袁義凡

摘要：歸納近十年認(rèn)知負(fù)荷在界面設(shè)計(jì)中應(yīng)用研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域、研究重點(diǎn)和研究趨勢(shì)。利用CiteSpace計(jì)量可視化分析法和文獻(xiàn)分析法對(duì)文獻(xiàn)進(jìn)行國(guó)家及機(jī)構(gòu)分析和文獻(xiàn)共被引分析。1認(rèn)知負(fù)荷在界面設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究熱點(diǎn)領(lǐng)域?yàn)檎{(diào)節(jié)策略及測(cè)評(píng)研究。2界面認(rèn)知負(fù)荷成因分為信息量超過(guò)工作記憶容量、信息難度超過(guò)認(rèn)知加工水平、注意資源分配不均三種，并提出相對(duì)應(yīng)的調(diào)節(jié)策略。3認(rèn)知負(fù)荷綜合評(píng)價(jià)方法通常結(jié)合其他領(lǐng)域的模型和技術(shù)，對(duì)認(rèn)知負(fù)荷進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。最后從三方面探討了研究發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：認(rèn)知負(fù)荷 界面設(shè)計(jì) CiteSpace 計(jì)量可視化分析

中圖分類號(hào)：TB472

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1003-0069 （2020） 09-0116-03

引言

認(rèn)知負(fù)荷理論發(fā)展到今天，已廣泛應(yīng)用于心理學(xué)、教育學(xué)、設(shè)計(jì)學(xué)等眾多領(lǐng)域。近年來(lái)，一些學(xué)者對(duì)人機(jī)交互界面研究發(fā)現(xiàn)，認(rèn)知負(fù)荷存在于界面信息的獲取、加工和反饋過(guò)程中，界面設(shè)計(jì)中的信息量越大，用戶在操作界面過(guò)程中的認(rèn)知負(fù)荷越高，容易造成信息誤讀和操作失誤等情況，因此認(rèn)知負(fù)荷是影響界面設(shè)計(jì)可用性和用戶體驗(yàn)的重要因素之一。調(diào)節(jié)界面設(shè)計(jì)中的認(rèn)知負(fù)荷能夠增強(qiáng)用戶對(duì)界面信息的理解能力，從而降低用戶操作的錯(cuò)誤率，進(jìn)而提高用戶滿意度，所以基于認(rèn)知負(fù)荷的界面優(yōu)化設(shè)計(jì)是一個(gè)重要的應(yīng)用研究課題。對(duì)當(dāng)下認(rèn)知負(fù)荷在界面設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究現(xiàn)狀進(jìn)行分析，可以了解國(guó)際研究力量的分布情況和現(xiàn)階段的研究熱點(diǎn)，探索研究前沿和研究方向，為后續(xù)的理論及應(yīng)用研究提供有效的參考。

一、認(rèn)知負(fù)荷在界面設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究可視化分析

（一）數(shù)據(jù)來(lái)源及研究方法

外文文獻(xiàn)來(lái)源于Web of Science核心合集，包括三個(gè)子數(shù)據(jù)庫(kù)：SCI-EXPANDED、SSCI、CPCI-S，檢索式為：TS=cognitive loadAND TS=interface design，文獻(xiàn)類型：（ARTICLE，PROCEEDING，REVIEW），時(shí)間跨度為2009年-2018年，經(jīng)過(guò)整理和篩選，共檢索有效文獻(xiàn)265篇，數(shù)據(jù)下載時(shí)間為2019年1月10日。統(tǒng)計(jì)上述文獻(xiàn)年發(fā)文量，得到圖1。

