4.3 CAI交互界面设计

中小学信息技术教学法——4.3 CAI交互界面设计发布时间：2010-04-16 07:33第四章信息技术与教学课件设计第三节CAI交互界面设计人机界面（Human-computer Interface）设计的目的是以直观的形象及不同的现场为对话方式，建立用户和计算机系统之间的联系，实现**********作导航及交互结果的信息反馈。

CAI课件以计算机为教学媒体，通过人机交互界面，为学生提供学习内容选择、教学信息呈现、疑难问题解答、学习进程反馈、知识记忆强化等基本教学过程。

从而，CAI课件的交互界面设计如何以教学目标为基础，如何以认知心理、认知过程为依据，如何为学习者提供能“沉浸其中、超越其上、进出自如、交互作用”的学习环境，成为CAI课件成功的关键。

一、CAI人机交互界面设计基础（一）多媒体技术多媒体技术的蓬勃发展，为实现上述美好愿望提供了强有力的物质基础和技术支持。

从文字上理解，多媒体就是“多种媒体的综合”，那么多媒体技术也就是“怎样进行多种媒体综合的技术”了。

为了更准确地了解多媒体的概念，我们看看几个不同的定义与说法。

1. 罗宾逊，Byte,1990计算机综合处理多种媒体信息，包括文本、图形、图像、声音、动画，使多种信息建立逻辑联系，并集成为一个具有交互能力的系统。

2. J.摩根，SGI,1992多媒体是“传统的计算媒体———文字、图形、图像以及逻辑分析方法等与视频、音频以及为了知识创建和表达的交互式应用的结合体”。

如何定义多媒体并不十分重要，重要的是我们必须了解它的三个关键特性：（1）信息载体的多样化：人类对于信息的接收和产生主要在五个感觉空间内，即视觉、听觉、触觉、嗅觉和味觉，其中前三者占了95%以上的信息量。

多媒体就是要把机器处理的信息多样化、多维化，在信息交互过程中，使人类的感觉具有更加广阔的自由空间。

多媒体信息的多样化不仅指输入（获取Capture），而且还指输出（表现Presentation），如果还能进行变换、组合和加工，那就是创作（Authoring），这可以大大丰富信息的表现力和增强效果。

（2）交互性：向用户提供更加有效的控制与使用信息的手段，同时也为应用开辟了更加广阔的领域。

当交互性引入后，活动（Activity）本身作为一种媒体便介入了信息转变为知识的过程。

借助于活动，可以获得更多的信息。

例如，在计算机辅助教学中，可以人为地改变信息的组织过程，从而激发学生的想像力、创造力，制造各种讨论的主题。

交互性一旦被赋予了多媒体信息空间，那么学习情境就得到了彻底的改观。

从数据库中检录出的图像、声音和文字材料，是多媒体的初步交互作用；通过交互特性使用户介入到信息过程中（不仅仅是提取信息），是多媒体的中级交互应用；当我们完全地进入到一个与信息环境一体化的虚拟信息空间时，那就达到了交互的高级阶段。

这有待于虚拟现实（Virtual Reality）技术的进一步研究和发展。

（3）集成性：早期多媒体中的各项技术都可以单一使用，但很难有大的作为，因为它们是单一的、零散的，如单一的图像、声音、交互技术等。

但当它们在多媒体的旗帜下集合时，一方面意味着技术已经发展到了相当成熟的程度；另一方面，也意味着独立的发展不再能满足应用的需要。

因此，多媒体的集成性主要表现在两个方面，即信息媒体的集成和处理媒体数据设备的集成。

对于前者，各种信息媒体应该成为一体，而不应分离，尽管可能会是多通道的输入与输出。

这种集成包括信息的多通道统一获取、多媒体信息的统一存储与组织、多媒体信息表现合成等各方面。

对于后者，多媒体的各种设备应该成为一体。

从硬件来说，应该具有能够处理多媒体信息的高速及并行的CPU系统、大容量的存储、适合多媒体多通道的输入输出能力及宽带的通信网络接口；从软件来说，应该有集成一体化的多媒体**********作系统、适合于多媒体信息管理和使用的软件系统和创作工具、高效的各类应用软件等等，“1+1＞2”的系统特性将在多媒体信息系统中得到充分的体现。

（二）超文本与超媒体技术多媒体数据信息大量进入计算机信息处理领域，使得人们感到现有的信息存储与检索机制越来越不足以使信息得到全面而有效的利用，尤其不能像人类思维那样以“联想”来明确信息内部的关联性，而这种关联可以使人们了解分散存储在不同信息块之间的连接关系及相似性。

例如，在阅读一篇关于数字化声音的科普文章时，其中讲到了用“声波”对声音进行物理描述，那么“声波”是什么意思呢？通过“声波”你又跟“模拟声音”联系上了……这样就迫切需要一种技术，它可以建立并使用信息之间的链接结构，使得各种信息能够得到更广泛的应用，形成有效的知识提供给人类。

有一种不断发展和完善的技术有希望使我们达到这样的目标，这就是超文本（Hypertext）与超媒体（Hypermedia）。

最早的超文本于20世纪60年代的美国出现。

它是一种信息管理技术，或者是一种电子文献形式，T.尼尔森于1965年造出了Hypertext与Hypermedia两个词，公布了一个可由任何人使用、可以记忆任何事情的超文本系统Xanadu。

