人机界面任务难度对老年人认知负荷的影响研究

何相梓，李佳阳，韩 丽，张 蒙，冯 茹

（哈尔滨石油学院，黑龙江 哈尔滨 150028）

1 研究对象

通过线上线下发布海报的方法，邀请了不同年龄段的被试者60人。本研究中，老年组20人，男8人，女12人，年龄62-75岁，平均年龄67岁。另外青年组20人，男女各10人，年龄18-30岁，平均23岁；中年组20人，男12人，女8人，年龄45-56岁，平均48岁作为对照试验样本。所有被试者的受教育程度在高中及以上，视力或矫正视力正常，没有语言交流障碍，没有智力障碍。

2 实验设计

采用3（年龄组：青年、中年、老年）×3（任务难度：高难度、中难度、低难度）的混合实验设计。设置“低难度”水平、“中难度”水平和“高难度”水平三种不同的任务，分别为界面单一目标任务，多目标任务，动态多目标任务。

实验的因变量包括绩效指标、生理指标和主观负荷指标。绩效指标包括完成时间、操作失误次数。生理指标主要包括瞳孔直径（PP）、从任务开始到任务结束的关注与分布情况、单位时间内的眨眼次数和扫描频次等眼动指标。主观负荷指标为NASA-TLX量表的6个维度和NASA-TLX量表的总负荷值，本研究采用各个维度的平均值作为NASA-TLX表的总负荷值。

实验设备采用由瑞典Tobii公司开发的X3-120眼动仪，硬件包括眼动仪追踪设备、摄像头和扬声器。该设备将眼动追踪装置与HP23寸宽屏显示器组合在一起，实验材料由显示器呈现且通过眼动追踪装置记录被试的眼动信息。

3 实验结果

3.1 任务难度对绩效指标的影响

3（年龄组：青年、中年、老年）×3（情绪效价：低难度、中难度、高难度）的重复测量方差分析结果表明，任务难度的主效应有统计意义（P＜0.05），年龄与任务难度的交互作用有统计意义（P＜0.05）。实验的任务难度对任务完成时间、操作失误次数有显著性影响。不同任务难度下不同年龄被试对绩效指标的描述性统计结果见表1、表2。

表1 不同年龄组被试者在不同任务难度下错误率统计结果（±s）

表1 不同年龄组被试者在不同任务难度下错误率统计结果（±s）

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表2 不同年龄组被试者在不同任务难度下完成时间统计结果（±s）

表2 不同年龄组被试者在不同任务难度下完成时间统计结果（±s）

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3.2 任务难度对眼动指标的影响

在不同任务难度下，操作者的瞳孔直径变化不是很明显。眨眼频率与扫视频次随着运动强度的增加下降。采用眼动高级分析功能对老年人组不同任务的热点图进行分析发现：随着任务难度的增加，被试者进行眼动追踪的区域更大。在难度低的任务中主要关注区域是显示区域的左上角区域，在难度高的任务下主要关注区域在屏幕的上半部分。如图1所示。

图1 不同任务难度下眼动热图

3.3 任务难度对主观负荷指标的影响

不同难度任务下，三组人群对主观负荷指标的影响趋势接近。本研究重点分析老年组数据，对老年人主观工作负荷指标的描述性统计结果。方差分析结果表明，老年人人机界面的任务难度对绩效满意度和总负荷有显著影响，在三种不同难度的任务下，其中绩效满意度和总负荷存在着明显的差异。任务难度由低难度任务过渡到高难度任务的过程中，绩效满意度随着难度的增加显著降低，总负荷逐渐增大。

4 结束语

随着人机界面任务难度的渐次提高，对老年人的认知负荷水平需求也在增加，任务绩效降低，这一结果与主观评价指标的数据分析结果相同。眼动指标中扫视频率可反映工作负荷的变化规律，可视化热图可以评估任务难度对注意分布的影响，反映老年人操作任务中认知负荷的水平。因此，在老年人人机界面设计系统（如汽车驾驶、手机支付、银行自助系统等）的认知负荷评价研究中，应考虑人机匹配性，建立多指标的老年人人机界面认知负荷综合评价模型。该研究对老年人适应的人机界面的难度和对界面的认知信息获取量，以及在操作过程中所花费的时间精力能作出一个判断与分析，有助于老年人人机界面的人性化发展。