第2章 人机交互的相关学科

第2章人机交互的相关学科2.1与人机交互相关的领域2.2认知心理学2.3人机工程学实验：熟悉认知心理学和人机工程学第2章
人机交互的相关学科人机交互主要是两大学科，即计算机科学和认知心理学相结合的产物，同时还涉及人机工程学、哲学、生物学、医学、语言学、
社会学、设计艺术学等，属于跨学科、综合性的科学。人机交互的研究覆盖领域很广，如硬件界面、界面所处的环境、界面对人（个人或群体）的影
响、软件界面，以及人机界面开发工具等。2.1与人机交互相关的领域人机交互最初是由很多领域的学者共同设立的，它是一个交叉性很强的
学科。人机交互相关的学会或者团体中的专家来自众多领域，不仅包括心理学、计算机科学、设计等领域，还包括电气电子、机械、管理、建筑、人
文、信息管理、大众传媒、生命工程等领域。这些领域大致可以分为人文社会、技术、设计，还有将这些带入经济生活的商业领域（见图2-1）。
图2-1与人机交互密切有关的领域2.1.1人文领域人机交互的重要因素之一是人，因此，以研究人为目标的心理学就成为人机交互的
一个重要背景学科。心理学，特别是认知心理学是人机交互成立至今非常重要的作为背景的理论学科，认知心理学中关于人类信息处理的理论是人机
交互的一个重要部分。2.1.1人文领域认知科学是对人的内心和大脑，以及计算机系统完成的智能过程进行研究的领域。该领域研究的是，
人如何接收外部现象，如何在内部处理，如何采取智能行动；通过该过程可以分析人的各种局制性和优缺点。为了开发使用便捷的系统，需要了解人
的优点，然后充分利用这些优点；同时，需要对人的弱点进行有效补充。认知科学可在这些方面提供理论性的、有充分证据的基础。除此之外，随着
计算机使用环境的多元化，环境心理学和社会学也变得日益重要。同时，随着移动互联网和普适计算的普及，用户使用系统的环境变得更加重要。因
此，分析这类环境的文化和民俗学方法也受到越来越多的关注。人机交互为了给用户提供最佳体验，不仅要知道人的认知性特点，还要了解身体和精
神方面的特征。所以，精神科学也成为其热门学科。2.1.1人文领域社会学主要涉及人机系统对社会结构影响的研究，而人类学则涉及人机
系统中群体交互活动的研究。人机交互技术要研究人类的文化特点、审美情趣以及个人、群体的爱好偏向等。如果从广泛的意义来看，人类和计算机
的交互是一种交流沟通，那么着重关注人之间的沟通以及人和媒体沟通的大众传媒也和人机交互有密切关系。特别是，人机交互对交互的理论基础，
就来自于大众传媒的长期研究。另外，伴随着网络的发展，人与系统的相互作用过程，大部分指的是在海量信息中检索信息的过程。文献信息学恰恰
在这一点和人机交互有着密切联系，即构造和设计人们容易理解的信息结构。2.1.2技术相关的领域计算机科学是人机交互的重要背景领域
之一，其结果最终要通过以计算机为基础的数字系统来实现。计算机科学中，尤其是计算机的输出输入的相关领域涉及到和人进行直接交互的部分，
所以说和人机交互密切相关。而且，多媒体和人工智能领域也和人机交互有着紧密的联系。在分析人的任务方面，工业工程学是人机交互的重要背景
领域。认知工程学基于认知科学，以对人类认知活动的研究成果为基础，设计系统以让人能更简单方便地进行认知。生命工程学是对和人类活动的环
境、使用的工具以及方法步骤等相关系统进行设计的领域，尤其是在可用性这个方面，为人机交互提供了必要的、经过实证的基础。认知工程学着重
研究头脑活动，而生命工程学着重研究身体活动。因此这两个学科在提高用户体验方面有着密不可分的联系。随着计算机被越来越多地搭载在通信设
备、显示设备内，电气电子和机械工学领域也越来越受到重视，尤其是二者融合的机器人工程在人机交互中占的比重越来越大。2.1.2技术
相关的领域人机交互的形式定义中使用了多种类型的语言，包括自然语言、命令语言、菜单语言、填表语言或图形语言等。计算机语言学就是专门研
究这些语言，以及涉及它们的计算机语言学和形式语言理论等各个方面的内容。后者已成为整个计算机科学形式理论的重要组成部分。随着人工智能
（ArtificialIntelligence，AI）技术的成熟和介入，智能人机界面的研究非常活跃，其中包括用户模型、智能人机界
面模型、智能用户界面管理系统、专家系统、智能对话、智能网络界面、帮助和学习、智能前端系统、自适应界面、自然语言、多媒体界面等。2.
1.3设计相关的领域美学是和创造最佳用户体验的三个先决条件之一的感性密切相关的领域。美学不仅研究美，它还研究和艺术相关的各种形
态的情感。因此，为了设计让用户在和数字系统交互过程中产生特定感受的系统，必须以美学理解为基础。在和美学密切相关的众多领域里，其中有
一种是最近不断取得发展的感性工学。感性工学的主要研究是，设计富有亲切感的手机或者舒适感的汽车坐垫这类产品，从而给用户带来特定的感性
。此外，视觉设计以及产品设计都是和人机交互有着密切关系的领域。因为人机交互最终要将概念形象化，从视觉上表现出来，给用户提供实际的体
验；所以，视觉设计以及产品设计在人机交互中占据的比重也越来越大。特别是随着很多新任务、新需求的面世，人机交互设计师越来越重要，那些
非传统的和基于内容的人机交互设计领域正在迅速发展。2.1.4商业领域管理学和创造最佳用户体验的先决条件之一的有效性有着密切的关
系。尤其是管理学中的创新管理、服务科学、市场营销等领域和人机交互的联系很密切。举例来说，在认识需求，并将需求转化为具体方案的过程中
，市场营销提供了理论背景和原理。而人机交互提供具体使用数字技术的人机交互步骤信息结构和界面表达方法，让人感到有效、方便、舒适。因此
，人机交互和市场营销可以很好地互相补充。另外，在创新的重要性日益突显的情况下，研究创意性新产品的生产和创意性新服务的提供过程以及环
境和人才的创意经营，和以人为本进行革新的HCI2.0是一脉相承的。服务科学是一门新学科，它阐明日益重要的社会产业的本质。在此基础
上，为了提高生产力，试图将技术、管理、社会科学等许多领域的知识融合在一起。尤其是随着网路和无线通信技术的发展，许多服务正在数字化。
2.1.4商业领域在这种情况下，涵盖新的数字服务过程的服务科学可以为人机交互提供宝贵的基础资料，该领域将技术革新和人机交互结合
在一起。技术管理研究如何才能更有策略性地把人机交互用在企业管理上，它对于人机交互产业的成功做出了很大的贡献。不管是多么优秀的数字产
品或服务，如果没有合适的管理模式，就不能获得成功。另外，如果没有起支撑作用的用户体验，这些管理模式的寿命也不会长久。从这点来看，管
