司國(guó)東 ，趙 玉

（1.華南農(nóng)業(yè)大學(xué) 信息學(xué)院，廣東 廣州 510642；2.廣東行政職業(yè)學(xué)院 電子信息系，廣東 廣州 510665）

一、引言

近年來(lái)，交互式電子白板以其功能性、環(huán)保性、便利性等諸多特點(diǎn)，在教育領(lǐng)域逐漸普及。從交互式電子白板的技術(shù)特點(diǎn)和目前的發(fā)展趨勢(shì)看，它在未來(lái)極有可能部分或完全地取代教室中的黑板。而交互式電子白板的使用方法、交互式教學(xué)資源（交互式電子白板上使用的教學(xué)資源）的設(shè)計(jì)極有可能成為未來(lái)教師必須掌握的教育技術(shù)技能。目前，學(xué)術(shù)界對(duì)交互式電子白板在教育領(lǐng)域的研究大多集中在教師和學(xué)生對(duì)交互式電子白板使用的態(tài)度、教學(xué)理念改變、應(yīng)用中的教學(xué)法問(wèn)題、教學(xué)應(yīng)用的案例研究、教學(xué)效果等[1]。在交互式教學(xué)資源設(shè)計(jì)上的相關(guān)研究較少[2]。一些研究者認(rèn)為，“交互式教學(xué)課件的開(kāi)發(fā)，需要強(qiáng)大的、有經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)隊(duì)伍的共同參與才能完成。因此，這種專業(yè)性技術(shù)性極強(qiáng)的工作任務(wù)，不是一個(gè)普通的科任教師可以獨(dú)立完成的”[3]。筆者認(rèn)為，就像PPT課件的普及過(guò)程一樣，技術(shù)從出現(xiàn)、接受、到普遍使用需要經(jīng)歷一個(gè)緩沖期。雖然一線教師不具備交互式設(shè)計(jì)的專業(yè)知識(shí)，但他們十分了解所在學(xué)科的專業(yè)特點(diǎn)，能精確把握學(xué)生的社會(huì)背景、認(rèn)知能力和個(gè)性特點(diǎn)。因此，如果能給教師提供交互式教學(xué)資源設(shè)計(jì)的基本原則和簡(jiǎn)單有效的資源開(kāi)發(fā)工具，設(shè)計(jì)交互式教學(xué)資源并沒(méi)有他們想象中那么難。本文從人機(jī)交互設(shè)計(jì)的角度，介紹了一些應(yīng)用于交互式教學(xué)資源設(shè)計(jì)的人機(jī)交互理論和原則，為教學(xué)資源建設(shè)者提供人機(jī)界面設(shè)計(jì)和交互任務(wù)設(shè)計(jì)的問(wèn)題解決方法。

二、交互式電子白板

電子白板是由普通白板發(fā)展而來(lái)的。上世紀(jì)后期，人們?yōu)榱吮苊夥蹓m污染，開(kāi)始使用白板代替黑板，隨后出現(xiàn)了電子白板產(chǎn)品。最早使用的電子白板為復(fù)印型電子白板，隨著技術(shù)的發(fā)展及市場(chǎng)的需要，出現(xiàn)了交互式的電子白板。交互式電子白板可以與電腦進(jìn)行信息通訊，將電子白板連接到計(jì)算機(jī)，并利用投影儀將計(jì)算機(jī)上的內(nèi)容投影到電子白板屏幕上，在專門的應(yīng)用程序的支持下，可以構(gòu)造一個(gè)大屏幕、交互式的協(xié)作會(huì)議或教學(xué)環(huán)境。交互式電子白板主要使用兩種人機(jī)交互手段，筆式輸入技術(shù)和多點(diǎn)觸控技術(shù)。電子感應(yīng)筆具有電子白板書寫筆和計(jì)算機(jī)鼠標(biāo)的雙重功用，用以替代傳統(tǒng)的粉筆。多點(diǎn)觸控技術(shù)使得電子白板產(chǎn)品能夠同時(shí)識(shí)別更多的觸控點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)這些觸控點(diǎn)之間的關(guān)系，這為多人同時(shí)板書演示以及實(shí)現(xiàn)一些更豐富的教學(xué)應(yīng)用提供了技術(shù)基礎(chǔ)。

