用户心智模型在交互设计中的应用研究

摘要：为了明确用户心智模型在交互设计中的应用热点和应用趋势，形成用户心智模型在交互设计中的一般应用程序，文章通过文献研究法厘清用户心智模型的相关概念，提取交互设计中用户心智模型的研究热点，总结其研究趋势和应用方法，为用户心智模型在交互设计中的应用研究提供方向参考。

关键词：用户心智模型;交互设计;应用研究;研究趋势;研究综述

中图分类号：TB472 文献标识码：A 文章编号：1004-9436（2022）04-0-03

随着产品的交互化趋势愈发明显，产品的交互步骤和交互逻辑变得更加复杂，用户心智模型理论逐渐在交互设计研究过程中发挥重要作用。由于理论发展时间较长，包含的应用方法繁多，容易混淆，不利于设计过程的推进。文章研读用户心智模型在交互设计中应用的相关研究论文，试图梳理用户心智模型在交互设计中的应用热点、应用趋势。

1 用户心智模型理论溯源

心理学家Kenneth Craik（肯尼斯·克雷克）（1943）首次定义了心智模型，认为心智模型是用于解释个体对现实世界中的事情的内在认知历程。Johnson Laird（约翰逊·莱尔德）（1983）认为心智模型是结合人们对客观世界的认识，在脑海中形成的一个简单的世界。Donald Norman（唐纳德·诺曼）（1983）在应用理论研究的基础上总结出了心智模型具有主观性、学习迁移性、动态性、功能性、相似性等特征。Indi Young（茵迪·扬）（2008）将人的目的、思维过程以及行动中的情绪和思维变化定义为心智模型。张丙香（2013）提出了与学习者心智模型相对应的科学家心智模型[1]。目前在交互设计领域中，一般认为产品和用户心智模型越接近，越能给用户带来较好的交互体验，其本身是一种特殊的“信息构架”，具备“信息构架”的特性。

通过文献研读可以得出，用户心智模型在交互设计领域的应用始于Indi Young在《心智模型》一书中的研究。文章以Indi Young关于用户心智模型的研究为理论基础展开研究，即用户心智模型的构成要素有原子任务、任务层、任务塔、心智空间，原子任务是用户心智模型构建的基础，任务层、任务塔、心智空间是对前一个要素的归纳概括。

原子任务是用户与产品交互过程中所利用的最少的资源完成的不可再分的任务，通常包括原子性和任务性，即该项任务粒度足够小，无法再继续拆分成更加微小的任务;任务层是由多个相似的原子任务整理归纳得出，保留了与研究密切相关的核心内容，将原子任务梳理成只描述一个事件的相对独立任务;任务塔是指在本质上密切相关但不完全相同的任务层堆叠而成的塔状集合，应按照亲和度对任务进行分类，描述用户不同的思维或行为过程;心智空间是指拥有共同目标或者时间上紧密相连的任务塔聚集在一起形成的一个独立的空间，在用户心智模型搭建过程中区分心智空间意味着用户心智模型的搭建完成。

2 用户心智模型在交互设计中的应用热点

在中国知网CNKI进行关键词为“用户心智模型+交互设计”的检索，结合检索论文的研究主题，共筛选获得自2010年到2022年的24篇相关研究论文。进行关键词共现图谱分析，结果表明除了“用户心智模型”和“交互设计”，研究关键词频次从高到低依次为“用户体验”“信息架构”“可用性研究”“界面”“匹配度”“计量”“设计分析”。结合交互设计的具体程序通读文献，研究认为用户心智模型在交互设计中的应用主要有“用户心智模型构建”“用户心智模型分析”“用户心智模型评价”三个方面的热点内容。

2.1 用户心智模型构建

Davidson（戴维森）在《用户心智模型和可用性》一文中系统地讲述了用户心智模型的一般获取方法，以用户访谈法、观察法、问卷与调查法、出声思考法、焦点小组法、卡片分类法为主。平正强（2017）在此研究基础上，将用户心智信息获取的方法总结为心理信息的获取路径和生理信息的获取路径[2]。其中心理信息获取路径指的是传统的心智信息获取方法;生理信息获取路径是能够通过技术手段测量的交互行为导致生理信息变化的方法，其中包括血压、瞳孔反应、面部表情、脑电波、心电图等。行为亲和图是用户心智模型的主要表现形式，也有学者采用行为流程图、数据连接表、信息架构图以及“手段—目的链”理论、关联矩阵法等方式表现心智模型的内容。不论采用何种方法，学者都是为了对心智信息进行可视化和秩序化演進。