理学在人机交互的发展中，能发挥重要的引领作用。2.2认知心理学认知心理学（CognitivePsychology）是20世纪
50年代中期在西方兴起的一种心理学思潮，在20世纪70年代成为西方心理学的一个主要研究方向。认知心理学研究人的高级心理过程，主要是
认识过程，如注意、知觉、表象、记忆、思维和语言等，从心理学的观点来研究人机交互的原理。该领域的研究包括如何通过视觉、听觉等接受和理
解来自周围环境的信息的感知过程，以及通过人脑进行记忆、思维、推理、学习和解决问题等人的心理活动的认识过程。其中人脑的认知模型——神
经元网络及其模拟，已经成为新一代计算机、人工智能等领域中最热门的研究课题之一。对人的认知行为的研究、测量、分析和建模也称为认知人机
工程学。2.2.1认知心理学的概念了解并遵循认知心理学的原理是进行人机交互设计的基础。人机交互设计，主要用理论来指导设计，一方
面防止出错，另一方面用以提高工作效率。为了提高人机交互设计的水平，增强用户与计算机之间的友好程度，必须对用户，即使用计算机的人，有
一个较为清晰的认识，也就是说对人的心理基础要有所了解。既要了解人的感觉器官（视觉、听觉、触觉）是如何接受信息的，也要了解人是怎样理
解、处理信息的，以及学习记忆有哪些过程，人又是如何进行推理的等等。由此，尽量使自己的设计适应于人的自然特性，以使设计的系统满足用户
的要求。以信息加工观点研究认知过程是现代认知心理学的主流，它将人看作是一个信息加工的系统，认为认知就是信息加工，包括感觉输入的变换
、简约、加工、储存和使用的全过程。按照这一观点，认知可以分解为一系列阶段，每个阶段是一个对输入的信息进行某些特定操作的单元，而反应
则是这一系列阶段和操作的产物。信息加工系统的各个组成部分之间，都以某种方式相互联系。2.2.1认知心理学的概念从逻辑能力角度看
，计算机接受符号输入，进行编码，对编码输入加以决策、储存、并给予符号输出，这与人加工信息的全过程相类似。2.2.1认知心理学的
概念1.感觉信号的检测感觉信号的检测是信息加工的第一步。人们对世界现象的视、听、嗅、味、触觉等，可被视为一串连锁事件中的第一环节
，包括信息的编码、储存、转换和思维等，最后，对信息做出反应；反过来，这种反应又提供新的感觉线索，可引起新的循环。在人类所能检测的有
限范围内的物理能刺激着感觉系统，可被转换成神经能和短暂地留在感觉库中，并可能被传送到记忆系统进行加工，其结果引起反应，此反应又可以
成为进一步加工的刺激场的一部分，如图2-2所示。图2-2信息加工的阶段2.2.1认知心理学的概念2.视觉视觉是人与周围世
界发生联系的最重要的感觉通道。外界80％的信息都是通过视觉获得的，因而视觉显示器也是人机系统中用得最多的人机界面之一。（1）视敏度
和色彩感知视敏度又称视锐度或视力，是指眼睛能辨别物体很小间距的能力，通常用被辨别物体最小间距所对应的视角的倒数表示。在一定视距条件
下，能分辨物体细节的视角越小，视敏度就越大。视敏度是评价人的视觉功能的主要指标，它受几个因素的影响，即图像本身的复杂程度、光的强度
、图像的颜色和背景光等。光的强度过低会使图像很难分辨，而增加照明则可以提高视敏度，因此，视屏显示器应配以良好的照明。但是，如果光太
强，又会引起瞳孔收缩，从而降低视敏度。同时，亮度的增加使视屏显示器的闪烁更加明显，人们直视荧光屏会很不舒服。2.2.1认知心理
学的概念视敏度也可以用闪光融合频率来测量。闪光融合频率是由于眼睛要在一个短的时间内分辨图像的变化引起的。如果变化得足够快，使眼睛看
到连续的状态，且不能区分每一幅图像的差异，此时大约每秒32幅。在变化较慢时，眼睛开始感到差异，视屏显示器的闪烁会令人烦恼，其闪烁取
决于它的刷新速度，也即一秒钟内荧光屏的扫描次数和图像的重画次数。人的视敏度是很高的，但不同个体间的差异也很大。多数人能在2m的距离
分辨2mm的间距。在界面设计中，对较为复杂的图像、图形和文字的分辨更为重要。视力测试统计表明，最佳视力是在6m远处辨认出最下一行2
0mm高的字母，平均视力能够辨认40mm高的字母。2.2.1认知心理学的概念另外，人们能感觉到不同的颜色，这是眼睛接受不同波长
的结果。各种波长的光是从带色的物体表面或有色光源反射出来的。正常的眼睛可感受到的光谱波长为400μm~700μm。但视网膜对不同波
长的光敏感程度不同。颜色不同而具有同样强度的光，有的看起来会亮一些，有的看起来会暗一些。当眼睛已经适应光强时，最亮的光谱大约为55
0μm，近于黄绿色。当光波长接近于光谱的两端，即400μm（红色）或700μm（紫色）时，亮度会逐渐减弱。2.2.1认知心理学
的概念（2）视觉模式识别视觉模式识别涉及较高级的信息加工过程。在视觉模式识别中，既要有当时进入感官的信息，也要有记忆中存储的信息，
只有在所存储的信息与当前信息进行比较的加工过程，才能够实现对视觉模式的识别。外界刺激作用于感觉器官，人们辨认出对象的形状或色彩时，
就完成了对视觉模式的识别。目前，针对视觉模式识别过程的理论，主要有格式塔、模板匹配、原型匹配、特征分析等。2.2.1认知心理学
的概念1）格式塔（Gestalt）心理学，又称完形心理学，其模式识别是基于对刺激的整个模式的知觉，其中主要有：①接近性原则：某些
距离较短或互相接近的部分，容易组成整体。例如，图2-3a）中距离较近而毗邻的两条线段，自然而然地组合起来成为一个整体。图2-3
b）也是如此，因为黑色小点的竖排距离比横排更为接近，所以人们认为它是六条竖线而不是看成五条横线。a）b）图2-3格式塔接近性原
则的图示2.2.1认知心理学的概念②相似性原则：人们容易将看起来相似的物体看成一个整体。如图2-4所示，“〇”为白点，“●”
为黑点，观察者倾向于将其看作纵向排列，而非横向排列。图2-4格式塔相似性原则的图示2.2.1认知心理学的概念③连续性原
则：是指对线条的一种知觉倾向。如图2-5所示，我们多半把它看成两条线，一条从a到b，另一条从c到d。由于从a到b的线条比从a到d的
线条具有更好的连续性，因此不会产生线条从a到d或者c到b的知觉。图2-5格式塔连续性原则的图示2.2.1认知心理学的概念④
完整和闭合性原则：彼此相属的部分，容易组合成整体；反之，彼此不相属的部分，则容易被隔离开来。如图2-6所示，12个圆圈排列成一个
椭圆，旁边还有一个圆圈，尽管按照接近性原则，它靠近12个圆圈中的其中一个，但我们还是把12个圆圈当作一个完整的整体来知觉，而把单独
的一个圆圈作为另一个整体来知觉。这说明知觉者的一种推论倾向，即把一种不连贯的有缺口的图形尽可能在心理上使之趋合，即闭合倾向。完整和