交互式電子白板正處于一個(gè)高速發(fā)展的時(shí)期。在政策層面，《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》中明確提出要加快教育信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，國(guó)內(nèi)多媒體教學(xué)設(shè)備保持了較快的發(fā)展勢(shì)頭。作為一種新的教育技術(shù)產(chǎn)品，交互式電子白板在我國(guó)的教育領(lǐng)域逐漸普及，特別是在中小學(xué)領(lǐng)域，已成為各大中小學(xué)多媒體教室的必備品。在產(chǎn)業(yè)層面，電子白板市場(chǎng)發(fā)展迅速，從業(yè)企業(yè)不斷增加。2011年，我國(guó)電子白板行業(yè)共完成全年銷售收入8.04億元，同比增長(zhǎng)了50.16%[4]。在技術(shù)層面，受市場(chǎng)的推動(dòng)，新的技術(shù)不斷出現(xiàn)。如：液晶電子白板、智能多點(diǎn)觸控技術(shù)、雙人同步書寫、光子白板等。另外，廠商在不斷進(jìn)行硬件技術(shù)研發(fā)的同時(shí)，也開(kāi)始重視電子白板軟件的開(kāi)發(fā)。

交互式電子白板為課堂上師生互動(dòng)、生生互動(dòng)提供了技術(shù)可能和方便，為建立以學(xué)習(xí)者為中心的課堂教學(xué)奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。但從目前的應(yīng)用現(xiàn)狀看，盡管很多課室配置了交互式電子白板，但白板的交互功能并未全部得到應(yīng)用，大多還僅僅作為投影屏幕使用[5]。主要原因還是缺乏相應(yīng)的交互式教學(xué)資源。一方面是電子白板廠商更重視硬件技術(shù)的研發(fā)，在軟件方面投入不足，資源素材庫(kù)內(nèi)容較少，資源開(kāi)發(fā)工具的功能尚不完善。另一方面，教師普遍缺乏交互設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)理論知識(shí)，即便提供了素材和工具也很難完成教學(xué)資源的設(shè)計(jì)。

三、人機(jī)交互技術(shù)

人機(jī)交互（Human-Computer Interaction）是一個(gè)涉及計(jì)算機(jī)、人類工效學(xué)、認(rèn)知科學(xué)、心理學(xué)等多學(xué)科的領(lǐng)域，從學(xué)術(shù)上看屬于計(jì)算機(jī)科學(xué)的一個(gè)子領(lǐng)域。在20世界90年代初人機(jī)交互技術(shù)日趨成熟，對(duì)人機(jī)交互有了明確的學(xué)術(shù)定義與解釋。美國(guó)計(jì)算機(jī)協(xié)會(huì)人機(jī)交互特別興趣小組（ACM SIGCHI）給出的定義為：人機(jī)交互是一個(gè)關(guān)于人類對(duì)交互式計(jì)算系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、評(píng)估與實(shí)現(xiàn)以及相關(guān)領(lǐng)域研究的學(xué)科[6]。人機(jī)交互研究的范疇包括：人機(jī)交互模型、計(jì)算機(jī)使用的上下文、人的屬性、交互設(shè)備和交互技術(shù)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和交互架構(gòu)、開(kāi)發(fā)過(guò)程和方法、可行性設(shè)計(jì)和評(píng)估等。人機(jī)交互是一個(gè)跨越多學(xué)科的科目，以計(jì)算機(jī)學(xué)科與其他學(xué)科的交叉研究為主，多從心理學(xué)、認(rèn)知科學(xué)、社會(huì)學(xué)等方面展開(kāi)，從教育技術(shù)應(yīng)用的角度開(kāi)展的研究還比較少。

