第2章 認(rèn)知心理學(xué)與人機(jī)工程學(xué)94877-精

第2章

認(rèn)知心理學(xué)與人機(jī)工程學(xué)

1內(nèi)容摘要認(rèn)知的多個(gè)過程，包括感知、關(guān)注、記憶、學(xué)習(xí)、識(shí)別、閱讀、說話和聆聽、規(guī)劃、推理和決策認(rèn)知特點(diǎn)對(duì)交互界面設(shè)計(jì)的影響認(rèn)知的概念框架人機(jī)工程學(xué)與人機(jī)界面設(shè)計(jì)2認(rèn)知心理學(xué)認(rèn)知心理學(xué)研究人們?nèi)绾潍@得外部世界信息，信息在人腦內(nèi)如何表示并轉(zhuǎn)化為知識(shí)，知識(shí)怎樣存儲(chǔ)又如何用來指導(dǎo)人們的注意和行為

認(rèn)知心理學(xué)涉及心理活動(dòng)的全部過程——從感覺到知覺、識(shí)別、注意、學(xué)習(xí)、記憶、概念的形成、思維、表象、回憶、語言、情緒和發(fā)展過程。

3感知和認(rèn)知人的感知:通過人體器官和組織進(jìn)行人與外部世界的信息的交流和傳遞認(rèn)知:人們?cè)谶M(jìn)行日常活動(dòng)時(shí)發(fā)生于頭腦中的事情，它涉及思維、記憶、學(xué)習(xí)、幻想、決策、看、讀、寫和交談等

人的感知是認(rèn)知的基礎(chǔ)，認(rèn)知是將感知獲取的信息綜合運(yùn)用認(rèn)知分為經(jīng)驗(yàn)認(rèn)知和思維認(rèn)知認(rèn)知過程是相互聯(lián)系的，單純的一個(gè)認(rèn)知過程是非常少見的4視覺感知視覺是人與周圍世界發(fā)生聯(lián)系的最重要的感覺通道。外界80%的信息都是通過視覺得到的，因此視覺顯示是人機(jī)交互系統(tǒng)中用的最多的人機(jī)界面。5視覺感知視覺感知可以分為兩個(gè)階段：受到外部刺激接收信息階段和解釋信息階段。一方面，眼睛和視覺系統(tǒng)的物理特性決定了人類無法看到某些事物；另一方面，視覺系統(tǒng)進(jìn)行解釋處理信息時(shí)可對(duì)不完全信息發(fā)揮一定的想象力。進(jìn)行人機(jī)交互設(shè)計(jì)需要清楚這兩個(gè)階段及其影響，了解人類真正能夠看到的信息。

6眼睛的構(gòu)造7視干細(xì)胞和視錐細(xì)胞的功能區(qū)別視干細(xì)胞視錐細(xì)胞在低水平照明時(shí)（如夜間）起作用在高水平照明時(shí)（如白天）起作用區(qū)別黑白區(qū)別彩色對(duì)光譜中綠色部分最敏感，在遠(yuǎn)離視網(wǎng)膜中心處最多對(duì)光譜中黃色部分最敏感，在視網(wǎng)膜中部最多對(duì)極弱的刺激敏感主要在識(shí)別空間位置和要求敏銳地看物體時(shí)起作用

8視角和視敏度

視角9視角和視敏度一般人能夠在2m分辨2mm-20mm的細(xì)節(jié)，為我們?cè)O(shè)計(jì)界面時(shí)字符大小和間距提供了依據(jù)。視敏度：指人眼對(duì)細(xì)節(jié)的感知能力，通常用被辨別物體最小間距所對(duì)應(yīng)的視角的倒數(shù)表示。10感知物體大小、相對(duì)距離和深度利用視覺影像中的線索：覆蓋關(guān)系：被覆蓋的物體相對(duì)較遠(yuǎn)；大小比例：一般來講，較大的物體距離較近；對(duì)物體的熟悉度：對(duì)非常熟悉物體，人們對(duì)物體的大小在頭腦中事先有一個(gè)期望和預(yù)測(cè)，因此在判斷物體距離時(shí)很容易和他看到的物體的大小聯(lián)系起來

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感知亮度亮度是光線明亮程度的主觀反映

增強(qiáng)亮度可以提高視敏度

隨著亮度的增加，閃爍感也會(huì)增強(qiáng)。在高亮度時(shí)，光線變化低于50Hz，視覺系統(tǒng)就會(huì)感到閃爍在設(shè)計(jì)交互界面時(shí)，要考慮使用者對(duì)亮度和閃爍的感知，盡量避免使人疲勞的因素，創(chuàng)造一個(gè)舒適的交互環(huán)境。

12感知色彩

人能感覺到不同的顏色，這是眼睛接受不同波長的光的結(jié)果。

顏色通常用三種屬性表示：色度、強(qiáng)度和飽和度。色度是由光的波長決定的，正常的眼睛可感受到的光譜波長為400μm-700μm。

13視錯(cuò)覺

萊亞錯(cuò)覺物體的組合方式將影響觀察者的感知方式：人們總會(huì)夸大水平線而縮短垂直線。視錯(cuò)覺同樣會(huì)影響到顯示頁面的對(duì)稱性。人們經(jīng)常把對(duì)稱頁面的中心看得稍微偏上些，如果頁面以實(shí)際中心為基準(zhǔn)排版設(shè)計(jì)，人們就會(huì)感到頁面上部比下部分要短，影響視覺效果。在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)者就會(huì)以視覺中心為基準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖形界面。14閱讀進(jìn)行交互界面設(shè)計(jì)時(shí)，文字符號(hào)的處理，特別是文字的排版和顯示，也要根據(jù)人們的視覺感知特點(diǎn)，找出其中一些規(guī)律。閱讀分為幾個(gè)階段：頁面上文字的形狀被人眼感知，文字被編碼成相關(guān)的內(nèi)部語言表示，語言在人腦中被解釋成有語法和語義的單詞或句子15閱讀成年人閱讀是通過字的特征（如字的形狀）加以識(shí)別。改變字的顯示方式（如用大寫字母，改變字體等），會(huì)影響到閱讀的速度和準(zhǔn)確性。9～12號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)字體（英文）更易于識(shí)別，頁面的寬度在58～132mm之間閱讀效果最佳。在明亮的背景下顯示灰暗的文字比在灰暗的背景下顯示明亮的文字更能提高人的視敏度，增強(qiáng)文字的可讀性。16專業(yè)排版字號(hào)、磅數(shù)與實(shí)際尺寸對(duì)照表：字號(hào)磅數(shù)級(jí)數(shù)(近似)毫米主要用途

七號(hào)5.2581.84排角標(biāo)小六號(hào)7.78102.46排角標(biāo)、注文

六號(hào)7.87112.8角注、版權(quán)注文小五號(hào)9133.15注文、報(bào)刊正文五號(hào)10.5153.67書刊報(bào)紙正文小四號(hào)12184.2標(biāo)題、正文四號(hào)13.75204.81標(biāo)題、公文正文三號(hào)15.75225.62標(biāo)題、公文正文小二號(hào)18246.36標(biāo)題二號(hào)21287.35標(biāo)題小一號(hào)24348.5標(biāo)題一號(hào)27.5389.63標(biāo)題小初號(hào)365012.6標(biāo)題初號(hào)425914.7標(biāo)題17聽覺聽覺感知傳遞的信息僅次于視覺，可人們一般都低估了這些信息。人的聽覺可以感知大量的信息，但被視覺關(guān)注掩蓋了許多。聽覺所涉及的問題和視覺一樣，即接受刺激，把它的特性轉(zhuǎn)化為神經(jīng)興奮，并對(duì)信息進(jìn)行加工，然后傳遞到大腦。18

耳朵的構(gòu)造19聲音的處理聲波在空氣中的振動(dòng)傳播的特性音調(diào)與聲波的頻率有關(guān)，低頻能產(chǎn)生低調(diào)的聲音，高頻能產(chǎn)生高調(diào)的聲音。響度指在頻率一定的情況下聲波的振幅。音色與發(fā)聲的材料有關(guān)，不同的樂器可以產(chǎn)生相同頻率和振幅的聲波，但音色不同。20聲音的處理人類能夠聽到頻率在20Hz~20kHz之間的聲音，其中在1000Hz~4000Hz范圍內(nèi)聽覺的感受性最高。500Hz以下和5000Hz以上的聲音，強(qiáng)度很大時(shí)才能被聽到。音頻超過140dB時(shí)，所引起的不再是聽覺而是痛覺。人可以辨認(rèn)的語音頻率范圍是260~5600Hz。21

