王楊，裴學勝

(河南科技大學 藝術與設計學院，洛陽 471000)

1 引言

大屏幕手機在增強用戶視覺體驗與交互體驗的同時，給單手操作手機帶來一系列的問題和困難。在單手操作大屏幕手機時，主要由拇指觸控手機屏幕，由于拇指活動范圍存在局限性，操作效率、操作準確性以及對于手機握持的穩(wěn)定性都相對較低。

針對以上弊端，提出在單手握持手機時，位于手機背部的食指具有較高的利用價值，并由此展開研究。通過問卷調(diào)查和實驗設計，根據(jù)操作效率、操作舒適度等因素分析食指在手機背部操作的運動范圍和運動特點，為手機背部觸控模塊大小、位置和功能的設置提供理論依據(jù)，也進一步闡明手機背部觸控模塊開發(fā)設計的重要應用價值。

1.1 單手操作大屏幕手機的局限性

在日常使用手機的過程中，人們難免會遇到一只手被占用的情況，例如操作其他設備、攜帶物品，甚至是騎車、開車等較為危險的情況下。然而，隨著手機屏幕的增大，由于手掌及手指尺寸的限制，單手操作手機變得愈發(fā)困難。

在單手操作手機時，主要的活動手指為大拇指，以右利手為研究對象，如圖1所示，辛義忠等在面向大屏幕手機的單手目標選擇方法研究中表明，拇指初始落點(圖中星標所在位置)位于屏幕右下部分靠近屏幕中心的位置，拇指能夠自由操作的屏幕區(qū)域(陰影部分)十分有限[1]。且單手操作時握持穩(wěn)定性較差，容易導致握持不穩(wěn)、手機掉落，甚至手機破損、碎屏等現(xiàn)象。另外，長時間使用大拇指單手操作手機屏幕，容易引發(fā)腱鞘炎、指關節(jié)結節(jié)等“手機病”[2]。

圖1 單手操作手機時的拇指落點和可控范圍[1]

1.2 食指操控手機背部面板的優(yōu)越性

在單手操作手機時，食指位于手機背部，食指初始落點大致處于背部斜上方的位置，空閑且靈活。在單手操作時，食指下部關節(jié)起到支撐手機、穩(wěn)定重心的關鍵作用，而中、上兩關節(jié)可在一定范圍內(nèi)自由運動，而最佳范圍還需根據(jù)食指長度、手機尺寸、運動范圍等因素進行研究。并且相對于拇指而言，食指在操作過程中不遮擋屏幕，可以給用戶提供更好的視覺感受。

1.3 相關工作

針對手機背部指紋解鎖及觸摸面板的設計與設想，2013年即有電子公司申請背部觸控式手機的專利，隨后的幾年間，背部操縱、背部物理按鍵、背部觸摸板等相關專利層出不窮，并試圖以此開創(chuàng)一次手機的重大技術革新。

在學術界，用戶體驗、工效學等領域也進行了相關研究。馬沐佳等研究了不同操作對單手使用手機時拇指運動的影響，總結了單手操作手機對于手部的危害[3]。辛義忠等針對大屏幕手機上的遠處目標操作困難、易產(chǎn)生誤操作這一問題，設計并驗證了單手目標選擇技術[1]。Ng 等經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，人們在行走時操作手機的錯誤率相比于穩(wěn)定狀態(tài)上升了 112%，環(huán)境越復雜，錯誤率上升得越快[4]。綜上，單手操作手機的弊端日益顯露，對于替代性操控方法的研究十分必要。

