工业心理学在软件分析与设计课程教学中的应用研究

刘建芳, 郑浩, 吕海莲, 李培然

(平顶山学院 计算机学院， 平顶山 467000)

0 引言

2017年2月14日，教育部、人力资源和社会保障部、工业和信息化部联合印发了《制造业人才发展规划指南》，引起社会各界对于工科教育的关注。“新工科”更强调科学、人文、工程的交融，成就复合型、综合性人才，学生要具有整合能力、全球视野、领导能力、实践能力，成为一个具有一定人文科学知识的工程领域的领军人物。新经济的发展对传统工程专业人才培养提出了挑战。相对于传统的工科人才，未来新兴产业和新经济需要的是工程实践能力强、创新能力强、具备国际竞争力的高素质复合型“新工科”人才[1-3]。也就是说新工科的人才培养，既需要培养学生具备理工科的知识技能，同时还需要培养学生具有学习更加广泛的交叉融合学科知识的能力。

在目前的软件人才培养中，对前沿技术的进展研究不足，课程和内容跟不上科技发展速度，同时也较少融合交叉学科的相关知识，导致培养的学生在探索前沿技术的能力上表现欠缺，无法结合其他文理科知识而只将计算机软件技术的应用进行延伸交叉，同时也难以在新工科专业中担任重要角色。“软件分析与设计”课程在软件开发生命周期中起着举足轻重的作用，我院开设《软件分析与设计》课程，要求学生熟练地利用UML(统一建模语言)表达设计思想，运用对象技术的原则和方法完成应用系统的分析和设计过程，并对面向对象思想和理论有进一步的理解。笔者以该课程为载体，研究新工科人才培养在软件工程专业相关课程的数学方法。

2 工业心理学

工业心理学是应用于工业范畴的心理学分支。它主要研究包括管理心理学、劳动心理学、工程心理学、人事心理学、消费心理学、设计心理学等工作中人的行为规律及其心理学基础[4,5]。“新工科”背景下，工业心理学交叉融合其他学科的发展将会有很大的前景。

李苑[4]等人在第十八届全国心理学学术会议中提到在计算机领域，工业心理学可以在计算机算法研发过程中，更好地应用人类认知学习的经验，在虚拟现实、人工智能与机器人、大数据与云计算、人机交互设计和用户体验等方面都会有带来更多发展和创新。

美国学者尼尔.埃亚尔和瑞安.胡佛在《上瘾》一书中分析了消费者心理学的相关理论知识及应用、行为经济学在产品营销中的应用，以及软件项目中人机交互体现的心理学现象等学术问题，提出一套“上瘾模型”，并将该模型分为触发、行动、多变的筹赏和投入四个阶段[6]。上瘾模型有助于产品设计者为习惯养成类技术制定一个初始标准，还有助于从现有产品的习惯养成潜能中发现隐形的弱点。

福格博士认为[7，8]，充分的动机(M)、实现这一行为的能力(A)和推动人们付诸行动的触发(T)是3个使人们行动(M)起来不可或缺的要素，即B=MAT。

心理学家艾伯特·班杜拉的“社会学习理论”为社交网站的风靡提供了理论上的诠释。班杜拉认为，我们之所以会在社会生活中模仿别人，究其原因是我们具备向别人学习的能力。当看到他人因某种行为而得到酬赏时，我们效仿跟风的可能性就更大[6]。

3 教学现状

《软件分析与设计》课程是计算机学院(软件学院)软件工程专业移动互联网方向的专业核心课程，主要讲授软件分析与设计的方法和技术。目前在授课过程当中主要讲授的教学内容囊括8个部分的内容，如业务建模、用例建模、用例分析、面向对象分析原则、面向对象设计模式、架构设计、构件设计、从模型到代码等内容。为了培养学生注重实践、鼓励创新和素质培养的能力，课程考核采用课程作业的形式展开。要求学生以团队的形式，以应用软件系统、服务平台、移动终端软件或嵌入式软件及智能化设备等为载体，使用面向对象知识和技术完成分析与设计。

