人机交互导论范文

人机交互导论范文（精选3篇）

人机交互导论 第1篇

关键词：双语教学,计算机科学与技术,人机交互导论,互动式教学法,项目教学法,MOOC

双语教学(bilingual teaching)是指能在学校里使用第二语言或外语进行课程的教学[1]。进入21世纪以来,在高等院校的教学中,双语教学已经得到了一定的普及。教育部出台的《关于加强高等学校本科教学工作提高教学质量的若干意见》明确强调“各高校要积极开展双语教学,推动使用外语进行公共课和专业课的教学。”特信息技术作为国家发展急需的专业,涉及较多前沿技术,学生需要具备较强的专业外语能力,开展双语教学更是刻不容缓。这个文件的颁布,不仅使高校对开展双语教学的目的、意义、必要性和重要性的认识得以升华,并且对推动全国高校开展双语教学和提高教学质量都具有重要的指导意义。目前,各大高校都在积极推广双语教学。例如:在笔者工作的同济大学,每年都会选拔一批课程进行双语或全英语教学建设,自2011年以来陆续批准建立了一批双语教学团队,高校师生对双语教学的认同感不断加强。双语教学不仅是满足世界经济一体化趋势、培养复合型人才的外在需要,同时也是我国国际化办学、帮助本国学生走出国门并吸引世界各地留学生的内在需要。在多年的双语教学实践中,我们发现双语教学在计算机学科中的优势很明显[2,3,4]。

首先,计算机学科特点决定了其开展双语教学的必要性。计算机学科起源于美国,其基本理论的经典原著和编程语言均由英语撰写,通过双语教学,有利于学生从本源上理解计算机原理,同时掌握数量庞大的英文专业术语,培养较强的科技英文文献阅读能力和写作能力,具有广泛获取学科相关信息的能力。这种将专业英语渗透在课程中的方法相对于单独设立专业英语课程更有效,为学生今后在专业上的深入学习和进一步发展提供了良好条件。其次,工科课程教学方法亟需补充活跃的西方元素。中国传统教育方法刻板严谨、深入透彻,尤其对工科类学科如计算机学科的学习更是以深度优先,其优点为基础扎实。西方教育方法则是一种松散自由型的教学模式,提倡自学和学科间相互渗透,即以广度优先。其优点为跨越学科、个性化,且这种模式下培养出的人才的创新能力较强。在双语教学中,任课教师通过适当地选取外文原版教材内容,使中西方教学方法优势互补,使学生在获得知识的同时,又开拓了思路,增强了创新意识[5]。再次,计算机学科的英汉双语教学有利于学生智力的发展。这是因为汉英两种语言体现了文化和思维方式的差异,汉语和英语不同的思维方式产生了两种类型的接受计算机知识的思维组织形式。汉语表述迂回形象,而英语表述逻辑性强。双语授课可以促进学生抽象思维和形式逻辑的协同发展,有利于学生智力水平的提高。比如在有关编程语言的学习中,经常要遇到“面向对象编程”这一概念,而“对象”一词是从其英文“object”翻译过来的。相对于其译文“对象”,直接对“object”加以理解会更加准确、简单。然而,不可否认,在高校中一直存在质疑双语教学效果的声音———“对于一些艰涩难懂的专业知识,用大家所熟悉的母语解释起来尚且不易,用第二语言讲授学生又怎能很好的接受?”显然,这是双语教学的软肋。然而,双语教育阈限理论(the Threshold Theory)表明,对掌握两种语言的人群进行双语教学会产生正效应,即学习效果得到加强。阈限理论把学生的双语水平粗略地分为三个层次并阐述了各个层次与学生认知发展之间的关系:两种语言都不熟悉对认知发展产生负面效应为低级层次,熟悉其中一种语言对认知发展既不产生正面效应也不产生负面效应为中级层次,熟悉两门语言对认知发展产生正面效应。

事实上,即便没有域限理论的存在,双语教学本身的重要性也是勿庸置疑的。我们需要做的是在教学实践中探索双语教学的有效实现途径,减少第二语言障碍对专业知识学习的影响,实现既学好专业知识,又培养了较强的外语能力的目标。针对该问题,我们在一些计算机课程中进行了双语教学方法的探索和尝试,下文将以“人机交互导论”课为例做简要介绍。