聲音的解釋聽覺系統(tǒng)把輸入分為三類：噪聲和可以忽略的不重要的聲音；被賦予意義的非語言聲音，如動(dòng)物的叫聲；用來組成語言的有意義的聲音。聽覺系統(tǒng)就像視覺系統(tǒng)一樣，利用以前的經(jīng)驗(yàn)來解釋輸入。22

觸覺觸覺在交互中的作用是不可低估的，尤其對(duì)有能力缺陷的人，如盲人，是至關(guān)重要的觸覺的感知機(jī)理與視覺和聽覺的最大不同在于它的非局部性溫度感受器-冷熱傷害感受器-疼痛機(jī)械刺激感受器-壓力23觸覺實(shí)驗(yàn)表明，人的手指的觸覺敏感度是前臂的觸覺敏感度的10倍。對(duì)人身體各部位觸覺敏感程度的了解有助于基于觸覺的交互設(shè)備的設(shè)計(jì)。動(dòng)覺的概念：對(duì)人的軀干和四肢的位置的感覺24

認(rèn)知過程與交互原則

認(rèn)知涉及到多個(gè)特定類型的過程，包括：關(guān)注感知和識(shí)別記憶學(xué)習(xí)閱讀說話和聆聽解題、規(guī)劃、推理和決策25認(rèn)知過程與交互原則許多認(rèn)知過程是相互依賴的，一個(gè)活動(dòng)可同時(shí)涉及多個(gè)不同的過程，只涉及一個(gè)過程的情況非常罕見，例如人們?cè)谶x購商品時(shí)就涉及關(guān)注、感知、識(shí)別、說話、思考、決策等過程。26經(jīng)驗(yàn)認(rèn)知經(jīng)驗(yàn)認(rèn)知指的是有效、輕松地觀察、操作和響應(yīng)周圍的事件，它要求具備某些專門知識(shí)并達(dá)到一定的熟練程度，如使用Word字處理系統(tǒng)編輯文檔，操作機(jī)床加工零件，閱讀，駕駛汽車等。27思維認(rèn)知思維認(rèn)知?jiǎng)t有所不同，它涉及思考、比較和決策，是發(fā)明創(chuàng)造的來源，如設(shè)計(jì)、學(xué)習(xí)、寫作等。這兩個(gè)模式在日常生活中都是必不可少的，只是二者需要不同類型的技術(shù)支持。28什么是關(guān)注關(guān)注就是在某個(gè)時(shí)刻，從眾多可能的事物中選擇一個(gè)，并把精力集中在這個(gè)事物上。關(guān)注涉及到聽覺和視覺。例如，彩民對(duì)彩票中獎(jiǎng)號(hào)碼的關(guān)注，如果通過收聽廣播來獲得號(hào)碼，這就是一個(gè)“聽覺關(guān)注”；如果通過查找報(bào)刊來獲得號(hào)碼，這就是一個(gè)“視覺關(guān)注”。從這里也可以看出，關(guān)注這一過程主要與兩個(gè)方面有關(guān)：目標(biāo)和信息表示。

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關(guān)注關(guān)注的不同類型視覺關(guān)注：查找報(bào)刊來獲得號(hào)碼

聽覺關(guān)注：收聽廣播來獲得號(hào)碼

關(guān)注相關(guān)的因素目標(biāo)：確切知道需要找什么，人們就可以把獲得的信息與目標(biāo)相比較。信息的表示形式：信息的顯示方式對(duì)于人們能否快速捕捉到所需的信息片斷有很大的影響。分類顯示的信息就比較便于人們查找

30信息表示方法：分類表示分類顯示的信息就比較便于人們查找。如圖是WindowsXP系統(tǒng)中的一個(gè)文件列表。由于對(duì)文件按字母順序進(jìn)行了排序，且對(duì)信息進(jìn)行了分欄，并對(duì)各欄進(jìn)行了分割，因此按文件名查找一個(gè)文件是非常容易的。31信息表示方法：分類表示32關(guān)注特點(diǎn)對(duì)界面設(shè)計(jì)的要求由人的關(guān)注特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)人機(jī)交互界面時(shí)應(yīng)做到。信息的顯示應(yīng)醒目，以便執(zhí)行任務(wù)時(shí)使用，可使用動(dòng)畫圖形、彩色、下劃線，對(duì)條目及不同的信息進(jìn)行排序，在條目之間使用間隔符等。避免在界面上安排過多的信息。尤其要謹(jǐn)慎使用色彩、聲音和圖像，人們傾向于使用過多的這類表示，而導(dǎo)致界面混雜，分散用戶的注意力，讓用戶反感。樸實(shí)的界面更容易使用。33343536

感知和識(shí)別在結(jié)合不同的媒體時(shí)，應(yīng)確保用戶能夠理解它們表示的復(fù)合信息。在結(jié)合使用聲音和動(dòng)畫時(shí)，需要仔細(xì)協(xié)調(diào)，合理安排它們的調(diào)用次序。在設(shè)計(jì)虛擬人物時(shí)，就應(yīng)該使其唇形與所說的話同步，兩者之間的微小延遲都會(huì)使人難以忍受，這類似于給外文電影配音。用戶應(yīng)能不費(fèi)力地區(qū)別圖標(biāo)或其他圖形表示的不同含義。37感知和識(shí)別聲音應(yīng)足夠響亮而且可辨識(shí)，以便用戶理解它們的含義。用戶應(yīng)能夠理解輸出的語音及其含義。文字應(yīng)清晰易讀，且不受背景干擾如可以在黑色或藍(lán)色背景上使用黃色文字，但不能在白色或綠色背景上使用黃色文字。在虛擬環(huán)境中使用觸覺反饋時(shí)，用戶應(yīng)能識(shí)別各種觸覺表示的含義。例如“緊握”的觸感與“按下”的觸感不同。3839感知的理解性：根據(jù)已有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)去理解當(dāng)前的感知對(duì)象，這種特性稱為感知的理解性。由于人們的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)不同，所以對(duì)感知到對(duì)象的理解也會(huì)有不同，與知覺對(duì)象有關(guān)的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)越豐富，對(duì)知覺對(duì)象的理解也就越深刻。在復(fù)雜的環(huán)境中，知覺對(duì)象隱蔽、外部標(biāo)志不鮮明、提供的信息不充分時(shí)，語言的提示或思維的推論，可喚起過去的經(jīng)驗(yàn)，幫助人們?nèi)チ⒓蠢斫猱?dāng)前的感知對(duì)象，使之完整化。此外，人的情緒狀態(tài)也影響人對(duì)感知對(duì)象的理解。40感知的選擇性

作用于感官的事物是很多的，但人不能同時(shí)感知作用于感官的所有事物或清楚地感知事物的全部。人們總是按照某種需要或目的主動(dòng)地有意識(shí)地選擇其中少數(shù)事物作為感知對(duì)象，對(duì)它產(chǎn)生突出清晰的感知映象。把某些對(duì)象從某背景中優(yōu)先地區(qū)分出來，并予以清晰反映的特性稱為感知的選擇性。41

感知對(duì)象和背景的關(guān)系是可以相互轉(zhuǎn)換的。42

在感知時(shí)，用以往所獲得的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)來理解當(dāng)前的感知對(duì)象的特征稱為感知的理解性。由于感知具有理解性，因此人們?cè)诟兄骋皇挛飼r(shí)，就會(huì)把他們以往所習(xí)得的與事物相關(guān)的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)帶入感知過程中，以便取得事物的深刻認(rèn)識(shí)。例如，一幅戲劇海報(bào)，對(duì)于戲劇知識(shí)比較豐富并且對(duì)平面設(shè)計(jì)有一定知識(shí)的人，可以從海報(bào)中了解到其豐富的內(nèi)涵，而在這兩方面知識(shí)都不是很豐富的人。卻只能感知到表面的東西。感知的理解性434445感知過程中的信息存儲(chǔ)

（1）感覺儲(chǔ)存。感覺儲(chǔ)存又稱感覺記憶或瞬時(shí)記憶。它是外界輸入刺激后人對(duì)信息加工的第一個(gè)模塊，感覺記憶的儲(chǔ)存時(shí)間大約為0.25s～2s。