由于现有教学内容课程围绕计算机软件建模过程展开，主要涉及学科专业知识，专业性、技术性较强，没有涉及心理学等交叉学科相关知识，较少引导学生涉足其他学科知识，留给学生探索思考交叉学科的机会少，不利于学生培养发散思维能力、提高分析解决问题能力。在指导学生完成课程设计、毕业设计、开展创新创业活动时发现大部分学生作品对工程技术使用较好，但是普遍存在选题缺乏创意，或者软件作品没有针对客户群，不够吸引用户的现象。究其原因，主要是由于学生在项目选题及设计过程中，缺乏与用户之间的有效沟通，对用户动机和心理方面掌握不足，容易陷入“技术为本”的价值观念中，遇到问题首先考虑的是“用什么计算机技术来解决问题”，而忽略用户对产品的需求，这样做出来的产品往往和用户的期望存在一定的差距。故在软件需求分析中，可以以心理学为基础，进行用户调查，分析用户，建立理性的用户模型，从而最大可能的理解用户的想法，写出用户需要的软件需求分析。

笔者在调研如何开展创新设计的过程中，调查影响创新设计的因素以及提高个体创新能力的工具。在阅读文献时发现，有不少研究人员分别从思维方式、智力水平、专业知识和工程技术等方面展开，开展了诸如基于知识的创新设计研究、基于心理学的创造性思维研究以及以工程技术发展规律为对象的研究等等。

本次教改将从学术角度切入，将工业心理学中的消费者心理学、工程心理学的研究成果应用到《软件分析与设计》的教学过程中。通过将工业心理学的相关内容融合到课程的教育教学过程中，旨在培养学生创新意识，开发出具有创意、市场、吸引客户的软件作品，从而迈出创业成功的关键一步。

4 教学改革

针对学生创意难的问题，计划将工业心理学融合到软件工程专业的《软件分析与设计》课程教学过程中，构建适合《软件分析与设计》课程的工业心理学内容，并将其用于指导学生的创新创业中，解决创意难的问题。笔者通过阅读整理相关工业心理学知识，将工业心理学知识融合到软件项目开发中，如软件界面设计、业务功能分析等过程中。通过分析现有流行软件的特点，引导学生将心理学相关知识应用到自己的软件分析与设计过程中。具体包括以下三个步骤：分析工业心理学相关分支涉及的内容；分析软件工程专业项目特点，确定相关应用点；针对项目特点，构建适合软件设计开发的心理学知识，指导学生完成课程设计。

4.1 选取工业心理学知识

工业心理学涉及的范围非常的广，笔者在阅读资料的过程中，结合目前流行软件产品的应用，选取行为模型、多变性、稀缺效应等心理学知识进行研究，分析其在软件开发中的应用。

1．行为模型

笔者通过调研分析发现，推动网络创新一步步走到今天的原动力，就是将行为简单化。正是因为行为的简化，才使得繁琐的网络操作演变成如今的全民狂欢。心福格提出的行为模式很好地归纳了简洁性蕴含的6个元素[8]，即：

(1) 时间：完成此项活动所需的时间;

(2) 金钱：开展此项活动的经济成本;

(3) 体力：实现此项活动损耗的体力成本;

(4) 脑力：从事此项活动的脑力成本;

(5) 社会偏差：其他人对此项活动的认可程度;

(6) 非常规性：与常规活动相比，开展此项活动存在的匹配程度或冲突程度。

2．多变性

心理学家斯金纳在20世纪50年代针对多变性对动物行为的影响开展过一项研究，通过鸽子实验形象解释了驱动人类行为的原因。证实了多变性会使大脑中的伏隔核更为活跃，同时神经传递素多巴胺的含量也会增多，从而驱使动物因急切地渴望得到酬赏而采取进一步的行动[9]。

3．稀缺效应

1979年，沃切尔、李、阿德沃勒等几位研究人员开展了一次饼干实验，通过受试者对饼干的价值判断，得出稀缺性对人们判断标准的影响。在消费心理学中，人们把“物以稀为贵”而引起的购买行为提高的变化现象，称之为“稀缺效应”[9]。

4.2 分析软件专业项目特点

笔者分析现有流行软件的发展，通过注册账号、Twitter首页、浏览网页方式等的演变过程，剖析行为模型、多变性和稀缺效应在软件开发界面设计、功能设计以及项目管理中的应用。