一、以学生为主体,强化互动与实践的教学环节设计

教学实施方法分为三大类:第一,以教为主的教学模式;第二,以学为主的模式;第三,“教师为主导、学生为主体”的教学模式,即“主导—主体”模式。我们在《人机交互导论》课程双语教学中首选“主导—主体”模式的主要原因是这种教学模式符合计算机学科双语教学的客观需要,且是一种典型的“研究性教学模式”。这种模式主要强调以学生为中心,它不仅要求学生由知识的被动接受者转变为知识体系的主动建构者;而且要求教师要由知识的传授者转变为学生主动学习的引导者。这就意味着教师应当在教学过程中采用全新的教学模式,摒弃以教师为中心的传统教学模式。“互动式”教学是一种适合该模式的教学方法。所谓“互动式”教学就是把教育活动看作一种师生的交往和沟通,把教学过程看作是一个动态发展的教与学统一的相互影响的交互活动,通过师生的相互作用,形成和谐的师生互动强化,以产生教学共振,提高教学效果的一种教学模式[3],该模式恰好与“主导—主体”教学方式的理念相符。我们在教学过程中常有这样的感受:“都讲了很多遍,为什么学生还是不会做”?斯塔克等人的研究成果告诉我们,借助“听”的学习,有时是学习,而通过经历的学习几乎总是学习。这里包含了两层意思:一是把课堂教学仅仅理解为教师讲解,学生听讲,这是非常片面的,而且教师讲了多少和学生学了多少并不确定,而仅仅是“有时候”学生学了。二是代替教师讲解的办法有很多,而让学生自己解决问题、寻找答案的方法最为有效,因为,这个办法使学生“总是在学习”[6]。我们在教学实践中也发现,教师讲解的内容中,学生当场能把握的是很少的,而经过自行思考和寻找答案,进一步由老师点评的过程,学生对所学知识就会有更深的印象和更全面的理解,同时培养了学生探索式学习的好习惯。

按照上述的“主导一主体”模式,我们的主讲教师本着强调互动与实践,合理设计整个“教与学”过程中的各个环节。

1.课前环节:教师首先提供给学生详细的英文教学资料,如课程大纲、参考书目、预习知识、实验参考资料等,以便学生在课前做好相应的准备。

2.课堂环节:课堂的组织从问题出发,引出授课内容,引导学生自由发言,尽可能地通过互动环节使学生深入地领会知识要点。对于一些比较热门的应用或者前沿,可以采用讨论课的方式进行。这就需要提前把讨论题目布置给学生,学生通过查阅资料作好充分准备后再参加讨论课。

3.课后环节:每次课结束后,教师都可推荐与本次课堂内容有关的英文参考文献及相关网站供学生阅读和下载相关工具软件,并用英文布置相应的平时作业,学生从这些网站中查阅自己所需资料并解答问题,运用工具软件完成课程项目。

4.考核环节:采取多样化评价方式,适当地增加平时成绩的比重,强调教学过程控制。平时可采用课堂小测验(Quiz)、课程小论文(Term Paper)、阅读报告(Presentation)、课程项目(program)等形式,期末考试形式可灵活,开卷闭卷皆可,英文命题和解答,由教师根据需要来掌握。

二、以应用型课程项目为落脚点,探索性研究性的教与学

单纯讲授枯燥的理论知识,学生不明白如何将理论运用到实际中,肯定不会收到很好的教学效果。既然如此,我们的课堂为什么不可以从一个具体的应用问题出发,逐步解释某个理论或算法是怎样解决应用难题的?项目教学法就是教师将授课内容融入到具体的课程实验或模拟的工程项目中,辅助和引导学生实施和完成课程项目,学生在项目实施的过程中自主学习,遇到问题时,在老师的指导下查阅英文资料,学生在不断学习和克服困难中完成课程项目,教学任务也随之完成。这个过程不是简单地让学生按照教师的安排和讲授得到一个结果,而是在教师的指导下,学生去寻找得到这个结果的途径,最终学到分析问题和解决问题的方法。学习的重点在于学习过程,即“培养能力的过程”,而非学习结果,即“考了多少分”,他们能在这个过程中得到充分锻炼7]。

下面以“人机交互导论”课程为例,说明我们的一些探索和做法。

1.由应用项目引出问题。我们在“人机交互导论”课程中设置了以Web Interface Design为主题的实践项目,将学生分为3~5人的小组,每组制作一个完整的具有良好交互性的人机界面系统。以Web Interface Design为主题,学生可根据兴趣和爱好自行选择应用,如:购物搜索、信息管理、拼车出行等。在整个实践项目的设计和完成中,学生将学习到理论和技能(如:设计原理、原型方法、评估方法等)加以实例化应用,在项目的执行过程中更好地体会和理解人机交互的内涵。

