終端用戶開發(fā)中的人機(jī)交互技術(shù)研究

王 喆

終端用戶開發(fā)中的人機(jī)交互技術(shù)研究

王 喆

終端用戶開發(fā)EUD（End-User Development）是一個(gè)新興的多學(xué)科交叉領(lǐng)域，其目的是幫助普通用戶開發(fā)滿足自己需要的軟件，以滿足常規(guī)開發(fā)時(shí)難以預(yù)見的用戶需求。人機(jī)交互是終端用戶開發(fā)中的關(guān)鍵技術(shù)。本文總結(jié)了終端用戶開發(fā)中的人機(jī)交互技術(shù)，并結(jié)合實(shí)例進(jìn)行了闡述。實(shí)踐證明，理想的終端用戶軟件工具是緩坡系統(tǒng)。

終端用戶開發(fā)；人機(jī)交互；用戶界面；編程心理學(xué)；可視化編程

王喆/遼寧鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院技術(shù)教育中心主任，講師（遼寧錦州121000）。

在常規(guī)軟件開發(fā)中，開發(fā)人員實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的所有功能，用戶的需要、目標(biāo)和情境上下文只能在設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)定。在投入使用時(shí)用戶經(jīng)常發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)并不適合他們的任務(wù)，這要求開發(fā)人員修改現(xiàn)有的系統(tǒng)，反復(fù)的修改系統(tǒng)會(huì)造成資源的巨大浪費(fèi)，而且仍然無(wú)法解決使用時(shí)難以預(yù)見的問題。為解決使用時(shí)這種難以預(yù)見的問題和盡量滿足不同用戶的需要，軟件開發(fā)者將很少有人用到的功能都加入到程序中，但仍然無(wú)法完全解決使用時(shí)的問題。如果每個(gè)用戶能增加他們自己想要的功能，程序?qū)⒆兊梅浅：?jiǎn)單，因此需要發(fā)展終端用戶編程。當(dāng)軟件產(chǎn)品和Internet變得無(wú)處不在之時(shí)，就更需要發(fā)展終端用戶編程。據(jù)卡耐基-梅隆大學(xué)的Brad Myers預(yù)測(cè)，到2012年就有9000萬(wàn)終端用戶開發(fā)者，而職業(yè)編程者只有300萬(wàn)，終端用戶開發(fā)研究的重要性已經(jīng)相當(dāng)明顯。終端用戶開發(fā)不僅在個(gè)性化計(jì)算機(jī)應(yīng)用程序和書寫程序中使用，而且還能在從未看到底層編碼的情況下設(shè)計(jì)新的計(jì)算機(jī)程序。

終端用戶是指在日常生活或工作中為滿足某種需要而使用計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件的人，但軟件開發(fā)并不是他們的主要工作。終端用戶開發(fā)從字面上看，是普通用戶開發(fā)滿足自己需要的軟件；而從技術(shù)角度看，終端用戶開發(fā)定義為終端用戶制造應(yīng)用軟件的方法和技術(shù)的集合。EUD是一個(gè)學(xué)科間問題，它涉及人機(jī)交互HCI（Human-Computer Interaction）、軟件工程、認(rèn)知科學(xué)、經(jīng)濟(jì)問題、終端用戶的組織影響等，但從終端用戶及EUD的定義來(lái)看，終端用戶開發(fā)問題主要是用戶界面與人機(jī)交互問題。本文主要闡述EUD中的人機(jī)交互技術(shù)及其應(yīng)用。

一、EUD中的人機(jī)交互技術(shù)

終端用戶開發(fā)人員是普通用戶而不是程序員，他們既沒有時(shí)間也不愿意學(xué)習(xí)，所以終端用戶軟件工具必須在易用和強(qiáng)大之間作合理妥協(xié)，需要充分利用人機(jī)交互技術(shù)并把它應(yīng)用于終端用戶開發(fā)中。

（一）編程語(yǔ)言設(shè)計(jì)的心理學(xué)指導(dǎo)

編程的一種定義是將自然語(yǔ)言作為表達(dá)方式的心理計(jì)劃轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可執(zhí)行代碼的處理過程。編程語(yǔ)言越接近編程者的心理計(jì)劃，轉(zhuǎn)化處理就越容易。傳統(tǒng)的編程語(yǔ)言要求編程者在任務(wù)和代碼之間做巨大的轉(zhuǎn)換。如果計(jì)算機(jī)語(yǔ)言能夠讓人們以自然的表達(dá)方法表達(dá)數(shù)據(jù)和算法，這種轉(zhuǎn)換的困難將大大減小。理想的編程語(yǔ)言應(yīng)能夠直接映射到算法設(shè)計(jì)者或編程者的思維方式。