近年來，許多手機開發(fā)商也已經(jīng)將該研究應用在實際產(chǎn)品中。2013年發(fā)布的OPPO N1，手機背部設置一塊30 mm×40 mm的感應區(qū)，在背部實現(xiàn)四向觸控，用戶在單手握持手機時，食指可通過背部面板實現(xiàn)瀏覽翻頁、啟動相機、快捷拍照、微信錄音等功能。另外，華為、小米、OPPO等品牌的手機相繼采用背部解鎖的方式，這樣不僅能夠解決單手操作手機時大拇指解鎖不便的問題，還解決了全面屏手機前面板無空閑位置的難題。這一模塊大多設計為10 mm×10 mm的正方形或圓形，位置設計在手機背部中上方區(qū)域內(nèi)，這樣可同時供右利手與左利手用戶使用。但在這一位置時，用戶的使用舒適度、操作效率和正確率如何，而最佳區(qū)域的范圍是什么，這些問題值得進一步研究。

2 方法

2.1 食指的運動范圍

表1 手部食指尺寸(部分測量項目)

男性與女性在體型上存在較明顯差異，手部尺寸也具有顯著差別。如表1所示，參照GB10000-88中國成年人人體尺寸中的食指長，本研究將男性與女型食指尺寸中1百分位-50百分位(57-68 mm)定義為小尺寸手部，50百分位-95百分位(69-75 mm)定義為中尺寸手部，95百分位-99百分位(76-79 mm)定義為大尺寸手部。

根據(jù)前期對于智能手機屏幕發(fā)展規(guī)律的研究[5]，用戶使用起來最舒適的手機屏幕尺寸數(shù)值依次為4.7英寸、5.5英寸和5.1英寸。根據(jù)以上三個屏幕尺寸，分別以iPhone 6(4.7英寸)、三星Galaxy S7(5.1英寸)和三星Galaxy S7edge(5.5英寸)三款手機為例，分別對應小、中、大食指尺寸，繪制3(食指尺寸)×3(屏幕尺寸)操作范圍圖，如圖2所示，由此圖可得出用戶單手(右手)操作手機的所有情況下的運動范圍。

圖2 食指運動范圍圖(右利手)

2.2 定性研究-問卷調(diào)查

2.2.1 調(diào)查對象、內(nèi)容和過程

調(diào)查問卷通過線上與線下兩種方式進行，線上調(diào)查利用“問卷星”在線問卷調(diào)查網(wǎng)站來回收問卷，線下調(diào)查主要是通過紙質(zhì)問卷填寫的方式。調(diào)查對象共160人，其中男性75人、女性85人，年齡普遍介于20-30歲之間，主要為學生、教師以及經(jīng)常使用智能手機的普通社會人士。調(diào)查對象均身體健康、手部靈活，有3年以上智能手機的使用經(jīng)驗。

調(diào)查問卷主要了解研究對象的性別、身高、現(xiàn)使用手機的屏幕大小、慣用手、手機指紋解鎖模塊位置，并將手機背部食指可及區(qū)域進行劃分，引導用戶模擬食指操控手機的情境，根據(jù)實際體驗選擇出食指操作的最舒適區(qū)域。

2.2.2 調(diào)查結果分析

本次調(diào)查共回收問卷160份，剔除無效問卷后，得到有效問卷158份，有效回收率為98.75%，符合相關要求。問卷收集后對數(shù)據(jù)進行整理，統(tǒng)計結果如表2所示。運用SPSS 20.0工具進行檢驗，本研究問卷中數(shù)據(jù)總體Cronbach’s Alpha系數(shù)為0.753，分半信度系數(shù)為0.712，表明問卷具有較好的信度。

表2 問卷調(diào)查基本信息統(tǒng)計

圖3單手操作手機背部食指操控區(qū)域劃分圖

由以上數(shù)據(jù)可知，在進行簡單的操作時，4/5以上的用戶習慣用單手操作手機。而在單手操作手機時，超過2/3的用戶慣用手為右手，1/3左右的用戶慣用手為左手。這一結果反映了用戶的使用習慣，驗證了單手操作手機的必要性和高頻性，并反映出大多用戶單手操作的慣用手為右手，但也存在一部分用戶習慣使用左手(如圖3)，這部分用戶的使用需求與感受是不可忽視的。

