【摘 要】远程教学平台是远程教育的重要组成部分，目前远程教学平台通常以网站的形式呈现给学生，但学生通过教学网站自主学习的效率并不是很高。本文将从人机学的角度探讨如何利用多通道技术改进远程教学平台，更好地为远程教育服务。
　　【关键词】 远程教学；人机学；多通道
引言
　　以互联网为代表的信息和网络技术飞速发展，现代远程教育正面临前所未有的机遇和挑战。人们的学习方式已经由面对面的传统课堂授课方式转变为一种远距离的网络授课方式。通过远程教学平台，学校提供具有吸引力的、更方便和有效的网上学习环境。而学习者足不出户便可聆听名师讲座，完成自主学习任务。但是目前的远程教学平台的设计在功能实现上还不能完全满足学生自主学习的要求。当教师和学生不能进行面对面的交流时，学生在电脑屏幕面前如何克服学习上的孤独感？如何使学生在远程学习时被教学平台所吸引而延长学习时间，从而提高远程教学的质量？本文将依据人机交互界面的人机学原理探讨远程教学平台的框架结构。
人机学原理与界面设计
　　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，为解决系统中的效能、健康问题提供理论与方法的科学，它从人和系统的角度出发，研究人的特性和人机关系，为界面设计提供相关理论和方法。人机学原理从功能层面对界面设计提出理论指导。在界面设计中，必须考虑功能的合理性。解决界面设计中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，是我们搭建远程教学平台要考虑的界面设计问题。
　　现代设计不仅要满足基本的功能需求，而且要关注人的心理需求。特别是界面设计，要更好地满足人的认知需求，因为人们感知事物是通过多感官进行的。通过心理学实验研究发现，多重感官的协同活动能够有效地提高记忆效果，形成正迁移。实验心理学家赤瑞特拉（Treicher）做过两个著名的心理实验，一个是关于人类获取信息的来源，就是人类获取信息到底主要通过哪些途径。他通过大量的实验证实：人类获取的信息中，83％来自视觉，11％来自听觉，3.5％来自嗅觉，1.5％来自触觉，1％来自味觉。多媒体技术既能看得见，又能听得见，还能用手操作，让学习者通过多种感官的刺激获取信息量，比单一地听老师讲课强得多。信息和知识是密切相关的，获取大量的信息就可以掌握大量的知识。赤瑞特拉的另一个实验是关于知识保持，即记忆持久性。结果显示：人们一般能记住自己阅读内容的10％，听到内容20％，看到内容的30％，听到和看到内容的50％，在交流过程中自己所说内容的70％。这就是说，如果既能听到又能看到，再通过讨论、交流用自己的语言表达出来，知识的保持将大大优于传统教学的效果。目前的远程教学平台上，60％的信息是文本信息，不符合人机学的要求。
　　按照人机学原理指导的界面设计应该满足尺寸合理性、功能合理性、环境相合性和系统优化性。尺寸优化性是指要考虑人的因素，运用人体结构尺度、生理尺度和心理尺度进行界面设计。功能合理性是将界面设计中与人相关的各种功能达到最优化，创造出与人的心理和生理机能相协调的界面。环境相合性是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、震动、尘埃等环境因素对人的生理、心理和工作效率的影响，确定人在学习活动中所处的各种环境的舒适范围，从保证人体的健康、合适和高效出发，为界面设计方法中考虑“环境因素”提供设计方法和设计准则。系统优化性是在明确系统总体要求的前提下，着重分析和研究人、机、环境三要素对系统总体性能的影响，应具备的各自功能及相互关系等，不断完善三要素的结构方式，确保系统的优化。
多通道人机交互技术
　　伴随着人机交互技术的发展和对人机技术的理解和认识，人们开始研究更为自然和更符合人类习惯的交互方式，比如自然语言理解、手势识别等等。广义上讲，多通道人机交互允许用户通过多个不同的人体交互通道（方式），如语音、手势、姿势等，与之通信，并能从中自动提取语义，识别出最终交互目的。多通道人机界面（multi-Modual User Interface）充分利用人的多个认知通道，利用语音识别、手势输入、视线跟踪、感觉反馈等新的交互技术，以并行、非精确方式与计算机交互，旨在提高人机交互的自然性和高效性。
　　 多通道用户界面通过研究人在交互活动中的心理和生理特点，综合利用人的多个感觉和效应通道，力图使计算机能够“听”、“说”，并“理解”用户的交互意图，如图1所示。
　　多通道人机交互的特点是利用多个感觉和效应通道的并行和协作进行交互。多通道整合问题的研究是为了对这种并行和协作提供支持。这主要体现在设备层和应用层两个方面。在设备层，需要研究如何把各种通道融合于系统中而做到设备无关性。多种通道各尽其能，用户感觉不到显式的通道切换过程。在应用层，由于多通道交互中各通道不再局限于精确输入，如何从多个并行和/或非精确的通道输入中获得用户想要传达的交互意图则是问题的关键[1]。