2.教师示范。为了让学生顺利地完成项目,教师可以将往届学生的优秀作品展示给学生,并剖析其中的关键步骤,如:使用Shneiderman’s Eight Golden Rules和Norman’s Seven Principles进行设计;使用Paper Prototyping和Video Prototyping方法进行原型设计和开发;使用Cognitive Walkthrough、Nielsen’s 10 Heuristics、Think Aloud、Query Technique等方法对设计进行评估、反馈,进而不断提高整个人机交互系统的性能。

3.学生查阅资料和实践。学生在梳理知识点的基础上,查阅中外文文献资料和相关工具资源,以在小组为单位进行分工并讨论项目推进的时间节点。老师和课程助教则扮演辅助角色,在学生遇到问题时,给予引导和解答。

4.项目答辩。老师安排专门的时间请各组学生答辩,介绍本组完成情况,答辩语言要求用英文,在答辩过程中,老师和同学都可以提问。答辩结束后,教师总结学生完成项目的情况,指出学生在完成项目中存在的问题。

5.项目优化。在教师点评的基础上,学生进一步查阅文献资料,修改和完善项目中的算法,优化系统性能,最终形成完整的系统和英文书写的文档。

在以上项目的实践中,教师不再是把一些重现性的实验给学生机械地重做,而是以学生为中心,让学生完成探索性的课程项目,老师只要作好引导者和监督者。

三、以教学效果为准则,循序渐进,灵活运用多种教学手段

双语教学实施对象的英文水平如何?他们是否适合双语教学,甚至全英语教学?其对双语教学的态度及主观意愿如何?这些问题都是在开设双语课程前需要弄清楚的,它们将直接影响双语教学中的教学方法与教学效果。由于双语教学的特殊性,灵活运用多种教学手段,发挥双语的优势,避免第二语言带来的问题,就显得非常重要。

1.根据学生外语能力设计教学环节。如果学生的英文能力较弱,硬性地用英文授课反而不如以中文为主授课效果好。反之,如果学生英语水平足够高,那么就可以加大教学中的英文比例,甚至进行全英语教学。还有一个重要的问题是,学生以何种心态来听双语课?学生以排斥或畏惧的心理被动地接受双语教学和以积极的心态配合课堂教学并主动查阅资料会带来完全不同的教学效果。因此,双语教学一定要在充分了解学生客观情况的基础上,激发学生的兴趣,调动学生的积极性,并最大限度地发挥其主观能动性。在教学实践中,可以考虑根据学生的实际情况设立平行班,保证每个学生都可以选择适合自己的教学方法。在同一个班也要循序渐进地将学生带入双语教学过程,逐步加大英文比例,潜移默化地帮学生渡过适应期。如果从一开始就给学生们太大的压力,就会拔苗助长、适得其反,甚至引起学生们的逆反心理,使他们对课程失去兴趣。

2.适当运用MOOC教学手段。因特网与多媒体技术促使MOOC(Massively Open Online Courses)教学诞生,在MOOC模式下,学生可以直接聆听世界级大师的讲授,这种丰富多彩的教育形式受到众多学生的欢迎。为了促进学生主动学习,我们可以安排部分教学内容由学生在课下通过e DX等网站[8]发布的教学视频进行学习,课上再对这些内容展开讨论,老师对学生进行引导和拓展。MOOC与讨论课的有效结合,既可以充分利用世界级名校的教学资源服务学生,又可以充分调动学生的积极性,实现学生的自主学习,为双语教学带来意想不到的教学效果。

3.帮助学生克服害羞心理。我们本土学生与欧美国家的学生相比,更加含蓄,更容易感到害羞。在欧美国家,一个问题,答案不管有多么显而易见,学生们都会踊跃回答;而同样的问题,在我们的课堂上,很可能问了几次都没人响应。这对授课教师来说无疑也是一件扫兴的事。这不仅影响了教师的上课热情,也使教师很难及时地掌握学生们对知识的接受程度。同时,学生们的参与度也会大大降低,导致课堂凝聚力不够,学生们经常走神。为使双语教学收到更好的效果,在笔者的课堂上,专门设立了让学生做几分钟的英文报告的课堂考核环节。报告内容可以设为与课程相关的知识点的讲解,并给每个学生分配任务。在每个学生做完报告后,都会有提问时间,其他学生可以提自己感兴趣的问题。教师也会对学生的完成情况进行点评,哪里讲得不错,哪里还可以再改进,当然,大部分都是以鼓励为主。这样,在接到这个任务的初始阶段,学生基于考核的压力都会认真准备,慢慢地,会自己找到锻炼英语能力的动力。反复几次,学生不仅很好地吸收了自己做报告部分的知识,也积极地参与了有关别人报告内容的讨论,并在教师的鼓励下,找到英语表达的自信。在后面的课堂中,学生们的参与感会大大加强,双语教学的实际效果也会彰显出来。