2.3 定量研究-設計實驗

本實驗的目的是測試食指在不同區(qū)域操作手機時的任務完成時間、任務出錯率和用戶使用舒適程度，并以此驗證手機背部操控模塊的最佳放置區(qū)域。

2.3.1 被試

本實驗共招募20名被試，其中男性10人、女性10人，平均分布在23-28周歲。所有被試均具有正常(或矯正)視力，手部無疾病，慣用手為右手，均有3年以上智能手機的使用經(jīng)驗。

2.3.2 實驗材料及任務

實驗使用OPPO N1手機，分辨率為1920×1080像素，屏幕尺寸為5.9英寸，手機尺寸為170.7 mm×82.6 mm×9 mm，操作系統(tǒng)為基于android 4.2開發(fā)的Color OS。該手機背部設計有一塊30×40 mm的O-Touch感應區(qū)，可實現(xiàn)多種操作功能。另外，實驗材料還包括一只秒表。

經(jīng)過實驗前對各項功能的預試，由于出錯率較高，淘汰在指定頁面切歌、在指定頁面單擊錄音等功能。最終確定出左右滑動、上下滑動、雙擊啟動和長按拍照四項功能，并由此進行實驗任務的設計。

實驗為3(操作區(qū)域：左、中、右)×3(任務一、任務二、任務三)×3(三次重復)混合設計[6]。實驗設備及區(qū)域劃分如圖4所示，任務具體內(nèi)容如表3所示。在被試進行任務的過程中，實驗工作人員記錄完成任務所用時長和任務出錯率，任務完成后被試需對每一項任務操作的舒適度和可行性，以及對于三個操作區(qū)域進行主觀評價，了解用戶的體驗滿意度。

圖4 區(qū)域劃分圖

序號任務具體內(nèi)容任務一利用上下滑動功能,瀏覽圖片5張任務二利用左右滑動功能,瀏覽圖片5張任務三利用雙擊啟動和長按拍照功能,啟動相機并拍攝照片1張

2.3.3 實驗變量

實驗的自變量為觸控區(qū)域的位置以及三項不同的任務，因變量為被試完成一次操作任務所用時長、任務的出錯率以及任務后的主觀評價。任務一和任務二所用時長都是指被試從滑動第一張圖片開始到第五張圖片出現(xiàn)之間所用的時長，任務三所用時長指被試開始雙擊啟動相機到拍攝下一張照片之間所用的時長。

2.3.4 實驗流程

實驗開始前首先對被試進行功能的介紹，被試需預先了解并適應操作方式，但此時被試對于實驗具體任務并不知情。

正式實驗開始后，20名被試按照序號依次進行試驗。被試根據(jù)實驗要求，依次完成27個實驗任務。進行三次重復實驗是為了避免偶然性事件的發(fā)生對實驗結果產(chǎn)生影響，降低實驗結果的誤差。

在操作任務完成后，被試需對每一項任務以及三個操作區(qū)域進行舒適程度、可行性等因素進行主觀評價，主觀評價采用5 級 Likert 量表進行量化，其中1分為非常不滿意，5分為非常滿意。

表4 實驗數(shù)據(jù)

3 結果

3.1 任務所用時長

任務所用時長指每一次操作任務從開始到完成所用的時間見表4。本實驗共得到3×3×3×20=540個時間數(shù)據(jù)，每項在不同操作區(qū)域的任務平均所用時長如圖5所示。

圖5 任務所用時長柱狀圖

對以上數(shù)據(jù)進行橫向比較與縱向比較，經(jīng)分析可知，對于右利手用戶，當操作區(qū)域位于手機中間位置時，操作用時最短、效率最高，位于左側(指尖落點方向)時操作效率次之，但十分接近，而右側最低。這一實驗結果與上述問卷調(diào)查結果相符。而對于不同任務，操作所用時長較為平均，不存在用時過長現(xiàn)象。

3.2 任務出錯次數(shù)及學習效果

任務出錯次數(shù)指的是在完成實驗任務的過程中出現(xiàn)誤操作的次數(shù)。由實驗數(shù)據(jù)可知，任務出錯次數(shù)主要與觸控位置有關，觸控位置對任務出錯次數(shù)有顯著影響。如圖6所示，當在左側和中間位置操作時，平均出錯次數(shù)均小于1；在右側位置操作時，平均出錯次數(shù)為1.5、1.0、1.05，出錯率相對較高。