感覺記憶是記憶的初始階段，它是外界刺激以極短的時(shí)間一次呈現(xiàn)后，一定數(shù)量的信息在感覺通道內(nèi)迅速被登記并保持一瞬間的過程。

46（2）感覺儲(chǔ)存的編碼。感覺儲(chǔ)存編碼形式主要依賴于信息的物理特征，因而具有鮮明的形象性。視覺的感覺記憶叫圖像記憶，聽覺的感覺記憶編碼形式稱為聲像記憶。（3）感覺儲(chǔ)存和工作記憶的交互作用。工作記憶是感覺記憶和長時(shí)記憶的中間階段，即輸入信息經(jīng)過再編碼，使其容量擴(kuò)大。保持時(shí)間大約為5s~2min

47感覺記憶｛圖像記憶，容量為17個(gè)字母，保留時(shí)間200ms聲像記憶，容量5個(gè)字母，保留時(shí)間1500ms。（4）感知映象的衰退和儲(chǔ)存容量。感知記憶(包括視覺映象和聽覺映象)隨時(shí)間消逝而衰退。實(shí)驗(yàn)研究表明，感知記憶中殘存的信息數(shù)量隨時(shí)間的消逝而遵循指數(shù)曲線規(guī)律迅速下降。用半衰期參數(shù)來描述衰退過程。48記憶

人的大腦能夠把輸入或經(jīng)過加工的信息儲(chǔ)存起來，在需要時(shí)再把這些儲(chǔ)存的信息取出，這一過程稱為記憶。它包括存儲(chǔ)和提取兩個(gè)階段。根據(jù)信息的輸入、加工、儲(chǔ)存、提取方式的不同以及信息儲(chǔ)存時(shí)間長短的不同，人的記憶分為：感覺記憶、工作記憶、長時(shí)記憶。49工作記憶（短時(shí)記憶）工作記憶也叫短時(shí)記憶和操作記憶，是感覺記憶和長時(shí)記憶的中間階段。由于持續(xù)時(shí)間很短，相對(duì)容量有限的記憶被稱為短時(shí)記憶。人類所有的智力活動(dòng)都必須從工作記憶中取得所需要的加工材料，操作的結(jié)果也必須經(jīng)過工作記憶以進(jìn)一步加工或輸出，因而工作記憶在認(rèn)知系統(tǒng)中的功能類似于計(jì)算機(jī)的通用寄存器。工作記憶中的元素不是以基本物理形式存在的，而是以有意義的最小單元存在。有意義的最小單元被稱為“組塊”。50工作記憶的特點(diǎn)信息保持時(shí)間很短。在無復(fù)述的情況下，一般保持5-20s,最長不超過1分鐘。記憶容量小。信息一次呈現(xiàn)后立即正確記憶的最大量一般為5-9個(gè)互不關(guān)聯(lián)的項(xiàng)目。若在記憶過程中重新編碼、組塊，減少信息中獨(dú)立成分的數(shù)量，可提高工作記憶。對(duì)中斷的高度敏感。工作記憶極易受到干擾，受干擾的程度取決于工作記憶中存儲(chǔ)信息的多少。工作記憶中的信息可被意識(shí)。也就是說，只有短時(shí)記憶中的信息才能被保持在人們當(dāng)前的意識(shí)之中。51工作記憶的編碼及影響因素聽覺編碼和視覺編碼是工作記憶的主要編碼方式。研究表明，工作記憶的編碼通常是以聽覺的聲音符號(hào)方式進(jìn)行的，但在工作記憶的最初階段存在視覺形式編碼，之后逐漸向聽覺形式過渡。工作記憶編碼效果的影響因素：（1）覺醒水平；即大腦皮層的興奮水平；（2）工作記憶的組塊；（3）認(rèn)知加工深度。52工作記憶信息的存儲(chǔ)與遺忘

復(fù)述：是工作記憶信息存儲(chǔ)的有效方法。它可以防止工作記憶中的信息受到無關(guān)刺激的干擾而發(fā)生遺忘。遺忘：記憶的內(nèi)容不能保持或者提取有困難就是遺忘。工作記憶的內(nèi)容有限，儲(chǔ)存的時(shí)間也很短，無復(fù)述的情況下，保持15—30s。造成遺忘的最大原因主要是工作記憶中的信息受到其他無關(guān)信息的干擾。53阻止復(fù)述的情況下，保持時(shí)間間隔越長，正確的回憶率越低。54長時(shí)記憶長時(shí)記憶的含義：是指存儲(chǔ)時(shí)間在一分鐘以上、數(shù)月、數(shù)年乃至終身不忘的信息。長時(shí)記憶中儲(chǔ)存著過去所有的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)，這些信息是有組織的知識(shí)系統(tǒng)，對(duì)人的學(xué)習(xí)和行為決策有重要的意義。長時(shí)記憶容量沒有限制。信息的來源大部分是對(duì)工作記憶內(nèi)容的加工，也有由于印象深刻而一次獲得的。55長時(shí)記憶人的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，就是保持在長時(shí)記憶中的信息。長時(shí)記憶的內(nèi)容是以往信息處理的結(jié)果，比較穩(wěn)定，具有備用的作用，對(duì)人的活動(dòng)不會(huì)增加過多的負(fù)擔(dān)。人的長時(shí)記憶的容量很大，幾乎無限。長時(shí)記憶是最重要也是最復(fù)雜的記憶系統(tǒng)。一切后天獲得的經(jīng)驗(yàn)，包括語言規(guī)則在內(nèi)，都必然是長時(shí)記憶的組成部分。56長時(shí)記憶的信息儲(chǔ)存

長時(shí)記憶中信息的儲(chǔ)存是一個(gè)動(dòng)態(tài)過程。從量的方面，存儲(chǔ)信息的數(shù)量隨時(shí)間的遷移而逐漸下降；從質(zhì)的方面，存儲(chǔ)的信息會(huì)出現(xiàn)不同形式的變化。長時(shí)記憶中信息的儲(chǔ)存首先依賴于組織有效的復(fù)習(xí)，刺激物的重復(fù)出現(xiàn)是工作記憶向長時(shí)記憶轉(zhuǎn)化的條件，沒有復(fù)述的信息是不可能進(jìn)入長時(shí)記憶的。其次利用外部記憶手段，如記筆記等，最后，要注意腦的健康和用腦衛(wèi)生，保持良好的記憶。57長時(shí)記憶的信息提取

長時(shí)記憶的信息提取有兩種基本形式，即再認(rèn)和回憶。再認(rèn)是指人們對(duì)感知過、思考過或體驗(yàn)過的事物，當(dāng)它再度呈現(xiàn)時(shí)，仍能認(rèn)識(shí)的心理過程?；貞浭侨藗冞^去經(jīng)歷過的事物以形象或概念的形式在頭腦中重新出現(xiàn)的過程。回憶通常以聯(lián)想為基礎(chǔ)。58再認(rèn)的效果隨再認(rèn)的時(shí)間間隔而變化從學(xué)習(xí)到再認(rèn)的間隔時(shí)間越長，效果越差59

長時(shí)記憶的內(nèi)容是不能抹掉的，然而要在長時(shí)記憶中隨意提取一組塊卻并不是成功的。提取失敗的原因有兩個(gè)：一、找不到提取的線索；二、許多相似的提取線索和許多相似的組塊混在一起，互相干擾，以致阻礙了目標(biāo)組塊的提取。當(dāng)提取的線索要依賴聯(lián)想時(shí)，這種干擾的影響就更大。60遺忘

保持在頭腦中的信息，隨著時(shí)間的推移和后來經(jīng)驗(yàn)的影響，不論在時(shí)間上還是在數(shù)量上，都將發(fā)生一定的變化。在數(shù)量上變化的一個(gè)重要表現(xiàn)是識(shí)記的保持量逐漸減少，致使識(shí)記過的信息不能再認(rèn)和回憶，或者發(fā)生錯(cuò)誤的再認(rèn)和回憶，這就是遺忘。61

人們進(jìn)行了大量的研究發(fā)現(xiàn)遺忘的規(guī)律，遺忘發(fā)展的進(jìn)程是均衡的，在識(shí)記后的短時(shí)間內(nèi)，遺忘速度很快，以后逐漸緩慢，一定時(shí)間后，則處于停滯狀態(tài)幾乎不再忘記。遺忘的發(fā)展進(jìn)程還受識(shí)記材料的性質(zhì)、數(shù)量、學(xué)習(xí)程度以及識(shí)記時(shí)的主觀狀態(tài)等因素的制約。

