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李寶敏 黃 煒 徐伯興 俞德勇 王吉慶 華東師范大學網(wǎng)絡教育學院 上海 200062 【摘要】該文從學習者個性化角度探討遠程教育中的人機交互問題，通過對遠程教育中的人機交互理論、人機交互系統(tǒng)的特點進行分析，初步設計了一個以學習者為中心的交互系統(tǒng)模型，最后提出實現(xiàn)個性化人機交互的關鍵技術。 【關鍵字】人機交互，多通道用戶界面 ，學習者模型 【中圖分類號】G434 【文獻標識碼】B 【論文編號】1009—8097（2003）02—0047—04 一、問題提出 學習者在學習活動中的交互是一個重要而又復雜的問題，其重要性表現(xiàn)在交互活動貫穿于學習活動的整個過程，其復雜性表現(xiàn)在學習者交互過程中既涉及到學習者內(nèi)部心理活動，又有學習者與外部反饋、交流中產(chǎn)生的心智活動[1]。 網(wǎng)絡環(huán)境中學習者的交互形式主要有兩類：人機交互，人際交互，不論哪種形式的交互，都關系到下列問題：Who（誰是交互對象，與誰交互）； What（交互內(nèi)容是什么）；How（如何交互）；Why（為什么交互）。學習者的人際交互形式多是以人—機—人的交互方式實現(xiàn)的。借助網(wǎng)絡學習者首先是與計算機打交道，所以人機交互是學習者個性化交互學習中要研究的重要內(nèi)容。本文就遠程教育中的個性化人機交互理論以及實現(xiàn)技術作一探討。 二、人機交互理論 人機交互CHI（Computer Human Interaction），國際上也稱HCI，（Human Computer Interaction），人機交互理論以認知科學為理論基礎，人機交互本質(zhì)上是學習者認知過程的反映[2]。以學習者為中心的人機交互應研究學習者的認知過程與認知規(guī)律，根據(jù)學習者的感知、記憶、思維、推理、決策、反饋等認知特點，建構(gòu)學習者認知模型，提供符合學習者認知需要的界面，構(gòu)建符合學習者個性化特征的交互模型，動態(tài)提供支持學習者交互風格的交互手段。最終給學習者提供多通道用戶界面，智能化用戶界面，通過對人機交互中的用戶模型、用戶界面模型、多通道交互信息整合技術，實現(xiàn)個性化人機互動。 三、以學習者為主體的人機交互系統(tǒng)的特點 以學習者為中心的人機交互系統(tǒng)應具備以下特點： （一）適應性（Adapting） 以學習者為中心的人機交互系統(tǒng)應具有很強的適應性和靈活性，根據(jù)學習者的不同特征以及學習活動的不同階段自適應性地給學習者提供滿足個性化需要的交互手段。 （二）個性化（Personality） 根據(jù)用戶的目標、要求、偏好、習慣以及交互歷史進行個性化界面定制。 （三）智能性（Intelligence） 對學習者不同請求由分布式智能代理（Agent）給予及時響應處理，動態(tài)實時智能化地處理學習者交互過程中產(chǎn)生的動態(tài)信息。 （四）隱含性( Implicity ) 網(wǎng)絡化學習的立足點是讓學習者在學習過程中把注意力集中在學習任務的完成和問題解決上，力求交互的自然性，讓學習者用已有的計算機操作技能進行交互，減輕認知負荷，不需要對學習者的交互成分，或交互成因做顯性說明[3]。 （五）高效性（High Efficiency） 以學習者為中心的人機交互形式靈活多樣，交互內(nèi)容豐富，信息通訊量大，通訊及時高效，應充分發(fā)揮人機彼此不同的認知潛力。 （六）導向性（Guiding） 系統(tǒng)應給學習者提供導向性的交互手段，在學習者交互不便或遇到困惑時能得到及時的指導和幫助。 