1.行为模型

接下来通过注册账号、Twitter首页及浏览网页方式三方面的演变，分析行为模型中提到的简单化行为在软件项目设计中的应用。

(1) 注册账号的演变

注册成为某软件或者网络用户的步骤日益简化。手机应用还未普及时，注册需要提供用户名、密码、邮箱等各种相关个人信息，整个注册步骤繁琐。随着移动设备的普及，由于设备屏幕小，用户输入字符的速度慢，繁琐的注册步骤给用户带来的麻烦更为明显，部分用户可能因为繁琐的步骤而放弃注册。如今，很多软件和网站放弃了繁琐的注册方式，用户只需输入手机号码和验证码，或者采用注册即分享模式，直接使用QQ、微信等已有账户授权即可注册登录。大大简化的注册步骤，积极推动了用户对软件的使用。要赢得人心，首先让自己的产品便捷易操作，让用户轻松驾驭，使其快速在用户社交群中扩散。

(2) Twitter首页的演变

2009年，Twitter主页是杂乱无章的一堆文本和链接，其倡导的价值是“与朋友和家人分享你此刻的体验”。而部分用户并不认同这种价值观，他们质疑“为什么我要像个小喇叭一样四处宣告自己的活动”。2010年，Twitter对该主页进行重新设计，将其价值定位为“分享和发现正在发生的一切”。在价值理念上，这一次的设计将行动作为关注点，但同时用户对Twitter的使用更多的放在搜索信息上，这违背了公司的初衷。随后，Twitter主页进行大幅度改观，界面清晰而简单，使用“发现正在发生的一切，从现在开始，从你关心的人和事开始”作为体现其价值主张的广告语。主页上醒目的给出登录或注册功能进行“行为召唤”，暗示用户采取下一步行动。随着移动设备的无孔不入，Twitter主页再保留登录注册功能的基础上，醒目的给出移动端下载的提示，鼓励用户在移动端上下载应用程序。Twitter主页的演变向我们展示了该公司逐步发现用户需求的整个过程，也体现了用户需求在软件需求、界面设计方面的作用。Twitter通过分析用户的情感需求，适时调整界面及宣传用语，从而增强用户的使用动机，触发用户对产品的使用。

(3) 浏览网页方式的演变

目前，很多的“文本”社交网站仍采用分页的方式展示各种信息，人们浏览网页时需要点击翻页，而且通常还需要稍许等待内容加载。在移动互联网时代，网民在移动设备上浏览网站的动作更加倾向于滑动手机屏幕。Pinterest选用瀑布流的方式呈现图片内容，用户无需翻页，当浏览到页面底端的时候，下一页的新内容便会不断自动加载在页面，让用户连续的发现新的图片，从而使人们更轻松地浏览网页，进而“锁”住用户。Pinterest正是通过强制简化的互动、视觉体验上冲击和用户的猎酷心理，为用户提供更直观的体验界面，并从用户行为的角度上，弥补人的原始需要，满足用户的“收集癖”，创造舒适的体验。

2. 多变性

下面通过分析Facebook、英雄联盟、Pinterest、Mailbox和Codecademy等软件项目在功能的设计上是如何利用筹赏的多变性来赢得用户的。

(1) Facebook

用户在注册Facebook成功后，可以在该网站上不断的分享内容，查看评价，关注众人称赞的内容，同时由于网站内容的不断更新，用户在每次浏览前都无法预知这一次访问时会看到些什么，这种不确定性推动着用户一次又一次的重新登录。对于用户而言那些变化不定的新鲜内容，以及对于内容提供者而言来自别人的点赞和评论，都是对他们行为的最好酬赏，这种多变的酬赏激励他们继续使用该软件。

(2) 英雄联盟

另一款流行的游戏软件“英雄联盟”的开发商从班杜拉的“社会学习理论”中获得启发，通过给游戏设计一个奖励机制“荣誉值”，玩家可以给他们认为光明正大的游戏行为奖励荣誉值，倡导人们在网游中保持积极阳光的心态，表现最好的、最具合作精神的玩家将因此受到大家的尊敬，而荣誉值只能从其他玩家那里获得，所以也具有极大的不确定性。

