人工智能时代的“人机交互技术”课程教学改革研究

戴家树 严楠 刘涛 谷灵康

摘要： 随着人工智能学科和产业的快速发展，对人性化、智能化的交互方式的需求越来越高，使得《人机交互技术》课程在计算机学科中地位得到了极大的提升。该文在综合了近几届《人机交互技术》课程教学过程中的经验和教训的基础上，依据最新的人工智能发展趋势和需求对现今的《人机交互技术》课程的教学内容、案例教学和实践实验教学进行了初步探究，学生教学反馈较好，为今后人工智能新挑战下的《人机交互技术》课程教学提供一些新的思路。

关键词： 人工智能； 人机交互技术； 交互设备； 交互设计； 教学改革

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）30-0146-03

Abstract： With the rapid development of artificial intelligence discipline and industry， the demand for humanized and intelligent interaction is getting higher and higher. This has greatly enhanced the status of Human-Computer Interaction Technology in the computer science discipline. According to the latest development trend and demand of artificial intelligence， the teaching content， teaching example and experimental teaching of Human-computer Interaction Technology are preliminarily studied on the basis of the experience and lessons of the course teaching in recent years. The student's teaching feedback is better. It can provide some new ideas for the teaching of Human-Computer Interaction Technology under the new challenge of artificial intelligence in the future.

Key words： artificial intelligence； human-computer interaction technology； interactive equipment； interactive design； teaching reform

1 引言

人機交互技术 （Human-Computer Interaction Techniques） 所指的是采用各种输入设备将多源数据输入计算机内，并将计算机运算结果通过输出设备给人类做出反馈，从而实现人与计算机之间信息交流的技术。认知心理、人机工程学等学科是它的理论基础。通过什么样设备输入到机器内，机器如何处理这些数据，以及通过什么样的设备给人类做出反馈成为人机交互技术的关键点。

《人机交互技术》课程的教学改革一直都受到了广大学者和一线教师的探讨。该课程的双语教学改革[1]被进行了深入讨论，探讨双语教学中的教学理念和方法。孙红玉[2]等在曲阜师范大学开设该课程多年的经验基础上，进行了相应的教学改革。胡勇[3]等以面向本科教育和工程教育为教学目标，对该课程的教学进行了探索。同时，国外针对人机交互技术课程也有广泛的讨论，Urquiza-Fuente[4]等讨论了人机交互过程中的实践教学。美国斯坦福大学的《人机交互技术》课程在全球范围内收到了广泛关注，有学者也专门针对其开设的课程进行了相应的教学探索[5]。

伴随着虚拟现实、增强现实、混合现实、云计算、大数据、物联网等一系列新技术的涌现，计算性能的大幅提升，人工智能学科掀起了一股智能产品热潮。同时，人工智能对计算机大类专业的人才培养已经产生了较大的影响，很多教学研究人员已经开始讨论人工智能背景下的专业改革[6]。在工业4.0时代，人工智能和人机交互技术将会占到至关重要的地位[7]。

人和机器之间的交互发生了质的变化，由传统鼠标、键盘等交互方式逐渐演变成更为人性化的多通道交互行为。中国科学院自动化研究所的陶建华[8]等研究了多通道人机对话的鲁棒性等问题。人工智能对交互设计产生了极大的影响[9]。智能时代下未来人机交互的发展必然会受到了广泛关注[10]。

人工智能时代下的产品对应用场景和操作方式提出了新的需求，要求能够构建良好的人机交互界面，实现友好的人机交互。人工智能的终极目标是类脑智能，让机器具有和人类大脑类似的计算、分析能力。而人机交互技术的终极目标是让人和机器的信息交互同人与人交流一样便捷。从而，人工智能技术将会革新人机交互技术。《人机交互技术》课程需要适应人工智能的浪潮，涌现新的适应人工智能时代的教学变革。因此人工智能背景下的《人机交互技术 》课程的教学不只是教学内容的更新，而是涉及教学理论的更新、知识结构的重构、多种教育教学手段的有机结合等问题。本文从人工智能背景下的《人机交互技术》课程教学内容、案例化教学、实践实验教学的角度进行教学总结。

2 人工智能时代下《人机交互技术》课程的教学内容

《人机交互技术》作为软件工程专业的一门重要的专业方向课，安徽工程大学计算机与信息学院开设该课程已有五年多时间，授课对象为软件工程专业的高年级本科生，授课人数已达500余人，现每学年授课人数近180人左右。我校《人机交互技术》课程的授课学时为48学时，其中理论教学24学时，实践实验教学环节24学时。根据软件工程专业的培养方案设定，该课程选用清华大学出版社的《人机交互基础教程》作为课程教材。

《人机交互技术》的教学大纲中关于课程的教学内容包括人机交互技术的理论基础，人机交互涉及的交互式设备，现阶段人机交互采用的技术，人机交互界面的设计原则，人机交互的表示模型与实现，Web端和移动端的界面设计，人机交互界面的可用性和评价标准等。