運(yùn)用文獻(xiàn)計(jì)量分析方法，借助信息可視化工具CiteSpace軟件，通過(guò)信息可視化的方法以呈現(xiàn)科學(xué)知識(shí)架構(gòu)及分布情況，可窺探出某個(gè)研究領(lǐng)域內(nèi)的動(dòng)態(tài)與趨勢(shì)[1]。本文綜合運(yùn)用了計(jì)量統(tǒng)計(jì)法、文獻(xiàn)分析法和信息可視化方法，借助信息可視化工具CiteSpace軟件，對(duì)文獻(xiàn)進(jìn)行年代分布統(tǒng)計(jì)、國(guó)家及機(jī)構(gòu)分析和文獻(xiàn)共被引分析，并繪制相應(yīng)的科學(xué)知識(shí)圖譜，歸納總結(jié)出近十年來(lái)界面設(shè)計(jì)中的認(rèn)知負(fù)荷研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域、重點(diǎn)和趨勢(shì)。

（二）國(guó)家及機(jī)構(gòu)研究分析

從Web of Science里將全部有效文獻(xiàn)數(shù)據(jù)按照國(guó)家和地區(qū)進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)，得到發(fā)文量由高到低的國(guó)家分布樹(shù)狀圖，見(jiàn)圖2?？梢园l(fā)現(xiàn)，認(rèn)知負(fù)荷在界面設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究主要集中在美國(guó)、中國(guó)、加拿大、澳大利亞等國(guó)家。使用CiteSpace進(jìn)行國(guó)家合作分析，得到圖3。圖中節(jié)點(diǎn)代表國(guó)家或區(qū)域，節(jié)點(diǎn)越大表示研究力量越大，年輪顏色從藍(lán)到黃標(biāo)示著研究文獻(xiàn)。由圖3可知，美國(guó)仍然處于研究的中心位置，發(fā)文量較多的國(guó)家之間合作關(guān)系也相對(duì)更多。

（三）認(rèn)知負(fù)荷研究的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)文獻(xiàn)分析

共被引是指被一篇文獻(xiàn)同時(shí)引用的兩篇文獻(xiàn)之間的關(guān)系，文獻(xiàn)共被引分析最早是由Small提出的一種研究方法[2]，從文獻(xiàn)之間的相互引用中可以看出研究之間參考、交流、借鑒以及繼承科學(xué)成果的關(guān)系，因此共被引分析能反映領(lǐng)域內(nèi)相關(guān)研究的內(nèi)在聯(lián)系和研究主題的知識(shí)基礎(chǔ)。對(duì)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行共被引分析，從CiteSpace中導(dǎo)出10篇共被引頻次最多的文獻(xiàn)，見(jiàn)圖4。

2003年P(guān)aas F_和Sweller J.對(duì)認(rèn)知負(fù)荷理論的發(fā)展進(jìn)行梳理，總結(jié)出三種認(rèn)知負(fù)荷可加性的特點(diǎn)[3]。內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷是元素間的相互作用施加于個(gè)體工作記憶能力的驅(qū)動(dòng)因素，外在認(rèn)知負(fù)荷是不必要的信息獲取及自動(dòng)化加工，相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷是個(gè)體進(jìn)行學(xué)習(xí)活動(dòng)中的圖式習(xí)得過(guò)程。目前大家公認(rèn)采用Sweller關(guān)于認(rèn)知負(fù)荷的分類方法，但隨著認(rèn)知負(fù)荷理論的不斷發(fā)展，一些學(xué)者對(duì)無(wú)法準(zhǔn)確度量單一類型認(rèn)知負(fù)荷而提出不同分類方法。今后認(rèn)知負(fù)荷的基礎(chǔ)理論研究部分，也會(huì)側(cè)重歸納出可量化的認(rèn)知負(fù)荷分類方法。