四、以學習者為主體的交互系統(tǒng)模型設計（如圖1） 學習者 學習者模型 操作數(shù)據(jù)庫 整合機制 分流機制 應用相關處理 個性化交互界面環(huán)境 學習者操作模型 學習者靜態(tài)模型 學習者認知模型 圖1以學習者為中心的交互系統(tǒng)模型設計 在以學習者為中心的個性化交互模型設計中，首先要對學習者進行分析，建立起完整的學習者模型，學習者模型包括學習者靜態(tài)模型和認知模型以及動態(tài)操作模型，靜態(tài)模型包括學習者的個人基本資料信息，如：姓名、性別、年齡、學習歷史等；學生的認知模型包括學習者的媒體偏好、空間能力、認知風格、學習特征等。操作模型是學生在學習過程中所體現(xiàn)出的對知識獲取能力的反映。在遠程學習中，學生的個體學習多數(shù)是通過鼠標和鍵盤進行的，操作的過程會產(chǎn)生大量的操作數(shù)據(jù)，包括學習者學習活動過程中的交互性信息、反饋性信息、自主學習活動信息，對這些信息采集、分類、組織、處理，構(gòu)成學生的操作數(shù)據(jù)庫。 根據(jù)對學習者靜態(tài)模型、認知模型和操作模型數(shù)據(jù)的分析，運用整合機制與分流機制，提供相應的應用處理，建立起個性化人機交互界面。整合機制主要是從眾多學習者模型中抽象出共性特征，分流機制主要是對不同學習者進行比較分析，尋求個性化特征。利用智能代理、信息檢索、數(shù)據(jù)挖掘技術，把學習資源與效能工具、認知工具、通訊交流工具和管理工具相整合，構(gòu)建適應學習者個性化學習需要的交互機制，自動生成符合學習者個性化學習需要的交互界面環(huán)境。 五、以學習者為主體的個性化交互系統(tǒng)的實現(xiàn)技術—— 構(gòu)建多通道人機交互界面 （一） 多通道人機交互界面概念模型（如圖2） 傳統(tǒng)的人機交互主要利用手、眼通過鍵盤、鼠標、顯示器進行二維與精確方式的輸入輸出，多通道人機交互是充分利用人的多種感官，如：眼、耳、口、手等，通過多種信息通道的整合，利用新的交互手段，以實現(xiàn)更加個性化、自然化的交互技術，讓學習者多種感官參與交互活動[4]。 交互處理 應用例程 MMI 擊鍵 通 語音 道 眼神 整 合 手 嘴 眼 多媒體信息 眼 耳 手 (二) 以學習者為主體的個性化交互系統(tǒng)的實現(xiàn)技術 要構(gòu)建以學習者為中心的人機交互模型，建立基于學習者感知的多通道界面，其實現(xiàn)技術主要包括：基于感知的認知和多通道用戶模型，基于分布對象的多通道用戶界面，實時并發(fā)的人機交互描述方法和基于學習者多維信息的語義模型以及通道整合技術。 1、基于感知認知理論建立多通道個性化學習者用戶模型 多通道個性化學習者模型研究的本質(zhì)是認知問題，多通道用戶模型的目標是提供自然、高效的交互手段，縮短人和計算機的認知距離，減少人的認知負擔。用戶模型應從學習者的角度對多通道人機交互進行建模，認知理論是用戶模型建立的理論基礎，認知理論主要研究人的感知在認知過程中的地位以及感知增強認知的互動機制。通過研究人的感知通道的分類、感知信息的表示、感知信息的處理方式、感知通道之間的關系，多通道的整合與分流，建立多通道人機交互的感知模型。在感知模型的基礎上，結(jié)合學習者遠程學習的特點，以及學習者的差異性建立多通道人機交互用戶模型。 2、建立基于分布對象的多通道用戶界面 在建立了學習者感知模型，根據(jù)學習者個性特點建立了學習者交互模型后，利用計算模式分布化、計算移動化技術，根據(jù)多通道界面的交互模型（結(jié)構(gòu)模型）和整合框架，設計以多智能體（Multi-Agent）為基礎的面向分布對象的多通道學習者界面框架。