（教育技术学专业论文）教学软件用户界面的设计原则及其应用分析.pdf

教学软件用户界面设计原则及其应用分析 摘要 本文首先对教学软件的使用情况及其用户界面的设计现状进行简单问卷调 研，发现教学软件的用户界面设计缺乏原则指导，教学软件的可用性普遍不高。 通过对教学的特征进行分析，结合人机界面学，认知心理学和人机工程学的相关 理论知识，归纳出了六条教学软件用户界面的设计原则，即：全面剖析用户的原 则、合理选择媒体的原则、科学设计显示的原则、简单有效交互的原则、严格保 持一致的原则和优先尊重习惯的原则。每条原则都给出了一些细化的参考性指 标。利用得到的原则对一个教学软件的用户界面进行重新设计。为了验证所归纳 的设计具有实际指导意义，把改进前后的两个版本送到中国欧盟可用性研究中心 进行了实验室可用性测试。与该中心共同制定了测试方案，采用反馈收集法进行 测试。测试结果显示，在设计原则指导下的版本的用户满意度明显高于原来版本。 因此，本文得出教学软件的用户界面设计原则是切实有效的。 关键词：用户界面，教学软件，设计原则，可用性测试 教学软件用户界面设计原则及其应用分析 a b s t r a c t t h i sp a p e rf i r s tm a k e sab d e fs u r v e y0 1 1t h eu s eo fc o u r s e w a r ea n dt h ed e s i g no f i t s u s e r - i n t e r f a c e ，g e t t i n g t h e r e s d t t h a t t h e d e s i g n o f c o u r 辩w a r e s u s e r - i n t e r f a c e l a c k s p r i n c i p l eg n i d a n c ea n dt h a tt h eu s a b i l i t yo fc o u r w a r ei sp r e v a l e n t l yl o w b a s e do n a n a l y s i so fc h a r a c t e r i s t i c so ft e a c h i n ga n dc o r r e l a t i v et h e o r i e so fh u m a n - c o m p u t e r i n t e r f a c e ，c o g n i t i v ep s y c h o l o g ya n dh u m a ne n g i n e e r i n g , s i xp r i n c i p l e so fd e s i g no f c o - - a r e su s c r - i n t e r f a c 圮a r e c o n c l u d e d , n a m e l yp r i n c i p l e so fc o m p r e h e n s i v e l y a n a l y z i n gu 溉c h o o s i n gm e d i ar e a s o n a b l y , s c i e n t i f i cd e s i g n i n gd i s p l a y , s i m p l ea n d e f f e c t i v e a l t e r n a t i o n , s t r i c t l yk e e p i n gc o n s i s t e n o e ，a n dp r i o r i t yo fh a b i t s e a c h p r i n c i p l ei sp r o v i d e dw i t hs o m ed e t a i l e dg u i d e l i n e so f r e f e r e n c e o n eu s c r - i n t e r f a c 宅i s m o d i f i e da c c o r d i n gt ot h e s ep r i n c i p l e s t h eo r i g i 丑a lv e r s i o na n dt h em o d i f i e dv e r s i o n a r es e n tt os i n o - e u r o p e a nu s a b i l i t yc e n t e rt oh a v eu s a b i l i t yt e s t s t h er e s u l ts h o w s t h a tu , q c r sa r em o r es a t i s f i e dw i t ht h em o d i f i e dv e r s i o n t h e r e f o r e ，t h e s ep r i n c i p l e s c o n c l u d e di nt h i sp a p e ra r ep r o v e dt ob ee f f e c t i v e k e y w o r d s ：u s e ri n t e r f a c e ，c a ) l l r s e w a r e ，p r i n c i p l e so f d e s i g n ，u s a b i l i t yt e s t s n 教学软件用户界面设计原则及其应用分析 1 1 用户界面的发展 第一章引言 什么是用户界面( u s e ri n t 觚a c ) ? 