基于認(rèn)知負(fù)荷的老年人家用血糖儀優(yōu)化設(shè)計研究

薛浩奇， 張 昆

（中國礦業(yè)大學(xué) 建筑與設(shè)計學(xué)院， 江蘇 徐州 221116）

0 引言

根據(jù)第七次全國人口普查的數(shù)據(jù)，我國60 歲及以上的人口占全部人口的比重為18.7%， 這一數(shù)據(jù)表明我國已經(jīng)處于人口老齡化階段。 預(yù)計到2023 年，老年人口數(shù)量將增長到2.7 億，到2050 年，老年人口總量將超過4億，老齡化水平推進到30%以上[1]。 我國將在很長一段時間內(nèi)處于人口老齡化階段，老年人的醫(yī)療健康問題日益受到人們的重視。 與此同時， 家用醫(yī)療產(chǎn)品的出現(xiàn)使得老年人在家中便可以完成身體數(shù)據(jù)的采集與檢測， 緩解了老年人外出就診的壓力。 由于老年人身體機能的衰退以及心理需求的變化，他們的認(rèn)知能力會產(chǎn)生明顯的降低，在使用家用醫(yī)療產(chǎn)品時容易產(chǎn)生較大的認(rèn)知負(fù)荷。因此，本文以家用血糖儀為例， 旨在減輕老年人使用家用血糖儀過程中產(chǎn)生的認(rèn)知負(fù)荷， 提升老年人使用家用血糖儀的用戶體驗。

1 認(rèn)知負(fù)荷

1.1 認(rèn)知負(fù)荷理論

認(rèn)知作為人最基本的一種心理過程，是指個體獲得知識和解決問題的過程和能力，即信息處理的過程和能力[2]。主要包括感覺、知覺、錯覺、注意、記憶、想象等認(rèn)知行為，用來解釋人們完成各種思維活動的過程， 這個過程往往伴隨認(rèn)知負(fù)荷的產(chǎn)生。

澳大利亞的認(rèn)知心理學(xué)家約翰·斯威勒（John Sweller）以資源有限理論和圖式理論為基礎(chǔ)，從資源分配的角度詳細(xì)分析了認(rèn)知負(fù)荷。 在1988 年首先系統(tǒng)的提出認(rèn)知負(fù)荷理論（Cognitive Load Theory），認(rèn)為認(rèn)知負(fù)荷是在一個特定的作業(yè)時間內(nèi)施加于個體認(rèn)知系統(tǒng)的心理活動總量[3]。 認(rèn)知負(fù)荷理論假設(shè)人的認(rèn)知結(jié)構(gòu)由長時記憶和工作記憶組成。 長時記憶原則上擁有無限的容量，可以存儲各種類型的信息，當(dāng)進行新的認(rèn)知任務(wù)時，不同復(fù)雜程度和自動化程度的圖式能夠快速組織工作記憶中處理的信息和知識。 工作記憶的容量是有限的， 一次只能存儲5-9 個信息或者信息組塊， 接受刺激后信息首先進入工作記憶中進行加工處理， 當(dāng)在工作記憶中需要加工的信息數(shù)超過所能承載的信息總數(shù)時， 便會出現(xiàn)認(rèn)知效率降低的現(xiàn)象。 不同用戶對于信息加工處理的過程會有所差異，也就是說個體認(rèn)知需求水平會影響其認(rèn)知負(fù)荷情況，最終導(dǎo)致認(rèn)知效率的差異[4]。