人工智能产业带来的快速需求，对人工智能界面的输入与输出提出了新的需求，要求《人机交互技术》的课程内容能够包含智能化的人机交互界面设计。

随着技术变革，人机交互界面的输入方式由传统的鼠标，键盘等触控输入转化为手势、语音、动作、表情、唇动、眼动等单通道输入，直至现如今人工智能时代的多通道输入方式。故而课程内容中需要加入多通道信息输入界面的设计，多通道信息的融合技术，以及如何通过多通道信息获得决策信息。

当前人工智能产品的输入信息趋向于多样化，语音输入界面与视频输入界面以及各种体感输入界面之间有着较大的区别。语音输入界面要求界面具有语音启动接口或者手动快速启动语音录入，语音自动播放等功能。视频输入界面中需要添加视频显示窗体，摄像头角度便捷切换等。体感界面中需要根据不同的体感输入，手势、姿态、触觉、力觉等设计出不同个性化的输入模式。

3 人工智能時代下的《人机交互技术》课程的案例化教学

人工智能、大数据带来的学科发展，使得当前涌现出来一大批先进的人工智能交互式产品。教材中涉及的教学案例已经不能充分体现人工智能产品的最新发展，《人机交互技术》课程组在平时科研的过程中，结合市场上火爆的人工智能产品，通过产品实物、系统演示、视频播放等教学手段展示了一系列人工智能时代人机交互案例。

语音类的智能产品在市场上受到了广泛欢迎，如小米智能音响，OLLY智能音响，Jibo社交机器人等。纯语音交互式的产品可以不包含交互式界面，仅提供相应的语言接口，即可完成人与人间最常用的语言沟通。如小米智能音响通过语音指令“小爱同学”进行响应启动，再对语音、语义检测，连接互联网，完成相应指令。在语音类产品案例中渗入以用户为主的交互设计思想，用户以何种语音交互方式能够进行快速便捷的交互。

摄像头类的智能产品类型众多，如web端和移动端的人脸识别、图像美颜、视频编辑或者各类智能安防监控类产品等。课程中将会展示智能安防系统，展示摄像头场景快速切换，主窗体，功能按钮如何布局，异常状态触发报警等，体现人机之间进行快速智能交互。

目前，各大互联网巨头公司都有开发代表公司先进AI水平的智能机器人，如国内百度的小度机器人，搜狗汪仔机器人等。通过电视综艺节目视频播放，如最强大脑等栏目，解释栏目中出现的智能机器人，介绍其交互式输入方式，工作原理，人机交互设计中的主要思想。

通过最新的案例化教学可以体现当前人工智能发展的最新水平，提高课程趣味性与技术先进性，增强学生的学生兴趣，帮助学生快速适应当前行业需求。

4 人工智能时代下的《人机交互技术》实践实验教学

《人机交互技术》课程的教学目标是让学生掌握构建友好、便捷的交互式界面的能力。实践实验教学在该课程的教学体系中占据至关重要地位。设置一个符合人工智能发展方向的实验课程方案有助于学生更快掌握该课程的课程目标，适应时代发展。该课程安排四个实验，对应当前交互式设计发展的几个热点方向。实验教学安排表如下所示。

5 结论

人工智能学科的迅猛发展给计算机类专业学生的培养带来了新的挑战，同时为《人机交互技术》课程的建设提出了新的需求。《人机交互技术》为人工智能学科的良好可视化奠定了相应的基础。本文综合了现今人工智能的发展趋势，依据现有人机交互技术课程涉及的课程内容需求，对课程的教学内容、案例化教学和实践实验教学都进行一定程度上的更新。通过教学反馈，适应人工智能时代新需求的教学改革受到了学生的广泛欢迎，适应了学科发展和人才培养。

参考文献：

[1] 王瀚漓，卫志华.“人机交互导论”课程双语教学实践与探索[J].教育教学论坛，2016（40）：113-116.

[2] 孙玉红，韩丽娟.“人机交互技术”课程教学改革与实践[J].教育教学论坛，2016（01）：222-223.

[3] 胡勇.“人机交互技术”课程教学探索与实践[J].教育教学论坛，2017（45）：159-161.

[4] Urquiza-Fuentes J， Paredes-Velasco M. Investigating the effect of realistic projects on students' motivation， the case of Human-Computer interaction course[J]. Computers in Human Behavior， 2017， 72： 692-700.

[5] Lin L， Qin W， Long C. The analysis and practice of the human-computer interaction course system in Stanford University[C]//. 2016 11th International Conference on Computer Science & Education （ICCSE）， IEEE， 2016： 865-870.

[6] 赵佳，孙刚.面向人工智能的信息管理与信息系统专业教学改革[J].电脑知识与技术，2017，13（10）：127-128.

[7] 于继栋， Joy Weiss. 工业4.0/机器人：人工智能和人机交互技术将会起到至关重要的作用[J]. 电子产品世界， 2016（1）.

[8] 陶建华，王静.基于人工智能的多通道智能人机交互[J].信息技术与标准化，2017（11）：19-22.

[9] 覃京燕.人工智能对交互设计的影响研究[J].包装工程，2017，38（20）：27-31.

[10] 范俊君，田丰，杜一，等.智能时代人机交互的一些思考[J].中国科学：信息科学，2018，48（4）：361-375.

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