人和计算机的交互过程( h u m a nc o m p u t e r i n t 啪枷) 中，有一个层面，即我们所说的界面( i n t e , f a r c e ) 。从心理学意义来 分，界面可分为感觉( 视觉、触觉、听觉等) 和情感两个层次。用户界面设计是 软件产品的重要组成部分。界面设计是一个涉及多学科的工程，计算机科学、认 知心理学、人机功效学等在此都扮演着重要的角色。 由于早期受传统观念的影响，用户界面一直不为软件开发人员所重视，认为 这纯粹是为了取悦用户而进行的低级活动，没有任何实用价值。评价一个应用软 件质量高低的主要标准，就是看它是否具有强大的功能，能否帮助用户完成他们 的任务。近年来，随着计算机硬件技术的迅猛发展，计算机的存储容量、运行速 度和可靠性等技术性能指标有了显著的提高，计算机硬件的生产成本却大幅度下 跌，个人计算机日益普及。软件随着计算机的普及迅速发展。软件的种类也层出 不穷。软件的设计方法从传统的以技术为中心转移到了以用户为中心上来。新一 代的计算机用户，在应用软件的可操作性以及软件操作的舒适性等方面对应用软 件提出了更高的要求。除期望所用的软件拥有强大的功能外，更期望有良好的用 户体验，应用软件能尽可能的为他们提供一个轻松、愉快、感觉良好的操作环境。 这表明，用户界面的质量已成为一个大问题，友好的用户界面设计已经成为应用 软件开发的一个重要组成部分。正如西蒙所说：“对于用户，界面就是系统本身”。 用户界面的发展经历了不同的阶段。就用户界面的具体形式而言，过去经历 了批处理、联机终端( 命令接口) 、( 文本) 菜单和多通道多媒体用户界面和虚 拟现实系统【l 】；就用户界面中信息载体类型而言，经历了以文本为主的字符用户 界面( c 0 1 ) 、以二维图形为主的图形用户界面( g u i ) 和多媒体用户界面，计算机与 用户之间的通信带宽不断提高闭；就计算机输出信息的形式而言，经历了以符号 为主的字符命令语言、以视觉感知为主的图形用户界面、兼顾听觉感知的多媒体 用户界面和综合运用多种感观( 包括触觉等) 的虚拟现实系统 3 1 。在符号阶段，用 户面对的只有单一文本符号，虽然离不开视觉的参与，但视觉信息是非本质的， 本质的东西只有符号和概念。在视觉阶段，借助计算机图形学技术使入机交互能 够大量利用颜色、形状等视觉信息，发挥人的形象感知和形象思维的潜能，提高 教学软件用户界面设计原则及其应用分析 了信息传递的效率。早期的计算机系统只有单调的峰鸣声，虽然多媒体技术将声 频形式和视频形式同时带入人机交互，但仍缺少听觉交互手段，即人处于被动收 听状态，声音缺少位置和方向的变化，交互输入方面仍沿用图形用户界面所采用 的键盘和鼠标器等交互设备。当前，在人机交互中结合进视觉的、听觉的以及更 多的通道是必然趋势，特别是将听觉通道作为补充的或替换的信息通道已显示出 重要性和优越性1 4 1 。就人机晃面中的信息维度而言，经历了一维信息( 主要指文 本流，如早期电传式终端) 、二维信息( 主要是二维图形技术，利用了色彩、形状、 纹理等维度信息) 、三维信息( 主要是三维图形技术，但显示技术仍利用二维平面 为主) 和多维信息( 多通道的多维信息) 空问。 计算机用户界面刚刚走过基于字符方式的命令语言式界面，目前正处于图形 用户界面时代。但是，计算机科学家并不满足于这种现状，他们正积极探索新型 风格的人机交互技术。当前语音识别技术和计算机联机手写识别技术的商业成功 让人们看到了自然人机交互的曙光。虚拟现实和多通道用户晃面的迅速发展显示 出未来人机交互技术的发展趋势是追求所谓“人机和谐“5 】的多维信息空间和“基 于自然交互方式的”1 6 】的人机交互风格。 1 2 教学软件的推广及其用户界面设计现状 随着信息科学的发展与计算机的普及，很多人开始把目光投向教育软件产 业，各类教育软件层出不穷。在( 2 0 0 5 年中国软件产业发展研究报告提到“教 育软件将成为本世纪初i t 业最大的金矿之一。”然而，2 0 0 5 年中国软件产业发 展研究报告也指出，2 0 0 4 年的教育软件市场却持续低迷。市场和环境等外部 因素是导致教育软件行业危机四伏的重要原因。然而，教育软件本身内在的缺陷 同样是重要的影响因素。 虽然各种教学软件随处可见，但是教学软件中的大多数都属于讲解和演示型 的软件，普遍适应性不强，较难推广。此外，在应试教育观念的影响下，我国的 教育比较强调书本知识忽视学生能力的培养，主要采用教师讲，学生被动接受 的教学模式，这些也都体现在大多数教学软件上，使教学软件或教师自己编写的 课件都是以展示和呈现知识为主，实际上仅仅是一种简单的“书本搬家”或是“教 案搬家”。并未充分利用计算机多媒体的特性。教学软件开发者和教师不能认真 研究不同年龄阶段学生的心理发展特点和学习特点，并在教学软件中构建信息化 的学习环境形成以学生为中心的多样化、个性化的学习模式。 