另外，每項任務的三次重復實驗所用時長均呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢，即第一次平均用時>第二次平均用時>第三次平均用時，這一結果反映出被試對于三項任務的操作均產(chǎn)生了學習效果。

圖6 平均任務出錯次數(shù)柱狀圖

3.3 主觀評價

實驗結束后，引導每一位被試對任務的難易程度、可行性以及不同位置的操作舒適度進行了主觀評價。結果表明，用戶對于任務三即雙擊啟動相機的評分最高，任務一與任務二次之；用戶認為觸控區(qū)域位于中間和左側時操作舒適度最高。另外，根據(jù)使用后的意見反饋，被試普遍認為OPPO N1手機的背部操控模塊在位置和區(qū)域大小上存在問題。

3.4 最佳屬性分析

(1)位置：參考圖2食指活動范圍得到食指指尖落點的大致范圍，遵循用戶手部尺寸的隨機性及設計的平均性原則，并結合主觀評價意見的反饋，得到背部觸控模塊的最佳位置為手機上三分之一部分的區(qū)域。(2)尺寸：根據(jù)表1食指遠位指關節(jié)寬得到指球肌平均尺寸大致為15 mm，根據(jù)問卷調(diào)查結果，用戶認為圖3中的①和②區(qū)域最為舒適，且實驗結果表明這一區(qū)域操作效率最高。為同時滿足右利手與左利手在中間和指尖落點方向上的操作舒適性要求，提出手機背部觸控面板最佳尺寸范圍為長30-40 mm、寬15-20 mm。(3)功能：根據(jù)實驗結果，由于出錯率較高，淘汰在指定頁面切歌、在指定頁面單擊錄音等功能，正式實驗的三項任務均用時少、效率高、出錯率低，因此背部觸控模塊的功能可初步設置為雙擊啟動、長按執(zhí)行、上下滑動、左右滑動。

4 討論

從問卷結果和實驗數(shù)據(jù)來看，不同操作區(qū)域?qū)θ蝿胀瓿蓵r間、任務出錯率以及用戶的主觀評價有顯著影響，這與預期相符，表明模塊位置的優(yōu)化確實可以提高操作的效率和舒適性。

在引導被試進行主觀評價時，通過訪談，了解到被試更多、更直接的操作感受，不少被試指出，該實驗設備(OPPO N1)在使用時并不舒適，存在觸控區(qū)域較大、很難分辨邊界、位置較低等諸多問題，這些問題的產(chǎn)生與被試的手部大小密切相關，而這一問題的提出將為手機的相關設計與改進提供依據(jù)[7]。但在用戶手型各異的背景下，使用的手機尺寸也并沒有很顯著的規(guī)律性，因此要提升每一位用戶的體驗滿意度存在較大的難度，也是本研究的局限性所在。

而對于功能的確定，由于食指在手機背后，較難進行如打字、點擊按鍵等精細操作，因此背部操控模塊主要用來滑動、瀏覽頁面。實驗設備的操作功能主要有上下左右滑動、拍照、錄音、控制音樂播放等，但由于操作難度大、出錯率高，通過預實驗淘汰了部分功能[8]。

5 結語

針對大屏幕、高屏占比手機成為市場主流，單手操作手機愈發(fā)困難這一現(xiàn)象，提出背部觸控具有較高的利用價值。通過調(diào)查問卷了解用戶的操作習慣、操作舒適區(qū)域等，結合實驗設計得到背部觸控模塊的最佳形態(tài)、位置和功能。該結果可為手機開放商設計與改進產(chǎn)品、提升用戶體驗滿意度提供明確的方向和指導性方案。另外，本文還存在一些不足之處，由于實驗材料的局限性，實驗未能嘗試更多操作功能，未來可通過程序的設計與改進，測試更多功能的可行性。