62德國心理學(xué)家艾賓浩斯對(duì)記憶和遺忘進(jìn)行了大量的、系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究，得出了著名的艾賓浩斯遺忘曲線：63同時(shí)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，動(dòng)作記憶最易于長久保持，一項(xiàng)技能一年后只遺忘29%。其次是形象材料和有意義的材料，如能引起興趣的、符合需要的、在生活工作中占有重要地位的材料比抽象的材料、無意義的材料易于記憶。識(shí)記的材料數(shù)量越多，識(shí)記后保持量越少。64遺忘的原因：干擾是遺忘的重要原因。遺忘是因?yàn)樵趯W(xué)習(xí)和回憶之間受到其他刺激的干擾所致。對(duì)信息保持的干擾有兩種類型：一類稱為前攝干擾，即先前學(xué)習(xí)的材料對(duì)識(shí)記和回憶后學(xué)材料的干擾作用；另一類稱為倒攝干擾，即后面學(xué)習(xí)的材料對(duì)保持和回憶先學(xué)材料的干擾作用。65記憶

記憶就是回憶各種知識(shí)以便采取適當(dāng)?shù)男袆?dòng)。記憶過程中有三個(gè)環(huán)節(jié)：識(shí)記：相當(dāng)于信息的輸入和編碼過程，也就是使不同感官輸入的信息，經(jīng)過編碼而成為頭腦可接受的形式；保持：相當(dāng)于信息的貯存，即信息在頭腦中被再加工整理，使其成為有序地組織結(jié)構(gòu)，以便貯存；再認(rèn)和回憶：再認(rèn)和回憶相當(dāng)于信息的提取，編碼越完善、組織越有序，提取也就越容易，反之，提取越困難。66減輕記憶負(fù)擔(dān)人的識(shí)別能力大于回憶能力圖文界面替代命令界面安裝過程的wizard回憶提示密碼的提示語句信息檢索的兩大過程：定向回憶：記憶的信息盡可能貼切地描述所需檢索的信息,并在界面顯示檢索空間;掃描識(shí)別：即瀏覽各個(gè)文件目錄;67Windowxp搜索界面6869交互設(shè)計(jì)原則綜上所述，考慮人的記憶特點(diǎn)，進(jìn)行交互設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該注意的問題有：應(yīng)考慮用戶的記憶能力，勿使用過于復(fù)雜的任務(wù)執(zhí)行步驟。由于用戶長于“識(shí)別”而短于“回憶”，所以在設(shè)計(jì)界面時(shí)，應(yīng)使用菜單、圖標(biāo)，且它們的位置應(yīng)保持一致。為用戶提供多種電子信息（如文件、郵件、圖像）的編碼方式，并且通過顏色、標(biāo)志、時(shí)間戳、圖標(biāo)等，幫助用戶記住它們的存放位置。70學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)包括兩個(gè)方面：學(xué)習(xí)使用某個(gè)計(jì)算機(jī)應(yīng)用程序借助于計(jì)算機(jī)應(yīng)用程序，學(xué)習(xí)特定內(nèi)容。人們不喜歡采用的按部就班式的學(xué)習(xí)方式，而更喜歡“邊學(xué)習(xí)邊實(shí)踐”的方式。GUI和直接操作界面就能很好地支持這種方式，它們不但能提供交互式講解，還允許用戶“撤銷”自己的操作71學(xué)習(xí)Carroll提出了另一種幫助學(xué)習(xí)者的方法：在開始時(shí)，只允許初學(xué)者執(zhí)行基本功能，隨著他們經(jīng)驗(yàn)的積累，在逐步增加可執(zhí)行的功能。這個(gè)方法的基本思想是：使最初的學(xué)習(xí)過程盡可能簡(jiǎn)單，讓學(xué)習(xí)者先專注于簡(jiǎn)單操作，再接觸更復(fù)雜的操作。

72學(xué)習(xí)在交互式設(shè)計(jì)中，人們利用動(dòng)態(tài)鏈接來學(xué)習(xí)難學(xué)的事物，動(dòng)態(tài)鏈接能夠明確地表示內(nèi)容之間的關(guān)系，對(duì)問題加以解釋。為了有利于學(xué)習(xí)，應(yīng)有以下設(shè)計(jì)原則：界面設(shè)計(jì)應(yīng)能激發(fā)對(duì)用戶界面使用的探索。設(shè)計(jì)界面應(yīng)限制可選項(xiàng)，并引導(dǎo)用戶選擇合適的動(dòng)作。使用動(dòng)態(tài)鏈接把具體表示與待學(xué)習(xí)的抽象表示相聯(lián)系。73閱讀、說話和聆聽許多人認(rèn)為聆聽要比閱讀容易得多，但學(xué)習(xí)外語時(shí)，閱讀要比聆聽容易。以下是三種形式的不同之處：書面語言是永久性的，而聆聽是暫時(shí)性的。若第一次閱讀不理解，可以再讀一遍，但對(duì)于廣播消息，人們則無法做到這一點(diǎn)。閱讀比聽、說更快。人們可以快速掃描書面文字，但只能逐一聽取其他人所說的詞語。從認(rèn)知的角度來看，聽要比讀和說更容易。兒童尤其喜歡觀看基于多媒體或Web的敘述性學(xué)習(xí)材料，而不喜歡閱讀在線文字材料。書面語言往往是合乎語法的，而口頭語言常常不符合語法。74閱讀、說話和聆聽為了彌補(bǔ)人在某些方面的不足，開發(fā)了易于使用的系統(tǒng)。語音輸出系統(tǒng)，如適合盲人使用的文－語轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，可輸出人工合成的語音。認(rèn)知輔助系統(tǒng)，用于幫助有閱讀、書寫和語言障礙的人。研究人員已開發(fā)了許多特殊的界面以幫助這些人員。接受用戶語音指令的語音識(shí)別系統(tǒng)，如聽寫式字處理系統(tǒng)、聲控家電產(chǎn)品等；幫助人們學(xué)習(xí)外語的交互式課本和基于Web的材料；各種輸入、輸出設(shè)備，用于協(xié)助殘疾人士瀏覽互聯(lián)網(wǎng)、使用文字處理器和其他軟件包。75閱讀、說話和聆聽從方便用戶閱讀、說話和聆聽的角度，在人機(jī)界面設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意：盡量減少語音菜單、命令的數(shù)目。研究表明：人們很難掌握超過三四個(gè)語音選項(xiàng)的菜單的使用方法，人們也很難記住含有多個(gè)部分的語音指令。應(yīng)重視人工合成語音的語調(diào)，因?yàn)楹铣烧Z音要比自然語音難以理解。應(yīng)允許使用和自由放大文字，同時(shí)不影響格式，以方便難以閱讀小字體的用戶。76

解題、規(guī)劃、推理和決策這些認(rèn)知過程是要考慮做什么、有那些選擇、執(zhí)行某個(gè)活動(dòng)會(huì)有什么結(jié)果等。它們都屬于“思維認(rèn)知”過程，通常涉及有意識(shí)的處理（知道自己在思考什么），與他人（或自己）討論以及使用各種制品（如地圖、書本、筆和紙）。在實(shí)際決策中，往往包含多種可能的行動(dòng)方案，需要分析比較，擇優(yōu)選用。例如，人們?cè)诨ヂ?lián)網(wǎng)上查找信息時(shí)，往往會(huì)比較不同的信息來源。正如人們買東西時(shí)會(huì)多方詢問價(jià)格，也可以使用不同的搜索引擎，找出最價(jià)格最合適或提供了最佳信息的網(wǎng)站。77解題、規(guī)劃、推理和決策人的思維認(rèn)知能力取決于在相關(guān)行業(yè)的經(jīng)驗(yàn)以及對(duì)應(yīng)用和技能的掌握程度。新手往往只具備有限的知識(shí)，在一開始他們可能會(huì)頻頻犯錯(cuò)、操作效率低，也可能因?yàn)橹庇X錯(cuò)誤，或者由于缺乏預(yù)見能力而采取一些不合理的方法。相比之下，專家們則具備更豐富的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，且能夠選擇最優(yōu)的策略來完成任務(wù)。他們也具備預(yù)見能力，能夠預(yù)見某個(gè)舉動(dòng)或解決方案會(huì)有什么樣的結(jié)果。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮在界面中隱藏著一些附加信息，專門供那些希望學(xué)習(xí)如何更有效地執(zhí)行任務(wù)的用戶訪問。78情感的影響情感因素會(huì)影響人的感知和認(rèn)知能力積極的情感會(huì)使人的思考更有創(chuàng)造性、解決復(fù)雜問題的能力更強(qiáng);而消極的情感使人的思考更加片面，還會(huì)影響其他方面的感知和認(rèn)知能力；當(dāng)一個(gè)人處于積極的情感狀態(tài)時(shí)，對(duì)系統(tǒng)中的交互設(shè)計(jì)缺陷可能不會(huì)太在意，但這決不能成為可以設(shè)計(jì)一個(gè)較差的交互系統(tǒng)的理由。79情感的影響情感因素會(huì)影響人的感知和認(rèn)知能力一個(gè)好的交互系統(tǒng)，應(yīng)該能夠充分考慮人在各種情感狀態(tài)下的認(rèn)知特點(diǎn)，有針對(duì)性地進(jìn)行交互的設(shè)計(jì)。