1.2 認(rèn)知負(fù)荷產(chǎn)生的原因

認(rèn)知負(fù)荷產(chǎn)生的前提是要有認(rèn)知任務(wù)的參與， 當(dāng)用戶進行某項操作的過程中不涉及認(rèn)知任務(wù)時， 便不會產(chǎn)生認(rèn)知負(fù)荷， 就像貨車空載行駛狀態(tài)下不會產(chǎn)生載荷一樣。認(rèn)知負(fù)荷理論認(rèn)為人的認(rèn)知資源是有限的，尤其是人的工作記憶中的認(rèn)知資源是有限的， 當(dāng)完成認(rèn)知任務(wù)所需的認(rèn)知資源大于人所具有的認(rèn)知資源總量時， 因無法分配給完成認(rèn)知任務(wù)所需的足夠認(rèn)知資源， 便會出現(xiàn)認(rèn)知負(fù)荷過載現(xiàn)象，即產(chǎn)生認(rèn)知負(fù)荷[5]。 此外，任務(wù)的新穎性、復(fù)雜性、完成任務(wù)的時間壓力、學(xué)習(xí)材料的性質(zhì)等任務(wù)特征以及學(xué)習(xí)者的個體能力、 先前知識經(jīng)驗、 認(rèn)知風(fēng)格、 元認(rèn)知以及自我效能感等學(xué)習(xí)者特征都會影響認(rèn)知負(fù)荷的產(chǎn)生[6]。這可以很好的解釋為什么同一目標(biāo)用戶處理不同實驗材料、 不同目標(biāo)用戶處理同一實驗材料時產(chǎn)生了不同程度的認(rèn)知負(fù)荷。 一方面，對于老年人來說，自身生理、心理發(fā)生的一系列變化：感知能力、學(xué)習(xí)能力、注意力、記憶力等會產(chǎn)生一定的減弱；另一方面，隨著社會的快速發(fā)展，一些老年人的思維方式、生活習(xí)慣很難跟上時代發(fā)展的步伐， 在使用一些家用醫(yī)療產(chǎn)品時挫敗感強烈，極易產(chǎn)生較大的認(rèn)知負(fù)荷，影響到日常生活。 不合理的認(rèn)知負(fù)荷會嚴(yán)重影響到產(chǎn)品的可用性和用戶體驗[7]，因此， 分析老年人使用家用醫(yī)療產(chǎn)品時產(chǎn)生認(rèn)知負(fù)荷的原因并尋找減輕認(rèn)知負(fù)荷的措施，是十分有價值的。

2 老年人家用血糖儀認(rèn)知負(fù)荷分析

2.1 現(xiàn)有品牌家用血糖儀的篩選

血糖儀自問世至今， 已有50 年左右的發(fā)展歷史，經(jīng)歷了五次更新迭代[8]，各種檢測技術(shù)和功能都日趨成熟和完善，從最初的采血量多、檢測誤差大、體積大、只能在醫(yī)院使用，發(fā)展到如今的微量采血、檢測精確、輕便可攜帶、可以在多種場景中使用，極大的方便了用戶檢測血糖。目前市場上國內(nèi)外品牌的血糖儀種類繁多， 經(jīng)過問卷調(diào)查和用戶訪談發(fā)現(xiàn)，國產(chǎn)的一款家用血糖儀——長沙三諾血糖儀受眾多，用戶人群廣泛。 因此，本研究以三諾GA-3型家用血糖儀為例，通過觀察分析家用血糖儀的整個使用流程， 結(jié)合布魯姆認(rèn)知領(lǐng)域分類模型和老年人的特征分析他們在使用家用血糖儀過程中產(chǎn)生的認(rèn)知負(fù)荷情況。

2.2 認(rèn)知負(fù)荷分析

2.2.1 任務(wù)流程分析

首先，以三諾GA-3 型血糖儀為例，對家用血糖儀使用流程中的認(rèn)知負(fù)荷進行詳細(xì)分析，見圖1。 劃分其使用過程中的8 個任務(wù)節(jié)點并詳細(xì)分析任務(wù)流程，分別為：