为了更清楚地了解教学软件的现状，我们进行了问卷调查( 调查问卷见附录 一) ，选取了具有代表性的大学英语类教学软件。问卷涉及使用目的、使用习惯 和使用过程中遇到的问题等方面的内容。采用随即抽样的方法，在大连海事大学 2 教学软件用户界面设计原则及其应用分析 的校园内进行问卷收集，共收回有效问卷4 8 份。 在随机取样的过程中发现，有过此类软件使用经历的4 8 个有效样本中3 8 个是女生。在大学里，女生普遍要比男生学习认真自觉。这一结果表明，教学 软件的主要用户群是具有良好自觉性，学习勤奋的学生。 根据我们问卷的调查结果显示，5 2 的学生会选择教学软件来学习英语。但 使用最多的学习工具还是电子词典和随身听，分别为7 0 和6 2 。电子词典和 随身听的功能显然没有教学软件强，但仍旧是学生学习英语的主要方式。究其原 因主要是方便携带，使用简单。因此；用户在选择学习工具的时候简单易用是一 个强指标。 只有6 的人觉得英语教学软件对提高英语能力帮助很大。5 6 的人觉得是 有一些帮助，但效果不明显。这一结果显示，现有的教学软件的实用性不是很强。 造成这一结果的主要原因是教学软件的开发过程不够科学。现在的教学课件的开 发者主要有两类：一类是学科专家。由他们开发的教学软件虽然符合教学设计规 律，教学内容组织合理，但可能在开发技术上受到了限制，并不能以最佳的方式 来呈现教学内容，产品化程度不高。另外类就是专业的教育软件开发公司。由 他们开发的教学软件产品化程度很高，技术运用娴熟，但往往缺乏教学设计指导。 在这种现状下开发的教学软件普遍不够实用，教学目标的针对性较差。 在用户选择一种英语教学软件的时候，最关注的是软件的功能，其次就是“界 面是否操作简单”。比“内容的丰富权威与否”关注程度要高，达到了5 4 。只 有8 的人会去关注界面是否漂亮。由此可见，用户喜欢的是操作简单的教学软 件，界面漂亮不代表操作简单，并不能真正的吸引用户。 作者从2 0 0 4 年部分注册的教育类软件中选取了几种适合不同用户群的学科 辅助教学课件，以了解现有教学软件的界面设计情况。经试用发现，大部分的教 学软件针对不同的年龄层用户，在界面设计风格都有所区别。少儿类教学软件普 遍界面颜色鲜艳，图形可爱，寓教于乐的特点最为明显。成人类教学软件界面设 计相对比较沉稳，其中也大量运用了3 d 、f l a s h 等技术，追求的是给用户“够酷 够眩”的用户体验。总的来说，在现有的教学软件的界面设计中已经有了一些自 发的设计指导性原则，但还很不清晰；用户界面设计还主要以“漂亮、新奇、时 尚”为主要目标； 软件产品的可用性已经成为了用户关注的焦点。提高软件可用性的核心问题 就是设计有效的用户界面。软件的开发者也清楚地意识到了软件界面的重要性， 在很多软件开发中，已将近有4 0 - - - - 6 0 的代码是用来控制界面。不同的类型的 软件的功能不同，用户特征不同，就要求有不同的用户晃面设计风格。大部分的 设计者在设计用户界面的时候显得比较盲目。尽管在用户界面设计领域前人做了 很多有益的研究，也提出了一些通用性的原则，但并不能直接用来指导具体的某 3 教学软件用户界面设计原则及其应用分析 一类软件。 1 3 提出问题 对于教学软件来说，它不仅有软件的系统特征，更具有教学设计的特点。学 习者使用教学软件的过程不只是简单完成某一操作，更是一个认知的过程。因此， 一个教学软件使用的方便与否直接影响到学习者的学习效果。在设计教学软件的 用户界面时，尤其需要重视其可用性，在激发学习者的学习激情的同时要尽量降 低学习者的记忆负担，提高学习效率和用户满意度。 本文从分析教学软件的特征入手，结合人机界面学、认知心理学、人机功效 学的理论指导，归纳总结出教学软件的界面设计原则。对每一个原则分别给出一 些具体的参考性指标。再运用这些原则去改进一个现有的没有经过系统设计原则 指导的教学软件。把改进前后的两个版本送到中国欧盟可用性研究中心就其产品 可用性进行实验室可用性测试，并对测试结果进行分析。 期望得到的结果是，经过设计原则指导的教学软件用户界面的用户满意度要 高于以前的版本，从而证实本文所提出的设计原则是切实可行的，可以用于指导 实际的教学软件的用户界面设计。 4 教学软件用户界面设计原则及其应用分析 第二章教学软件特征分析及用户界面设计理论基础 在讨论教学软件的用户界面之前，首先要分析教学软件本身的特征。教学软 件的特征有很多方面，其中，教学特征、动机特征、元认知监控特征以及人本特 征都直接与用户界面相关。教学软件的特殊性决定了其用户界面的特殊性。 2 1 教学软件的理论基础 从上世纪九十年代至今，建构主义的学习理论开始为教育心理学学者所认 同。该理论认为：学生的学习是一个根据周围情境和学习资源，在教师或学习伙 伴的帮助下构建自己的知识结构的过程。在知识建构的过程中，计算机同样可以 充当学习情境的提供者和学习资源的组织者。计算机辅助教学理论从这一时期开 始以建构主义学习理论为基础，逐步进入了成熟发展阶段。 计算机辅助教学发展的不同阶段，受不同流派学习理论的影响很大。在行为 主义学习理论流行的时期，计算机辅助教学基本上建立在斯金纳的“程序教学” 思想基础上。由于“程序教学”的主要思想是将一个复杂的学习内容分解成若干 小的学习步骤，让学习者按照这些步骤，逐步地完成学习过程。