一個(gè)差的交互系統(tǒng)，會(huì)反過來影響一個(gè)人的情緒，從而影響他解決問題的能力。80情感計(jì)算計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)像人類一樣能夠識(shí)別和表達(dá)感情，這被稱為“情感計(jì)算”。情感計(jì)算主要研究通過各種傳感器獲取由人的情感所引起的生理及行為特征信號(hào)，建立“情感模型”，從而訓(xùn)練感知、識(shí)別和理解人類情感的能力，并能針對(duì)用戶的情感做出智能、靈敏、友好反應(yīng)的個(gè)人計(jì)算系統(tǒng)，縮短人機(jī)之間的距離，營造真正和諧的人機(jī)環(huán)境。

81個(gè)體的差異進(jìn)行交互系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)還是不應(yīng)該忘記人是存在個(gè)性差異的，如：長期的，如性別、體力和智力水平。短期的，如壓力和情感因素對(duì)人的影響。隨時(shí)間變化的，如人的年齡等。人機(jī)交互設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮個(gè)體的差異當(dāng)進(jìn)行任何一種交互形式設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該考慮我們的決定是否會(huì)對(duì)目標(biāo)用戶中的一部分帶來不方便。現(xiàn)有的強(qiáng)調(diào)圖形界面的交互設(shè)計(jì)實(shí)際上排除了那些有視力缺陷的人，因此系統(tǒng)應(yīng)考慮提供其他的感知通道。8283概念模型及對(duì)概念模型的認(rèn)知概念模型：指的是一種用戶能夠理解的系統(tǒng)描述，它使用一組集成的構(gòu)思和概念，描述系統(tǒng)做什么、如何運(yùn)作、外觀如何等。8485

設(shè)計(jì)一個(gè)概念模型的關(guān)鍵過程應(yīng)包括如下兩個(gè)階段：了解用戶在執(zhí)行日常任務(wù)時(shí)做什么。選擇交互方式，并決定采用何種交互形式（是使用菜單系統(tǒng)，還是使用語音輸入，或命令式的系統(tǒng)）。有關(guān)交互方式的決策與有關(guān)交互形式的決策是不相同的。前者是更高層次的抽象，它關(guān)心的是要支持的用戶活動(dòng)的本質(zhì)，而后者關(guān)心的是特殊的界面類型。概念模型設(shè)計(jì)的關(guān)鍵過程86概念模型的迭代開發(fā)過程一個(gè)完整的概念模型也是一步步充實(shí)起來的，可以使用各種方法，包括草擬構(gòu)思情節(jié)串聯(lián)法描述可能的場(chǎng)景設(shè)計(jì)原型系統(tǒng)通過不斷的與用戶交流，逐步完善交互系統(tǒng)的概念模型。87對(duì)概念模型的認(rèn)知一個(gè)系統(tǒng)能夠做到讓用戶感到滿意，除了在設(shè)計(jì)開始階段建立一個(gè)好的概念模型以外，還應(yīng)該考慮如何根據(jù)人的認(rèn)知特點(diǎn)，提供多種手段，使用戶能盡快理解關(guān)于系統(tǒng)外觀及行為即概念模型的構(gòu)思，這是一個(gè)非?；镜膯栴}。

88三個(gè)相互聯(lián)系的概念模型

1.設(shè)計(jì)模型——設(shè)計(jì)師設(shè)想的模型，說明系統(tǒng)如何運(yùn)作。2.系統(tǒng)映像——系統(tǒng)實(shí)際上如何運(yùn)作。3.用戶模型——用戶如何理解系統(tǒng)的運(yùn)作。89三個(gè)相互聯(lián)系的概念模型

90三個(gè)相互聯(lián)系的概念模型

91三個(gè)相互聯(lián)系的概念模型

92三個(gè)相互聯(lián)系的概念模型

93三個(gè)相互聯(lián)系的概念模型

94如何在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中運(yùn)用系統(tǒng)模型和心理模型的匹配原則以用戶為中心的設(shè)計(jì)方法，就集中體現(xiàn)在它非常重視對(duì)于心理模型的研究工作。用戶訪談：即和實(shí)際用戶或潛在用戶面對(duì)面交流，聽取他們對(duì)產(chǎn)品的需求或期望；用戶現(xiàn)場(chǎng)觀察：即在用戶工作現(xiàn)場(chǎng)或?qū)⒁褂卯a(chǎn)品的地方觀察用戶當(dāng)前處理問題的方式，試圖找出當(dāng)前處理方式的問題或不足。競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品分析：這是因?yàn)槭袌?chǎng)上已經(jīng)有了這類產(chǎn)品，用戶就已經(jīng)形成了對(duì)該類產(chǎn)品的一種期望分析用戶對(duì)已有產(chǎn)品的反饋：這包括分析客戶技術(shù)支持或客戶投訴的歷史數(shù)據(jù)，用戶在新聞組上發(fā)表的對(duì)產(chǎn)品的評(píng)論等。……95幾種認(rèn)知概念框架

從人們不同的認(rèn)知特點(diǎn)，討論用戶如何理解系統(tǒng)概念模型，它們是：思維模型信息處理模型外部認(rèn)知模型分布式認(rèn)知模型96思維模型在認(rèn)知心理學(xué)中，思維模型被認(rèn)為是外部世界的某些因素在人腦中的反映，掌握和運(yùn)用思維模型使得人們能夠進(jìn)行推測(cè)和推理。思維模型牽涉到兩個(gè)過程—“構(gòu)建”和“運(yùn)用”過程，人們既可能進(jìn)行有意識(shí)的思維處理，也可能進(jìn)行無意識(shí)的思維處理。用戶思維模型：人們?cè)趯W(xué)習(xí)和使用系統(tǒng)的過程中，積累了有關(guān)如何使用系統(tǒng)的知識(shí)，而且在一定程度上，也積累了有關(guān)系統(tǒng)如何工作的知識(shí)。97思維模型用以指導(dǎo)交互的重要性若用戶已經(jīng)有了一個(gè)關(guān)于交互式系統(tǒng)的完整的思維模型，他們?cè)谑褂媒换ナ疆a(chǎn)品時(shí)，就會(huì)使用這個(gè)思維模型進(jìn)行推理，找出如何執(zhí)行任務(wù)的方法。

錯(cuò)誤的思維模型帶來錯(cuò)誤的思維模式：使用空調(diào)調(diào)溫器（受水龍頭、音量控制的影響）互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)頁瀏覽時(shí)的錯(cuò)誤思維模式98

正確的思維模型的建立在理想情況下，用戶開發(fā)的思維模型應(yīng)與設(shè)計(jì)人員開發(fā)的概念模型相符，如何幫助用戶達(dá)到這個(gè)目標(biāo)是一個(gè)非常關(guān)鍵的問題。一個(gè)交互式系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該開發(fā)一個(gè)易于用戶理解的系統(tǒng)映像，應(yīng)該做到及時(shí)響應(yīng)用戶的輸入并給出有用的反饋；提供易于理解的、直觀的反饋信息。99正確的思維模型的建立此外，一個(gè)好的交互系統(tǒng)還需要提供正確的信息類型以及正確的信息層次，以針對(duì)不同層次的用戶，提供不同層次的系統(tǒng)透明度。這方面包括：有條理的、易于理解的說明合適的在線幫助和自學(xué)教程上下文相關(guān)的用戶指南，即，針對(duì)不同層次的用戶，解釋在不同的任務(wù)階段應(yīng)如何處理各種情況100信息處理模型在認(rèn)知心里學(xué)中,人們把大腦視為一個(gè)信息處理機(jī)，信息通過一系列有序的處理階段進(jìn)、出大腦。在這些階段中，大腦需要對(duì)思維表示（包括映像、思維模式、規(guī)則和其他形式的知識(shí)）進(jìn)行各種處理（如比較和匹配）。