早在1985年，編程語(yǔ)言研究強(qiáng)調(diào)技術(shù)方面而忽略了心理學(xué)方面。正是從那時(shí)起，編程心理學(xué)PoP（Psychology of Programming）及相關(guān)領(lǐng)域取得了很大進(jìn)步，但是一直獨(dú)立于技術(shù)研究，新語(yǔ)言仍然產(chǎn)生于技術(shù)需求。如果PoP研究要對(duì)新語(yǔ)言的設(shè)計(jì)產(chǎn)生影響，對(duì)技術(shù)人員來(lái)說，它必須是可見的，并且是易用的形式。而從目前來(lái)看，指導(dǎo)語(yǔ)言設(shè)計(jì)決策的標(biāo)準(zhǔn)一直基于技術(shù)目標(biāo)，忽略了HCI和PoP的技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)，而它們本應(yīng)包含在語(yǔ)言設(shè)計(jì)的指導(dǎo)和策略中。

HCI領(lǐng)域有很多通用原則和啟發(fā)性規(guī)則可以應(yīng)用到編程系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，如保持一致性、盡量簡(jiǎn)單、使用用戶語(yǔ)言、預(yù)防錯(cuò)誤、幫助用戶編程。[4]認(rèn)知元框架（cognitive-dimensions framework）為評(píng)估編程系統(tǒng)提供了一種具體的指導(dǎo)，如相容性、擴(kuò)散性、隱藏依賴、過早提交和可視性，然而這些元不是相互獨(dú)立的，一次性優(yōu)化它們是困難的。

（二）終端用戶編程環(huán)境中的HCI技術(shù)

編程環(huán)境幫助用戶構(gòu)建程序的思想有著悠久的歷史。自從Cornell程序合成器出現(xiàn)以來(lái)，語(yǔ)法指導(dǎo)的編輯器一直用來(lái)幫助排除語(yǔ)法錯(cuò)誤，當(dāng)然也有許多改進(jìn)。如：Visual Basic通過上下文相關(guān)的彈出式菜單來(lái)插入格式化代碼，但不限制用戶錄入什么；Alice中所有的編程都是通過拖拽語(yǔ)句來(lái)完成，并使用彈出式菜單來(lái)制定參數(shù)，只允許輸入語(yǔ)法正確的語(yǔ)句。

調(diào)試也是使編程環(huán)境有效易用的關(guān)鍵部分。目前，雖然有許多工具可以幫助調(diào)試，但是Keheo，Stasko和Taylor的研究表明，這些工具對(duì)于終端用戶來(lái)講都不是特別有幫助。在1997年4月，ACM提供了一個(gè)專版來(lái)交流調(diào)試的新思想、新工具，但是其中提到的調(diào)試工具至今沒有一個(gè)得到廣泛使用的。

WYSIWYT（What You See IsWhat You Test）是美國(guó)俄勒岡州立大學(xué)提出一種終端用戶測(cè)試方法，該方法利用可視的方法來(lái)讓用戶更清晰了解系統(tǒng)內(nèi)部測(cè)試過程，使用戶更容易找出問題所在。該方法目前應(yīng)用于基于spreadsheet的終端用戶開發(fā)中，允許用戶增量編輯、測(cè)試和調(diào)試公式。經(jīng)驗(yàn)表明，WYSIWY方法對(duì)用戶是有幫助的。但是，即使使用了輔助可視化方法，在作了一些測(cè)試以后，有時(shí)用戶仍然很難想出合適值來(lái)揭開這種未測(cè)試關(guān)系，所以引入了HMT（Helpme test）特征。HMT尋找合適測(cè)試值的努力對(duì)用戶來(lái)說是透明的，也就是說，用戶能看到尋找過的值。經(jīng)驗(yàn)表明，行為透明增加了HMT的可理解性。在WYSIWYT中也有斷言（asser－tions）特征，其主要目的是防止輸入錯(cuò)誤值。經(jīng)驗(yàn)表明，在測(cè)試時(shí)使用斷言比不使用斷言更有效。

從HCI角度，充分考慮終端用戶編程環(huán)境的易用性有助于降低用戶的學(xué)習(xí)成本，減輕學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)，減少用戶的調(diào)試時(shí)間和糾錯(cuò)時(shí)間，使用戶不再把編程看成是負(fù)擔(dān)，同時(shí)也會(huì)增加用戶的滿意度。另外，終端用戶編程環(huán)境還應(yīng)能隨著目標(biāo)世界或需求的變化而作適應(yīng)性演化，以用戶能理解的方式解釋構(gòu)建系統(tǒng)中出現(xiàn)的各種問題。