圖1 家用血糖儀使用流程中的認(rèn)知負(fù)荷分析

（1）準(zhǔn)備測量物品（準(zhǔn)備血糖儀、采血筆、試紙盒、采血針盒、酒精棉片、血糖記錄單）。

（2）組裝采血筆（擰下筆帽、取一支采血針、采血針插入采血筆、拔掉針帽、擰上筆帽）。

（3）調(diào)節(jié)采血深度（調(diào)整穿刺深度、拉動筆尾固定穿刺深度）。

（4）正確安裝試紙（取一張試紙、試紙插入血糖儀、核對屏幕和試紙盒上編號是否相同）。

（5）采血檢測（酒精棉片消毒采血部位、按下采血按鈕、擠出足夠量血滴、血滴吸入試紙偵測區(qū)、酒精棉片輕壓止血）。

（6）了解血糖狀況（讀取血糖值、記錄血糖值、判斷血糖值）。

（7）清理檢測用品（取出并丟掉使用過的試紙和采血針）。

（8）收回測量物品（收回血糖儀、采血筆、試紙盒、采血針盒、酒精棉片、血糖記錄單）。

2.2.2 認(rèn)知任務(wù)描述

將認(rèn)知任務(wù)分解到足夠的深度是準(zhǔn)確描述認(rèn)知任務(wù)的前提， 本研究中采用布魯姆的認(rèn)知領(lǐng)域分類模型對家用血糖儀使用過程中的認(rèn)知任務(wù)進行分類， 以期準(zhǔn)確的描述認(rèn)知任務(wù)。 布魯姆的認(rèn)知分類模型將認(rèn)知任務(wù)分為六個分類級別， 按照認(rèn)知復(fù)雜性由低到高的順序依次為知識、理解、應(yīng)用、分析、綜合、評價[9]。 其中每一級別都有相應(yīng)的描述和示例動詞，見表1。 例如對知識這一最低分類級別的描述是回憶特定的事實或想法， 對應(yīng)的示例動詞為記住、定義、列出、記憶。根據(jù)此分類模型對相應(yīng)任務(wù)流程中的認(rèn)知任務(wù)展開描述， 將描述的認(rèn)知任務(wù)歸類到對應(yīng)的分類級別， 對家用血糖儀使用流程中具體認(rèn)知任務(wù)的描述見圖1。

表1 布魯姆的認(rèn)知領(lǐng)域分類模型

2.2.3 認(rèn)知負(fù)荷判斷

根據(jù)劃分的分類級別在布魯姆分類模型中所處的層級， 結(jié)合老年人的認(rèn)知特征分析老年人產(chǎn)生認(rèn)知負(fù)荷的原因， 通過專家小組研討的方法收集多位設(shè)計專業(yè)人員的意見， 對每一層級描述的認(rèn)知任務(wù)進行認(rèn)知負(fù)荷水平的判斷。對于處于同一分類層級的認(rèn)知任務(wù)，由于需要的認(rèn)知能力有所不同， 產(chǎn)生的認(rèn)知負(fù)荷水平會有一定的區(qū)別。 綜合考慮每一分類級別的認(rèn)知復(fù)雜性和老年人需要動用的認(rèn)知能力， 判斷每一層級的認(rèn)知負(fù)荷水平， 并用低、中、高三個等級進行區(qū)分。其中，采血筆分解為筆帽和筆身兩部分、采血針和采血筆組裝起來、采血筆筆帽和筆身組裝起來、判斷穿刺深度是否合適、識別出何時松開筆尾、試紙組裝到血糖儀上、通過編號是否相同判斷試紙是否正確、先前的使用經(jīng)驗按下采血按鈕、先前的使用經(jīng)驗處理擠出的血滴、識別出屏幕上的血糖值、每次的測量結(jié)果集成在一起、判斷血糖值是否正常、根據(jù)之前的使用經(jīng)驗處理使用過的物品，這些認(rèn)知任務(wù)產(chǎn)生了高認(rèn)知負(fù)荷，其余描述的認(rèn)知任務(wù)產(chǎn)生了中、低等級的認(rèn)知負(fù)荷。本研究中主要針對產(chǎn)生高認(rèn)知負(fù)荷的認(rèn)知任務(wù)進行分析，對產(chǎn)生中、低等級認(rèn)知負(fù)荷的認(rèn)知任務(wù)暫不考慮。

2.2.4 高認(rèn)知負(fù)荷減輕措施

從區(qū)分出的不同水平的認(rèn)知負(fù)荷中篩選出高認(rèn)知負(fù)荷部分，針對產(chǎn)生高認(rèn)知負(fù)荷的認(rèn)知任務(wù)進行分析，提出降低高認(rèn)知負(fù)荷的措施和建議，見圖1。 例如，組裝采血筆這一任務(wù)節(jié)點下的將采血針和采血筆組裝起來這一認(rèn)知任務(wù)，由于老年人視力、注意力的下降，組裝的精細(xì)操作對其來說難度較大， 為降低此認(rèn)知任務(wù)中產(chǎn)生的高認(rèn)知負(fù)荷，提出采血筆中可一次置入多支采血針的建議，避免了每次測量都需要組裝采血針， 減少了認(rèn)知負(fù)荷的產(chǎn)生。又如，了解血糖狀況任務(wù)節(jié)點下的根據(jù)血糖值波動情況判斷血糖水平是否正常這一認(rèn)知任務(wù)中， 考慮到老年人視力、注意力、記憶力的下降，完成這一認(rèn)知任務(wù)對老年人來說比較困難，會產(chǎn)生較高的認(rèn)知負(fù)荷，提出通過智能語音的方式反饋近期的血糖水平， 并給出調(diào)節(jié)血糖水平的建議。 增加反饋可以減少老年人進行重復(fù)認(rèn)知任務(wù)的次數(shù)[10]，本措施從多通道的角度向老年人反饋血糖變化趨勢，間接降低了對其注意力、記憶力的要求，減輕了完成此認(rèn)知任務(wù)時產(chǎn)生的認(rèn)知負(fù)荷水平。