101信息處理模型“信息處理模型”把認(rèn)知概念化為一系列的處理階段，其中，感知處理器、認(rèn)知處理器和動(dòng)作處理器是有機(jī)結(jié)合在一起的?！靶畔⑻幚怼钡姆椒ň褪墙⒏鞣N思維活動(dòng)的模型，且這些思維活動(dòng)完全發(fā)生于人腦內(nèi)。然而，在大多數(shù)的認(rèn)知活動(dòng)中，人們都需要同信息的外部表示（如書本、文檔和計(jì)算機(jī)）進(jìn)行交互—更不用說同其他人的交互了。102信息處理模型的步驟響應(yīng)執(zhí)行響應(yīng)選擇比較編碼輸入或刺激輸出或響應(yīng)103信息處理模型的局限“信息處理模型”是不是正確地反應(yīng)了人們?nèi)粘５恼J(rèn)知活動(dòng)呢？它能否解釋真實(shí)世界中的認(rèn)知現(xiàn)象，又能否解釋人們與計(jì)算機(jī)交互時(shí)的認(rèn)知活動(dòng)呢？有些研究人員認(rèn)為，“信息處理”方法沒有說服力，因?yàn)檫@種方法只是考慮純粹的智能活動(dòng)，把這種活動(dòng)同外界的干擾源以及人工輔助物隔離開來。104信息處理模型的局限目前，日益被人們認(rèn)同的是在認(rèn)知發(fā)生的上下文中研究、分析認(rèn)知過程。主要目標(biāo)是分析環(huán)境中的結(jié)構(gòu)如何幫助人類認(rèn)知，并減輕認(rèn)知負(fù)擔(dān)。

105外部認(rèn)知模型人們需要同各種外部表示相交互，并且使用它們來學(xué)習(xí)和積累信息。這些外部表示包括書本、報(bào)紙、網(wǎng)頁、多媒體、地圖、圖表等。人們還開發(fā)了眾多的工具來幫助認(rèn)知，例如筆、計(jì)算器、計(jì)算機(jī)等。外部表示與物理工具相結(jié)合大大增強(qiáng)了人們的認(rèn)知能力,事實(shí)上，它們是不可缺少的組成部分，沒有了它們，很難想象人們?nèi)绾芜M(jìn)行日常生活。

106外部認(rèn)知模型外部認(rèn)知是要解釋人們?cè)谂c不同外部表示相交互時(shí)涉及的認(rèn)知過程。其主要目的是要詳細(xì)說明在不同的認(rèn)知活動(dòng)、認(rèn)知過程中使用不同表示的好處，主要包括：將信息、知識(shí)表面化以減輕記憶負(fù)擔(dān)。設(shè)計(jì)有利于人的信息表示及處理工具，減輕計(jì)算負(fù)擔(dān)。標(biāo)注和認(rèn)知追蹤。107基于外部認(rèn)知特點(diǎn)的交互式界面設(shè)計(jì)原則使用基于外部認(rèn)知的方法進(jìn)行交互設(shè)計(jì)時(shí)，總體原則是要在界面上提供外部表示，以減輕用戶的記憶和計(jì)算負(fù)擔(dān)。設(shè)計(jì)人員需要開發(fā)不同類型的可視化信息，以便用戶解決某個(gè)問題，擴(kuò)充和增強(qiáng)認(rèn)知能力。信息和可視化技術(shù)，可用于表示大量的數(shù)據(jù)，同時(shí)允許用戶從不同的角度進(jìn)行交叉比較。設(shè)計(jì)良好的GUI也能大大減輕用戶的記憶負(fù)擔(dān)，用戶能夠依賴外部表示提供的線索，與系統(tǒng)進(jìn)行交互。

108分布式認(rèn)知模型分布式認(rèn)知法描述的是認(rèn)知系統(tǒng)中發(fā)生了什么，它通常描述人員之間的交互，人們使用的物品及工作環(huán)境。例如，要駕駛飛機(jī)這個(gè)活動(dòng)涉及：駕駛員、副駕駛員和空中交通管制員之間的交互；駕駛員、副駕駛員與駕駛艙內(nèi)各種儀表的交互；駕駛員、副駕駛員與飛機(jī)所處環(huán)境的交互，如空中航線、跑道。109分布式認(rèn)知模型分布式認(rèn)知的主要目的是要從信息傳播媒介的角度來描述交互。也就是說，它考慮的是信息如何表示，信息在流經(jīng)不同個(gè)人以及使用不同物體時(shí)是如何重新表示的。這類信息的轉(zhuǎn)變也稱為“表示狀態(tài)的轉(zhuǎn)變”。

110分布式模型與傳統(tǒng)模型輸出(動(dòng)作)輸入(感官)表示處理

輸入表示表示表示處理處理

輸出分布式模型傳統(tǒng)模型111分布式認(rèn)知模型在進(jìn)行分布式認(rèn)知分析時(shí)，通常需要考查：分布式問題的解決方法，包括協(xié)議解決方式語言及非語言行為的任務(wù)，包括說了什么、眼神和眨眼等暗示什么、什么是沒有說出來的使用的各種協(xié)調(diào)機(jī)制，如規(guī)則、規(guī)程協(xié)作活動(dòng)在進(jìn)行過程中將用到的各種通信路徑如何共享和訪問信息112分布式認(rèn)知模型分布式認(rèn)知分析一個(gè)重要部分就是要標(biāo)出問題、故障以及響應(yīng)的問題解決過程。這個(gè)分析結(jié)果可用于預(yù)測(cè)信息在流經(jīng)認(rèn)知系統(tǒng)時(shí)會(huì)發(fā)生什么情況，使用不同的技術(shù)配置和制品對(duì)當(dāng)前工作有何影響。這個(gè)分析對(duì)于設(shè)計(jì)和評(píng)估新的協(xié)作式技術(shù)尤為有用。1132.2人機(jī)工程學(xué)

與認(rèn)知心理學(xué)相比，人機(jī)工程學(xué)（Ergonomics）更多地從人本身和系統(tǒng)的角度出發(fā)，研究人機(jī)關(guān)系。它是人機(jī)界面學(xué)初期發(fā)展階段的主要研究內(nèi)容，并對(duì)人機(jī)界面學(xué)以后的發(fā)展產(chǎn)生了重大的影響。114人機(jī)工程學(xué)概念人機(jī)工程學(xué)，在美國有人稱之為人類工程學(xué)（HumanEngineering）、人因工程學(xué)(HumanFactorsEngineering)，在歐洲有人稱之為人類工效學(xué)（Ergonomics），日本稱之為人間工學(xué)，其他國家大都引用西歐的名稱。人機(jī)工程不同的命名充分體現(xiàn)了該學(xué)科是“人體科學(xué)”與“工程技術(shù)”的結(jié)合。它是一門綜合性很強(qiáng)的邊緣學(xué)科，其研究領(lǐng)域是多方面的，可以說與國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門都有密切的關(guān)系

115人機(jī)工程學(xué)定義和研究內(nèi)容定義人機(jī)工程學(xué)是研究“人-機(jī)-環(huán)境”系統(tǒng)中人、機(jī)、環(huán)境三大要素之間的關(guān)系，為解決系統(tǒng)中的人的效能、健康問題提供理論與方法的科學(xué)。研究內(nèi)容：研究人與機(jī)器之間的分工與配合；研究機(jī)具如何能更適合人的操作和使用，以提高人的工作效率，減輕人的疲勞和勞動(dòng)強(qiáng)度；研究人機(jī)系統(tǒng)的工作環(huán)境對(duì)操作者的影響，用以改善工作環(huán)境；研究人機(jī)之間的界面，信息傳遞以及控制器和顯示器的設(shè)計(jì)等等。1162.2.1人機(jī)系統(tǒng)

隨著時(shí)代的發(fā)展、科技的進(jìn)步，人機(jī)關(guān)系由人操作工具、人適應(yīng)機(jī)器、機(jī)器適合于人，發(fā)展到了現(xiàn)代的人機(jī)協(xié)調(diào)。人適應(yīng)機(jī)器的能力是有一定限度的，人機(jī)關(guān)系進(jìn)一步的解決辦法是改善機(jī)器，讓它適合于人的操作。117人機(jī)系統(tǒng)組成和人機(jī)系統(tǒng)基本框架