因此当时的计算 机辅助教学的主要形式，就是通过计算机程序模拟教学过程，由计算机充当控制 教学过程和步骤的“教学机”的角色。对于当时的计算机软硬件发展水平而言， 这是一种比较容易实现的方法。进入九十年代以后，由认知主义理论发展而来的 建构主义学习理论在心理学界开始盛行，这种理论强调教学过程应以学生为中 心，要求学生由外部刺激的被动接受者和知识的灌输对象转变为教学资源信息的 加工主体、知识意义的建构者；要求教师要由知识的传授者、灌输者转交为学生 主动建构意义的帮助者，彻底改变传统的以教师为中心，学生被动学习和接受知 识的教学模式，建立情境创设、协商对话和信息提供的新的教学环境。因此，建 立在建构主义理论基础上的计算机辅助教学，既强调学习理论( 行为主义和认知 主义) 的指导作用，又非常重视现代教学理论( 尤其是教学设计理论) 的指导作用。 在计算机辅助教学的软件中，教学软件是实际教学中应用最早也最为广泛的 一种类型。教学软件的概念，在计算机界和教育技术理论界有很多种表述方法。 目前被普遍认可的一种定义是：在计算机辅助教学( c a i ) 中，呈现教学内容，接 受学生的要求和回答，指导和控制教学活动的计算机软件称为教学软件【7 】。 教学软件用户界面设计原则及其应用分析 2 2 教学软件的教学特征 教学软件的教学特征是由软件的所有构成元素共同体现出来的。依照其功 能，所有这些元素可大致划分为三类：( 1 ) 教学信息类，包括教学目标、教学内 容、教学策略、学习策略等；( 2 ) 界面组成类( 或称信息载体类) ，包括文本、图像、 视频、音频、色彩、构图等；( 3 ) 技术构成类，包括交互、导航、跳转等。所有 这些元素的特性以及元素的组合应用特性共同决定了软件的教学特性。 当代教育心理学的研究成果表明，学习无论通过何种方式( 接受学习或发现 学习) 发生结果只有两种：意义建构( 意义学习发生) 或者机械记忆( 机械学习发 生) 。美国心理学家奥苏伯尔提出影响意义学习的主客观因素有三个：学习材料 的逻辑意义，学习者的心向和学习者的努力程度i s 。多媒体教学软件作为影响 学习的客观因素，它对实现意义学习的作用主要体现在：合理组织教学内容，使 其产生潜在意义( 潜在意义在心理学上表述为学习材料的可接受性) ；激发学习动 机，使学习者产生积极学习的心向；利用多媒体计算机的交互性、控制性和非线 性，使教学过程多元化、立体化，减少学习负担。这三个方面也正是教学软件的 教学性的具体表现，即教学意义。 2 ，3 教学软件的动机特征 学习动 f l , ( 1 e a r l f i n g m o t i v a t i o n ) 是指推动、引导和维持学生进行学习活动，并 使活动朝向一定的学习目标前进的内部过程或动力 9 1 。学习动机的性质一方面决 定着学习的方向和进程，另一方面也影响着学习的效果。心理学研究表明，学习 效果与学习动机在一般情况下是一致的。教学软件的动机特征是指教学软件能够 引发学习者的学习动机和维持学习者学习动机。例如，选择恰当的背景音乐，文 本显示清晰，美观，不呆板，色彩运用符合事物逻辑，图像、动画、视频影像、 声音解说等运用恰当，解说词内容与呈现的文本内容一致，屏幕布局、色彩搭配 做到平衡、统一、协调都能引发学习动机。在教学软件设计需要采用多种技术手 段来维持学习者的学习特征。例如，利用多种方式实现导航( 如帮助导航、浏览 导航、线索导航等) ，学习者可以控制声音、动画、视频影像的启动与停止，信 息提示手段( 高亮、下划线、边框、闲烁) 运用恰当，背景色、背景音乐、动态图 标不致干扰注意力等等。 2 4 教学软件的元认知监控特征 弗拉维尔认为元认知是主体对自身认知活动的认知，包括对当前正在发生的 6 教学软件用户界面设计原则及其应用分析 认知过程( 动态) 和自我的认知能力( 静态) 及两者相互作用的认知【埘。它之所以被 称为元认知，是因为其核心意义是对认知的认知，是个体对自己的认知加工过程 的自我意识、自我体验、自我调节与自我监控。我们通常所说的感觉、知觉、思 维等就属于认知活动，而元认知就是对感觉、知觉、思维这些认知活动的认知。 具体地讲，元认知是认知主体对自身心理状态、能力、任务目标、认知策略等方 面的认识；同时，元认知又是认知主体对自身各种认知活动的计划、监控和调节。 教学软件必须要体现元认知监控的特征。教学软件需要提供教学单元的主题 介绍或学习目标的喻示；提供学习者在软件中的位置信息；学习者便于控制学习 进程；可以检索信息；可以通过练习实现自我评价。 2 5 教学软件的人本特征 教学软件作为一种特殊的教学软件，同时应该具有成功的软件工程的人本特 性。( 1 ) 易用性。任何软件都是围绕人这一特殊对象设计的，其应用在任何时候 均面向人。因此，在实现软件功能目标的前提下，便于操作与控制的软件设计将 为广大用户所接受。( 2 ) 合理性。从软件技术方面而言，其合理性则表现为系统 需求的准确分析、数学模型的正确构造以及算法的优化筛选。( 3 ) 容错性。容错 就是对系统异常的处理。软件系统的容错是软件工程的一个重要环节，已成为软 件工程评估的重要标准，也是软件工程可靠性准则的重要组成部分。良好的容错 机制将为系统安全运行提供保证前提。( 4 ) 安全性。