2003年Mayer R.E.展開(kāi)了多媒體學(xué)習(xí)過(guò)程中降低認(rèn)知負(fù)荷的方法研究，針對(duì)五種認(rèn)知負(fù)荷過(guò)載的情景提出相應(yīng)九種調(diào)節(jié)策略[4]。目前關(guān)于認(rèn)知負(fù)荷調(diào)節(jié)策略的研究均圍繞著Mayer所提出的九種調(diào)節(jié)策略，但在界面設(shè)計(jì)中的認(rèn)知負(fù)荷調(diào)節(jié)策略因其成因與學(xué)習(xí)有所差異，會(huì)有一定的不同。但目前針對(duì)于界面設(shè)計(jì)中的認(rèn)知負(fù)荷成因尚未有系統(tǒng)并被學(xué)者公認(rèn)的研究結(jié)論，在提出相應(yīng)界面調(diào)節(jié)策略的時(shí)候，需要提取該界面認(rèn)知負(fù)荷點(diǎn)并加以歸類。

2003年P(guān)aas F.等人對(duì)認(rèn)知負(fù)荷的度量技術(shù)展開(kāi)研究[5]，認(rèn)知負(fù)荷的度量通常采用了評(píng)定量表、心理生理學(xué)和輔助任務(wù)技術(shù)。自我評(píng)定量表能夠使人們回憶自己的認(rèn)知過(guò)程，給出相對(duì)感性的暗示。生理技術(shù)是間接由生理物理變量來(lái)反映認(rèn)知負(fù)荷的變化，但需要對(duì)多種度量指標(biāo)進(jìn)行綜合分析。然而，研究人員雖然已經(jīng)測(cè)量了總認(rèn)知負(fù)荷，卻還沒(méi)有使用其中一種測(cè)量技術(shù)來(lái)區(qū)分這三種認(rèn)知負(fù)荷的構(gòu)成，未來(lái)認(rèn)知負(fù)荷度量方法研究發(fā)展趨勢(shì)是探索具有實(shí)用性的新心理學(xué)生理度量法，并能對(duì)認(rèn)知負(fù)荷的構(gòu)成分別加以度量。

通過(guò)共被引文獻(xiàn)可以看出，認(rèn)知負(fù)荷在界面設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究除了論述認(rèn)知負(fù)荷理論基礎(chǔ)之外，研究更關(guān)注界面設(shè)計(jì)中認(rèn)知負(fù)荷的調(diào)節(jié)策略及測(cè)評(píng)。認(rèn)知負(fù)荷的調(diào)節(jié)策略研究圍繞著Mayer所提出的九種調(diào)節(jié)策略，測(cè)評(píng)研究則對(duì)主觀測(cè)評(píng)方法和客觀測(cè)評(píng)方法兩方面進(jìn)行探究。

二、認(rèn)知負(fù)荷在界面設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究重點(diǎn)分析

（一）界面認(rèn)知負(fù)荷成因及調(diào)節(jié)策略研究

1.國(guó)外研究現(xiàn)狀

俄羅斯羅蒙諾索夫國(guó)立大學(xué)Burmistrov 1.在研究網(wǎng)頁(yè)視覺(jué)搜索任務(wù)發(fā)現(xiàn)搜索平面圖標(biāo)的時(shí)間是搜索現(xiàn)實(shí)圖標(biāo)的兩倍，具有較高的認(rèn)知負(fù)荷，他認(rèn)為界面圖形數(shù)量和密度越高，界面會(huì)越清晰，會(huì)提高界面的注視時(shí)間，并減少掃視次數(shù)，從而降低認(rèn)知負(fù)荷[6]。瑞士巴塞爾大學(xué)Leuthold S.在比較網(wǎng)頁(yè)不同導(dǎo)航設(shè)計(jì)（垂直和動(dòng)態(tài)菜單）和任務(wù)復(fù)雜度（簡(jiǎn)單和復(fù)雜導(dǎo)航任務(wù)）對(duì)用戶性能、導(dǎo)航策略和主觀偏好的影響，得出垂直菜單在性能和主觀偏好方面優(yōu)于動(dòng)態(tài)菜單和簡(jiǎn)單菜單，用戶需要更少的注視，處理復(fù)雜任務(wù)時(shí)，材料的呈現(xiàn)方式使用分組鏈接更符合用戶認(rèn)知[7]。