闭合性原则在所有感觉通道中都起作用，它为知觉图形提供完整的界定、对称和形式。图2-6格式塔完整和闭合性原则的图示2.2.1
认知心理学的概念⑤对称性原则：比较一下图2-7中所示的a）模式和b）模式，a）模式似乎是“好”得多的模式，因为它是对称的。格式塔
的对称性原则能够反映人们知觉物体时的方式。例如c）模式，我们多半将c）知觉为由菱形和垂直线组成的图形，而不把它看成由许多字母“K”
组成的图形，尽管图中有很多正向的“K”和反向的“K”。这是因为图中菱形是对称的，而“K”不是对称的。a）b）c）图2-7格式
塔对称性原则的图示2.2.1认知心理学的概念2）模板匹配（TemplateMatching）理论。在模式识别的知识中，模板指
的是一种内部结构，当它与感觉刺激匹配时就能识别对象。这一概念认为，在人们的生活经验中创造了大量的模板，每一个模板都与一定的意义相联
系。因此，对一个形状（如几何形状）的视觉识别将会这样产生：发源于形体的光能落在视网膜上，并转换为神经能，然后传送到大脑。大脑对现有
的模板进行搜索，如果发现了与神经模式相匹配的模板，就识别了该物体。当物体与模板相匹配后，就可能产生对物体的进一步加工和解释。按照这
种理论，只有当“外部”物体与其内部表征之间具有1:1匹配时才可能识别，哪怕只有微小的不一致，物体也不会被识别。这样就需要形成无数个
模板，它们分别与我们所看到的各种对象及这些对象的变形相对应。为了储存许多模板，我们的大脑会非常大，这种本领从神经方面来说却是不可能
的。2.2.1认知心理学的概念3）原型匹配（PrototypeMatching）理论。原型形成和匹配是取代模板匹配的另一种手
段。它不是对要识别的干百万种不同模式形成各种特定的模板，而是把模式的某种抽象物储存在长时记忆中，并且起着原型的作用，这样，模式对照
原型进行检查，如果发现相似性，模式就被识别。这种理论认为，眼前的一个字母A，不管它是什么形状，也不管把它放在什么地方，它都和过去知
觉过的A有相似之处。按照这种模型，我们可以形成一个理想化的字母“A”的原型，它概括了与这个原型相类似的各种图像的共同特征，这就使我
们能够识别与原型相似的所有其他的A了。因此，我们能识别不同大小、不同方位的“A”，并不是因为它们整齐地装到了大脑的框框里，而是因为
它们有共同的特点。2.2.1认知心理学的概念4）特征分析。这是模板匹配理论和原型匹配理论的发展，它认为刺激是一些基本特征的结合
物。例如，对于英文字母，特征可能包括水平线、垂直线，大约45度角的线以及曲线。这样，大写的字母A便能被看成两条45度角的线和一条水
平线。字母A的模式由这些线条加上它们结合在一起的形式组成。在进行模式识别时，个体把知觉对象的基本特征与存贮于记忆中的特征相匹配，以
做出肯定或者否定的决定。2.2.1认知心理学的概念（4）视错觉一般来讲，形态要素并不是单一存在的，当所处环境不同，受某些光、形
、色等因素的干扰，自身部分之间的相互作用以及透视感等将引起某些图形产生不同状况的变化。再加上人的自身心理状态的影响，人们对形态的视
觉感往往发生“错觉”（illusion）。这种错觉具有普遍性，是人们所具有的共同生理特性。视错觉产生的原因主要有两个：一是人的生理
特征所致，即它与眼睛的视觉通道的构造有关，以及与观察不同的物体而发生的变化因素有关；二是由心理的知觉所致，是知觉恒常性的颠倒，从而
形成“受骗”的现象。设计师必须全面理解和辩证处理各种视错觉现象，根据不同的要求，在设计中加以灵活应用。图2-8是有名的莱亚错觉。两
条线段本来是等长的，但由于其中一条在线的末端加上了向内的箭头，就比末端加上向外箭头的线段显得短些。图2-8莱亚错觉2.2.1
认知心理学的概念图2-9所示为艾宾豪斯错觉。两个直径相等的圆，被不同直径的两组圆所包围，其结果是：被小圆包围的圆比被大圆包围的
圆看起来显得大一些。视错觉的另一种现象是含糊图像。含糊的图像可以有多种解释，不同的人根据自己的视角和理解，会看到不同的图像。图像被
误解是因为每个人都把他自己的意思附加到他所看到的东西上去。对于这些容易造成视觉和语义上错觉的图形、图标，在设计时尤其要注意，以免造
成界面隐喻上的错误。图2-9艾宾豪斯错觉2.2.1认知心理学的概念3.听觉人类从外界获得的信息有近15％是通过耳朵得到的
。听觉所涉及的问题和视觉一样，即接受刺激，把它的特性转化为神经兴奋，并对信息进行加工，然后传递到大脑。（1）听觉的预处理和听觉系统
听觉可以感知到频率范围大约在20Hz~20000Hz的音波。音波是一种机械波，它是声源的振动在介质中的传播。音波在0℃空气中的传播
速度为331m/s，温度每增高1℃，音速将增加0.6m/s。听觉的器官是耳朵。听觉的感受性在1000Hz~4000Hz时为最高。在
500Hz以下和5000Hz以上的声音，需要大得多的强度才能被听到。20Hz以下和20000Hz以上的音波在一般情况下是听不到的。
当音强超过140dB时，所引起的不再是听觉，而是痛觉。人可以辨认的语音频率范围是260Hz~5600Hz，电话只传送300Hz
~3000Hz，这对我们听清语言来说已经足够了。2.2.1认知心理学的概念（2）声音的解释声音的解释与语言的理解完全联系在
一起，两种功能都是在大脑的听觉皮层中完成的。为了解释声音，听觉系统必须把输入分成三类：噪声和可以忽略的不重要的声音；被赋予意义的非
语言声音，如动物的叫声；用来组成语言的有意义的声音。听觉系统就像视觉系统一样，利用以前的经验来解释输入。口语中充满着发错音的单词、
不完整的句子和中断，而且口语说得很快，讲话的速度在每分钟160~220个单词之间，因此解释机制必须跟得上输入。2.2.2记
忆和学习从视觉的图像识别到听觉的声音解释，都涉及过去经验的参与，而过去经验是指保持在大脑中的以前曾经感知过的东西，也即记忆中的东西
。2.2.2记忆和学习1.记忆的分类记忆一般分为感觉记忆、短时记忆和长时记忆。信息在这三种记忆之间的流动和转化是认知过程的
基础。（1）感觉记忆这是人的信息加工的第一个阶段。在这个阶段中，关于刺激的一定信息以真实的形式（即与原来呈现的刺激几乎相同的形式）
短暂地记录在感觉记忆中。接着，刺激转化为新的形式（通过模式识别过程），并传递到系统的另一个成分。刺激的信息停留在“寄存器”中，会自
动地迅速“衰变”，保留的时间很短暂，大约1秒钟左右；另一方面，原有的刺激信息也会由于新的刺激信息进入感觉寄存器而被掩蔽和抹掉。2.