(3) Pinterest

Pinterest网站上的图片由用户群负责选取和把关，内容随时更新，用户在翻页时，下一页的图片会被截成两半，以此来保持用户的好奇心，吸引用户往下浏览。

(4) Mailbox

电子邮件应用程序Mailbox智能地将邮件分门别类放在不同的文件夹里，提高用户实现“未读邮件为零”的可能性，同时系统自动的将低优先级别的邮件延后显示，让用户体验到了把握全局并终结任务的快乐。

(5) Codecademy

Codecademy网站以交互模式开展网络教学为学员编程学习的每一步骤提供及时的反馈，未解的难题就像是游戏中的关卡，吸引用户迎接挑战从而赢得犒赏。在难题面前输赢未定体现酬赏的多变性。

以上案例中， Facebook和英雄联盟体现的社交酬赏，Pinterest体现了猎物酬赏，而Mailbox和Codecademy则诠释了自我酬赏。

3．稀缺效应

亚马逊公司是美国最大的一家网络电子商务公司，其营销活动在其网页中体现得相当充分，主要包括产品策略、定价策略、促销策略等。在该网站搜索产品光碟收纳盒时，看到该产品库存仅剩4件，并提供给买家更多其他选择。该网站运用稀缺效应引导用户购买该产品。

4.3 构建融合心理学的课程教学内容

本阶段重点需要突破的问题是，在哪些技术讲解环节引入心理学的相关内容。在整个软件分析与设计的生命周期中，需要与用户进行沟通的阶段主要处于需求分析阶段与客户的沟通，以及产品研发后的用户体验两个环节上。分析课程特点，需求分析阶段主要涉及的是用例建模环节，用户体验主要体现在界面设计环节。用例建模环节软件开发人员需要结合业务特点和用户对系统的愿景挖掘系统需求，考虑哪些功能应该改进，哪些不需要改进。在完成此部分的教学过程中，可以充分融合心理学知识开展教学活动。

结合课程内容用例建模过程中完成需求分析确定项目愿景时，可以先介绍福格博士建立的行为模型并给出延伸阅读资料。然后以注册账号、Twitter首页、浏览网页方式等的演变为例，说明用户对于软件需求分析和界面设计的作用。在指导学生在完成软件设计时，要求学生在充分考虑所掌握技术的基础上，尽可能的使用户在期待惊喜的同时以直截了当的方式实施当前步骤，流程越简单，用户实施并采取下一步行动的可能性才会越大。

以Facebook、英雄联盟、Pinterest、Mailbox、Codecademy为例，说明软件开发中的功能界面设计等是如何应用这些心理知识保持用户黏性的，分析讲解有关多变性的心理学研究同时给出相关延伸阅读材料。

以亚马逊为例，结合该公司运用稀缺效应引导客户购买产品的方式，分析稀缺效应的心理学知识，从而引导学生在软件功能设计、界面设计以及后续的软件产品营销中合理使用相关心理学研究成果。

对于优化的教学内容，教师主要起引导和启发的作用，唤起同学们在专业知识学习的同时探索其他学科知识的热情。教学方法上可以采用对分课程的形式展开，将具体的教学过程分为四个阶段。第一阶段，教师可以给出相关心理学名词和相关现象，同时给出相关延伸学习的资料，由学生课下查阅资料对其发展和应用展开学习。第二阶段，由学生对所理解的知识进行讨论，结合自己所用的软件分析其中涉及到的心理学知识。第三阶段，全班一起就课下学习到的心理学知识进行讨论，由教师进行归纳总结。第四阶段，教师布置课程设计任务，要求学生课下结合所学技术知识和心理学知识完成某一软件产品的创意设计工作，并指导学生参加各类相关学科竞赛，以赛促学。

5 总结

本文以新工科为背景，针对学生软件分析设计过程中创意难的问题，将工业心理学知识融合到“软件分析与设计”的课程教学过程中，构建适合该课程的工业心理学内容，培养学生的产品创新能力，进而培养具有较强工程实践能力、创新能力和国际竞争力的高素质复合型“新工科”人才。