2.2 用户心智模型分析

对心智模型的分析是交互设计过程中最重要的核心环节，但由于心智模型的主观性和动态性，学者较难完全区分心智模型构建方法和心智模型分析方法。比如，魏帅丽（2015）采用卡片分类法、映射关系图等方法分析用户心智模型。但是，学者更青睐于将对应层次分析的方法作为心智模型分析的主要方法，从各种角度对心智模型进行层次划分，分别对应交互设计的不同阶段。主要代表有张雪（2020）将用户心智模型划分为认知层、行为层和情感层[3]，分别对应Norman（诺曼）提出的交互体验中的本能层、行为层和反思层。在用户心智模型量化研究方面，学者也进行了一些探索，如姜霖（2018）以链接表的形式重新解构人机交互的思维活动，引入特征向量的典型算法进行回归分析以识别关键节点[4]。徐恺（2013）采用“手段—目的链”方法构建关联矩阵，对用户心智模型进行直观的呈现，以关联矩阵中的数据表达交互界面各层级间的因果关系[5]。

2.3 用户心智模型评价

在交互设计领域，用户心智模型的评价一般围绕交互界面的可用性测试和用户体验评估，主要是以用户心智模型理论为基础构建评价体系，再针对交互界面进行评价。此阶段的研究能够较好地验证在用户心智模型研究结论的指导下进行的交互设计优化是否有效。也有学者以迷失度测试为线索，迷失度越低说明该研究的有效性越高。此外，在用户心智模型与界面匹配度研究中，也突出了心智模型评价的重要性，马婧（2018）通过构建心智模型动作合集来进行数字界面交互模式与用户心智模型匹配度研究。

3 用户心智模型在交互设计中的应用趋势

基于文献研究提取的用户心智模型在交互设计中的研究热点，结合文献研究的具体内容与发表年份可以推断用户心智模型在交互设计中的应用研究趋势。

3.1 用户心智模型构建

用户心智信息获取途径多元化。随着技术的进步，用户心智信息的获取已经不仅仅局限于观察法等主观方法，也逐渐加入可被测量的、因交互行为而产生的生理信息的提取，确保获得的用户心智信息更加全面。从主观心智信息的获取到客观心智信息的获取，用户心智信息的获取方式从访谈法、因果分析法等被动获取方式，向声音表现测量、脑电波测量等主動报告式获取方式发展。

用户心智模型构建思路创设化。用户心智模型作为用户研究的方法，一般用于指导设计创新，但随着新的设计理念的发展，逐渐发展为由设计师通过产品对用户心智模型进行干预，加入优化策略，引导用户与产品进行交互。

3.2 用户心智模型分析

用户心智模型结构分析层次化。学者关于用户心智模型在交互设计中的研究脉络显示，对用户心智模型进行分层处理能够更加高效地对应交互设计的不同阶段。关于用户心智模型结构分析的层次化视角选择可以根据具体的研究目的进行。

用户心智模型数据分析定量化。在交互设计领域，用户心智模型的研究在初始阶段多为定量研究，只能进行简单的评价研究，缺乏客观性。随着其他学科的不断加入，越来越多的学者采用特征向量等定量方式来表示用户心智模型，能够更加准确直观地呈现各心智空间的关系。

3.3 用户心智模型评价

用户心智模型评价方法多元化。用户心智模型评价结合主观分析和客观数据计算，融合了心理学知识、计算机图形技术、数据算法等方面的知识。其中匹配度分析、迷失度测试和设计指标重要性计算在用户心智模型评价阶段的出现也体现了学者对用户心智模型的研究不再局限于交互设计结果的好坏，而是围绕具体的设计目的进行逻辑验证，呈现多元评价的趋势。

用户心智模型评价工具体系化。用户心智模型的评价任务不再拘泥于传统的可用性测试，逐渐发展为根据具体的设计对象构建基于用户心智模型理论的评价体系，确保评价工具的精准性，提高评价结果的准确性。

4 用户心智模型在交互设计中的应用程序

结合上文研究可知，用户心智模型作为用户研究的工具在交互设计领域不断发展与完善，不但不会变成“巨无霸”式冗杂的设计工具，相反能够成为一个理论明确、功能丰富的“工具库”，设计团队根据不同研究目的搭配不同的研究方案，最终完成设计优化。

文章根据用户心智模型的相关理论和构建方法，结合交互设计程序，总结了基于用户心智模型的交互设计程序。宏观上可以分为“基于用户研究的用户心智模型构建”“基于用户心智模型的现有交互设计评价”“基于用户心智模型的设计师模型构建”“基于设计师模型的交互设计优化”“基于用户心智模型的交互设计优化评价”五个阶段。