人機(jī)交互領(lǐng)域的研究已經(jīng)給出了大量界面設(shè)計(jì)和交互設(shè)計(jì)的原則和方法?！队脩艚缑嬖O(shè)計(jì)：有效的人機(jī)交互策略》一書中將這些原則與方法劃分為三大類：明確且實(shí)用的指導(dǎo)原則；中層原則；高層理論和模型[7]。指導(dǎo)原則提供設(shè)計(jì)過(guò)程中問(wèn)題的解決方法。中層原則能幫助分析和比較設(shè)計(jì)的備選答案。而高層理論和模型的目標(biāo)是用統(tǒng)一的術(shù)語(yǔ)描述對(duì)象和行為。本文后面介紹和討論的原則均為明確且實(shí)用的指導(dǎo)原則。

四、交互式教學(xué)資源設(shè)計(jì)原則

教育面臨的挑戰(zhàn)是如何設(shè)計(jì)和使用用于學(xué)習(xí)的技術(shù)。交互式技術(shù)可以更容易地創(chuàng)建教學(xué)環(huán)境，在這種環(huán)境中學(xué)生通過(guò)交互實(shí)踐來(lái)學(xué)習(xí)，獲得反饋并不斷改進(jìn)他們的理解以及建構(gòu)新知識(shí)[8]。對(duì)使用交互式電子白板的教師來(lái)說(shuō)，交互功能為教學(xué)帶來(lái)了新的機(jī)會(huì)，也帶來(lái)了新的問(wèn)題。如何應(yīng)用交互設(shè)計(jì)原則，設(shè)計(jì)出滿足教學(xué)需求的交互式教學(xué)資源，是目前交互式電子白板應(yīng)用的主要問(wèn)題。本文從人的因素、交互任務(wù)設(shè)計(jì)、界面設(shè)計(jì)、參與性設(shè)計(jì)四方面介紹了交互式教學(xué)資源設(shè)計(jì)的一般原則。

1.人的因素

人機(jī)交互強(qiáng)調(diào)“以用戶為中心的設(shè)計(jì)”，教育領(lǐng)域也強(qiáng)調(diào)針對(duì)教育對(duì)象的不同設(shè)計(jì)不同的教學(xué)策略。以小學(xué)一年級(jí)的數(shù)學(xué)教學(xué)為例，卡彭特（Carpenter）等的研究[9]發(fā)現(xiàn)，在被問(wèn)及類似“你的包里有5塊糖，隔壁阿姨又放了幾塊進(jìn)去，現(xiàn)在有8塊糖，想想隔壁的阿姨共放了幾塊進(jìn)去？”這樣的問(wèn)題時(shí)，一年級(jí)的學(xué)生用加法來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，采用一次數(shù)一塊的方法先數(shù)出5塊，再加上幾塊直至得到8，再數(shù)數(shù)他們加了幾塊獲得答案，而成年人會(huì)把這個(gè)問(wèn)題當(dāng)成一道8減5的減法題。如果為上述的情境設(shè)計(jì)課堂教學(xué)使用的交互式教學(xué)資源，應(yīng)該通過(guò)交互讓糖果以逐塊遞增的方式出現(xiàn)，而不是設(shè)計(jì)一個(gè)展示減法操作的交互任務(wù)。因此，對(duì)交互式教學(xué)資源的設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō)，理解學(xué)習(xí)者的社會(huì)背景和認(rèn)知能力是至關(guān)重要的原則，在這方面教師比那些專業(yè)的界面設(shè)計(jì)師更具優(yōu)勢(shì)。

另一個(gè)要考慮的因素是用戶的技能水平，受益于國(guó)家和地區(qū)政府的教育政策，交互式電子白板在我國(guó)的普及速度很快。對(duì)那些經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)的學(xué)生來(lái)說(shuō)，由于日常生活中經(jīng)常接觸智能手機(jī)或平板電腦等觸控設(shè)備，他們可以很快的掌握電子白板上的觸控操作。而對(duì)經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá)地區(qū)的大部分學(xué)生來(lái)說(shuō)，接受這種技術(shù)和達(dá)到熟練程度可能需要一個(gè)較長(zhǎng)的過(guò)渡期，相同的交互任務(wù)他們可能需要更多的操作時(shí)間，在設(shè)計(jì)交互任務(wù)時(shí)必須考慮這一點(diǎn)。另外，最新的交互式電子白板提供了類似手勢(shì)識(shí)別，多點(diǎn)觸控等交互手段，要根據(jù)學(xué)生的技能水平合理的使用。