　　多通道技术强调的是直接的、不精确的和冗余的三维空间交互，并且允许用户单独或同时使用不同效应通道（手势、语音等），多个通道之间协同工作、互为补充，以完成特定的交互任务。多通道交互技术研究中的困难是如何整合来自不同通道的输入信息，因为来自多个通道的输入可能是含糊的、冗余的，甚至是矛盾的。
远程教学平台框架设计 　　 人机学的原理和规律是设计远程教学平台界面的理论基础，而普适计算下的多通道人机交互技术为人机学原理的运用提供了良好的技术基础。
　　从人机界面的观点，可以将远程教学平台理解为N个教师和M个学生的知识之间的抽象界面。远程教学平台是一种新的知识传播工具，它没有改变知识学习的本质，只是一种新的知识传递通路。由于平台界面与传统平面设计的介质不同，各自页面大小有差别，所以平台设计必须做到：内容与形式统一、特色明确、整体形象统一、减少浏览层次、适合学习者的心理状态。
　　目前的远程教学平台大多采用网站形式建立典型的单通道人机交互平台，采用鼠标、键盘的单一操作方式，学生通过鼠标点击链接进行信息浏览、下载等操作。用户在这一通道中的负荷很大，在交互中还需要时时在鼠标和键盘之间进行切换。实践表明，这种操作方式的确存在着很大的不足，对于现代人机交互来说还有很大的改进空间。图2是广播电视大学的远程教学平台的界面图。
　　把人机学原理和多通道技术引入远程教学平台是使远程教学平台更自然、更人性化的保证，也为远程教学质量的提高提供了可能。笔式用户界面[2]、语音用户界面[3]、可穿戴计算文本输入[4]、人脸动画技术、视线跟踪技术[5]、脑机接口技术[6]等在人机交互方面的应用研究使得远程教学平台的各种设想成为可能。远程教学平台的设计框架根据分层整合的思想分为数据流层、语法层和语义层，如下图3所示。
　　在数据流层，有语音、视频、姿势和标准输入等多个通道表达相同的信息，统一了不同通道的输入形式。在这一层里，虽然两个或多个通道处理的过程不一样，但它们表达的内容是一样的。原语数据是最小的数据单元。在语法层，把来自数据流层的原语信息按照人机交互的语法规范分成表示命令的原语、表示对象的原语、表示对象属性的原语。在语义层，利用任务驱动机制，将原语组合成各种具体的任务。三层整合模型的整合过程是：首先数据流层实现初步的整合，即事件归一化，目的是对具体设备和通道进行第一级抽象，为不同的设备找到共同的信息表示形式。语法层的整合是形式化的，使用工作事件队列，把相同类型的信息进行融合、补充，使其意义完整。语义级的整合是把整理好的工作事件按照其意义和语法成分组织整理成相应的任务，最终完成命令。
结束语
　　 从以上所述可以得出以下界面设计的人机准则，可将这些准则运用于远程教学平台的界面设计中。
　　 1. “以人为中心”的个性化界面设计原则。学生是平台的使用者，应该允许他们选择平台的呈现内容，信息内容应该是和学生密切相关的个性化信息，符合学生的心理需求。
　　 2. 颜色使用规则。由于人有不同的颜色喜好，所以应该提供可供学生选择的颜色作为远程教学平台的个性化颜色。色彩的设计要符合色彩学原理。
　　 3. 屏幕布局。界面的信息载量不能超过人的承受能力，同时注意作为信息载体的符号不能过于繁复。要将需要学生重点注意的信息放在显要的位置。
　　 4. 联机帮助。可以在学生使用平台时帮助学生，引导进行每一步骤的学习，向其详细介绍应该按照计划学习的内容，提醒学生课程学习的进度和要求。
　　 5. 多通道的人机交互设计。多通道人机交互设计可以调动人的各个感官协同工作，提高学生学习的积极性和主动性。它是未来多媒体系统的基础，也是未来远程教学平台变革的技术基础。
　　[参考文献]
　　[1] 俸文. 多通道人机交互技术的研究，中国硕士学位论文全文数据库，2004. [2] 吴刚. 笔式用户界面的可行性研究[EB]. 　　http://ckrd178.cnki.net
　　[3] 雷葆华. 语音用户界面平台的设计与评估[EB]. http://ckrd178.cnki.net
　　[4] 张玲. 可穿戴计算文本输入的研究[EB]. http://ckrd178.cnki.net
　　[5] 寥卫华，严由伟等. 视线跟踪技术在人机交互中的研究[J]. 长春师范学院学报，2005，（6）
　　[6] 杨帮华. 脑机接口关键技术研究[J]. 北京生物医学工程，2005，（8）
　　作者简介：
　　潘红艳，副教授，工学硕士，清华大学计算机科学与技术系（100080）。
　　陶霖密，徐光祐，天津广播电视大学教学中心计算机教研室（300191）。

[上传时间：2008-01-15]
[信息来源：中国远程教育 作者: 潘红艳 陶霖密 徐光祐]