人機界面任務難度對老年人認知負荷的影響研究

何相梓，李佳陽，韓 麗，張 蒙，馮 茹

（哈爾濱石油學院，黑龍江 哈爾濱 150028）

1 研究對象

通過線上線下發(fā)布海報的方法，邀請了不同年齡段的被試者60人。本研究中，老年組20人，男8人，女12人，年齡62-75歲，平均年齡67歲。另外青年組20人，男女各10人，年齡18-30歲，平均23歲；中年組20人，男12人，女8人，年齡45-56歲，平均48歲作為對照試驗樣本。所有被試者的受教育程度在高中及以上，視力或矯正視力正常，沒有語言交流障礙，沒有智力障礙。

2 實驗設計

采用3（年齡組：青年、中年、老年）×3（任務難度：高難度、中難度、低難度）的混合實驗設計。設置“低難度”水平、“中難度”水平和“高難度”水平三種不同的任務，分別為界面單一目標任務，多目標任務，動態(tài)多目標任務。

實驗的因變量包括績效指標、生理指標和主觀負荷指標?？冃е笜税ㄍ瓿蓵r間、操作失誤次數(shù)。生理指標主要包括瞳孔直徑（PP）、從任務開始到任務結束的關注與分布情況、單位時間內(nèi)的眨眼次數(shù)和掃描頻次等眼動指標。主觀負荷指標為NASA-TLX量表的6個維度和NASA-TLX量表的總負荷值，本研究采用各個維度的平均值作為NASA-TLX表的總負荷值。

實驗設備采用由瑞典Tobii公司開發(fā)的X3-120眼動儀，硬件包括眼動儀追蹤設備、攝像頭和揚聲器。該設備將眼動追蹤裝置與HP23寸寬屏顯示器組合在一起，實驗材料由顯示器呈現(xiàn)且通過眼動追蹤裝置記錄被試的眼動信息。

3 實驗結果

3.1 任務難度對績效指標的影響

3（年齡組：青年、中年、老年）×3（情緒效價：低難度、中難度、高難度）的重復測量方差分析結果表明，任務難度的主效應有統(tǒng)計意義（P＜0.05），年齡與任務難度的交互作用有統(tǒng)計意義（P＜0.05）。實驗的任務難度對任務完成時間、操作失誤次數(shù)有顯著性影響。不同任務難度下不同年齡被試對績效指標的描述性統(tǒng)計結果見表1、表2。

表1 不同年齡組被試者在不同任務難度下錯誤率統(tǒng)計結果（±s）

表1 不同年齡組被試者在不同任務難度下錯誤率統(tǒng)計結果（±s）

?

表2 不同年齡組被試者在不同任務難度下完成時間統(tǒng)計結果（±s）

表2 不同年齡組被試者在不同任務難度下完成時間統(tǒng)計結果（±s）

?

3.2 任務難度對眼動指標的影響

在不同任務難度下，操作者的瞳孔直徑變化不是很明顯。眨眼頻率與掃視頻次隨著運動強度的增加下降。采用眼動高級分析功能對老年人組不同任務的熱點圖進行分析發(fā)現(xiàn)：隨著任務難度的增加，被試者進行眼動追蹤的區(qū)域更大。在難度低的任務中主要關注區(qū)域是顯示區(qū)域的左上角區(qū)域，在難度高的任務下主要關注區(qū)域在屏幕的上半部分。如圖1所示。

圖1 不同任務難度下眼動熱圖

3.3 任務難度對主觀負荷指標的影響

不同難度任務下，三組人群對主觀負荷指標的影響趨勢接近。本研究重點分析老年組數(shù)據(jù)，對老年人主觀工作負荷指標的描述性統(tǒng)計結果。方差分析結果表明，老年人人機界面的任務難度對績效滿意度和總負荷有顯著影響，在三種不同難度的任務下，其中績效滿意度和總負荷存在著明顯的差異。任務難度由低難度任務過渡到高難度任務的過程中，績效滿意度隨著難度的增加顯著降低，總負荷逐漸增大。

4 結束語

隨著人機界面任務難度的漸次提高，對老年人的認知負荷水平需求也在增加，任務績效降低，這一結果與主觀評價指標的數(shù)據(jù)分析結果相同。眼動指標中掃視頻率可反映工作負荷的變化規(guī)律，可視化熱圖可以評估任務難度對注意分布的影響，反映老年人操作任務中認知負荷的水平。因此，在老年人人機界面設計系統(tǒng)（如汽車駕駛、手機支付、銀行自助系統(tǒng)等）的認知負荷評價研究中，應考慮人機匹配性，建立多指標的老年人人機界面認知負荷綜合評價模型。該研究對老年人適應的人機界面的難度和對界面的認知信息獲取量，以及在操作過程中所花費的時間精力能作出一個判斷與分析，有助于老年人人機界面的人性化發(fā)展。