2.交互任務(wù)設(shè)計(jì)

交互是學(xué)習(xí)者為學(xué)習(xí)、解釋和挑戰(zhàn)一些觀點(diǎn)而進(jìn)行的一種雙向交流，是教學(xué)過(guò)程的重要組成部分，是知識(shí)傳遞的一種主要手段[10]。學(xué)習(xí)過(guò)程中的交互對(duì)提升教學(xué)質(zhì)量有著積極的作用。要設(shè)計(jì)出可用于電子白板的交互式教學(xué)資源，需要提前定義和分析需要在教學(xué)過(guò)程完成的交互任務(wù)，特別是需要學(xué)生參與交互的任務(wù)。人機(jī)交互領(lǐng)域多采用諾曼（Norman）交互模型進(jìn)行交互任務(wù)的分析，然后再進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)。諾曼交互模型是一個(gè)循環(huán)，分兩大部分：執(zhí)行和評(píng)估。這兩部分又可以進(jìn)一步劃分為七個(gè)階段，依次是：建立目標(biāo)、形成意向、定義動(dòng)作、執(zhí)行動(dòng)作、查看狀態(tài)、解釋狀態(tài)，評(píng)估結(jié)果[11]。諾曼模型的每一個(gè)階段都是用戶的一個(gè)動(dòng)作。用戶建立一個(gè)目標(biāo)，但這個(gè)目標(biāo)可能是不精確的，因此需要翻譯成明確的意向，定義為了達(dá)到這個(gè)目標(biāo)而要執(zhí)行的動(dòng)作，然后執(zhí)行動(dòng)作。動(dòng)作執(zhí)行后，用戶感知到系統(tǒng)的新?tīng)顟B(tài)，并根據(jù)他的期望加以解釋。如果系統(tǒng)的狀態(tài)反映了用戶的目標(biāo)，則計(jì)算機(jī)完成了用戶想要做的事情，交互成功。否則，用戶必須建立新的目標(biāo)，并且重復(fù)這個(gè)循環(huán)。

圖1 諾曼交互模型

文獻(xiàn)[12]中[12]提到了一個(gè)電子白板交互任務(wù)設(shè)計(jì)不良的例子：“一位小學(xué)數(shù)學(xué)教師在教授 《認(rèn)識(shí)時(shí)間》時(shí)，請(qǐng)一位學(xué)生旋轉(zhuǎn)白板上的時(shí)針和分針，其他學(xué)生說(shuō)出表示的時(shí)間，結(jié)果由于學(xué)生沒(méi)有熟練掌握方法，旋轉(zhuǎn)時(shí)把時(shí)針移動(dòng)了，慌亂中把整個(gè)頁(yè)面搞得支離破碎”。從交互任務(wù)設(shè)計(jì)的角度看，這里出現(xiàn)的問(wèn)題是當(dāng)交互操作沒(méi)有達(dá)到用戶期望時(shí)，用戶無(wú)法形成新意向，定義新的執(zhí)行動(dòng)作。因此，除了交互模型外，諾曼還提出了人機(jī)交互設(shè)計(jì)的七項(xiàng)原理。包括：應(yīng)用現(xiàn)實(shí)世界中的知識(shí)和頭腦中的知識(shí)；簡(jiǎn)化任務(wù)結(jié)構(gòu)；使事情明顯；獲得正確的映射；利用限制的力量；容錯(cuò)設(shè)計(jì)；當(dāng)所有都不成功時(shí)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。上面例子中問(wèn)題產(chǎn)生的原因是交互過(guò)程中對(duì)指針的移動(dòng)操作缺少限制，也沒(méi)有容錯(cuò)設(shè)計(jì)。解決方法很多，例如限制時(shí)針和分針的移動(dòng)操作，使它們只能像在鐘表內(nèi)部那樣轉(zhuǎn)動(dòng)；或者提供一個(gè)初始化按鈕，讓時(shí)針和分針回到初始的狀態(tài)，學(xué)生可以重新執(zhí)行動(dòng)作。