人機(jī)系統(tǒng)包括人、機(jī)、人機(jī)之間的界面以及人機(jī)系統(tǒng)所處的環(huán)境如下圖所示

人子系統(tǒng)人機(jī)界面機(jī)子系統(tǒng)環(huán)境118119F?W?Taylor——鐵鍬研究1898年，現(xiàn)代管理學(xué)的先驅(qū)泰勒（F?W?Taylor）進(jìn)入伯里恒鋼鐵公司后，對(duì)鏟煤和礦石的工具——鐵鍬進(jìn)行了研究，他用裝煤重量分別為5kg、10kg、17kg、20kg的四種鐵銑作實(shí)驗(yàn)，找到了鐵銑的最佳設(shè)計(jì)和每次鏟煤或礦石的最適重量，即10kg。同時(shí)，泰勒還進(jìn)行操作方法的研究，剔除多余的不合理動(dòng)作，指定最省力高效的操作方法和相應(yīng)的工時(shí)定額，大大提高了工作效率120人機(jī)系統(tǒng)組成人子系統(tǒng)包括感覺器官、中樞神經(jīng)系統(tǒng)及運(yùn)動(dòng)器官三大部分;機(jī)子系統(tǒng)包括操作器（又名控制器）、機(jī)具本體及顯示器三大部分;人機(jī)界面負(fù)責(zé)人機(jī)子系統(tǒng)之間的信息傳遞;環(huán)境是人機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行的外界條件。在進(jìn)行人機(jī)界面設(shè)計(jì)時(shí)，不應(yīng)單純?cè)O(shè)計(jì)顯示與控制，還必須站在系統(tǒng)的高度上，整體考慮人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)，進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

121F?B?Gilbreth&L?M?Gilbreth——砌磚研究

1911年，吉爾布雷斯夫婦（F?B?Gilbreth&L?M?Gilbreth）通過快速拍攝影片，詳細(xì)記錄工人的操作動(dòng)作后，對(duì)其進(jìn)行分析研究，將工人的砌磚動(dòng)作進(jìn)行簡(jiǎn)化，將全過程中的17個(gè)動(dòng)作減少為4.5個(gè)，使砌磚的速度由原來的120塊/h提高到350塊/h122完整人機(jī)系統(tǒng)的六種功能這些功能是連續(xù)進(jìn)行的，是人機(jī)共同作用而實(shí)現(xiàn)的。 l

信息接收 l

信息加工 l

信息貯存 l

執(zhí)行功能 l

信號(hào)反饋 l

輸入與輸出123第一章人機(jī)工程學(xué)概論

IntroductionToErgonomics二戰(zhàn)中尖銳的軍械問題－人機(jī)學(xué)的誕生12420世紀(jì)的兩次世界大戰(zhàn)期間，制空權(quán)是交戰(zhàn)各國必爭(zhēng)的焦點(diǎn)之一。飛行員在高空復(fù)雜多變的氣象條件下控制飛行，本來就不輕松。駕駛戰(zhàn)斗機(jī)與敵機(jī)格斗，還要高度警覺地搜索、識(shí)別、跟蹤和攻擊敵機(jī)，躲避與擺脫對(duì)方的威脅，短短幾十秒內(nèi)，在警視窗外敵情的同時(shí)，要巡視、認(rèn)讀各種儀表，立即做出判斷，完成多個(gè)飛行與作戰(zhàn)操作，更是不易。125從第一次世界大戰(zhàn)到第二次世界大戰(zhàn)，隨著科技進(jìn)步，飛機(jī)逐漸實(shí)現(xiàn)了飛得更快更高、機(jī)動(dòng)性更優(yōu)的技術(shù)升級(jí)。與之相應(yīng)，機(jī)艙內(nèi)的儀表和操作件(開關(guān)、按鈕、旋鈕、操縱桿等)的數(shù)量，也急劇增多了軍械問題_飛機(jī)儀表126一戰(zhàn)時(shí)期英國SE．5A戰(zhàn)斗機(jī)上只有7個(gè)儀表，到二戰(zhàn)時(shí)期的“噴火”戰(zhàn)斗機(jī)上增加到了19個(gè)。一戰(zhàn)時(shí)期美國“斯佩德”戰(zhàn)斗機(jī)上的控制器不到10個(gè)，到二戰(zhàn)時(shí)期P-51上增加到了25個(gè)。這就使得經(jīng)過嚴(yán)格選拔、培訓(xùn)的“優(yōu)秀飛行員”也照顧不過來，致使意外事故、意外傷亡頻頻發(fā)生。出現(xiàn)在飛機(jī)上的問題擦亮了人們的眼睛，再去考察其他的兵器和民用產(chǎn)品，才發(fā)現(xiàn)從復(fù)雜機(jī)器到簡(jiǎn)單工具，類似的問題原來程度不同地普遍地存在著。127二戰(zhàn)中入侵前蘇聯(lián)的德國軍隊(duì)的槍械問題，也是一個(gè)典型的事例。俄羅斯冬季極冷，槍械必須戴上手套使用。但德軍的槍械扳機(jī)孔較??；在天寒地凍的俄羅斯廣袤大地上，戴了手套手指伸不進(jìn)扳機(jī)孔，不戴手套手指立即凍僵，甚至能被冰冷的金屬粘住。這說明，器物不但要與人的生理?xiàng)l件相適應(yīng)，而且還必須顧及環(huán)境的因素。128格雷夫斯為意大利阿勒西公司設(shè)計(jì)了一系列具有后現(xiàn)代特色的金屬餐具，這是1985年設(shè)計(jì)的水壺，實(shí)用、美觀。129腰疼沙發(fā)城市里有的家庭買了大沙發(fā)，豪華氣派，可是坐不多久腰部就難受酸疼了，不得不在腰后面墊上一個(gè)“腰靠”。為什么?130腰疼沙發(fā)大沙發(fā)座面進(jìn)深大，無論怎么后靠，腰椎后面總是空著，使脊柱腰椎段向后的彎曲度加大，形成了不正常的腰椎形態(tài)，不符合坐姿解剖學(xué)要求。這就是產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的解剖學(xué)問題。131主枕頭附枕頭一些“上檔次”的賓館里，單人床常配有兩個(gè)同樣的枕頭。本意是讓習(xí)慣低枕頭的人用一個(gè)枕頭，習(xí)慣高枕頭的人兩個(gè)枕頭疊起來用。但這真是一個(gè)愚不可及的“高招”、“損招”!一般人們對(duì)枕頭高度要求的差別，哪有一倍之多呢?其結(jié)果是：用一個(gè)枕頭絕大多數(shù)人嫌低，而兩個(gè)摞起來絕大多數(shù)人又嫌高，很少有人能獲得“正常待遇”。132其實(shí)只要采用一個(gè)稍許高一點(diǎn)的“主枕頭”、再配一個(gè)較薄的“附枕頭”，豈不就能滿足多數(shù)人的需要了嗎?并不難解決。問題出在哪里?缺乏“產(chǎn)品應(yīng)與生理?xiàng)l件相適應(yīng)”的考究。133車廂窗戶車廂外表面為墨綠色的舊式旅客列車，其硬座車廂窗戶的高度，正與坐著乘客的胸、肩、頭部齊平。打開窗戶，行駛中每小時(shí)風(fēng)速達(dá)六、七十或七、八十千米，即使最悶熱的夏季，迎風(fēng)被吹的乘客也經(jīng)不住多久，而背風(fēng)一側(cè)乘客卻依然熱不可擋.134其實(shí)改進(jìn)一點(diǎn)也不難，把窗戶提升到比站立者身高略高一點(diǎn)即可，而且這樣做也并不增加生產(chǎn)成本?，F(xiàn)在的新式客車已經(jīng)這么改了，即使多個(gè)窗戶同時(shí)打開，風(fēng)也不會(huì)直吹乘客，卻能在車廂上部形成新鮮空氣的“順流”，效果甚佳。135腳踏鈕(或腳踏桿)沖水公共衛(wèi)生間里水箱拉繩邊上貼著醒目的提示“便后沖水”，但是不沖水的現(xiàn)象司空見慣。公眾素質(zhì)有待提高固然是一方面，但另一方面，水箱拉繩把手不干凈是人人皆知、也人人膩味的，可見拉繩水箱本身就存在宜人性的問題，應(yīng)該從設(shè)計(jì)角度來尋求解決辦法。現(xiàn)在大城市的公廁里腳踏鈕(或腳踏桿)沖水正在推廣，效果顯然可見。136聲光控延時(shí)開關(guān)“節(jié)約用電人走關(guān)燈”的條子隨處可見，人走樓空后樓道里的照明燈還是徹夜長明。這種大家都熟悉的現(xiàn)象，也需要從設(shè)計(jì)的角度來尋找原因和改進(jìn)措施。開關(guān)都安置在樓道照明燈的就近位置，關(guān)了燈，樓道一抹黑，怎么下樓、拐彎、出門呢?137現(xiàn)在聲光控延時(shí)開關(guān)價(jià)格已相當(dāng)便宜，用聲光控延時(shí)開關(guān)，人來燈亮，人走燈滅，可解決問題。另外，也可以從合理安排開關(guān)位置方面尋找解決辦法。138雙肩背書包和單肩背書包雙肩背書包和單肩背書包從人機(jī)學(xué)看，雙肩背書包在使用解剖學(xué)和心理學(xué)方面優(yōu)勢(shì)明顯。139背雙肩背書包，脊柱兩側(cè)受力均衡，能保持正直形態(tài)(圖a)；而單肩斜挎或手提書包，脊柱都因單側(cè)受力而形成側(cè)向彎曲(圖b、c)，使椎間盤受壓均勻分布的生理狀態(tài)不能正常維持，于是消耗的體能更多，這是解剖學(xué)、生理學(xué)方面。1402.2.1.2人機(jī)比較與分工10s內(nèi)能輸出1.5kW,以0.15kW的輸出能連續(xù)工作一天，并能作精細(xì)的調(diào)整具有與認(rèn)知直接聯(lián)系的高級(jí)檢測(cè)能力，缺少標(biāo)準(zhǔn)，會(huì)出偏差，具有味覺、嗅覺、觸覺空間自由度高，協(xié)調(diào)性好，可在三維空間進(jìn)行多種運(yùn)動(dòng)具有特征抽取、綜合、歸納、模式識(shí)別、聯(lián)想、發(fā)明創(chuàng)造等高級(jí)思維能力及豐富的經(jīng)驗(yàn)比較項(xiàng)目機(jī)的特性人的特性物理方面的功率能輸出極大和極小的功率，但不能像人手那樣精細(xì)地調(diào)整檢測(cè)物理量檢測(cè)范圍廣，可正確檢測(cè)像電磁波這樣人不易檢測(cè)的物理量操作在速度、精度、力度、操作范圍、耐久性等方面比人優(yōu)越，能處理液體、氣體、粉狀體等物信息處理能力在事先編程的情況下可進(jìn)行高級(jí)、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)處理，記憶準(zhǔn)確、持久，調(diào)出速度快141比較項(xiàng)目機(jī)的特性人的特性易疲勞，需要適當(dāng)休息、保健、娛樂，很難長時(shí)間保持緊張狀態(tài)，不適應(yīng)從事刺激小、單調(diào)乏味的作業(yè)容易出差錯(cuò)；如果有時(shí)間和精力，可以處理意外事件，自我維護(hù)力強(qiáng)單通道耗費(fèi)能源小，但要吃飯，需要教育和訓(xùn)練，必須采取絕對(duì)的安全措施圖形識(shí)別圖形識(shí)別能力強(qiáng)耐久性、持續(xù)性、可維護(hù)性由成本決定；需維護(hù)保養(yǎng)，可進(jìn)行單調(diào)的反復(fù)作業(yè)，不會(huì)疲勞可靠性由成本決定；對(duì)事先設(shè)計(jì)的作業(yè)有高可靠性，對(duì)預(yù)料之外的事件無能為力。一個(gè)零件的損壞，可導(dǎo)致整機(jī)失靈；特性能保持不變通道能夠進(jìn)行多通道的復(fù)雜動(dòng)作效率需外加功率；簡(jiǎn)單作業(yè)速度快、準(zhǔn)確，新機(jī)械從設(shè)計(jì)、制造到運(yùn)轉(zhuǎn)需要時(shí)間；即使壞了也不要緊圖形識(shí)別能力差成本需要購置費(fèi)，運(yùn)轉(zhuǎn)、保養(yǎng)費(fèi)；機(jī)械不使用僅失去機(jī)械本身的價(jià)值需要人工費(fèi)用、工資等；如果發(fā)生意外，會(huì)危及生命1422.2.1.3人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求考慮的問題