2.2记忆和学习（2）短时记忆相当于计算机中的RAM。在这里存储的信息，已经不是关于刺激的一种粗糙的感觉形式了。短时记忆是一种
特殊形式的记忆，也叫“工作记忆”。短时记忆的能力相当有限，一般为7±2个项目，保持的时间也较短，一般为30秒左右。短时记忆的信息容
量为7bit（位）。这里1个信息单位可能是1个字母也可能是1个数字，甚至是1个象棋布局。总之是一个熟悉的“内容”。不熟悉的内容，例
如电话号码，也许要占6~8个bit的存储容量。而熟悉的电话号码，无论几位数字，都只占1个单位的存贮容量。因此，为了保证短时记忆的作
业效能，一方面不能超过信息容量，例如电话号码、商标字母最好不超过7个数字或字母；另一方面，作业者要十分熟悉自己的工作内容或信息编码
。2.2.2记忆和学习短时记忆中信息是以信息组块的形式存储的，这些组块包括从简单的字母和数字到复杂的概念和图像。例如记忆536
436326这个数字很难，但如果按其读音规律分为536-436-326这样3组就好记得多；又如十位数的电话号码7328797320
4，这样大的号码一般是很难记住的，但如果把这一号码分成几个小一点的单元，如732（地区代号）、8797和3204，这就容易记忆了。
一定“模式”的信息有利于记忆。记忆内容在系列中所处的位置对短时记忆也有影响。如果记忆的内容是7个字母，例如在抄写、读数、计算机输入
等作业中，出现错误的可能性较大的系列位置是第5个字母。而只有5个字母的系列，由于低于短时记忆的容量，几乎不受系列位置的影响。2.2
.2记忆和学习短时记忆会借助于“复述”的过程，把信息“长时间”地保存下来，这种“复述”过程使记忆项目一次又一次地穿过短时记忆，
反复循环，重复地把某个记忆项目重新存入短时记忆，从而使信息的强度得到更新而不产生衰变。“复述”的第二个功能是有助于信息向长时记忆传
递，能够加强记忆信息向长时记忆的转移和存储，加强记忆项目在长时记忆中的强度，使该记忆项目在日后能够经得起回忆（信息提取）的检验。视
觉材料和听觉材料的记忆也不同。听觉材料的开头和结尾部分比较容易记忆，而视觉材料的前面部分较之后面部分容易记忆。2.2.2记忆和
学习（3）长时记忆这实际上是一个有关知识的永久性仓库。一方面，进入系统的刺激被识别而传递到短时记忆后，再转移到长时记忆中，长期地保
留在人的头脑里面，成为关于世界的永久性指示；另一方面，系统在进行加工活动时，要从长时记忆中提取（检索）有关知识（包括数据和程序），
以供加工和活动使用。例如：进行模式识别时，就要从长时记忆中提取有关数据，与刺激进行匹配，以便把刺激识别为某个已知的东西。存储在长时
记忆中的信息，对识别一个客体来说起着决定性的作用。长时记忆的信息容量几乎是无限的。长时记忆中的信息存储和提取有两种方式，即基于规则
（Rule-based）和基于知识（Knowledge-based）。只有与长时记忆内的信息容易连结的新信息才能够进入长时记忆，这
说明长时记忆存储信息时，有赖于信息的结构，而并非杂乱无章的。长时记忆中的这种特点用来与以前的知识、规则进行匹配。2.2.2记忆
和学习长时记忆的信息有时也无法“提取”，也就是通常所说的“遗忘”。事实上，长时记忆的信息很难说丧失了，遗忘只能看作是失去了提取信息
的途径，或者原来的联系受到了干扰，导致新的信息代替了旧日的信息。长时记忆中信息的组织、编码和储存形式，以及当人们需要某一项信息时，
从这些复杂的组织中提取的方式，就成为长时记忆研究中的主要问题。2.2.2记忆和学习塔尔文（Tulving，1972）将记忆区分
为语义记忆和情节记忆两类。语义记忆是指对一般知识和规律的记忆，它们与一定概念的内涵意义有关，具有层次网络的特点，它在提取时是以激活
状态在网络通道上扩散而实现的。从人工智能的角度来说，它有助于提高计算机存储知识、理解语言的能力；情节记忆则是与一定的时间、地点以及
事件的具体情景相联系的记忆，它的信息来自于外在的信息源，但是它要被储存在长时记忆中且又需要有一定编码的过程，因而情节记忆的痕迹是内
外信息源相互作用的混合物。所以，情节记忆信息的提取是一个较为复杂的过程，是一种基于信息模式的相似性匹配的记忆和再认知的过程（见图2
-10）。图2-10信息在人的记忆中的处理过程模型2.2.2记忆和学习（4）模式识别模式识别是介于感觉记忆和短时记忆之间的
一个过程。它是把进入系统的感觉信息与先前掌握的、存储在长时记忆中的信息进行匹配的过程，把粗糙的、对系统来说相对无效的感觉信息，转化
成某种对系统来说有意义的东西。2.2.2记忆和学习（5）三种记忆的比较许多实验指出，长时记忆是以比较高水平的语义的编码形式来储
存信息的，而短时记忆则是在感觉记忆的基础上主要以语音听觉的编码形式来储存信息的。当然这种区分是相对的。长时记忆的遗忘机制主要是干扰
，而短时记忆的遗忘机制主要是迅速衰退；从长时记忆中提取信息需要有较长的搜索时间，而从短时记忆中提取信息则只需要极短的时间。短时记忆
中的信息或者经不断的复述而进入长时记忆，或者迅速衰退而遗忘，而长时记忆中的项目能经久不衰，甚至终生难忘。两种记忆的这些明显的区别，
使人们更倾向于接受记忆的双重理论。2.2.2记忆和学习在人机交互设计中，要尽量减少必须学习的信息总量，当学习无法避免时，应该用
记忆线索来帮助回忆。我们用规则和分类来处理世界上的复杂事物，界面设计人员应该在设计中利用结构性来支持这一过程，这是人机交互的基本原
理之一。把复杂的事物用分级的方法分解成较简单的组成部分，可以帮助人们理解和记忆复杂的信息。通过存储在不同层次上组成和描述对象的若干
事实，并与我们一开始用来分析和理解对象间联系的存取通道相结合，就能记住许多复杂的现象，从而理解这些现象。人们能够对一批信息赋予的分
类和结构性越多，信息也就越容易学习。2.2.2记忆和学习2.学习迁移学习是与长时记忆密切相关的，学习来的信息必须存储在长时记
忆内作为经验积累。在学习与使用学习来的知识或技能之间，人的活动会极大地影响遗忘。学习迁移所造成的对记忆的干扰可以分为两类，即：先学
的干扰和后学的干扰。先学的干扰是指某人先学A事物，后学B事物，另一人只学B事物，结果后者做B事物的成绩要优于前者，这叫做先学干扰，
即先学的事物阻碍了后学事物的学习。例如会骑自行车的人学蹬三轮车，比不会骑自行车的人学起来要困难些。也可以说，人们先学A后学B时，趋
向于遗忘与事物A有联系的事物B的一部分，并可能以A事物代替B事物。例如，某人在甲厂学会了红灯作为水压过高的信号，后来到乙厂工作，但
乙厂红灯表示有水通过管道，即管道在正常工作。如此，当出现紧急情况时，该工人就可能重新把红灯当作指示水压过高而关掉水管，而这正是需要
用水来冷却该系统。这种现象在诸如核电站一类的高度安全系统的设计中是绝对不允许的。2.2.2记忆和学习后学的干扰是指后学事物对先
学事物的干扰。在后学干扰中，人们先学事物A后学事物B，但做事物A的成绩不如只学了事物A的人。后学的干扰与先学的干扰虽然干扰方向不同