四、教学效果

当然,上述措施的采取必然对授课教师提出了更高的要求,除了需要精通课程内容和具有纯熟的外语表达能力外,还要求教师花费大量的时间精心设计每个教学环节应采取的教学方法,阅读大量外文资料以及多和学生进行互动。经过老师和学生的共同努力,该课程教学效果得到了大幅提升,学生上课精神面貌好,学生知识面宽了,学生实践能力提升了。为了解学生对于我们在双语教学中采取的种种举措的真实反馈,我们在上课的145名学生中进行了无记名问卷调查。调查内容包括:(1)学生基本情况:英语水平,是否准备国内深造,是否准备出国深造;(2)教学效果评价:包括课程采用双语教学的效果,对自身专业外语水平是否有帮助,对专业知识的理解是否有帮助,对了解专业前沿是否有帮助,对授课教师的满意度及课堂教学质量的综合评价;(3)教学方法评价:包括互动环节的效果、MOOC教学效果、课程项目是否对掌握课程有帮助、考核评价方法是否合理;(4)学生对双语教学的意见与建议。对于双语教学的认可度及总体评价调查结果如表1所示,其中英语六级及以上水平的学生对于双语教学的接受程度(接近90%)和教学效果满意度都很高(超过97%),英语四级及以下水平的学生认可度相对较低,但基本上认为对于自身英语水平提高很有帮助(近90%),对课堂的总体评价很高(超过97%)。对于双语课堂上所采取的各种教学方法,学生也给出了很好的评价,如互动环节、课程项目和考核方法改革方面都有超过90%的学生认为很好,对自己很有帮助。在部分章节我们采取了MOOC教学,学生的认可度也超过了85%。从以上调查结果,我们认为:(1)双语教学确实需要针对不同英语水平的学生进行分类教学,根据学生的差异设计不同的教学内容;(2)双语教学需要辅以多样化的教学手段,充分发挥外语在前沿知识、MOOC教学等方面的优势,以提升课程的前沿性。

双语教学是一项综合的教学任务,如何更好地发挥双语教学的作用,避免第二语言影响教学效果,是需要我们不断思考和设法解决的问题。计算机科学与技术学科的发展愈来愈迅猛,新的问题层出不穷,这给计算机学科的发展带来了前所未有的机遇,但也给我们的人才培养提出了新的挑战,我们只有与时俱进,适时地调整教学内容、改进教学方法,才能使我们的课堂始终受到学生的欢迎和热爱。

参考文献

[1]张同利.加强高校双语教学的探讨[J].中国高教研究,2007,(05):94-96.

[2]任向民.如何在高校开展计算机课程的双语教学[J].北京大学学报(哲学社会科学版),2007,(S2):137-138.

[3]兰劲华,安琳,毋立芳,等.双语教学应强调师生互动[J].北京大学学报(哲学社会科学版),2007,(S2):88-89.

[4]尹军祖,吴益根.双语教学实践与思考[J].北京大学学报(哲学社会科学版),2007(S2):58-59.

[5]何静媛,朱征宇.高校计算机专业实践教学改革研究[J].计算机教育,2010,(02):31-33.

[6]Joan S.Stark,Lisa R.Lattuca:Shapping the Coolege Curriculum:Academic Plans in Action[R].Boston:Allyn&Bacon,1997:31-33.

[7]廖勇,琚生根,周刚,等.高校计算机专业实验室建设探讨[J].实验技术与管理,2009,(05):155-157.

人机交互的进化 第2篇

我们要操作和使用计算机，首先就要和机器进行信息交流。通过周边设备如鼠标和键盘，我们可以把信息传递给计算机，而计算机在屏幕上展示软件对象，则是把信息传递给我们。

随着计算机逐渐渗透到生活中的方方面面，人和机器的交流也就变得越发重要，而设计、评估和实现供人类使用的交互式计算机系统已经成为了一个专门的学科——人机交互(HumanComputer Interaction)。这是一门涉及计算机科学、行为科学、认知心理学、设计学等不同领域，同时包含了软硬件设计的交叉性学科。

伴随着计算机的发展，人机交互也在不断进化，硬件上从早期计算机使用的穿孔卡片，到键盘、鼠标，手写板，单点触控和多点触控，再到3D体感控制器等。软件上则从命令行到图形用户界面(GuI)，到手写识别、语音控制和视觉交互等。人机交互的进化使得计算机本身变得更加易用，而人们在接触新的计算机设备时，上手也变得更迅速了。进化的总体趋势就是让交互方式更接近于人类自然交流方式，从键盘输入变为手势、人体动作、语音甚至是感知。