安全性是对软件的完备性进 行评价的准则之一，是控制或保护程序和数据机制的有效性 2 6 用户界面设计理论基础 2 6 1 人机界面学 软件人机界面学的发展，首先必须归功于计算机技术的迅速发展，从而导致 计算机应用领域的迅速膨胀，以至今天，计算机和信息技术的触角已经伸到现代 社会的各个角落。相应地，计算机用户已经从少数计算机专家发展成为一支由各 行各业的组成的庞大的用户大军。作为专门研究计算机用户的一门学科，人机界 面学也随之迅速地发展起来。 人机界面学主要是两大学科计算机科学和认知心理学相结合的产物，同 时还涉及人机功效学、语言学、设计艺术学等，是名副其实的跨科学、综合性的 科学。从狭义的人机界面来讲，将人机界面分为自然人机交互、计算机使用与配 置、人的特征、计算机系统与界面结构、发展过程等5 个部分，并将其关系表示 7 教学软件用户界面设计原则及其应用分析 如图2 1 所示【l l 】。 图2 1h e w e r 关于计算机人机界面的研究内容 2 6 2 认知心理学 认知心理学( c o g n i t i v ep s y c h o l o g y ) 是2 0 世界5 0 年代中期在西方兴起的一 种心理学思潮。在2 0 世纪7 0 年代成为西方心理学的一个主要研究方向。它研究 人的高级心理过程，主要是认识过程，如注意、知觉、表象、记忆、思维和语言 等，从心理学的观点研究人机交互的原理。该领域研究包括如何通过视觉、听觉 等接受和理解自周围环境的信息的感知过程，以及通过人脑进行记忆、思维、推 理、学习和解决问题等人的心理活动的认识过程。其中人脑的认知模型神经 元网络及其模拟，已经成为新一代计算机、人工智能等领域中最热门的研究研究 课题之一。对人的认知行为的研究、测量、分析和建模也称为认知人机功效学。 用实验心理学的技术和认知心理学的概念，来改进软件生产，即将心理学和计算 机系统结合而产生的一个新的学科，叫软件心理学( s o f t w a r ep s y c h o l o g y ) ，成为 人机界面学的另一个领域。 2 6 3 人机工程学 人机工程学是运用生理学、心理学和医学等有关科学知识，研究人、机器、 环境相互问的合理关系，以保证人们安全、健康、舒适地工作，提高整个整个系 统供销的新兴边缘科学。在人机界面学处于初创和奠基阶段的时候，人机工程学 是最活跃、最主要的分支，曾经对人机界面学的发展做出过很大的贡献。 8 教学软件用户界面设计原则及其应用分析 经典的人机工程学称为硬件人机工程学，主要集中在对人体能力、人体限制 及其他与设计相关的人体特性信息的应用，以满足设计、分析、测试与评价、标 准化，以及系统控制的要求。它是在工程设计缺陷诊测中发展起来的，主要研究 课题有：控制与显示的设计；研究人体能力与限制在与环境中的光照、温度、噪 声及震动等因素作用的关系；研究作业空间布局，减少人体的工作负荷，增强舒 适度，提高生产率等。生物力学与人体测量学在其中起着核心的作用。 软件人际工程学( s o f t w a r ee r g o n o m i c s ) 研究软件和软件界面，侧重于运用 和扩充软件工程的理论和原理，对软件人机界面进行分析、描述、设计和评估等。 主要解决有关人类思维与信息处理的有关问题，包括设计理论、标准化、增强软 件的可用性的方法等，使软件与人的对话能够满足人思维模式与数据处理的要 求，实现软件的高可用性。 2 7 小结 一个优良教学软件的用户界面应该能够充分显示其自身特点，能兼顾人机界 面学、认知心理学和人机工程学等多学科的理论支持。在教学软件用户界面设计 中，应该始终以这些相关理论为基础，使教学软件不仅能体现其易用性、合理性、 容错性和安全性等一般软件工程的人本特征，更要体现教学软件特有的教学特 征、动机特征和元认知监控特征。 9 教学软件用户界面设计原则及其应用分析 第三章教学软件用户界面设计原则 根据教学软件自身的特征，结合用户界面设计理论基础的指导，作者归纳总 结出了6 条专门针对教学软件的用户界面设计原则，其中包括全面剖析用户、合 理选择媒体、科学设计显示、简单有效交互、严格保持统一和优选尊重习惯等。 3 1 原则一：全面剖析用户原则 全面剖析用户的原则是指首先对用户要全面的了解。教学软件的用户即学习 者，在设计教学软件用户界面之前首先对学习者要有全面的了解。需要了解的内 容包括学习者的起始能力、一般特征和认知风格等方面的内容。 “了解用户”是m m s 融( 1 9 7 1 ) 经典的用户工程准则表中第一条【1 2 】。没有 人会反对这条准则，但实现起来比较困难。每个人的学习、思考以及解决问题的 方式并不相同，比如有的用户喜欢表格而不是图片，喜欢文字而不是数字，喜欢 严格的结构而不是开放的形式。每个用户在背景知识、系统使用目的、使用错误 产生影响等方面都存在差异。当用户的多样性因为大范围的环境、任务和使用频 率而增长时，会产生许多的设计可能。所有的设计都应该从了解预想用户开始。 需要了解的包括年龄、性别、身体情况、受教育水平、文化或者人种背景，以及 训练、动机、目的和个性。 对于教学软件面言，“了解用户”同样是首要原则。但与普通软件相比具有 一定的特殊性。教学软件包括教学目标、教学内容、教学策略、学习策略等教学 信息内容，符合教学设计的要求。