可用性工程学在人机界面中的应用研究

2013-07-05任工昌

机电产品开发与创新 2013年1期

任工昌，陈健

（陕西科技大学设计与艺术学院，陕西西安 710021）

0 引言

早期计算机主要应用于数学计算，并没有 “人机界面”的概念，当时人与机器的交互活动更多理解为“外部设备”，把操作人员与机器的交互活动看作是机器功能的一部分。在20世纪80年代中期，美国的认知心理学家率先提出了 “对用户友好”的设计概念，这成为了最早的人机界面的 “可用性”概念。时至今日，可用性有许多定义。国际标准组织（ISO9241/11）对可用性的定义：“可用性是一个多因素的概念，涉及容易学习、容易使用、系统的有效性、用户满意及把这些因素与实际使用环境联系在一起针对特定目标的评价。”

目前比较常用的是Nielsen对可用性下的定义：有效性（工作目标），它关系到各种工作过程，该系统对一个好的工作结果能够贡献到怎样程度（指各种质量标准）。可用性可以被分为：①实用性功能：它关系到所需要的功能是否被提供；②可用性用户：用户是否能够通过该系统的用户界面高效率地与系统交互[1]。

可用性在界面设计中的应用是通过人因素反映的，通过用户操作界面中的各项任务去评价，用户在不同的环境或不用的领域中使用界面，可用性评价的标准与指标各有不同。如：在家使用电脑上网、在银行使用电脑办理业务，学生使用电脑学习，不同的环境和领域包含了不同的用户群、操作任务。因此可用性的在人机界面中的应用要强调周围环境因素。

1 可用性的发展趋势

可用性在过去许多年里没有相应的理论及测试方法，许多企业甚至怀疑可用性在人机界面中是否有存在的意义。从大型计算机到现在的个人计算机，用户的数量成爆炸式激增，每一代的计算机界面都是以用户数量和典型任务来完成设计。国外早期一项关于软件工程成本调查显示，63%的软件项目成本严重超标，调查研究显示一共有24个不同问题是激增成本的原因。其中8个问题原因与可用性工程有关：用户在使用软件后，不断提出各种问题要求改进设计，企业对用户需求缺乏了解，用户与系统的设计人员不能很好的沟通。可用性工程的方法就可以为设计部门在界面设计完成前避免大量出现此类问题，减少项目成本大量超出预期估算。在现代系统中，可用性的作用已经被再次强调，在增强用户界面能力的同时提高了用户的期望值。可用性长期发展的潜力在于全新的用户界面能够建立在人机界面设计原则的基础上同时增加了新的交互能力。

2 可用性在人机界面中的设计原则

2.1 可学习性

界面简单易用可以说是可用性最基本属性，大多数系统界面都做到简单容易学习，用户操作一个全新的系统界面，就是学习这个系统的开始。系统应该让用户感到容易学习，在较短的时间内用户可以自由的在界面中操作系统完成任务。

用户在学习使用新的系统界面时如图1所示，一般分为两种情况：一种情况是系统侧重于新用户，简单易学用户可以在短时间自由操作系统，但是随着时间的推移使用效率不高；另一种情况是，新的系统界面学习起来较为困难，用户需要经过一定的培训，才能自如操作系统，但熟练用户的使用效率较高。

在研究可学习性时，要了解用户是花时间专门学习使用系统界面之后，再使用系统。还是边学习边使用。例如网上购买火车票，用户一般都是在相关网站学习如何网上订票的同时购买火车票。又如专业的编程软件，用户一般是先学习软件的使用，再使用软件编程完成某项任务。

2.2 降低错误率

错误是用户对系统使用熟练程度的直接反应，由用户操作系统界面的过程来看，用户操作错误主要存在三个方面。第一方面是用户主观理解性错误，对系统界面没有完成正确的了解，对操作界面产生理解上的偏差。应该在人机界面设计初期，界面中给用户提供简明扼要的帮助信息，帮助用户更好的理解系统，当用户做出了错误操作，能有正确的提示信息出现帮助用户解决问题。第二方面是用户习惯性错误，用户面对全新的人机界面，可能会把以前的操作习惯用在新的系统界面中，根据以前的记忆或者经验操作新的系统界面产生错误。对于这种情况，最有效的方法就是提供明确的文字提示，或者易于用户理解的图标。让用户一目了然，不会按照以往的经验去操作系统。第三方面是用户疲劳性错误，在用户长时间操作系统时，他们可能不断地对接收到的信息进行处理，随着时间的推移，用户处于一种机械运动状态，错误往往会在这种长时间机械运动疲劳后出现。为避免这种错误情况的产生，就要求系统界面一次提供的信息量不能过大，信息能从界面的背景中清晰的分辨出来，防止用户长时间疲劳操作后产生错误。

2.3 减少思维负担

从用户的角度去分析和评价人机界面，用户一般分为新用户、非频繁使用用户和熟练使用用户。新用户去学习使用新的系统界面，需要花费精力去记忆如何操作系统界面。非频繁使用用户再次操作系统界面的时候，也是根据过去的记忆去操作系统界面。熟练使用用户是长期使用系统，对界面的操作都已经熟记于心[2]。三种用户对系统界面的操作主要还是依赖自身的记忆力，过多的记忆会加重用户的思想负荷。不论哪一种用户，在不同的环境和领域中操作系统界面。都会受到外界和自身的影响，如：光线过亮或暗、噪声、空气质量，或是处理重要的信息自身心理压力过大、情绪不稳定等。这些外内和内在因素都会对用户操作界面时产生影响，让用户的思想负荷过大，易出现操作错误。