3.界面設(shè)計(jì)

在具有交互式電子白板的課堂情景中，最常見(jiàn)的交互形式仍然是技術(shù)性交互，即教師使用交互式電子白板的各種功能進(jìn)行教學(xué)[2]。和使用PPT的多媒體課件相比，交互式電子白板能讓教師在教學(xué)過(guò)程使用書寫、標(biāo)注、拖曳、縮放、音視頻播放、隱藏或顯示等多種操作，以更豐富的形式展示學(xué)習(xí)內(nèi)容。資源的界面設(shè)計(jì)中涉及更多的交互元素，此部分主要介紹界面設(shè)計(jì)中的顯示設(shè)計(jì)原則和色彩設(shè)計(jì)原則。

顯示設(shè)計(jì)指的是界面中元素的布局和顯示方式，例如每一頁(yè)中信息的密度、對(duì)齊的方式、字體的大小等。席納德曼（Shneiderman）提出的八條黃金原則能幫助設(shè)計(jì)者改良顯示設(shè)計(jì)[13]。包括：盡可能保持設(shè)計(jì)的一致性；使用普遍可用的符號(hào)；提供豐富的信息反饋；設(shè)計(jì)說(shuō)明對(duì)話框生成結(jié)束信息；提供故障預(yù)防和簡(jiǎn)單的故障處理；允許反向操作；讓用戶掌握控制權(quán)；使用簡(jiǎn)單顯示，減少工作記憶負(fù)擔(dān)。這些設(shè)計(jì)原則適用于常見(jiàn)的計(jì)算機(jī)人機(jī)界面設(shè)計(jì)，在應(yīng)用于交互式教學(xué)資源設(shè)計(jì)時(shí)可以根據(jù)需求進(jìn)行驗(yàn)證和調(diào)整。對(duì)那些由教師進(jìn)行的技術(shù)性交互，可以不考慮信息反饋、故障預(yù)防和故障處理等機(jī)制。而對(duì)于需要由學(xué)生參與交互的界面，設(shè)計(jì)者應(yīng)遵循這些設(shè)計(jì)原則，如保持前后的一致性，提供簡(jiǎn)單明了的符號(hào)，給予明確的操作說(shuō)明和反饋等。一些教育學(xué)與心理學(xué)的研究成果也直接或間接的證實(shí)了這些原則的有效性[14]。

顏色是界面設(shè)計(jì)中最基本的元素，色彩的運(yùn)用對(duì)教學(xué)交互和知識(shí)獲取都有很大的影響。人機(jī)交互領(lǐng)域的研究提出了許多關(guān)于顏色的編碼和使用原則，其中的一些可以直接應(yīng)用于教學(xué)資源的設(shè)計(jì)。圖2中展示了一種顏色編碼的使用方法，使用顏色展示儀表盤中可用范圍，既能吸引用戶注意力，也有助于記憶和回想[15]。當(dāng)我們需要在課堂上展示那些具有層次結(jié)構(gòu)的內(nèi)容時(shí)（例如程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言中的嵌套結(jié)構(gòu)），可以使用色彩階梯的形式，但色彩的數(shù)量不應(yīng)超過(guò)4種。