2.國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

汪海波在老年智能電飯煲交互原型研究中，通過(guò)減少智能電飯煲的信息量以及需要處理的信息量和操作任務(wù)的數(shù)量，來(lái)降低內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷[8]。孟鈺婧從認(rèn)知負(fù)荷、容錯(cuò)性、情感化設(shè)計(jì)、通用性四個(gè)交互設(shè)計(jì)影響因子角度提出信息簡(jiǎn)化處理、信息合理突出或弱化、符合用戶習(xí)慣、簡(jiǎn)化操作流程四個(gè)調(diào)節(jié)外在認(rèn)知負(fù)荷的策略[9]。張凱和劉舒楊從認(rèn)知負(fù)荷角度提出交互規(guī)則構(gòu)建的四個(gè)策略[10]。羅曉云利用目標(biāo)導(dǎo)向設(shè)計(jì)減輕三種認(rèn)知負(fù)荷，使用戶快速完成目標(biāo)任務(wù)[11]。

目前關(guān)于認(rèn)知負(fù)荷的調(diào)節(jié)策略研究基本上以Mayer在多媒體學(xué)習(xí)過(guò)程中降低認(rèn)知負(fù)荷的方法研究中所提出的九種調(diào)節(jié)策略為基準(zhǔn)，根據(jù)應(yīng)用研究領(lǐng)域不同略有調(diào)整。根據(jù)認(rèn)知負(fù)荷的生成機(jī)制，界面認(rèn)知負(fù)荷的成因共有三種：1.信息量超過(guò)工作記憶容量;2.信息難度超過(guò)認(rèn)知加工水平;3.注意資源分配不均。相對(duì)應(yīng)的界面認(rèn)知負(fù)荷調(diào)節(jié)策略見(jiàn)表3。信息加工量降低到工作記憶容量以內(nèi)，包括7+2原則，即將界面信息分割成若干7±2個(gè)信息單元;信息可視化，即將界面相關(guān)語(yǔ)言信息轉(zhuǎn)換為圖形、符號(hào)等用戶所易認(rèn)知的信息;感官通道轉(zhuǎn)換，即將界面信息由文本閱讀由視覺(jué)通道轉(zhuǎn)換為聽(tīng)覺(jué)通道。信息難度調(diào)節(jié)到認(rèn)知均線以下，包括提示，即任務(wù)完成引導(dǎo);預(yù)操作，即預(yù)先操作界面以獲得更好的知識(shí)遷移。合理分配注意資源，包括空間連續(xù)，即界面中相關(guān)聯(lián)信息需保持在同一界面或區(qū)域內(nèi);信息一致性，即刪除多余信息。見(jiàn)圖5。

（二）界面認(rèn)知負(fù)荷評(píng)價(jià)體系構(gòu)建研究

1.國(guó)外研究現(xiàn)狀

澳大利亞新南威爾士大學(xué)Khawaja M.A提出基于語(yǔ)言特征的認(rèn)知負(fù)荷測(cè)量系統(tǒng)的高級(jí)功能模型，由環(huán)境、用戶演講和其他形態(tài)數(shù)據(jù)的輸入，經(jīng)過(guò)認(rèn)知負(fù)荷處理器，并結(jié)合用戶及任務(wù)的屬性，可得出認(rèn)知負(fù)荷的評(píng)價(jià)結(jié)果[12]。韓國(guó)大學(xué)Park S.提出了一種基于ACT-R理論的定量計(jì)算多源工作負(fù)荷的數(shù)學(xué)模型來(lái)反映時(shí)間壓力的影響，將NASA-TLX主觀評(píng)價(jià)量表的每個(gè)子指標(biāo)以及時(shí)間壓力對(duì)信息處理速度的影響通過(guò)數(shù)學(xué)方程進(jìn)行量化，定量評(píng)估復(fù)雜系統(tǒng)或界面設(shè)計(jì)領(lǐng)域操作人員的工作負(fù)荷[13]。

