为使计算机的人机界面适应人的思维和行为特性，在进行人机界面设计时，需要依据用户的认知特点，采用折中功能的设计方法，从而使设计出的人机界面能减少用户的记忆负荷，减少用户的学习操作时间，简化操作方法。
一、引言
工业革命以后，人们的思想中产生了以前没有的两种价值观念：效率和利润，这两种观念深刻地渗透到了机器的基本的设计理念中。为了无限追求机器的效率，机器的功能就成为设计过程中考虑的核心问题。人们在设计中，首先确定下机器的功能，然后再根据剩下的选择余地去补充机器的操作部分。这样操作部分必然受到机器功能的限制，只能跟随机器的功能。这就迫使操作者必须遵循机器的行为方式、运行速度、精度和强度。人成为机器的一个附件，完成机器无法实现的这些输入功能和反馈控制功能。这种设计没有考虑使机器适应人的生理特性。这种设计价值就是“以机器为本”的人机界面设计思想。
20世纪50年代以后，为了数值计算的需要，人们开始研究设计计算机。当初计算机的设计基本延续了“以机器为本”的设计理念，有所不同的是计算机的设计是在当时对人脑研究的成果的基础上进行的。1854 年，布尔发表了《思维规律的研究》，建立了布尔代数。他认为人脑思维是逻辑推理方式，并能用代数计算方法模拟人脑思维演绎过程。1943 年，美国人W.S.McCulloch和W.H.Pitts在《一种神经活动固有的思想逻辑计算》中认为：从原理上可以用运算描述人脑神经元的逻辑过程。 1956 年，他俩人又发表了《大脑的具体化》，用数字概念分析大脑皮层的功能和有关的神经元之间的通信。这些理论当时对计算机的产生和发展产生了深远的影响。
计算机作为一个机器产生以后。人们要使用它，就要适应这种机器的特殊的要求。然而计算机的结构复杂，变化层出不穷，这就导致用户必须花费很长时间不断地学习计算机的操作方法，而学习操作的主要目的就是将人的行为方式转换成机器可以接受的方式。
二、以人为本的人机界面设计思想
（一）设计思想
计算机按照机器的特性去行为，人按照自己的方式去思维和行为。要把人的思维和行为转换成机器可以接受的方式，把机器的行为方式转换成人可以接受的方式，这个转换就是人机界面。使计算机在人机界面上适应人的思维特性和行动特性，这就是“以人为本”的人机界面设计思想。
20世纪80年代以后，人们根据人操作计算机时的知觉特性，开始研究什么样的人机界面能减少用户记忆负担，能减少学习操作的时间，能简化操作方法。从此以后，相继出现了直接操作的图形对象、鼠标和窗口等。
（二）需要具备的知识
人机界面设计需要两方面的知识：计算机技术知识和用户心理学知识。对人机界面设计而言，计算机技术知识是后台知识，用户心理学是前台知识。用户心理学主要包括用户的认知心理学和行为心理学。通过认知心理学中关于人脑力劳动的特性，如记忆、理解、语言交流等方面的研究，使所设计的计算机的人机界面能尽可能地减少人的认知负担。通过行为心理学研究人的行为特性，将人、机器、环境看成一个行动系统。从人的行动特性去设计计算机的操作，使计算机的操作符合人的心理特性。
然而，当前不论是计算机的技术知识，还是人机设计能力，还不能满足这种人机界面设计的需要，还无法真正做到使计算机的行为适应人的行为方式。因此，在考虑人机界面设计时，大多采用了折中功能的设计方法，即尽可能在设计过程的开始就兼顾功能设计和操作界面设计两方面。
三、在实际中的应用
（一）图形和文字在人机交互界面中的应用
人们最常用的表达信息的方法有两种：即文字和画面。从认知特性看，文字是线形结构的。人们一般按照文字的顺序逐字逐句地读。图片是同时呈现平面或三维的结构。
从人认知动机角度，可以把信息分为两类：主题信息和情景信息。主题信息表达核心目的信息，它是动机关注的重点。情景信息描述环境状态和条件，有助于理解事件发生的时间、空间和顺序。一般用文字比较容易表达抽象的主题信息，如法律条文、思想、观点等。用图形比较容易直观地同时表达事物的主题信息和整个与主题相关的场景。
从人认知的效果上看，人脑往往只记忆自己对一段文字或一幅图形理解的含义，并不记忆文章和画面的细节。这就意味着在设计人机界面时要考虑：在什么情况下用文字，在什么情况下用图形。一般情况，在表示实物时用图形，可以减少用户记忆的负荷，这就是图形用户界面和图标产生的深层原因之一。而在表示逻辑推理时，用文字表达的信息更准确，比图形更符合人的认知特性。
（二）图标的设计过程
利用眼跟踪仪，观察人在屏幕上绘画时，能够发现人的视觉轨迹主要随画面上的主线条运动。以后在人脑回忆中流下的也主要是他对画面理解的主要含义，即表达含义的主要线条，而不是画面的细节。这就意味着设计的图标并不需要复杂的画面。因此在计算机图标设计中，设计者就需要从用户的许多生理特点出发进行思考、调查、设计。一般包括以下一些过程：首先，考虑用什么样的图标表示什么对象。按一般情况来说，图标更适合表示具体事物，但对同一图标所表达的内容不同的人可能有不同的理解；其次，设计图标时还要考虑到人便于对其进行操作。这就要求设计者要考虑图标的大小，在屏幕上的布局等；再次，设计的图标所表示的含义还需要与图标的名称能很好的结合起来，避免出现歧义；最后，所设计出的图标还需要与周围的背景相适应，这就要求设计者要考虑图标的形状、颜色等。这有助于人们对图标的正确、快速识别。
按这些思维模式和步骤，设计者设计出若干图标，然后将这些图标拿到不同类型的用户中去调查。调查用户对图标含义的理解有无异义，调查什么外观的图标用户容易识别，容易理解，还要调查用户对什么样的图标的操作方便，产生的影响深刻等。设计者最后根据用户的反馈意见，进一步对所设计的图标进行修改。
尽管这些过程看起来很复杂，但始终是以人为本。其实道理很简单，因为设计出的图标最终是供用户使用的。
（三）超文本链接的设计思想
1945年，美国人Vannevar Bush在《与我们思维一致》中，按照人大脑生理学的观点提出：人的记忆把各种相关的概念联系在一起，其组织像一个语义网。他认为文字的书写结构应当与人的认知思维方式相似。而书面文字只是一种线性表达方式，只能按照文字书写的顺序表达，不符合人的思维方式和大脑存储知识的结构。人在阅读时，大脑仍然在思维，可能联想到其他有关的人与事，也可能在大脑里出现画面和声音，可能一下跳到很久以前。超文本链接的设计思想，就是模仿大脑存储知识和概念联系结构的特征的基础上设计出来的。现在WWW中超文本链接不仅可以连接文字，还可以连接图像、声音、动画等多种媒体。由于它能很好地适应人的思维方式，因此使 Internet上Web资源的访问量增加如此快。
四、结束语
不同用户对不同的人机界面需求是不同的。本文论述了以人为本的人机界面设计思想、设计方法，给出了几个设计实例。要实现人机界面以人为本，就需要在人机界面设计之前，充分调查研究特定用户群体的思维特性和行为特性，建立起用户模型，并在进行软件的功能设计之前考虑设计人机界面。
5/6/2008
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