圖2 帶有顏色編碼的儀表盤

色彩搭配也是界面設(shè)計(jì)中需要重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。研究者們發(fā)現(xiàn)在學(xué)習(xí)環(huán)境中使用紅色、藍(lán)色、綠色和黃色是最有益處的[16]，并且應(yīng)該避免使用藍(lán)色字體和小的屏幕元素[15]。位于光譜兩端的顏色會(huì)導(dǎo)致不和諧的效果，如紅色和藍(lán)色，需要眼睛調(diào)節(jié)不同的聚焦長(zhǎng)度，時(shí)間一長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致疲勞。在呈現(xiàn)信息時(shí)，前景色與背景色應(yīng)避免有問(wèn)題的顏色搭配。例如（前景色/背景色）：黃/綠、黃/白、藍(lán)/黑、綠/白、紅/藍(lán)、洋紅/綠、藍(lán)/綠、黃/紫、紅/黑、洋紅/黑等。教育技術(shù)領(lǐng)域也有類似的研究，安璐等通過(guò)眼動(dòng)技術(shù)研究了教學(xué)PPT中前景色與背景色搭配的效果[17]。通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)比了三種顏色搭配（前景/背景）：黑/白、黑/藍(lán)、黑/黃，結(jié)果顯示黑/白是效果最好的。這一結(jié)果符合人機(jī)交互領(lǐng)域中顏色使用的原則，即當(dāng)目標(biāo)物體使用和他們所處環(huán)境完全不同的顏色時(shí)，最容易被用戶識(shí)別和感知。

4.參與性設(shè)計(jì)

人機(jī)交互設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)用戶的參與。參與性設(shè)計(jì)一般出現(xiàn)在開(kāi)發(fā)的后期階段，由用戶參與可用性實(shí)驗(yàn)和評(píng)估，提供最直接的定量與定性的反饋（時(shí)間、過(guò)程、態(tài)度、建議等），設(shè)計(jì)者使用這些反饋來(lái)改善整個(gè)設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)交互式電子白板的教學(xué)資源時(shí)，應(yīng)該讓資源的創(chuàng)建者和使用者共同參與資源的設(shè)計(jì)。建設(shè)資源的教師可以讓其他教師和學(xué)生參與資源的建設(shè)，由他們提供最直接的使用反饋和設(shè)計(jì)上的建議。根據(jù)學(xué)生對(duì)課件中交互任務(wù)執(zhí)行的情況教師可以預(yù)估操作時(shí)間，觀察學(xué)生交互操作的過(guò)程，發(fā)現(xiàn)可能引起錯(cuò)誤理解和錯(cuò)誤操作的不良設(shè)計(jì)。

五、總結(jié)與展望

作為一種新的教育技術(shù)工具，交互式電子白板正以前所未有的速度在我國(guó)教育領(lǐng)域迅速普及。然而，電子白板硬件技術(shù)飛速發(fā)展的同時(shí)，交互式教學(xué)資源的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)還處于一個(gè)探索階段。本文從人機(jī)交互的角度介紹了交互式教學(xué)資源在設(shè)計(jì)上應(yīng)該遵循的一些基本原則。當(dāng)然，要想真正的讓一線教師都能獨(dú)立的設(shè)計(jì)交互式教學(xué)資源，除了了解交互設(shè)計(jì)的基本原則外，還需要電子白板的廠商提供功能更強(qiáng)大，素材更豐富的教學(xué)資源開(kāi)發(fā)工具。

從教育技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)看，未來(lái)的課堂教學(xué)中將使用更多的技術(shù)和工具。韓國(guó)、菲律賓、印度、泰國(guó)、哈薩克斯坦、土耳其、俄羅斯、巴西等國(guó)已經(jīng)提出未來(lái)的幾年將在中小學(xué)校普及平板電腦，減少紙質(zhì)教材的使用（來(lái)源于Ambient Insight公司最新的報(bào)告）[18]。這種在課堂上將電子白板和平板電腦結(jié)合使用的教學(xué)方式將會(huì)產(chǎn)生更多、更復(fù)雜的人機(jī)交互行為，對(duì)教學(xué)資源的交互性設(shè)計(jì)提出更高的要求。因此，教學(xué)資源的交互性設(shè)計(jì)可能成為未來(lái)教育技術(shù)領(lǐng)域和人機(jī)交互領(lǐng)域交叉研究的一個(gè)重點(diǎn)。

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