2.國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

李金波認(rèn)為認(rèn)知負(fù)荷具有時(shí)變性、非線性和不確定性的特點(diǎn)，因此構(gòu)建了BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)認(rèn)知負(fù)荷綜合評(píng)估模型”[14][15]。蓋曉琳基于模糊算法以及組合賦權(quán)法，構(gòu)建了界面認(rèn)知負(fù)荷模糊綜合評(píng)價(jià)模型，對(duì)改良前后的界面進(jìn)行模糊綜合評(píng)分，證明界面改良設(shè)計(jì)的可行性[16]。

目前關(guān)于認(rèn)知負(fù)荷評(píng)價(jià)研究已由認(rèn)知負(fù)荷評(píng)價(jià)指標(biāo)的可靠性研究轉(zhuǎn)向評(píng)價(jià)體系構(gòu)建研究，主觀評(píng)價(jià)方法有自我評(píng)定量表和NASA-TLX量表等對(duì)任務(wù)過(guò)程中投入的心理努力、任務(wù)難度等指標(biāo)，具有操作簡(jiǎn)便、無(wú)干擾的優(yōu)點(diǎn)，但容易出現(xiàn)評(píng)定偏差和個(gè)體差異。任務(wù)績(jī)效評(píng)價(jià)方法對(duì)任務(wù)準(zhǔn)確性、反應(yīng)時(shí)等指標(biāo)對(duì)用戶或整個(gè)系統(tǒng)的任務(wù)績(jī)效做出評(píng)價(jià)，優(yōu)點(diǎn)是直接可觀，缺點(diǎn)是任務(wù)不同，方法不同。生理評(píng)價(jià)方法有心電分析、腦電分析、眼動(dòng)分析等，具有客觀性和實(shí)時(shí)性的特點(diǎn)，但易受干擾，脫離實(shí)際情景。因此，在認(rèn)知負(fù)荷評(píng)價(jià)體系構(gòu)建研究中多為選取多個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)認(rèn)知負(fù)荷進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。隨著多學(xué)科交叉研究的深入，認(rèn)知負(fù)荷綜合評(píng)價(jià)方法通常結(jié)合其他領(lǐng)域的模型和技術(shù)，對(duì)評(píng)價(jià)體系進(jìn)行量化，對(duì)界面設(shè)計(jì)做出評(píng)分及對(duì)比。

（三）界面認(rèn)知負(fù)荷度量方法研究

1.國(guó)外研究現(xiàn)狀

國(guó)外更多注重對(duì)腦電、眼動(dòng)、前額葉皮層等神經(jīng)心理學(xué)的方法進(jìn)行研究。Giraudet L.等人使用egg和erp方法對(duì)人機(jī)界面設(shè)計(jì)作出神經(jīng)工效學(xué)的評(píng)價(jià)，結(jié)果表明P300振幅可以作為界面設(shè)計(jì)效率和界面認(rèn)知負(fù)荷的有效評(píng)估指標(biāo)[17]。Durantin G.等人使用近紅外光譜和心率變異性來(lái)檢測(cè)心理負(fù)荷，發(fā)現(xiàn)近紅外（fNIR）和高分辨紅外（HRV）對(duì)不同程度的心理負(fù)荷均有敏感性，在難度最高的情況下，前額葉激活較低[18]。

2.國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)對(duì)界面認(rèn)知負(fù)荷度量方法的研究主要在主觀度量方法對(duì)比研究、眼動(dòng)實(shí)驗(yàn)度量與分析研究以及腦電實(shí)驗(yàn)度量指標(biāo)研究。孫崇勇對(duì)認(rèn)知負(fù)荷主觀評(píng)價(jià)量表進(jìn)行對(duì)比，研究發(fā)現(xiàn)WP量表在敏感度和效度上優(yōu)于NASA-TLX量表，在中低任務(wù)難度下，是較為理想的主觀度量認(rèn)知負(fù)荷的方法[19]。劉鑫對(duì)眼動(dòng)數(shù)據(jù)度量認(rèn)知負(fù)荷水平的研究發(fā)現(xiàn)，相同任務(wù)下眨眼頻率差異主要受到個(gè)體眨眼習(xí)慣的影響，可利用T檢驗(yàn)篩選出可用的眼動(dòng)指標(biāo)，并利用數(shù)學(xué)公式對(duì)眨眼頻率特征進(jìn)行處理[20]。