4.1 基于用户研究的用户心智模型构建

目前，越来越多的学者认可用户心智模型可以是一种用户研究的方法，研究人员以用户心智模型的构建过程为手段，逐渐探析用户在与产品进行交互时的心智信息，并通过行为亲和图进行视觉化呈现，极大地提高了用户研究的效率，帮助研究人员更加清楚地挖掘设计机会点。在这个阶段，研究人员需要采用访谈法、观察法、问卷研究法等被动式获取方法和眼动实验、生物电测量等主动式报告等方法来全面地了解用户的心智信息，然后再以一定的秩序化方式展示心智信息构建用户心智模型。以Indi Young关于用户心智模型的研究为理论基础，需要逐步提取原子任务、任务层，搭建任务塔和心智空间，最终形成完整的用户心智模型。

4.2 基于用户心智模型的现有交互设计评价

通过文献研究可知，现阶段用户心智模型在交互设计中的应用多为交互界面设计的优化，主要目的是通过分析用户心智模型发现交互界面设计中的不足之初，并进行针对性的完善。此时，研究人员应当以用户心智模型为理论基础，构建评价体系。为了保证评价结果的科学性，该评价体系应当包括评价指标的提取、评价指标权重的设定、评价实验和评价结果分析四个部分。通过分析各心智空间的评价结果，结合用户心智信息提取时的研究方法，进行归因分析。研究人员根据评价指标的具体数据挖掘交互界面中的缺陷，总结设计优化机会点。

4.3 基于用户心智模型的设计师模型构建

张丙香（2013）在学习者心智模型和科学家心智模型的相关研究中，提出学习者心智模型与科学家心智模型之间可以通过一定过程实现转换，研究基于该理论认为，用户心智模型与设计师模型亦可以实现一定程度的转换。即在交互设计中，设计师模型可以通过用户心智模型的优化获得。研究人员可以在用户心智模型的基础上主动干预，通过用户心智模型内部原子任务、任务层、任务塔，甚至是心智空间中不合理的部分，进行“删除”“合并”“拆分”“转化”，从而形成一个能够直接指导设计优化的设计师模型。此外，研究人员还应当基于设计师模型完成用户画像确认、产品功能设定、交互逻辑设定等内容的研究。

4.4 基于设计师模型的交互设计优化

交互设计优化需要在设计师模型的指导下，根据交互逻辑和界面设计的标准进行交互界面的具体设计，包括界面布局的设计、主题配色的选择、字体字号的设定、图表控件的设计完善等。随着技术的发展，技术的适配性不可忽视，特别是应当关注智能产品的交互设计优化。在这个研究阶段应当形成与优化设计前设计完整度相当的交互设计方案。

4.5 基于用户心智模型的交互设计优化评价

完成交互设计优化后，需要对其进行测试评价。这个阶段的评价与行为分析阶段的基于用户心智模型交互设计的评价方法相同，研究人员将评价测试的结果进行对比，以验证优化设计工作的有效性。此外，研究人员也能够通过数据发现优化方案仍然存在的不足，应当重复以上步骤进行迭代设计。

5 结语

文章对用户心智模型进行概念梳理，厘清了设计学领域中用户心智模型的定义;通过文献研究明确了用户心智模型在交互设计中应用的“用户心智模型构建”“用户心智模型分析”“用户心智模型评价”三个研究热点，总结了“用户心智信息获取途径多元化”等六个应用趋势;形成了用户心智模型在交互设计中应用的一般程序。本研究能够帮助研究团队根据研究具体需要，在交互设计的不同阶段选择恰当方法进行用户心智模型研究，能够提高交互设计研究效率，为用户心智模型在交互设计中的应用研究提供一定参考。

参考文献：

[1] 张丙香.高中生化学反应三重表征心智模型的研究[D].济南：山东师范大学，2013.

[2] 平正强.基于用户心智模型的移动终端界面交互设计研究与应用[D].贵阳：贵州大学，2017.

[3] 张雪.面向智能音箱的语音交互用户心智模型探究与设计应用[D].杭州：浙江大学，2020.

[4] 姜霖.交互设计用户心智模型建模方法：以老年人互联网约车出行APP为例[J].南京艺术学院学报（美术与设计），2018（6）：165-170.

[5] 徐恺.基于用户心智模型的智能厨电操作界面可用性研究[D].杭州：浙江工业大学，2013.

作者简介：徐乐（1996—），男，江苏宿迁人，硕士在读，研究方向：产品交互设计与理论、方法。