GUI和鼠标的诞生

在人机交互发展的历史上，GUI和鼠标、键盘的发明都称得上是重大的突破。人机交互的重要原则是用户至上、尽量减少用户记忆负担和保持一致性，GUI提高了易用性和学习效率，鼠标则提高了操作性，它们的出现改进了计算机的可用性。对技术史了解不多的计算机用户会认为是苹果公司在GUI和鼠标的创造过程中做出了重大贡献，其实，真正带来这些革命的是另一家公司——施乐(Xerox)，以及斯坦福大学研究院(SRI)。

1970年，施乐在帕洛阿尔托建立了一个研究数字技术的研究中心(PARC)。在人机交互发展史上，PARC和SRI都具有举足轻重的地位。PARC于1973年推出了第一种使用GUI的施乐Alto计算机，以今天的眼光看简陋至极，但我们所熟悉的GUI就是从如此古朴原始的界面发展而来。

而鼠标的来历则要复杂一些。麻省理工电子工程博士伊凡·萨瑟兰(IvanEdward Sutherland)创造了最早的交互式图形系统Sketchpad，这也是他博士论文的主题。Sketchpad为计算机图形学带来了重大突破，人机交互方式从此彻底发生改变。伊凡·萨瑟兰也因此于1988年获得ACM颁发的计算机界的最高奖图灵奖。

SketchPad的工作原理是：使用手持物体如光笔在计算机屏幕表面移动，通过一个光栅系统测量光笔在水平和垂直两个方向上的运动，在屏幕上重建笔移动所生成的线条、点和圆弧，这些图形对象可以任意处理和操作，创建的图形随后存人内存，可以在以后重新调用进行处理。今天看来这已经是理所当然，但在五十年前，“直接操作图形对象”是革命性的，它开创了计算机辅助设计(cAD)这个新领域。

在Sketchpad的启发下，SRI的道格拉斯·恩格尔巴特(Dottalas c.Engelbart)设计和开发了首个使用鼠标(只有一个按键)的计算机协作系统oN-Line System(NLS)。NLS于1968年12月9日在旧金山公开展示，它包含了第一个实用的鼠标，研究人员还演示了超文本、目标寻址和动态文档链接，以及两个位于不同地点用户之间的联网语音和视频对话。恩格尔巴特的团队从1962年开始研究NLS，得到了美国国防部高级研究计划署、美国航天局和美国空军的资助。这次演示在科技史上意义深远，被誉为“所有展示之母”(TheMother of AU Demos)，可能连恩格尔巴特也没有预想到，仅仅几十年，几乎所有人都能体验到NLS所展示的一切创新。

恩格尔巴特在1970年获得了“用于显示的X-Y位置指示器”专利，因指示器有一个类似老鼠的长尾巴而取绰号为“鼠标”。在鼠标发明之后，恩格尔巴特团队的多名工程师在1976年左右加入了PARC。至此，施乐不仅拥有了图形用户界面GUI，也有了鼠标。

随后，施乐在1981年推出了XeroxStar，这是第一个结合鼠标、GUI、图标、文件夹、以太网网络、所见即所得(WYSIWYG)编辑器、文件服务，打印服务和电子邮件的商业计算机工作站。由于价格昂贵，Xerox Star未能打开市场，施乐最终退出了个人电脑市场。Xerox Star虽然商业上并不成功，但却影响到了后来的许多产品，如苹果Lisa和Macintosh电脑，微软的Windows，IBM OS／2等。

伟大的艺术家偷窃

在施乐之后，真正把鼠标和GUI带给一般用户的则是苹果公司。苹果与施乐有着千丝万缕的联系，许多苹果的著名工程师和设计师最初都是施乐雇员。前苹果首席科学家拉瑞·特斯勒(LaHyTler)是人机交互领域的先驱，在1980年加盟苹果前，从1973年到1980年一直在施乐的帕洛阿尔托研究中心(PARC)工作。