人機(jī)系統(tǒng)應(yīng)該能滿足以下要求： (1)

達(dá)到預(yù)定的目的，完成預(yù)定的任務(wù)。

(2)

人機(jī)都能發(fā)揮各自的作用并協(xié)調(diào)一致地工作； (3)

系統(tǒng)提供接收輸入和完成輸出的功能，并具備協(xié)調(diào)功能。 (4)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)考率環(huán)境因素影響，例如廠房結(jié)構(gòu)、工作場(chǎng)地布局、照明、溫度、濕度、噪聲等。 (5)

人機(jī)系統(tǒng)應(yīng)充分適應(yīng)人的特性，讓人容易學(xué)習(xí)、操作、使用系統(tǒng)，充分發(fā)揮系統(tǒng)效能。143設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮的幾個(gè)問題

(1)

為了滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)必須提供什么輸入和輸出？(2)

為產(chǎn)生系統(tǒng)輸出需要什么操作？(3)

人機(jī)之間的功能如何分工？(4)

人要完成操作需要什么樣的訓(xùn)練和技能？構(gòu)成的人機(jī)系統(tǒng)需要提供哪些方法幫助人接受訓(xùn)練和獲得技能？(5)

需要系統(tǒng)完成的任務(wù)能否與人的能力相容？要避免人在過負(fù)荷狀態(tài)下的操作；(6)

人要完成作業(yè)需要什么樣的設(shè)備接口？這是考慮人的因素的最重要的問題。(7)

人機(jī)子系統(tǒng)工作能否協(xié)調(diào)？是相互幫助還是相互妨礙？1442.2.1.4人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟

(1)

需求分析階段明確目標(biāo)，即用戶是“誰”，人機(jī)系統(tǒng)所應(yīng)具備的功能、條件，包括可用條件、制約條件及環(huán)境條件等。(2)

調(diào)查研究包括預(yù)測(cè)和確定目標(biāo)，對(duì)同類系統(tǒng)的調(diào)查研究。(3)

系統(tǒng)分析規(guī)劃階段在明確系統(tǒng)目的和條件基礎(chǔ)上，分析和規(guī)劃系統(tǒng)的功能，并按人機(jī)兩者進(jìn)行分配。(4)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段這個(gè)階段完成具體的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)中要考慮人的因素，要保證人機(jī)具的適應(yīng)性，并制定人機(jī)系統(tǒng)操作步驟、方法及制定人員培訓(xùn)計(jì)劃。(5)

測(cè)試階段對(duì)構(gòu)成系統(tǒng)進(jìn)行試運(yùn)行，并評(píng)價(jià)系統(tǒng)的安全性、可靠性、舒適性等指標(biāo)，如果獲得用戶認(rèn)可則可提交生產(chǎn)。（6）人機(jī)系統(tǒng)生產(chǎn)制造及提交使用。

1451461472.2.2界面設(shè)計(jì)中的人機(jī)工程學(xué)

在人機(jī)界面設(shè)計(jì)中，根據(jù)人接受信息的感覺通道不同，可以將顯示界面分為視覺顯示界面、聽覺顯示界面和觸覺顯示界面。其中以視覺和聽覺顯示界面最為廣泛。以下分別闡述視覺和聽覺顯示界面的設(shè)計(jì)原則。1482.2.2.1顯示界面設(shè)計(jì)

視覺顯示器必須保證三項(xiàng)基本要求：能見性清晰性可識(shí)性149視覺顯示器的設(shè)計(jì)須遵循的原則：(1)

選用最適宜的視覺刺激維度作為傳遞信息的代碼，并將視覺代碼的數(shù)目限制在人的絕對(duì)辨識(shí)能力允許的范圍內(nèi)。(2)

使顯示器精度與人的視覺辨認(rèn)能力相適應(yīng)。(3)

盡量采用形象直觀且與人的認(rèn)知特點(diǎn)相匹配的顯示格式。(4)

對(duì)同時(shí)呈現(xiàn)的相互關(guān)聯(lián)的信息盡可能實(shí)現(xiàn)綜合顯示，以提高顯示效率。(5)

目標(biāo)與背景之間要有適宜的對(duì)比關(guān)系，包括亮度對(duì)比、顏色對(duì)比和形狀對(duì)比等。(6)

具有良好的環(huán)境照明條件，以保證對(duì)目標(biāo)的準(zhǔn)確辨認(rèn)。(7)

根據(jù)任務(wù)的性質(zhì)和使用條件，確定視覺顯示器的尺寸和安放位置。(8)