根据教育技术的理论我们知道，在做教学设计 的过程中学习者分析是必须的环节，而针对某一教学内容的学习者就是这一教学 软件的最大的潜在用户群。不同的学习者在运用教学软件时的人机交互性具有很 大的区别。对于那些低资质学习者来说，他们需要完整的结构体系，希望教学软 件里的学习材料间隔简短、多重复、并能提供广泛大量的练习；而对于那些高资 质的学习者而言，则喜欢计算机只指出学习目的、提供学习素材，并在合适的时 候检验他们的学习效果。这样教学软件设计人员就很有必要了解目的用户的性 质。斯托达( 1 9 8 5 ) 强调，对用户的充分了解是有效人机界面设计的关键所在。 现代认知学习理论认为，学习的过程是自感官进入大脑的各类信息，在各种 复杂的心理机制和思维形式的综合作用下，组织形成一定的认知图式的过程。这 是一种自发的调和过程，是通过内部的相互作用而组织成的有序结构，因而我们 1 0 教学软件用户界面设计原则及其应用分析 可以把学习者作为一个自组织系统来进行分析。自组织是指在一定的外界条件 下，通过系统内部的非线性相互作用，经过突变而形成一种新的稳定有序的结构 状态，是系统“自发地”组织起来以形成和完善自身的结构【1 3 1 。我们认为学习 者系统自组织的过程就是其认知发展的过程。学习者的学习过程实际上就是学习 者系统与教学环境进行相互作用并进行自组织的过程。外来刺激进入学习者系统 后，打破了系统原有的平衡，系统演化为无序状态，学习者系统自发进行自组织、 自协同、自有序，最终表现为学习者系统的新的平衡状态。在这个过程中，自组 织的内容涵盖了认知、情感与行为领域的所有从简单到复杂的动作与思维，自组 织的行为涉及到自同构、自复制与自催化。 布鲁纳指出，教学不应奴性地跟随学生认知发展的自然过程，而应向学生提 供挑战性的但同时又是合适的机会，促使学生的发展步步向前。学习者始终是学 习的主体，知识意义的获得、能力的发展始终是学习者主动同外部环境相互作用 的结果。因而教学设计应充分考虑学习者的自组织特性，为其自组织提供充分的 外部条件( 物质、能量和信息) ，以促进学生的发展【1 4 1 。 教学软件的用户界面设计就是教学设计的有效呈现。因此，在用户界面设计 之初必须了解学习者。对某一类教学软件的学习者要有一个总体范围的估计，应 该调查和预测学习者的学习动机、操作风格、注意度等。只有认真分析学习者特 征，才能设计出符合学习者需求的教学软件界面。同时，对于同一类学习者还要 进行新用户、偶尔使用用户以及专家用户分析，以保证满足不同熟悉程度用户的 操作使用习惯。 综上分析，根据全面剖析用户原则进行教学软件用户界面设计时，设计者了 解用户的参考性指标在表3 1 中列出。所谓参考性指标，是指设计原则的细化内 容，设计者可以利用参考性指标来检验设计结果是否符合设计原则的要求。所有 的参考性指标一直处于动态完善的过程中。 移! ? 7 ”? ”：； 表3 一r 全面削析用户原则的参考性指标。7 一? ：；g 起始能力一一包括用户心理发展阶段、受教育水平知识结构等 一般特征一一包括用户者年龄，性别，身体状况，文化背景等 认知风格一一包括用户擅长的思维方式，使用习惯等 3 2 原贝l l - - - 合理选择媒体原则 合理选择媒体原则是指选择最恰当的媒体手段来呈现教学内容。绝大部分的 教学软件是通过利用多种媒体的综合设计来呈现教学内容。图像、视频、文字、 声音、动画等媒体传达信息的效能各不相同，要根据教学软件的实际内容来选择 媒体。 综合设计运用多媒体的各个组成部分是一个比较复杂、需要认真开动脑筋的 教学软件用户界面设计原则及其应用分析 任务( 卡内尔和威尔斯，1 9 9 5 ：伊尔迪兹和阿特金斯，1 9 9 6 ) 0 5 1 。实际上，并 不见得每个教学软件都包括上述所有的媒体形式，相反，如果不论学习材料的内 容特征，单纯追求形式上包罗万象，最终的界面显示很可能会给用户造成难以承 受的感觉，难免产生四面楚歌之嫌，还不一定有助于促进学生的学习过程。研究 人员发现，设计优秀的多媒体材料往往能吸引学生的注意力，使他们全神贯注于 所学材料。雅戈辛斯基、飞利普斯、罗杰斯和史密斯( 1 9 9 7 ) 【1 6 】指出，多媒体 可以为用户提供前所未有的深层次的交互性，这种交互性是以前的计算机辅助学 习材料所无法比拟的。在进行多媒体设计制作时，一个关键的问题是，设计者必 须准确把握和处理好灵活友好、恰到好处的界面和太多感官刺激、信息泛滥的界 面设计之间的平衡。 视频是一个强有力的学习助手，它的助学性体现在下列方面：可以显示事物 的发展变化过程( 如生产线的流程) ；可以模拟某些实践经历( 如录像角色扮演) ； 可以显示某些无法亲身经历、或肉眼无法观察得到的环境或事物( 如星际运动和 显微镜下的观察等) ；可以真实记录人际交往的过程c a 际交往技巧) ；可以显示 某些具体的活动或运动。但是它也有自身无法弥补的遗憾。跟其他媒体形式( 如 文本) 相比，视频不便于传达大量具体详细的信息。一段一分钟的每秒2 5 帧的 视频里包含有1 5 0 0 张静态的图片，但是，就该录像所能传达的信息数量而言， 可能都无法跟数目小得多的一系列单独图片相比。尽管如此，视频可以为计算机 辅助学习材料增加现实性( 拉维和莱特，1 9 9 7 ) 1 7 l ，也有利于激发学生的学习 兴趣，保持他们的学习热情。 