，但都不利于作业。在界面设计中，设计师必须了解作业的性质，控制技能学习的过程，防止学习迁移的干扰。当然，学习迁移除了上述的不利干扰
，即负迁移以外，还有相互促进的正迁移。一种改型产品如果其操作技能可以受原产品操作技能的正迁移，就可以大大提高操作者的学习速度和作业
效率。2.2.3人的易出错性人为失误和出错是人的弱点之一，例如在键盘输入时敲错键等。人的易出错性的原因，一方面是人具有功能和行
动上的自由度，他可以对各种情况进行分析、判断并采取随机应变的措施，而判断的错误以及动作的失误都会导致产生错误；人为出错的另一原因是
工作时注意力不集中、开小差、训练不足及素质较差等。在人机工程学中，人的失误被定义为：“人未发挥自己本身所具备的功能而产生的失误，它
可能降低人机系统的功能。”2.2.3人的易出错性人机系统未完成分配的功能可能有以下几种情况：1）信号太弱；2）人没有执行人机系
统中分配给他的功能；3）人由于识别错误而错误地执行了分配给他的功能；4）按错误的顺序或时间执行了分配给他的功能；5）执行了未分配给
他的功能。以上几种可能情况都可看作是操作失误。这些错误从表现形式上看是由操作者的误解、误动作或疏忽大意引起的，但往往也有可能是设计
者在设计过程中没有充分考虑人文因素而潜伏下来的。也可以说是因设计不周而诱发出的操作失误。2.2.3人的易出错性为了避免人为的失
误，我们可以在主、客观两方面采取措施。主观方面，增强人的责任心、增加训练、提高人员素质；客观方面，可以在人、机、环境及管理上加以改
善。2.2.3人的易出错性1.注意一般来说，人们把“注意”看作是系统的过滤器和瓶颈。注意的重要功能在于滤掉不重要的输入，而选
取重要的输入作为进一步的加工，使人能够稳定地集中于所要加工的信息。人的信息通道容量是有限的，系统不能对其所有的输入都进行加工，这就
是注意发生的所在点。有实验证明，在1/10秒时间内，成人一般能注意到8个左右的黑色圆点或4~6个没有联系的外文字母。另外，通常
我们很难同时完成两个或两个以上的心理任务，例如，同时看报和听收音机，要么记住报纸的内容，要么记住收音机的内容，但不能两者都记住。这
说明我们对信息的加工基本上是顺序进行的。即我们最多能做到在通道间分时工作，使我们能记住播音员的一部分话，也能记住报纸上文章的一部分
内容。2.2.3人的易出错性尽管注意是顺序的，但仍有相当大的并行处理能力。比如，人们可以一边驾车一边谈话。这时动作处理器控制腿
和臂的肌肉去把握方向盘和刹车，语言处理器控制发音器官形成语音，而认知处理器将注意力分配于监视路面交通和听别人讲话。这样同时并行的n
种活动，其中必须有（n-1）种是熟练的、自动完成的动作。这些自动的动作就是通常所说的“技巧”。技巧的动作顺序存储在长时记忆中，需要
时作为动作指令顺序取出，输出到相应的处理器上。2.2.3人的易出错性虽然人们能同时进行n项活动，实行并行处理，但在认知处理时，
仍然受顺序处理的瓶颈限制。这样必然会发生资源分配问题，像计算机一样，资源分配主要是通过对重要事件安排中断来进行控制的。假如我们对环
境中发生的事情没什么兴趣，就不会注意感觉输入，这就是当我们专心致志于某项工作时，通常感觉不到周围所发生的事情的原因。但当意外事件突
然发生时，比如一声巨响，我们的注意力会马上转移到感觉输入上，视觉和听觉处理器发出一个中断。输入处理器就是这样与认知处理器争夺注意。
一般情况下，我们总是忽略环境中的稳定状态而感受其变化的成分。2.2.3人的易出错性在一些人机交互控制中，要求人长时间地保持警觉
状态，例如雷达监控、汽车驾驶、仪表监控等。这类脑力作业中，通常不需要过多的脑力劳动，却要求保持警觉的准备状态，称为持续警觉。持续警
觉要长时间保持警觉，而且一般是在刺激环境单调和脑力活动以注意为条件下的维持警觉，也可以称为单调警觉。持续警觉是注意的一种情况，它的
一个特征是人体会产生疲劳，造成信号漏报、作业效率降低等，甚至酿成事故。作为一般规律：持续警觉在30min后开始下降。2.2.3
人的易出错性对于监视作业的效能，可以通过下列措施获得一定程度的改进：1）适当增加信号频率；2）增加信号强度；3）被试获知自己的作业
成绩；4）增强信号的可分辨率：5）间隔休息等。2.2.3人的易出错性人的注意力除了受外界刺激物的特点、人的精神状态影响之外，还
受任务的难度、个人的兴趣和动机的影响。较困难的任务比那些单调乏味的任务更能吸引人的注意。这就是人们能长时间专心致志于内容丰富而责任
重大的任务的原因，而对于像监视雷达屏幕上稳定信号的任务，则很快就会变得不耐烦。人对事物的兴趣和动机也会影响人的注意力，兴趣时，注意
力就容易集中（如游戏），否则就容易分散。同样，能满足人的需要的事件，亦即能引起动机的事件，就能引起较长时间的注意。由此，在人机界面
设计中，必须把注意力引向用户需要的信息和要采取的行动上。必须避免同时对注意力过多竞争的设计，否则会超出认知处理器的处理能力，从而导
致人体机器的失灵和故障。2.2.3人的易出错性2.疲劳疲劳（Fatigue）是由于长时间地执行监控任务、连续的心理活动或执行
十分困难的任务时，精神高度集中所引起的。日本学者桥本邦卫将大脑觉醒水平分为5个等级，其研究资料表明：人在精力充沛状况下，大脑处于常
态而清醒，有随机处理和准确决策的能力，其工作可靠度在0.999999以上；当机体出现疲劳、困倦和轻睡状态时，大脑处于常态之下，意识
模糊，此时极易失误、出事故，其工作可靠度在0.9以下。两种不同的大脑觉醒水平之间，作业出错率相差10万倍之多，说明各种疲劳，尤其是
脑疲劳对作业可靠性影响甚大。2.2.3人的易出错性疲劳会导致心理机能的紊乱，主要反映在以下几方面：1）注意的失调：即注意容易分
散、怠慢、少动；或者正相反，产生杂乱无章、好动、游移不定。2）感觉方面的失调：参与活动的感觉器官的功能紊乱。如果一个人不间歇地长时
间读书，会感到眼前的文字变得模糊不清。又例如，手的工作时间过长，会导致触觉和运动知觉敏感性的减弱。3）动觉方面的紊乱：动作节律失调
，动作滞缓或者忙乱，动作不准确、不协调，动作自动化程度降低。4）记忆和思维故障：忘记与工作有关的操作规程，而对与工作无关的东西则熟
记不忘，理解能力降低，头脑不够清醒。5）意志衰退：人的决心、耐性和自我控制能力减退，缺乏坚持不懈的精神。2.2.3人的易出错性
可见，疲劳会使人的工作能力下降。所以人机界面设计要保证：1）尽量避免长时间执行单调的任务。2）在执行长时间的连续任务期间有适当的休
息间隔，使用户的心理疲劳得以恢复。但是，任务的复杂性并不一定导致疲劳的增加。人们对于富有挑战性的任务是有兴趣的，它可以在相当一段长
的时间内吸引人的注意，延迟疲劳的发生，例如复杂的游戏。当然也要避免高要求的连续动作，因为用户可能没有意识到疲劳而产生错误。单调乏味
的、无刺激性的任务肯定会引起用户疲劳，这样的任务最好避免，如果无法避免，则应采取高频率的休息间隙，从而缓解因被迫完成无兴趣的任务而
引起的精神紧张。3）疲劳还有可能是因为感觉因素而引起的。强刺激，如强光、艳丽的色彩、强噪音等都能引起感官的超负荷，从而产生疲劳，所