二、人機(jī)交互技術(shù)應(yīng)用

上面這些技術(shù)在EUD工具的開發(fā)中得到了廣泛的應(yīng)用。HANDS（Human-centered Advances for Novice Development of Software）是為兒童開發(fā)的自然編程系統(tǒng)。HANDS語(yǔ)言接近于兒童語(yǔ)言，兒童學(xué)會(huì)在學(xué)會(huì)編程前就能利用HANDS解決問題。此系統(tǒng)充分利用了兒童的思維模型和語(yǔ)言結(jié)構(gòu)。

Alice是快速虛擬現(xiàn)實(shí)原型構(gòu)建系統(tǒng)。它支持交互式3D圖形編程，利用人素（human factor）經(jīng)驗(yàn)研究與HCI技術(shù)在一定程度上克服了學(xué)生學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)編程的困難。主要體現(xiàn)在：一是學(xué)生直接在界面上拖拽命令，而非依據(jù)模糊語(yǔ)法規(guī)則來(lái)輸入，從而保證編程格式的正確性。二是通過提供動(dòng)畫、3D虛擬對(duì)象使面向?qū)ο蟮木幊叹唧w化，通過講故事使得編程容易學(xué)習(xí)、令人感興趣。

Forms/3是聲明型、基于spreadsheet的可視化編程語(yǔ)言，支持可視化數(shù)據(jù)抽象特征，采用聲明性方法支持事件相關(guān)的編程。在使用Forms/3時(shí)，編程者能通過直接操縱的方式建立單元格，然后定義單元格間的各種規(guī)則。

Peridot是圖形用戶界面的生成工具，它采用可視化編程、示范編程、約束、推理等技術(shù)來(lái)幫助普通用戶建立用戶界面。當(dāng)設(shè)計(jì)用戶界面時(shí)，終端用戶利用可視化編程技術(shù)直接建立圖形化用戶界面，Peridot利用示范編程從樣例中推斷出對(duì)象間的約束關(guān)系并生成相應(yīng)程序代碼。

Garnet是基于X/11 Lisp的綜合用戶界面開發(fā)環(huán)境，能幫助用戶制造圖形化、高交互、直接操縱的用戶界面。不需要常規(guī)編程就能生成用戶界面的所有方面是Garnet項(xiàng)目的重要目標(biāo)之一。Garnet還允許用戶畫樣例圖來(lái)展示用戶界面的外觀，然后論證用戶界面對(duì)終端用戶輸入的響應(yīng)。示范技術(shù)在Garnet的各種高層工具中廣泛使用。

三、思考

最近，EUD開始應(yīng)用到可定制和可擴(kuò)展應(yīng)用程序中。然而，很少有人剪裁Office產(chǎn)品和best-of-breed應(yīng)用程序。企業(yè)資源計(jì)劃ERP（Enterprise Resource Planning）和基于組件的解決方案也不容易使用，只有專家才能利用它建立應(yīng)用程序。EUD要擺脫這種困境，那么與EUD相關(guān)的技術(shù)必須取得進(jìn)步，更易用的編程語(yǔ)言將是解決這些問題的關(guān)鍵。

為解決廣泛的問題，C++、Java等通用語(yǔ)言必須具有柔韌性，但柔韌性帶來(lái)了復(fù)雜性，導(dǎo)致用戶的學(xué)習(xí)曲線陡直上升。如果EUD要降低學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)，需要跨越設(shè)計(jì)、選擇、協(xié)作、使用、理解和信息六種與學(xué)習(xí)編程相關(guān)的障礙。

在用戶界面方面，目前正處于無(wú)所不在的Post-WIMP時(shí)代，筆式用戶界面、多通道用戶界面、語(yǔ)音界面開始進(jìn)入應(yīng)用階段，如果把這些用戶界面技術(shù)應(yīng)用到終端用戶環(huán)境中去，必然使編程用戶界面更加易用，從而大幅度改善終端用戶的開發(fā)能力。

總之，人機(jī)交互技術(shù)是當(dāng)今終端用戶開發(fā)的主要支撐，理想的終端用戶軟件工具是緩坡系統(tǒng)，用戶不必先學(xué)習(xí)大量的新技術(shù)、新概念就能開始使用它，利用它開發(fā)軟件的難度應(yīng)隨開發(fā)范圍、靈活性呈階梯式增加。

四、結(jié)論

人機(jī)交互技術(shù)是終端用戶開發(fā)的主流關(guān)鍵技術(shù)。本文首先闡述了當(dāng)前終端用戶開發(fā)中的主要人機(jī)交互技術(shù)，然后探討了它們?cè)诮K端用戶軟件工具的應(yīng)用。實(shí)踐證明，它們提高了終端用戶軟件工具的可用性，最后探討了終端用戶開發(fā)中面臨的人機(jī)交互問題。

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TP32

A

1671-6531（2013）01-0131-02

郭一鶴