在教学软件用户界面设计中，设计人员往往运用一些特殊声音来给用户提供 反馈或提示，这些声音有利于吸引学习者的注意力，并帮助他们培养集中精力的 习惯( 拉维和莱特，1 9 9 7 ) 。声音可以用来把用户的注意力吸引到某些特别的问 题，尤其是计算机界面上显示的某个过程的关键部分。如果声音运用不当或者滥 用声音会使其适得其反，成为一种干扰因素( 拉威和莱特，1 9 9 7 ) ，尤其是必须 考虑到，有些用户可能更喜欢没有任何声音的材料。同样，如果用户一而再、再 而三的听到用来对用户提供参考或解释说明等的同样的语音提示，他们也会感到 厌烦的，因而也就起不到任何助学的作用，尤其是当用户需要多次重复使用一个 教学软件时更是如此。由于耳朵与眼睛的工作特征不同，耳朵对声音质量的变化 比眼睛对视觉形象质量的变化更加敏感，这样，眼睛往往能通过视觉差将图像或 录像之间的空隙填补出来，相反地，耳朵则会增加声音变化之间的空挡。总的来 说，学习者对声音比对录像更加敏感。 动画是利用计算机界面这种动态显示功能的一个强有力的手段。这种手段究 竞是否具有助学作用呢? 比克和莱恩( 1 9 8 8 ) 研究了数学课计算机辅助学习辅导 材料中图像、颜色、动画等的运用。他们将受试的高中生随意地分成六组，每组 教学软件用户界面设计原则及其应用分析 使用一种不同的计算机辅助学习材料，实验结果显示，计算机辅助学习材料中随 着图像和动画的增加，学生的表现也有所提高。使用图像的小组比单纯使用文字 的小组表现要好一些，而使用动画的小组比其它两组效果都要好一些。另外，除 了有些学生反映彩色的学习材料更具有审美价值之外，彩色的和黑自的学习材料 在学习效果上没有明显的区别。其他一些实验研究也证明，学习材料里动画的运 用有积极的助学作用( 利博尔，1 9 9 0 ；1 9 9 1i 扎伏特加，1 9 8 7 ；特里兹，1 9 8 6 ； 里德，1 9 8 5 ) 【l q 。还有一些实验研究结果认为，跟文字和静态的图片相比，动 画没有明显的更好的助学效果。( 瑞巴和哈那芬，1 9 8 8 ：瑞巴，1 9 8 9 ；瑞巴、博 伊斯和阿萨德，1 9 9 0 ) 0 9 1 。由此看来，关于动画的助学效果的研究是难有定论 的。显而易见，动画具有助学的潜在性，但是，我们不能简单地以为，只要运用 了动画就会有助于学生的学习。事实上，不加限制地滥用动画非但不能起到助学 的作用，反而会成为学生学习的障碍，会分散他们的注意力。 综上分析，根据合理选择媒体原则进行教学软件用户界面设计时，设计者选 择媒体的参考性指标在表3 - 2 种列出。 琴7 ：“：、表3 _ 2 合理选择媒体原姗的参考性指标：? 誓“簟一4 ，鬈 用户往往对教学软件中的视频怀有很高的期望； 视频可以增加教学软件内客的显示性； 声音用来解释或说明一些静态图像的文字录音； 声音提示或者警告； 声音可以用来表示文字材料的录音或说明； 声音一般不能传达详细的信息内客： 声音一般不能在缺乏图像或录像的支持下单独描述事件； 声音一般不能希望学生准确记忆的内容； 声音般不能一再重复使用( 用户很快就会厌烦) ； 自然的声音可以传选很多重要的信息，也可以增强人积界面； 动画可能是有助学性的； 运用简单的、比较短暂的动画； 运用动画时最好同时提供文字说明； 运用动画和其他手段来突出关键的内容： 变换动画的速度可以加强突出显示效果： 当教学内容涉及相关的信息时运用动画是适宜的； 动画应局限于解释说明学习材料里关键的信息或特征； 运用动画来显示通常人们肉眼难以看到的活动状况； 避免滥用动画而分散用户的注意力： 运用文字和声音将较长的动画分成短小的片段 3 3 原则三：科学设计显示原则 科学设计显示原则是指视觉设计要符合客观规律，满足人机工效学、实验心 教学软件用户界面设计原则及其应用分析 理学的要求。其中包括文字显示设计、窗口显示设计、颜色搭配设计、界面布局 设计、层次导航设计等内容。 教学软件的动机特征告诉我们合理恰当地组织内容数据的显示不但能够引 发学习动机，还能维持学习动机。学习动机是指个人学习的意图愿望、心理需求 或企图达到目标的一种动因和内在力量。只有极大地激发学生学习的动机，才能 调动学生学习的积极性，从而提高学习质量。学习动机是直接推动学生学习的内 部动因。一般来说，学习动机越明确越强烈，学生的学习积极性越高，学习的效 果越好。正因为学习动机有如此重要的功能，所以，在教学软件的用户界面设计 中，内容的合理组合显得尤为重要。 3 3 1 文字显示设计 书面文字的功能有很多，其中最主要的有四个：提供信息、进行教育、交流 思想情感、提供指导鉴戒( 逖尔曼和葛林，1 9 8 6 ) 2 0 1 。用于教学的文字必须有 助于学习者有效完成学习任务、培养良好的学习态度、掌握科学文化知识，必须 能够为学习者提供友好而且高效率的学习环境。教学软件里虽然广泛运用各种媒 体，如图像、动画、声音、颜色和录像等等，文字仍然是最主要的信息交流中介， 电子文本往往与其它媒体一起使用，形成统一的教学软件的学习材料。如何显示 文字才能使其促进学习者的学习，才能激发学习者的学习兴趣，才能帮助学习者 理解和掌握所展示的信息。