科学研究表明，人类的思维结构是一个多维空间，人类的记忆是一种联想式的记忆，它构成了人类记忆的网状结构，对联想、记忆的探索形成了人类思维的概念化的基础。

人类记忆的这种联想结构不同于文本的结构。

文本最显著的特点是它在组织上是线性的和顺序的，在阅读文本时只能按照固定的线性顺序进行。

但人类记忆的互联网状结构就可能有多种路径，不同的联想检索必然导致不同的路径。

对于同一个词一个人在不同时间、不同的环境所产生的联想，结果却是千差万别的，比如：冬天———寒冷———暖和———炎热———夏日———沙滩；也可能是冬天———阳光———耀眼———光芒———灯光———光盘。

人类记忆的这种互联的网状信息结构用文本是无法管理的，于是就产生了比文本更高层次的信息管理技术超文本（Hypertext）。

超文本结构类似于人类的联想记忆结构，它采用一种非线性的网状结构组织块状信息，没有固定的顺序。

图4-7为一个完整的小型超文本结构：从这里可以看到超文本是由若干内部互联的文本块（或其他信息）组织，这些信息可以是若干个文件、窗口、或更小块信息，这样的信息单元就称为一个节点（Node）。

不管节点有多大，每个节点都有若干指向其他节点或从其他节点指向该节点的指针，这些指针称为链（LINK）。

链从一个节点（源）指向另一个（目的）节点。

有些节点与其他节点有许多关联，就有许多链；有些节点没有启程链，它就只有作为目的节点（如图中的Ｄ节点）。

超文本的链源通常是节点中有关联的一部分而不是整个节点，而目的却是整个节点。

当用户主动点触源节点时，将激活这条链从而迁移到目的节点。

超文本结构实际就是由节点和链组成的一个网络。

用户可以主动地决定阅读节点的顺序。

这要求超文本结构的制作者事先必须为用户建立一系列可供选择的路径，而不是单一的线性路径。

一般印刷媒体中的脚注与百科全书中的交叉参考，同超文本的结构很相似，它的阅读路径逻辑上也构成了一个网络。

但是相似归相似，超文本与它们有着本质的区别，这就是超文本充分地利用了计算机的特点，从一个节点到另一个节点往往只需一秒到几秒的时间，但每个节点却可容纳海量的信息；另外，一般文献的组织和相互参考结构在印刷时就已经定型，而超文本的链和节点则可以根据制作的要求动态地改变，各个节点中的信息可以更新，也可将新节点或链加入到超文本结构中，来反映新的关系，从老的文献中产生新的文献。

因此说超文本是一种信息管理技术，它以节点为单位，以链为关系对信息进行组织。

但是，在超文本的系统中，一个技术上的难点是如何解决用户的迷失问题，所以一般的超文本系统都还必须提供用于浏览节点、防止迷失的交互式工具即浏览器，或称导航图，它可以帮助用户在网络中寻路、定位。

这种良好的交互特性，只有计算机才可能实现。

随着计算机技术的发展，节点中的数据不仅仅是文字，而且可以是图形、图像、声音、动画、动态视频，甚至是程序与它们的组合，这就形成了超媒体的概念。

即在多媒体信息中，引入超文本管理技术，就称为超媒体。

但是，有人建议不必再引入一个专门的术语，因此现在这两个术语都在使用。

1990年，位于瑞士日内瓦的欧洲量子物理实验室的物理学家与工程技术人员为了能与其他研究机构交流高能物理研究新成果而建立了基于Internet的WWW（World Wide Web）超文本系统，以其友好的界面、极为方便的信息存取方式，成为“信息高速公路”的关键组成部分。

它采用了HTTP（HyperText Transfer Protocol）超文本传输协议及HTML（HyperText Markup Language）超文本标记语言，建立了网络上各种信息的关联关系，成为多媒体超文本的标准。

超媒体＝超文本＋多媒体，也可以这样说超媒体是大容量网状结构的多媒体信息系统管理技术。

它允许用户以一种非线性方式来检索信息。

其特点是：大容量，多媒体，网状结构，多路径，良好的导航与检索工具。

（三）认知心理学认知心理学（Cognitive Psychology）是以信息加工观点为核心的心理学，是交互界面设计的一个理论依据。

要提高ＣＡＩ课件交互界面的设计水平，必须对使用课件的两类人员———学生、教师的心理有所了解，尤其要了解学生的感知觉、注意、表象、记忆、思维和言语等心理认知发展的过程，明确人类信息处理系统的概貌，使界面设计更自然地适应于人的多层次认知结构。

从认知心理学角度，人机交互界面设计的基本原理是：1. 界面设计应利用结构性来分类处理复杂事物界面设计要尽量减少必须学习的信息总量，把复杂事物用分级的方法分解成较简单的组成部分，与一开始用来分析和理解对象间联系的存取通道相结合，帮助学习者理解和记忆复杂的信息。

对信息赋予的分类和结构性越适当，信息就越容易学习与记忆。

2. 界面的一致性一致性对记忆和学习是很重要的，事物的一致性越好，就越容易感知事物内部的组成模式，因而越容易学习它的结构和特性。

人是一个很好的模式识别和联想的机器，任何事物只要能建立易于识别的模式，就能够提高学习效率。

3. 人机界面设计必须把注意力引向用户需要的信息和要采取的行动上人的注意力除了受外界刺激物和人的精神状态的影响处外还受任务的难度、个人兴趣和动机的影响。

能满足人的需要的事件，就能引起较长时间的注意。

但是设计还必须避免分散过多的注意力，否则会超出人的认知处理器的处理能力，导致学习的失败。

4. 要保证在长时间的连续学习过程中，有适当的休息间隔，使学习者的心理疲劳得以恢复学习时的精神高度集中、长时间连续的心理活动及学习任务的复杂性，都在耗费着学习者的注意力和精力，从而引起疲劳，导致感觉失调、动觉紊乱、思维故障、降低学习效率。