以人机界面设计应该避免使用太多的强刺激。2.2.4软件心理学在软件开发过程中，人们越来越认识到软件人员（系统分析员、程序员、项
目经理等）的素质的重要性，这是因为软件产品与其他产品有一个明显不同的特点，即它完全是一个逻辑元素，极大地依赖于人的智慧。而硬件则像
是音乐家的提琴、作家的笔、画家的画笔，它只是提供软件人员创作用的工具。正因为软件的设计、开发、管理的核心是人，因而在软件开发过程中
，对人的决策、认知心理的分析、改进是十分重要的。采用实验心理学的方法，可以提供改进各类计算机系统使用的知识，也可以为开发高质量友好
的用户界面提供辅助。一个用实验心理学的技术和认知心理学的概念来进行软件生产的方法，即将心理学和计算机系统相结合而产生了一个新的学科
，这就是软件心理学（SoftwarePsychology）。采用软件心理学的方法，研究计算机及信息系统开发、使用过程中人的因素，
是一件新的工作。在目前的研究工作中，大多采用各种实验统计方法来取得数据，进行分析比较。2.3人机工程学人机工程学（Ergono
mics）是运用生理学、心理学和医学等有关科学知识，研究人、机器、环境相互间的合理关系，以保证人们能安全、健康、舒适地工作，达到提
高整个系统工效的边缘科学。与认知心理学相比，人机工程学更多地从人本身和系统的角度出发，来研究人机关系（见图2-11）。图2-11
人机工程学3D鼠标2.3人机工程学人机工程学是工业设计和艺术设计专业的主要专业基础课程。人机工程学和工业设计在基本思想与工作
内容上有很多一致：人机工程学的基本理论“产品设计要适合人的生理和心理因素”与工业设计的基本观念“创造的产品应同时满足人们的物质与文
化需求”，其意义基本相同，侧重稍有不同，同样都是研究人与物之间的关系，研究人与物交接界面上的问题，不同于工程设计（以研究与处理“物
与物”之间的关系为主）。由于工业设计在历史发展中溶入了更多的美的探求等文化因素，工作领域还包括视觉传达设计等方面，而人机工程学则在
劳动与管理科学中有广泛应用，这是两者的区别。2.3.1人机工程学的定义人机工程学，还被称为人类工程学（HumanEngine
ering）、人因工程学（HumanFactorsEngineering）、人类工效学（Ergonomics）等。此外，在我国
，人机工程学还被翻译成工效学、人-机-环境系统工程、宜人学、人体工程学、人类工程学、工程心理学、运行工程学、人机控制学等。人机工程
学的不同命名充分体现了该学科是“人体科学”与“工程技术”的结合，是人体科学、环境科学不断向工程科学渗透和交叉的产物，它以人体科学中
的人类学、生物学、心理学、卫生学、解剖学、生物力学、人体测量学等为“一肢”，以环境科学中的环境保护学、环境医学、环境卫生学、环境心
理学、环境监测技术等学科为“另一肢”，而以技术科学中的工业设计、工业经济、系统工程、交通工程、企业管理等学科为“躯干”，形象地构成
了本学科的体系。2.3.1人机工程学的定义2000年8月，国际人机工程学会（InternationalErgonomics
Association）对本学科所下的定义为：人机工程学是研究人与系统中其他因素之间的相互作用，以及应用相关理论、原理、数据和方法
来设计以达到优化人类和系统效能的学科。人机工程学专家旨在设计和优化任务、工作、产品、环境和系统，使之满足人们的需要、能力和限度。从
科学性和技术性方面看，人机工程学是研究“人-机-环境”系统中人、机、环境三大要素之间的关系，为解决系统中人的效能、健康问题等提供理
论与方法的科学。2.3.1人机工程学的定义人机工程学着重研究以下问题：1）人机之间的分工与配合。任何一个系统都离不开人的参与，
人机系统中人机相互作用、相互配合、相互制约、协同工作，完成确定的工作。因为机是从属于人的，由人来控制和使用，要执行人的意志，按人的
意图和目的去办事，所以，在人机分工与协同工作中，首先应该充分考虑人的生理和心理特点，使人与机充分发挥各自的特点与优势；其次，应该让
机具更多地代替人的工作；最后，考虑经济上的投资与效益。2）机具如何能更适合于人的操作和使用，以提高人的工作效率，减轻人的疲劳和劳动
强度。机具结构及操作要符合人的生理、心理规律及人的需要，使人能方便、省力、安全地操作和使用，减轻人的脑力记忆及体能操作负担，减轻人
的疲劳效应。2.3.1人机工程学的定义3）人机系统的工作环境对操作者的影响，目标是使工作环境安全、舒适。不合适的操作环境会使工
效降低，差错频繁发生，并极易产生疲劳。环境因素包括大气环境、照明、噪声、色彩等。4）人机之间的界面，信息传递以及控制器和显示器的设
计。人机界面负责人机之间的信息传递，人通过控制器向机器输入控制信息，而机器通过显示器向人输出运行结果。良好的显示器和控制器设计将使
操作者能够方便正确地操纵机器。2.3.1人机工程学的定义人机工程学总的任务是在人、机器、环境之间实现最优配合，充分发挥人机的作
用，使人尽其力，机尽其用，环境尽可能舒适，使整个人机系统安全、高效、可靠，胜任其工作效率。在解决系统中人的问题上，人机工程学主要有
两条途径，即：使机器、环境适合于人；通过最佳训练方法，使人适应于机器和环境。经典人机工程学即硬件人机工程学，主要集中在对人体能力、
人体限制及其他与设计相关的人体特性信息的应用，以满足设计、分析、测试与评价、标准化，以及系统控制的要求。它的主要研究课题有：控制与
显示的设计；人体的能力及其限制在与环境的光照、温度、噪声及震动等因素作用中的关系；作业空间布局，减少人体工作负荷，增强舒适程度，提
高生产率等。生物力学与人体测量学在其中起着核心作用，其主要目的是在交通、工业、消费类电子产品的设计与生产中，提高安全性与可用性。2
.3.1人机工程学的定义软件人机工程学主要研究软件和软件界面，侧重于运用和扩充软件工程的理论和原理，对软件人机界面进行分析、描
述、设计和评估等。主要解决有关人类思维与信息处理的有关问题，包括设计理论、标准化、增强软件可用性的方法等，使软件（计算机）与人的对
话能够满足人的思维模式与数据处理的要求，实现软件的高可用性。2.3.2人机工程与人机界面人机工程学对人机界面设计的作用可以概括
为以下几个方面。1.为考虑“人的因素”提供人体尺度参数应用人体测量学、人体力学、生理学、心理学等学科的研究方法，对人体结构和机能
特征进行研究，提供人体各部分的尺寸、体重、体表面积、比重、重心，以及人体各部分在活动时的相互关系和可及范围等人体结构特征参数，提供
人体各部分的发力范围、活动范围、动作速度、频率、重心变化以及动作时的惯性等动态参数，分析人的视觉、听觉、触觉、嗅觉以及肢体感觉器官
的机能特征，分析人在劳动时的生理变化、能量消耗、疲劳程度以及对各种劳动负荷的适应能力，探讨人在工作中影响心理状态的因素，以及心理因
素对工作效率的影响等。人体工程学的研究，为工业设计全面考虑“人的因素”提供了人体结构尺度、人体生理尺度和人的心理尺度等数据，这些数