盖思( 1 9 8 5 ) 的四大教学活动的模式正好回答了这个 问题：显示刺激性强的材料；吸引注意力；加强记忆；促进回忆【2 n 。 设计人员很可能利用常理进行推断，字体较大、行距较宽的文字读起来应该 相对容易一些( 如每行4 0 个字符的显示) 。一项对阅读时目光的停顿的研究推翻 了这种论断。研究发现，人们在阅读时，目光不是一刻不停地从一行文字上扫过， 而是在某一个地方做短暂的、瞬间的停顿，然后迅速跳到另一个地方。读者往往 是意识不到自己目光的这种即停即走的运动的，而所谓“看到了文字”正是发生在 这片刻的停顿的。阅读较大的字体时，读者目光在一个地方要做更多次短暂的停 留，停留更长的时间。而这种更长时间的停顿对理解不会有明显的促进，较大的 字体还占据屏幕上更大的空间。较小的字体是屏幕上文字显示的优先选择。 在文字显示的设计中，字体、对齐方式、大小写等方面的合理选择同样会影 响学习者的学习效果。 1 4 教学软件用户界面设计原则及其应用分析 3 3 2 窗口显示设计 窗口是屏幕上可以用来展示不同信息的一个区域，是随用户在计算机上的点 击操作而发生的。窗口可以用于很多功能，如：提供选择菜单、呈现问题、提供 反馈、列出例旬或总结内容等等。有效的利用窗口会有助于用户理解所展示的内 容。为了满足用户的需要，计算机往往可以允许用户同时打开几个不同的运用程 序，这样，界面上就会有几个不同的窗口。多媒体材料往往通过为用户提供大量 不同媒体的信息来帮助用户的学习和使用，这样，开设多个窗口自然成为多用户 界面设计时一个必不可少的手段，它既可以为用户提供更多的选择，同时，也便 于用户在同一个界面上很容易地在不同媒体之间切换，互相补充和加强学习过 程。 在开设窗口方面，界面设计时的关键是窗口的大小和窗口的数量问题。 r a c ei s s u e 集团做了一个简单的实验，结果发现，在多媒体环境里并排的窗口 中，用户查找图片的时间只有在屏幕上显示3 6 个以上窗口时才有明显的增加。 当然，这样多的窗口似乎超出了一般人的认识，但至少说明适当地开设窗口并不 会对用户的表现和使用产生太大影响。 多数计算机都有很强的开设窗口的功能，多个窗口可以并排或者叠放在一 起。屏幕上叠放窗口的数目不宜太多( 比林斯雷，1 9 8 8 ；吉尔墨等，1 9 8 9 ) 。同 时，也有一些比较重要的研究结果表明，为了保证用户能方便有效地使用，用户 需要对叠放窗口有充分的了解，并有使用叠放窗口的经验( 布莱和罗森堡，1 9 8 6 ； 许和沈，1 9 9 2 ) 。当然，这并不能成为反对使用叠放窗口的借口。随着计算机系 统的发展，熟悉计算机的用户也会逐渐熟悉计算机的这种开设窗口的功能。 3 3 3 颜色搭配设计 教学软件用户界面设计必须考虑颜色对学习者的影响。哈特法和泰帕( 1 9 8 8 ) 比较了三个4 0 分钟的计算机辅助几何课的教学效果，课程的内容完全一样，都 是一些几何概念。唯一的区别只是三种表现形式在颜色的运用上有所不同。第一 种以黑白显示：第二种利用颜色为主要信息提供功能性的提示；第三种则随便乱 用了一些颜色。在实验时，他们将1 0 9 个中学生随意分成三组，在实验前后分别 对他们进行了钡4 试。测试的结果表明，运用第二种显示形式的学生在实验后立即 进行的测验和一个月后的再次测验中都比其它两组学生表现得好。利用颜色进行 提示比黑白显示和不加控制的利用颜色都更加有助于学习，利用黑白显示和随意 加色的两组学生之间没有明显的区别 2 2 j 。 利用颜色对主要概念进行提示时会极大地有助于学习。颜色用来作提示工具 教学软件用户界面设计原则厦其应用分析 时可以促进学生对学习任务的重新组织和结构。在整个学习过程中，颜色可以吸 引并抓住学生的注意力，因此而促进学习，因为足够的注意力是学生处理计算机 所显示信息的基本的先决条件。 但是随着所使用颜色数目的不断增加，颜色用来提示主要信息的功能在逐渐 减少。颜色有时给学生增加了额外的信息，学习者无法吸收太多的信息，所以有 时学习者会错过些信息。因此，颜色的使用应符合颜色的组合规律。研究人员 已经发现，错误地使用颜色将增加解释显示的内容所需的时间，从而降低效率。 颜色的使用应符合人的习惯，整屏颜色的数目不应超过5 至7 个。下面提出几条 择色的方法倒。 ( 1 ) 用色彩( 色调) 来区分信息时，应根据按亮度递减次序排列的彩色白、黄、 青、绿、紫、红、蓝、黑来选择足够的色差。例如，红色和黄色按亮度等级相差 五级信息区分效果很好，而红色和紫色只相差一级信息就难易区分了。 ( 2 ) 改变明度来给信息分类或使信息更加醒目。在h s v 彩色模型中改变明度 ( 即改变v 值，黑色v = 0 ，白色v = 1 ) 可使色彩从两维变为三维，可加大色彩传递 信息能力。但不要采用色调相同而亮度不同的色彩。 ( 3 ) 不提倡选择饱和度来区分信息。饱和度的使用我们仅把它限制在“微调” 色彩的纯度来提高视觉效果。 ( 4 ) 选择与心理感受上一致的颜色。例如表示警告、危险用红色，而表示情 况正常用绿色。黄色和红色用久了很容易引起人们的疲劳，所以要慎用。 ( 5 ) 选择低饱和度和低亮度的色彩作背景。根据视敏度曲线和按亮度等级排 列的色彩来看，人跟的生理机能，对红色和绿色不敏感。因此，红色和绿色宜布 置在屏幕中央，而不宣布置在边缘。人眼对蓝色最不敏感，所以在小