1979年，苹果创始人史蒂夫·乔布斯(seve JobS)参观了PARC。PARC当时是硅谷的创新中心，被形容为“富有邻居”，而苹果公司当时是硅谷炙手可热的科技创业公司，正筹备上市发行股票。乔布斯提议让施乐购买价值一百万美元的10万优先股，换取访问PARC之行。PARC的某些人认为这次“放海盗进门”的主意是“精神失常”。《纽约客》形容乔布斯的访问是“狐狸进了鸡窝”。他对由窗口、图标和菜单构成的图形用户界面(GuI)留下了深刻印象，特斯勒演示了鼠标控制显示屏上的光标，键盘命令和GUI。特斯勒回忆说，乔布斯当时十分兴奋，大喊“这是革命”。乔布斯回去之后，立即让工程师复制施乐的GUI，如菜单和视窗，以及鼠标。当然他没有完全照搬，而是在施乐的基础上进行了创新和改进，如当时施乐的鼠标有三个按键，成本300美元，而苹果将鼠标简化到只有一个键，成本只需15美元。苹果设计师一并设计了菜单栏、下拉式菜单和回收站，都比施乐的GUI更精简。最终，苹果Maci8ntosh电脑将深藏在实验室中的新技术真正带给了普罗大众。

施乐也曾经试图保护其GUI知识产权，在苹果起诉微软抄袭Macintosh用户界面后，施乐也于1989年起诉了苹果，但因为过了三年的诉讼时效而未予受理。苹果的诉讼则在1994年遭挫败。至于鼠标，情况也类似，苹果在1983年推出的Apple LiSa上就采用了类似的鼠标输入设备。虽然恩格尔巴特拥有鼠标专利，但苹果并没有支付任何专利费。在1995年之前，美国专利有效期为17年，Apple Lisa流行之时它恰好过期，虽然

按发布时间算苹果本应该付专利费。

苹果的确是一家伟大的公司，能将前人的发明集成到一起并创造出大受欢迎的产品。但我们不应忘记的是研究人员和计算机科学家的重要性。正如前面所展示的，绝大部分人机交互技术的发展都发源于实验室，包括大学或研究机构的实验室，以及企业建立的实验室。

多点触控

鼠标和计算机键盘诞生几十年来，它们在人机输入设备的统治地位从没发生动摇，但最近一两年，却不断有人提出鼠标将被淘汰的说法，这一切源于多点触控(Multi Touch)的流行。多点触控是指触感表面能识别其上的两个以上点的压力，能支持缩放等丰富动作。其实触控操作并非新鲜概念，其历史比个人电脑还要长。

触控屏实际研究开始于1960年代，早期工作主要由IBM和多所大学完成。欧洲粒子物理研究所(cERN)是最早实现互容式多点触控显示的研究机构之一，丹麦电子工程师本特·斯特伦普(Bent Stum~)在i972年为超级质子同步加速器的控制室设计一种新型的人机界面，他的方案是在一个触摸屏上固定多个可编程按键。伊利诺大学香槟分校在1972年部署了PLATO IV触控终端，PLATO是一种计算机辅助教育系统。MIT架构机器组的研究人员在1978年发明了矢量信息单点触控输入。

而多点触控技术起步于1982年，多伦多大学输入技术研究组研发出第一个人机输入多点触控系统，它利用玻璃平板之后的摄像机识别多个手指的压力。1983年，贝尔实验室的默里·希尔(M~ray Hm)全面讨论了基于多点触控的用户界面，称之为“软机器”。1984年，默里·希尔等人发明了第一种多点触控显示屏，在CRT上覆盖一层透明电容触控传感器阵列。1985年，多伦多大学团队开发出第一种多点触控显示平板。技术突破出现于1991年，皮埃尔·韦尔纳(Pierre Wellner)提出了多点触控的“数字桌”系统，支持多个手指和缩放。1992年，PARC的比尔·巴克斯顿(Bill Buxton)将多点触控板整合到键盘底部，今天的笔记本基本都采用这一设计。此后，一些公司开始在实验室技术进展上展开商业化研究，其中一家公司Fingerworks于2005年被苹果公司收购。2007年1月，苹果宣布了震惊世界的多点触控智能手机iPhone。已故前CEO乔布斯在新闻发布会上形容新产品，“iPhone是一款革命性的、不可思议的产品。”今天，几乎所有的新智能手机和平板电脑都采用了多点触控设计，仅仅苹果iPhone和iPad系列每季度销量就多达数千万部之多。刚上市的iPhone 4S在其第一个周末就创下了400万的创纪录销量。

Kineef体感控制器

软件巨人微软在人机交互上同样有令人瞩目的表现，但可能其它方面的原因导致它在人机体验上的名声不佳。它的Microsoft Surface大型触控平板电脑同样给人留下深刻印象，但这款产品并不是大众消费产品，而是企业级产品，用于企业和商店产品展示。它在人机交互上取得突破的另一个硬件是游戏机Xbox 360外设Kineet。

或许是因为竞争激烈，游戏机产业是一个常常推出创新型交互硬件的行业。任天堂的Wii遥控器、Wii动感强化器(Wii Remote Plus)、Wii u(尚未上市)，索尼的PlayStation Move动作感应控制器、PlayStation Eye等。