据可有效地运用到工业设计中去。见图2-12。a）汽车人机工程学设计模板b）办公室人机工程学图2-12人机工程学数据2.3.2
人机工程与人机界面2.为“机”的功能合理性提供科学依据如何解决“机”与人相关的各种功能的最优化，创造出与人的生理和心理机能相协
调的“界面”。如信息显示装置、操纵控制装置、工作台和控制室等部件的形状、大小、色彩及其布局等都是以人体工程学提供的参数和要求为设计
依据的。2.3.2人机工程与人机界面3.为考虑“环境因素”提供设计准则通过研究人体对环境中各种物理因素的反应和适应能力，分析
声、光、热、振动、尘埃和有毒气体等环境因素对人体的生理、心理以及工作效率的影响程序，确定人在生产和生活活动中所处的各种环境的舒适范
围和安全限度，从而保证人体的健康、安全、合适和高效。2.3.2人机工程与人机界面4.为进行人-机-环境系统设计提供理论依据人
机工程的显著特点是，在认真研究人、机、环境三个要素本身特性的基础上，不单纯着眼于个别要素的优良与否，而是将使用“机”的人和所设计的
“机”，以及“机”所共处的环境作为一个系统来研究。2.3.2人机工程与人机界面人机工程学原理在计算机人机界面中无处不在。对于一
个系统来说，有许多人机工程因素需要考虑，例如：1）系统用户应该始终知道下一步该做什么。2）所有类型的信息、说明、消息等都在同一个区
域内显示。3）简化复杂的功能，减少输入命令。4）默认值和需要用户输入的值要说明清楚。例如，对有些值进行缺省设置，可以方便用户的使用
。5）告诉用户可能的错误操作，设置中间或者最终提醒过程。2.3.3显示界面设计机器中专门用来向人表达机器性能参数、运转状态、工
作指令，以及其他信息的界面，称为显示界面。在人机界面设计中，根据人接受信息的感觉通道不同，可以将显示界面分为视觉、听觉和触觉显示界
面等。其中以视觉和听觉显示界面最为广泛。由于人对突然发生的声音具有特殊的反应能力，所以听觉显示器作为紧急情况下的报警装置，比视觉显
示器具有更大的优越性。触觉显示是利用人的皮肤受到触压或运动刺激后产生感觉向人传递信息的一种方式。视觉显示界面有的很简单，有的却很复
杂。一般来讲，视觉显示界面可以分为数量型、性状型、再显型、警报与信号等几种。2.3.3显示界面设计1）数量型显示界面。提供变量
或过程的量化信息，具有明确的显示单位，如温度值、压力值等。数量型显示界面可采用指针移动式、刻度标尺移动式、直读式等。2）性状型显示
界面。用来显示变量的状态或性质，如正常状态、危险状态等。一般采用指针移动式显示装置。性状型显示界面与数量型显示界面可以组合设计，称
为检查型显示界面。3）再现型显示界面。可采用完全重现或是符号和图形方法，例如游戏中的飞行姿势。再现型显示界面既要形象真实又要认读简
化准确，其优点是观察情形时不需要或者只需要很少解释。2.3.3显示界面设计4）警报与信号显示界面。按照功能划分，警报与信号显示
界面主要用于指示运行状态和引起注意等。一般有两类：一类是提供监控者注意或指示监控者应执行什么操作；另一类是向监控者报告执行系统的运
行状态或异常情况等。警报与信号显示界面的设计必须包括分析，例如何时发出警报？多少个警报？（一般只采用一个）闪动或静止？（闪光报警一
般只用于危险情况）警报位置？（操作者的30o视线范围内）颜色？（一般采用红色）2.3.3显示界面设计在界面布局设计中，确定显示
和控制空间关系的基本原则是：1）重要性原则。显示与控制的功能可按其对实现系统目标的重要性而划分等级。重要性原则是指把最重要的控制与
显示布局在操作者视野和控制区的最佳位置上。2）操作频率原则。是指操作越频繁的显示和控制，应布局在操作者的最佳视野和最佳控制区。3）
功能分组原则。是指将功能相关的显示与控制构成若干“功能组”，然后分区布局。例如，温度指示器与温度调节器可分成一个组，布置在一个区域
内。4）操作次序原则。如果显示和控制在操作程序上有次序，则可以顺其次序进行布局设计。2.3.4控制界面设计控制界面主要指各种操
纵装置，包括手动和脚动操纵装置等。在手动操纵装置中，按照其运动方式又可以分为旋转式操纵器，如旋钮、摇柄等；移动式操纵器，如按钮、操
纵杆、手柄等；按压式操纵器，如各式各样的按钮、按键等。在这些界面设计中，都需要人给予一定的力的作用，并且这些力都需要一定的信息反馈
。1）编码设计。对于需要多个操纵器的场合，为减少操作错误，可以对操纵器进行编码设计，常用的有形状、大小、颜色和标志编码等。例如，形
状编码是利用操纵器外观造型设计的不同进行区分的一种比较容易的方法。形状编码必须保证在不观看的情况下，通过触觉也能够正确辨别；位置编
码是利用空间位置的不同，通过人的运动感觉来正确辨别。在这方面，人的垂直方位感觉优于水平方向的感觉（上肢运动）。2.3.4控制界
面设计2）控制的基本特性。包括控制的C/R比值、控制的操作阻力和误操作运动等。控制的C/R比值是指控制的操纵量（C）与显示的反应量
（R）的比值，也可以称为操纵量与显示量C/D比值；控制的操作阻力形成操作的反馈信息，其位移和阻力使人获得控制的“感觉”；控制界面设
计必须防止无意识动作引起的控制误操作，因为人在紧张情况下容易出现不必要的和无意识动作。2.3.5显控协调性设计显控协调性是指显
示和控制的关系与人们所期望的一致性。对于显示与控制的协调性设计，应依据人机工程学原理和人的习惯定式等生理、心理特点，并遵循以下原则
：1）空间协调性。是指显示与控制在空间位置上的关系与人的期望的一致性。主要包括：一是显示与控制在设计上存在相似的形式特性；二是显示
与控制在布置位置上存在对应或者逻辑关系。2）运动协调性。根据人的生理和心理特征，人对显示与操纵界面的运动方向有一定的习惯定式。如顺
时针旋转或自下而上，人自然认为是增加的方向；顺时针旋转旋钮，表明量的增加，反之则减少。显示指示部分的运动、所控制变量的增减方向是决
定运动关系协调性的主要因素。2.3.5显控协调性设计3）概念协调性。是指显示与控制在概念上与人的期望的一致性。例如绿色通常表示
安全，黄色表示警戒，红色表示危险。4）习惯模式。是下意识和“自动”的行为，是一种条件反射。显然，显示与控制除了功能连接外，其相应的
动作应符合人的习惯模式，这是人机界面的重要课题。每一种习惯模式的强度是有所不同的，个体之间也存在着差异性，右撇子与左撇子就有习惯上
不一致的现象。因此，在界面设计时应考虑到这些方面的问题。与控制件右旋被控量增加的习惯模式相反，控制水和气体等流体的开关，右旋通常为
关闭。如果作业者同时控制水和电流，两种习惯模式就会发生矛盾。因此，设计师必须以系统安全为目的，来解决这些问题。2.3.6人机系
统及其界面设计完整的人机系统包括人、机、人机之间的界面以及人机系统所处的环境。人机界面负责人机子系统之间的信息传递，而环境是人机系
统运行的外界条件。在进行人机界面设计时，不应单纯设计显示与控制，还必须站在系统的高度上，整体考虑人-机-环境系统，进行系统设计。2