如圖6梳理，雖然認(rèn)知負(fù)荷主觀度量方法研究對(duì)比發(fā)現(xiàn)WP量表更優(yōu)，但目前國(guó)內(nèi)外主流主觀度量方法還是NASA-TLX量表。而生理度量方法研究百家爭(zhēng)鳴，心電分析以測(cè)量心率及心率變異性為主;腦電分析有相關(guān)事件電位（ERP）、近紅外光譜（fNIR）等;眼動(dòng)分析主要分析眨眼頻率、注視次數(shù)、凝視時(shí)間、回視次數(shù)、瞳孔直徑等。總結(jié)與研究趨勢(shì)展望

本文使用CiteSpace分析軟件，對(duì)近十年來(lái)Web of Science核心合集有關(guān)于認(rèn)知負(fù)荷在界面設(shè)計(jì)中應(yīng)用研究的文獻(xiàn)進(jìn)行共被引，追溯出認(rèn)知負(fù)荷在界面設(shè)計(jì)中應(yīng)用研究的理論基礎(chǔ)，并找到其理論應(yīng)用范圍以及研究?jī)r(jià)值，以此追蹤到其研究熱點(diǎn)領(lǐng)域。然后通過(guò)文獻(xiàn)分析法對(duì)相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行分析，從認(rèn)知負(fù)荷成因及調(diào)節(jié)策略研究、認(rèn)知負(fù)荷評(píng)價(jià)體系構(gòu)建研究和認(rèn)知負(fù)荷度量方法研究三個(gè)方面，對(duì)國(guó)內(nèi)外認(rèn)知負(fù)荷在界面設(shè)計(jì)中應(yīng)用的研究重點(diǎn)進(jìn)行歸納與總結(jié)。

關(guān)于研究趨勢(shì)的展望：在調(diào)節(jié)策略研究上，還是以降低內(nèi)外在認(rèn)知負(fù)荷并提高相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷為目標(biāo)，從工作記憶容量、注意資源和認(rèn)知圖式三種認(rèn)知負(fù)荷生成機(jī)制出發(fā)，對(duì)如何使信息難度降到認(rèn)知均線以下、信息量控制在工作記憶容量以內(nèi)以及合理分配注意資源作以策略性研究。隨著研究的深入，學(xué)者們注意到用戶情緒、喜好、動(dòng)機(jī)等個(gè)體因素對(duì)學(xué)習(xí)以及操作績(jī)效有一定的影響，因此相關(guān)界面的具身策略及勸導(dǎo)策略會(huì)是今后認(rèn)知負(fù)荷調(diào)節(jié)策略的研究方向重點(diǎn)之一。由于認(rèn)知負(fù)荷定量研究是評(píng)判界面設(shè)計(jì)優(yōu)良的有力證據(jù)，因此在構(gòu)建認(rèn)知負(fù)荷評(píng)價(jià)體系時(shí)，多與其他學(xué)科及理論進(jìn)行結(jié)合，構(gòu)建多學(xué)科交叉認(rèn)知負(fù)荷綜合評(píng)價(jià)模型。在認(rèn)知負(fù)荷度量方法上，隨著神經(jīng)心理學(xué)的發(fā)展，將越來(lái)越重視認(rèn)知負(fù)荷的腦機(jī)制研究，對(duì)實(shí)時(shí)任務(wù)的認(rèn)知負(fù)荷水平進(jìn)行精準(zhǔn)度量，并尋找能夠度量出每種認(rèn)知負(fù)荷構(gòu)成的方法。.

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