微软的Kinect是第一种使用姿势和语音控制人机界面的消费电子产品，在人机交互上比Wii更前进一步，摆脱了控制器和手柄的限制，让玩家可以通过自然方式如身体动作和声音控制与游戏交互，它结合了软件和硬件去跟踪三维空间中人体的姿势和声音。

Kinect通过多个传感器捕捉人的动作和声音，包括RGB彩色摄影头，3D深度传感器和多阵列麦克风。底座装有马达，使得Kinect可以随着焦点人物而转动，在软件协助下提供人体动作捕捉，面部识别和语音识别功能。

它的软件主要由微软子公司Rare开发，3D扫描系统Light Coding由以色列公司PrimeSense提供。Kinect能同时跟踪可视范围中的6个人，主动跟踪其中两个活动的人，对每位玩家的20个关节进行动作分析和特征提取。

Kinect普及了实验室和电影中的身体动作捕捉，为其它各种应用开启了大门，例如动画制作，与机器人结合起来对人体姿势做出反应(MIT的iRobotCreate)等。它在2010年11月正式上市，60天内售出了800万台，创下消费电子产品最快销售的吉尼斯纪录。截至3月9日，销量突破l千万。微软在6月发布了Kinect for Windows SDK，使开发者可以为WindoWS开发Kinect应用。

语音助手Siri

苹果在2010年4月收购了为iPhone和iPod Touch开发虚拟个人助手的创业公司Siri。收购之后，Siri从App Store下线。一年半之后的现在，我们已经知道Siri去了哪里，Siri成为了iPhone 4s独享的特色功能，也成为它的一大卖点。当然，基于人工智能和语音识别的语音个人助手并不鲜见，也并非苹果所独创，Android同样有类似的程序如Voice Actions和Sonalight。苹果的独到之处是与其产品的深度整合，改变了我们与机器的交互方式。语言是我们最早学习到的技能之一，把与手机的对话变得像私人助理那样轻松愉快，比在桌面上点击鼠标更自然，无疑具有深远意义。

Siri出自SRI的国际人工智能中心，是美国国防部高级研究计划署资助的CALO项目的副产品。CALO代表“学习和管理认知助手”(Cognitive Assistant that Learns andOrganizes)，有超过60所大学和研究机构参加，从2003起在五年时间内投资超过了1.5亿美元，据称是至今规模最大的人工智能项目，旨在创造出一个虚拟智能助理，减轻政府雇员的负担，它能给电子邮件排序，区分优先次序，进行归纳总结，还能安排会议，编写简报等。Siri的人工智能技术来自CALO，语音识别技术则是由纽昂斯通信公司提供。纽昂斯主营服务器和嵌入式语音识别，电话呼叫转移系统，光学字符识别软件等，有一个专门部门为美国军方和政府机构开发软件。

Siri需要访问苹果的服务器，利用云端的计算能力处理数据，因此在美国之外它的功能受到限制。通过与系统的深度整合，Siri可以根据需要调用各种应用程序的API(应用程序接口)，让用户觉得它似乎真的十分智能。它能让用户直接通过语音接收、编辑和发送信息，查询交通信息和天气情况，设

定闹钟和计时，安排日程和提醒，调用Google和Bing搜索Web，调用知识引擎Wolfram Alpha解答复杂的数学问题和其它问题。Siri目前只支持英语、法语和德语三种语言。鉴于目前人工智能没有取得根本性突破，语音识别还有很多难题没有克服，如正确的语义分析，再加上Siri的语音识别误判率还是相当高，有时候的回答更是不知所云。它实际上相当于先进聊天机器人Elbot、Cleverbot和Alice等的语音版，但用户体验远胜于网上打字聊天。

人机交互的未来

人机交互未来的发展趋势无疑是更深入、更自然和更全面。用户可以在同一时刻通过多种途径如语音、手势、姿势、眼动等与计算机交互，发挥每一种渠道的独特优势，提高效率；计算机的智能将会上一个台阶，能感知人想干什么，不需要人的命令；日常生活中的交互将会无处不在。这一切将为人类带来更具有浸入感的体验，创造更舒适的生活。

在这一切成为现实前，我们可以先去简单了解一些科学家在实验室中取得的新进展。

第六感：多点触控功能如此有用，为什么只限于智能手机和平板呢?MIT媒体实验室研究人员开发了可穿戴式增强现实姿态控制界面，将周围的环境变成可交互的触摸面，它由摄像机、微型投影机、镜子以及微型计算机组成，可将图像投影到任意表面，将环境和信息结合起来，通过无线网络识别商店货架上的商品，提供商品和价格对照表，或将图像投影到空中并通过手势进行操作。