.3.6人机系统及其界面设计1.人机分工人机工程学的研究目的是根据人类的各种特性，对与人类直接相关的各种机具进行设计与改进，
使人机系统以最优方式协调运行，达到最佳的效率和总体功能。因此，应该了解人机系统各自的特点，再按照系统的效率、可靠性、成本等原则，在
人、机之间进行合理的分工。在经济合理的前提下，总是尽可能地让机去更多地取代人的工作强度。一般来说，以下工作可由机子系统来完成：1）
枯燥、单调、笨重的作业。2）危险性大的作业或会影响人体健康的作业。3）高级运算，快速操作。4）可靠性、高精度的和程序固定的作业。2
.3.6人机系统及其界面设计以下工作则由人来完成：1）程序设计。2）意外事件处理。3）变化频繁的作业。4）探索性工作或需要做出
决策的工作。2.3.6人机系统及其界面设计2.人机系统设计要求和应考虑的问题人机系统设计应该能满足以下要求：1）人和机都能发
挥各自的作用并协调一致地工作，达到预定目的，完成预定任务。2）系统提供接受输入和完成输出的功能，并具备调节功能。3）系统设计应考虑
环境因素影响，例如工作场地布局的照明、温度、湿度、噪声等。4）人机系统应充分适应人的特性，让人能容易学习、操作、使用系统，充分发挥
系统效能。2.3.6人机系统及其界面设计在构造人机系统时，除了特别简单的以外，在设计时应着重考虑以下7个问题：1）为了满足系统
设计目标必须提供什么输入和输出？2）为产生系统输出需要什么操作？3）人机之间的功能如何分工？4）人要完成操作需要什么样的训练和技能
？构成的人机系统提供哪些材料帮助人接受训练和获得技能？5）需要系统完成的任务能否与人的能力相容？要避免人在过负荷或欠负荷状态下的操
作。6）人要完成作业需要什么样的设备接口？这是考虑人的因素的最重要问题。需要有最佳的显示设备和操作设备，以及操作规程和信息诊断能力
。2.3.6人机系统及其界面设计7）人机子系统工作能否协调？是相互帮助还是相互妨碍？例如人-计算机系统中，计算机的操作比人要快
得多，因此，机子系统要等待人做出决定和完成操作。2.3.6人机系统及其界面设计3.人机系统设计步骤现在一般采用系统工程学的方
法来进行人机系统的设计。设计步骤可概述为：1）需求分析阶段。设计人机系统的第一步是明确目标，即用户是“谁”，人机系统应具备的功能、
条件，包括可用条件、制约条件及环境条件等。2）调查研究。包括预测和确定目标，对同类系统的调查研究。3）系统分析规划阶段。在明确系统
目的和条件的基础上，分析和划分系统的功能，并按人和机两者进行分配。要充分发挥人、机各自的特长和能力，同时也要避免人、机的限制因素。
对人的限制因素有正确度界限、体力界限、行动速度界限、知觉能力界限等。对机具的限制因素有机械性能维护能力界限、机械正确动作界限、机械
智能及判断能力界限及费用界限等。2.3.6人机系统及其界面设计4）系统设计阶段。这个阶段完成具体的设计，设计中要考虑人文因素，
要保证人与机具的一致性，并制定人机系统操作步骤、方法及制定人员培训计划。5）测试阶段。对构成系统进行试运行，并评价系统的安全性、可
靠性、舒适性等指标。如果为用户认可则可提交生产。6）人机系统生产制造及提交使用。2.3.6人机系统及其界面设计4.界面设计人
机界面是人机之间传送信息的媒介，它主要包括三部分：1）机上显示器与人的信息通道的界面。显示器能提供易于为人识别、理解的信息，该信息能反映机内工作状态，而且又对人安全、可靠、无害。2）机上操作器与人的运动器官的界面。使操作器能易于控制、操作，人所进行的操作或提供的信息要易于为操作器所识别，且灵敏、可靠。3）人机系统与环境之间的界面。正确设计显示器和操作器的布局，有利于人的操作和使用。2.3.6人机系统及其界面设计人机交互匹配得好，可使人机之间传递交换信息畅通，使人能迅速、正确识别并获取机内信息，人做出的操作能容易准确地发送给机具。可见，机内的显示器和操作器是作为人机交互的媒介设备。当然，人机界面除硬件设备外，还应该包括操作规程、维护手册等。2.3.7人机工程学的应用人机工程学各个分支学科的研究，在第二次世界大战期间获得了突破性的进展，因为战争中复杂武器的发展，使得人机协调问题的突然激化。例如，空战和歼击机提出对飞行员的体能和智能要求，使得人员的选拔和培训难度不断增大，促使在飞机的仪表显示、操纵工具和飞行员座椅等部件的设计中，加大对人的因素的考虑，进而带动了有关的技术和方法的迅速发展。2.3.7人机工程学的应用人机工程的应用领域十分广泛，几乎涉及人类工作和生活的各个方面。例如：1）人体工作行为解剖学和人体测量；工作事故，健康与安全。2）认知工效学和复杂任务；环境人机工程。3）计算机人机工程；显示与控制布局设计；人机界面设计与评价。4）专家论证；多工作环境；人的可靠性。5）工业设计应用。6）管理与人机工程。7）办公室人机工程与设计；医学人机工程。8）系统分析；产品设计与顾客；军队人机工程。9）人机工程战略；社会技术系统；暴力评估与动机。2.3.7人机工程学的应用10）可用性评估与测试；可用性审核；可用性评估；可用性培训；试验与验证；仿真与试验；仿真研究；仿真与原型。随着信息化社会的到来，在计算机人机接口方面已经进入沟通和智能交互的时代，基于语音的应用和笔等自然的人机交互手段开始进入实用阶段。像电脑触摸屏、光电笔输入设备等。此外，汉字形变连笔的汉字识别和语音识别技术等，使未受过专业训练的普通人也能利用计算机进行交流。2.3.8人机工程学的展望21世纪，人机工程学必然向着信息化、智能化、网络化的方向发展。作为应用性学科，人机工程学与人的工作生活息息相关，设计生产出更加人性化、高效能的设备、工具和日常生活用品是努力的目标。以发展的眼光看，人机工程学又分为技术人性化和人的技术化两个方面。技术人性化的最大体现在计算机虚拟现实技术的实用化。人与计算机交互方式的演变，从利用穿孔纸带输入计算程序，到面对终端机上的字符操作界面，再到个人计算机上的图形界面和多媒体，继而是网络和虚拟现实，就是计算机技术的日益“人性化”的过程，也就是人机工程特性的不断提高。从人机工程学的角度来说，虚拟现实技术把人类的空间感、行走等感觉和行为功能纳入到人机交互之中，使得人与信息的交流变得更加自然和没有阻碍。2.3.8人机工程学的展望随着计算机技术和网络技术的发展，基于人机工程学的虚拟设计和测试评价已经成为可能，这不仅可以节省大量的时间和资源，而且可以增强企业的竞争能力，使产品更具有使用性和人性化。在人的技术化方面，一方面人自觉和主动地进行学习、接受训练和选拔，从而获得更大的能力；另一方面也会被动地和不自觉地接受技术的约束，形成对技术的依赖，例如，使用计算器后心算能力的减退，使用电脑记事后记忆力的减退等。英特尔微处理器研究试验室主任傅雷德·鲍莱克称：“现在人们一提上网就想到电脑，其实人们需要的并不是计算机，而是一个可以帮助人们工作的助手。人们希望能和电脑对话，用身体语言和它交流，甚至希望它能理解你的每一个暗示。计算机将从以机器为中心的界面转向更为人性化的界面。”随着人机工程学的应用和实践，我们相信这就是不久的将来我们生活中的场景。