構(gòu)架基于分布式計算模型（DCOM、COM+）之上的支持多用戶界面智能體系結(jié)構(gòu)，綜合利用XML等網(wǎng)絡技術，使得交互系統(tǒng)適應于學習者個性化特點。 3、實時并發(fā)的人機交互的描述方法和基于多維信息的語義模型 學習者在學習過程中會動態(tài)產(chǎn)生實時的交互性信息，多通道人機交互系統(tǒng)應該是一個實時并發(fā)的系統(tǒng)，交互過程是多維信息在人的認知空間和計算機表示空間相互映射的過程[5]。屏蔽多維信息的物理表示和物理傳輸上的異質(zhì)，構(gòu)造感知輸入和效應輸出邏輯語義上的同質(zhì)，建立基于感知輸入、效應輸出和應用計算之上的通用的語義模型，是建立自然、高效的人機交互體系的核心。從形式化的角度分析，多通道人機交互系統(tǒng)本質(zhì)上是混合系統(tǒng)，研究基于混合自動機的多通道界面的描述方法，通過混合自動機能夠描述多通道人機交互過程中的高度實時、并發(fā)特性，它是多通道用戶界面的形式化基礎，為交互系統(tǒng)語義模型的描述和交互性質(zhì)的驗證提供了可能。 4、基于學習者多維信息的語義模型以及通道整合 多通道人機交互中一個突出的問題就是整合問題，即從多個輸入通道中整合交互信息、提取交互意圖，并將交互反饋分流到各輸出通道上去。提高整合的實時性和正確率是實現(xiàn)高效多通道人機交互的關鍵。從認知心理學的角度研究多通道信息整合的機理和特點，以多維信息語義模型為基礎建立多通道信息整合框架，研究智能化整合算法。 通道整合（Modality Integration）是指學習者在與計算機系統(tǒng)交互時，多個交互通道之間相互作用形成交互意圖的過程。如：學習者在完成某個具體交互任務時，學習者可能采用語音和手勢兩個通道，對任一通道而言，通道信息可能都不精確，但通過對兩個通道進行整合，可以獲取用戶交互的意圖。 六、結(jié)語 《學記》強調(diào)，學習過程是學習者在交流互動中“自組織”的過程[6]，學習者在學習認知過程的不同階段有不同的交互形態(tài)，網(wǎng)絡環(huán)境中的交互機制賦予學習者對信息進行動態(tài)控制的權(quán)利，學習者在網(wǎng)絡環(huán)境下的人機互動其實質(zhì)是借助技術的外殼拓展了互動的時空、方式、符號等，人機交互不僅拓寬了互動的廣度，也提高了互動的深度。但如何建構(gòu)適合學習者個性化學習需要的互動環(huán)境與互動模式是一個非常復雜的問題，值得進一步在實踐中探討研究。 注：本論文是教育部教育科學類重點課題《以學習者為主體的遠程教育服務體系研究》研究成果之一。 —————————— 參考文獻 [1] 王崴．建立人機交互的Web主頁[J]．軟件世界，2001，（6） [2] 高瑞利．人機交互研究 [EB/OL]．http://www.-m/research.htm [3] 網(wǎng)絡環(huán)境中的教學交往． 全球華人計算機教育應用大會論文集（下）[C]，北京：中央廣播電視大學出版社，2002 [4]人機交互和多通道用戶界面 [EB/OL] ．http://www./hcimulti.htm [5] 申瑞民，王加俊，丁大宇． “WebClassroom”, 一個基于Web的實時交互式教學環(huán)境 [EB/OL]． http://www.dlc. [6] 李寶敏．基于網(wǎng)絡環(huán)境下互動活動理論的研究[J]．上海教育，2001，（10） |
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