OmniTouch：与第六感类似，但更先进。它是微软研究院研究人员和卡内基梅隆大学博士生克里斯·哈里森(chrisHarrison)共同开发的可穿戴式交互系统，能将身体部位和附近表面转变成触控界面，用户可以通过触摸他们的手臂和附近墙壁或纸张阅读和回应电子邮件。研究人员在他们的论文中提到了第六感等项目，但认为它们并没有创造真正可触摸的界面，因为它们无法区分点击和悬浮的手指。OrnniTouch系统概念验证原型包含了一个深度场摄像机和基于激光的微型投影仪。在6048次手指点击测试中，系统的正确识别率达到了96.5％。其可能应用包括在桌面上投影完整键盘，对投影在纸上的地图进行缩放操作等。

脑电波控制：人类大脑有五百亿到一千亿个神经元，神经元之间以突触的形式互联，形成神经元网络，突触总长度可以绕地球几圈，其连接复杂度即使是世界最快的超级计算机和今日全球的互联网，也难望其项背。因此要解读神经交互产生的微弱脑电波需要克服数量惊人的挑战，至少在一二十年内我们不太可能看到大的突破。但通过脑电波去执行简单任务则是完全可能的，科学家已经成功让全身瘫痪的残疾人通过脑电波控制机器人的手臂。由于脑电波微弱，阅读电波的方法不外是侵入式和非侵入式两种。侵入式是直接将电极植入到脑皮层，将脑电波转化成机器可读的信号，这种方法显然只有少数人会去尝试；另一种是利用紧贴在大脑表层的传感器阵列，需要过滤周围的杂波，放大原始脑电波信号。但对普通人来说，这两种方法太遥远或者太昂贵，用起来也不舒服。

在今年的TED大会上，越南裔澳大利亚企业家Tan Le演示了一种售价299美元的廉价脑电波耳机。Tan Le是Emotiv公司联合创始人，曾于1998年被评为澳大利亚杰出青年，入选30名30岁以下最成功女性。Emotiv公司产品EPOC被形容为个人的人机交互界面。演示者戴着耳机在简单训练后演示利用脑电波控制虚拟物体的移动，控制电子轮椅转向，控制游戏中的虚拟角色动作等等。使用脑电波耳机不是什么轻松的事儿，需要配戴者集中注意力。

人机交互新时代 第3篇

这位被我们亲切地称作“Jimmy胡”的博士，非常诚恳地与我们分享了由全世界的三个微软团队共同弄协作、研发打造的这个具有划时代意义的产品。

Jimmy胡一直坚持在研发新产品时的理念“舒适、有效、开心”，这也是微软硬件研发新产品和自然界面交互的根本。

Jimmy胡认为，使用Touch Mouse带来的自然交界面是目前最有优势，也是最为方便的操作方式。虽然触摸式一体电脑可以用触摸的方式来操控，但总是用手指在面前的屏幕上划来划去还是会让人感觉比较累，人们还是会更习惯于双手在桌面上进行操作。而Touch Mouse则没有改变人们的这个习惯。既不改变人们曾经使用鼠标的习惯，又融入了触控的方式来完成人机交互，最大程度上提高人们在操作电脑时的效率和乐趣。

这是微软硬件在研发TouchMouse时的5款鼠标原型，分别采用红外线、光学传感器、电容传感等技术原理。反复实验、演算发现，红外线工作原理受外界光线影响较大：而Arty Mouse又受限于两指操纵体验。Cap Mouse的脱颖而出，一方面取决于其机身弧度曲线较为贴近人体手型；另一方面CapMouse的技术原理最为接近触控屏操控体验。在后继的应用开发过程中，微软硬件开发的标准图形界面鼠标光标加强版——多点触控云(Multi-touch aoud)，为多触点手势识别和精准光标指针定位找到完美的应用结合。

经过微电脑世界评测工程师的使用体验，我们能够较为明显地感受到Touch Mouse触控鼠标带来的使用上的便利。

自插上鼠标的迷你USB收发器后，从下载驱动程序、播放操作教程、安装驱动程序全部自动完成。除了如同普通鼠标一样的操控方式之外，还融入了触控方式的操作实在是令人惊喜。单指可以实现横向和纵向的拖动、快速滚动；拇指可以实现前进、后退的操作；两个手指则可以实现最大、最小化、恢复和列齐窗口；三指则可以让你在瞬间显示桌面或显示打开的窗口。