3 老年人家用血糖儀的優(yōu)化與對比

以整個任務(wù)流程中產(chǎn)生高認(rèn)知負(fù)荷的認(rèn)知任務(wù)為研究對象， 根據(jù)高認(rèn)知負(fù)荷減輕措施對家用血糖儀進行優(yōu)化設(shè)計， 主要目標(biāo)在于降低進行此類認(rèn)知任務(wù)時產(chǎn)生的認(rèn)知負(fù)荷水平。

3.1 老年人家用血糖儀的優(yōu)化

優(yōu)化后的設(shè)計效果圖及使用狀態(tài)圖，見圖2 和圖3。

圖2 設(shè)計效果圖

圖3 使用狀態(tài)圖

3.2 老年人家用血糖儀的對比

對優(yōu)化前后的家用血糖儀展開對比分析，邀請30 位設(shè)計專業(yè)人員通過李克特五階量表進行評價打分， 發(fā)現(xiàn)優(yōu)化后的家用血糖儀可以有效減輕老年人使用過程中的認(rèn)知負(fù)荷，且具有以下優(yōu)點：

（1）優(yōu)化了部分任務(wù)流程，減少了無關(guān)認(rèn)知任務(wù)。老年人家用血糖儀以減輕使用過程中產(chǎn)生高認(rèn)知負(fù)荷的措施為指導(dǎo)，減少了老年人需要處理的認(rèn)知任務(wù)的數(shù)量。 例如在采血筆中增加了一個可以同時存儲多支采血針的裝置，當(dāng)一次測量結(jié)束后， 采血筆中預(yù)備的采血針會自動更新，并在采血筆上顯示剩余針數(shù)，無剩余可用采血針時會提醒更換補充。減少了每次測量時需要安裝采血針這一認(rèn)知任務(wù)，避免了無關(guān)認(rèn)知資源的消耗，從而減輕了認(rèn)知負(fù)荷。

（2）智能的方式輔助老年人進行血糖測量。例如在了解血糖狀況這一任務(wù)中， 血糖儀會自動記錄每次測量的血糖值并進行分析判斷， 通過可視化的血糖狀態(tài)曲線和語音播報的方式將檢測結(jié)果反饋給用戶。 智能的方式完成老年人以往需要獨自完成的認(rèn)知任務(wù)， 減少了老年人需要付出的認(rèn)知資源，避免了認(rèn)知負(fù)荷過載現(xiàn)象的出現(xiàn)。

4 結(jié)束語

隨著我國老年人口的逐年增多，老年人的健康問題日益受到人們的重視，與之密切相關(guān)的老年家用醫(yī)療產(chǎn)品將有很大的市場前景。本研究從使用家用血糖儀的任務(wù)節(jié)點入手，詳細(xì)分析了整個任務(wù)流程，運用布魯姆的認(rèn)知分類模型對認(rèn)知任務(wù)進行分類并展開描述，結(jié)合老年人的認(rèn)知特性判斷產(chǎn)生的認(rèn)知負(fù)荷水平，提出降低高認(rèn)知負(fù)荷的措施， 通過這些措施指導(dǎo)家用血糖儀的優(yōu)化設(shè)計，并驗證發(fā)現(xiàn)優(yōu)化后的家用血糖儀相比優(yōu)化前減輕了老年人使用過程中產(chǎn)生的認(rèn)知負(fù)荷。 以家用血糖儀為例展開老年人使用過程中產(chǎn)生認(rèn)知負(fù)荷的研究，旨在為家用醫(yī)療產(chǎn)品的設(shè)計研究提供一定的參考，減輕老年人使用家用醫(yī)療產(chǎn)品的認(rèn)知負(fù)荷，提升老年群體的用戶體驗。