所有用户对接收到的大量信息，擅长的是识别各类信息，而不是去记忆或者回忆接收到的各种信息。根据这些情况，在设计系统人机界面时，应该把各种操作选项或命令展示给用户，让用户在操作系统完成某项任务时是选择自己所需要的步骤，而不是让用户自己去输入命令或是按照自身记忆去操作系统界面。最大限度的减少用户操作系统时的思想负荷，让用户有轻松舒适的操作感。

2.4 一致性

一致性是传统是人机界面设计原则之一，也是最基本的可用性法则之一。一致性包含了系统内部一致：系统自身各部分组成要具有一致性[4]。以及外部一致：不同系统之间具有习惯性和标准性的一致。然而在具体的设计中就会发现这是一个很复杂的问题。

如果用户在操作同一系统或不同系统时，同一个命令或同一个操作都会产生同一个效果，那么用户在使用系统界面时就会更加熟练。如：软件Photoshop、Corel-Draw和Microsoft Word这三种不同的软件，快捷操作control+Z产生的效果（返回上一步）都是一样的。虽然是不同的软件系统，但用户在使用后会更加自信，同时也会鼓励用户去自己去探索学习，用户自身也会认为自己具备了使用系统基础的知识。

在系统中，一致性包含了同样的信息位置、提示语、外观、布局、菜单结构和操作过程等。具有一致性的人机界面符合用户的视觉期待，避免用户在界面视觉寻找所带来的疲劳感，也可以减少用户的思想负荷。而且一致性可以让用户借助自身已有的操作经验和习惯来帮助用户更加轻松的学习使用不同的系统。

2.5 系统反馈

在大多数系统中，当用户出现一些错误的操作，系统往往是简单的停止响应用户或终止用户操作。却没有对错误做出信息反馈，让用户知道是什么原因产生错误，该如何进行正确的操作。系统的错误提示信息也应用通俗易懂的语言，不能用太过专业的术语，这会让部分用户无法理解错误提示。系统的错误信息还应体现出“以人为本”的原则，如：有些系统的错误提示信息“非法命令”或 “非法登陆”。这会让用户产生自己被警告且不被尊重的感觉。在这些时候系统需要给用户足够的帮助，严谨而尊重用户的提示语言。在不能及时帮助用户修改错误时，要提示用户去查看学习用户手册，或是直接进去用户手册，将能解决现在问题的文字提示展现给用户，不能让用户自己去猜发生了什么问题，或是让用户自己在用户手册中一条一条的寻找解决方案。及时礼貌的系统反馈设计，让用户产生错误时，不仅能轻松及时做出正确的选择，还让用户心理感触到 “机为人用”的设计理念。

3 人机界面的可用性评估测试方法

以用户为中心的设计和评估的最基本思想，就是将用户时时刻刻摆在所有过程的首位。可用性评估测试并不是在人机界面设计完后，对界面做出的可用性测试。而是贯穿于人机界面设计的整个周期内，在人机界面设计初始时期界面设计的初衷和目的，以及在设计过程中，对用户反馈的信息做出对界面设计的调整改进。用户在界面设计的各个阶段反馈的评估信息，都是作为人机界面设计的依据。所以以用户为中心是可用性评估测试的核心思想[3]。

针对不同的人机界面情况有不同的可用性评估测试方法，常见的有用户模型法、用户调查法和专家评审法等。

用户模型法是采用数字模型来建立虚拟的人机交互过程，通常适用于设计的初始阶段。通过建立数字模型来测试用户使用人机界面完成任务的效率、时间和发现可用性问题的概率等数据。

Nielsen和Landauer[1993]给出了以下公式，可以对发现的可用性问题做出评估：

发现的可用性问题（i）=N（1-（1-λ）i）

i是测试用户的数量，N是界面中存在的可用性问题总数，λ为任意用户找到任何一个可用性问题的概率。如果N和λ值的变化情况较大，应当记录每一次的数据通过数据所反映的曲线来进行评估，对测试所得的平均值记录来为之后其他的测试做准备。

用户调查法通常以用户问卷调查来进行，这是比较方便的调查方法，可以很直接反映用出户主观满意度和可能存在的疑问。该方法适用于人机界面设计的各个过程，体现出以用户为中心的原则，通过直接调查用户对界面使用的情况，发现界面中存在的可用性问题。

专家评审法是由可用性专家来评估测试系统人机界面中的可用性，同样适用于人机界面设计的整个过程。由可用性专家依据可用性的原则对人机界面进行专业性评估测试。在国外已经有专业的可用性实验室，如微软、IBM、西门子和诺基亚等大型外企已经具有较大规模的可用性实验室，以及专业从事可用性工程的工作人员，并对工作人员要求复合专业背景（人类工效学/人类因素学、认知心理学、工业设计、工业工程、视觉设计、技术交流、人类学、社会学与计算机相关技术学科等），对系统人机界面从开发设计到上市进行可行性评估分析。

可用性评估测试的方法多种多样，在国外也有一些新的可用性测试方法。实际上，没有一种可用性评估测试方法适应于所有的人机界面情况，如果无法以现有的评估测试方法对人机界面进行评价，就需要根据可用性的原则设计一种适合的可用性测试方案。并不是死板的用以有的测试方法应对现在或将来人机界面中存在的可用性问题。