)標準和評價體系的體系, 開發(fā)急需領(lǐng)域中的國家、行業(yè)、企業(yè)各層面的人因?qū)W設(shè)計標準。完善監(jiān)督制度, 將人因?qū)W設(shè)計入產(chǎn)品設(shè)計與評估的各個環(huán)節(jié)中。

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New trends in human factors

XU Wei; GE Liezhong

(Center for Psychological Sciences, Zhejiang University, Hangzhou 310058, China)

Emerging technologies, new features of human-computer interaction, and unique social and human needs have created a favorable opportunity for the further development of Human Factors and related disciplines in China. This paper first discusses and analyzes some representative new technologies and new approaches, including neuroergonomics, cognitive engineering, joint cognitive systems, and sociotechnical systems, that have expanded the depth and breadth of Human Factors and related fields of study. The paper then discusses the challenges and strategies in the applications of Human Factors and related disciplines. To further develop these academic fields in our country, this paper proposes three actions. The first action to take is to solve the problem of establishing an interdisciplinary research and education system. The second and third actions are to pay attention to innovations in Human Factors theories and take innovative design as the breakthrough point. Intelligent systems, user experience, space and aviation, and health care are the domains with high priority for research and application of Human Factors and related areas of study. At present, four urgent steps are necessary: (a) establish a fully developed higher education system, (b) organize an interdisciplinary research structure, (c) institute professional certification, and (d) develop a system for Human Factors design standards.

Human factors; human factors engineering; ergonomics; human-computer interaction; user experience

許為, 留美心理學(xué)博士和計算機科學(xué)碩士?，F(xiàn)任美國英特爾(Intel)公司IT人因工程中心研究員, 英特爾IT跨領(lǐng)域人因工程技術(shù)工作委員會主席, 浙江大學(xué)心理科學(xué)研究中心兼職研究員, 國際標準化組織(ISO)工效學(xué)技術(shù)委員會(TC159/SC4)美國專家組(TAG)成員, 中國商飛上海飛機設(shè)計研究院海外專家。自80年代中期以來, 許為一直從事人因?qū)W的研究、設(shè)計和標準開發(fā)工作, 主要研究方向為人機交互、航空人因工程和認知工程。曾在浙江大學(xué)(原杭州大學(xué))心理學(xué)系從事人因?qū)W教學(xué)和航空人因?qū)W科研多年, 獲省部級科研獎3項; 曾在美國波音飛機制造公司從事美國國家航空航天局(NASA)、波音777/波音737-NG/波音767-ER飛機駕駛艙等人因工程研究和設(shè)計工作多年; 為中國商飛大飛機相關(guān)項目提供人因工程咨詢; 在美國英特爾公司從事計算技術(shù)領(lǐng)域人因工程研發(fā)。許為以第一作者身份在人因?qū)W重要期刊Human Factors, Ergonomics, International Journal of Human Computer Interaction, 《心理學(xué)報》等上發(fā)表論文20余篇; 許多研究、設(shè)計和標準成果已應(yīng)用在國內(nèi)外多種飛機機型和計算產(chǎn)品系統(tǒng)中; 獲多項人因工程設(shè)計獎; 參與開發(fā)10多項國際ISO、美國ANSI/HFES、美國波音、國內(nèi)航空部級人因工程技術(shù)標準; 開發(fā)并擁有8項英特爾人因工程技術(shù)標準。

2018-04-20

許為, E-mail: weixu6@yahoo.com

B849

10.3724/SP.J.1042.2018.01521