交互式教学资源设计原则浅析

司国东 ，赵 玉

（1.华南农业大学 信息学院，广东 广州 510642；2.广东行政职业学院 电子信息系，广东 广州 510665）

一、引言

近年来，交互式电子白板以其功能性、环保性、便利性等诸多特点，在教育领域逐渐普及。从交互式电子白板的技术特点和目前的发展趋势看，它在未来极有可能部分或完全地取代教室中的黑板。而交互式电子白板的使用方法、交互式教学资源（交互式电子白板上使用的教学资源）的设计极有可能成为未来教师必须掌握的教育技术技能。目前，学术界对交互式电子白板在教育领域的研究大多集中在教师和学生对交互式电子白板使用的态度、教学理念改变、应用中的教学法问题、教学应用的案例研究、教学效果等[1]。在交互式教学资源设计上的相关研究较少[2]。一些研究者认为，“交互式教学课件的开发，需要强大的、有经验的技术队伍的共同参与才能完成。因此，这种专业性技术性极强的工作任务，不是一个普通的科任教师可以独立完成的”[3]。笔者认为，就像PPT课件的普及过程一样，技术从出现、接受、到普遍使用需要经历一个缓冲期。虽然一线教师不具备交互式设计的专业知识，但他们十分了解所在学科的专业特点，能精确把握学生的社会背景、认知能力和个性特点。因此，如果能给教师提供交互式教学资源设计的基本原则和简单有效的资源开发工具，设计交互式教学资源并没有他们想象中那么难。本文从人机交互设计的角度，介绍了一些应用于交互式教学资源设计的人机交互理论和原则，为教学资源建设者提供人机界面设计和交互任务设计的问题解决方法。

二、交互式电子白板

电子白板是由普通白板发展而来的。上世纪后期，人们为了避免粉尘污染，开始使用白板代替黑板，随后出现了电子白板产品。最早使用的电子白板为复印型电子白板，随着技术的发展及市场的需要，出现了交互式的电子白板。交互式电子白板可以与电脑进行信息通讯，将电子白板连接到计算机，并利用投影仪将计算机上的内容投影到电子白板屏幕上，在专门的应用程序的支持下，可以构造一个大屏幕、交互式的协作会议或教学环境。交互式电子白板主要使用两种人机交互手段，笔式输入技术和多点触控技术。电子感应笔具有电子白板书写笔和计算机鼠标的双重功用，用以替代传统的粉笔。多点触控技术使得电子白板产品能够同时识别更多的触控点，发现这些触控点之间的关系，这为多人同时板书演示以及实现一些更丰富的教学应用提供了技术基础。

交互式电子白板正处于一个高速发展的时期。在政策层面，《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》中明确提出要加快教育信息基础设施建设，国内多媒体教学设备保持了较快的发展势头。作为一种新的教育技术产品，交互式电子白板在我国的教育领域逐渐普及，特别是在中小学领域，已成为各大中小学多媒体教室的必备品。在产业层面，电子白板市场发展迅速，从业企业不断增加。2011年，我国电子白板行业共完成全年销售收入8.04亿元，同比增长了50.16%[4]。在技术层面，受市场的推动，新的技术不断出现。如：液晶电子白板、智能多点触控技术、双人同步书写、光子白板等。另外，厂商在不断进行硬件技术研发的同时，也开始重视电子白板软件的开发。

交互式电子白板为课堂上师生互动、生生互动提供了技术可能和方便，为建立以学习者为中心的课堂教学奠定了技术基础。但从目前的应用现状看，尽管很多课室配置了交互式电子白板，但白板的交互功能并未全部得到应用，大多还仅仅作为投影屏幕使用[5]。主要原因还是缺乏相应的交互式教学资源。一方面是电子白板厂商更重视硬件技术的研发，在软件方面投入不足，资源素材库内容较少，资源开发工具的功能尚不完善。另一方面，教师普遍缺乏交互设计的基础理论知识，即便提供了素材和工具也很难完成教学资源的设计。

三、人机交互技术

人机交互（Human-Computer Interaction）是一个涉及计算机、人类工效学、认知科学、心理学等多学科的领域，从学术上看属于计算机科学的一个子领域。在20世界90年代初人机交互技术日趋成熟，对人机交互有了明确的学术定义与解释。美国计算机协会人机交互特别兴趣小组（ACM SIGCHI）给出的定义为：人机交互是一个关于人类对交互式计算系统的设计、评估与实现以及相关领域研究的学科[6]。人机交互研究的范畴包括：人机交互模型、计算机使用的上下文、人的属性、交互设备和交互技术、计算机系统和交互架构、开发过程和方法、可行性设计和评估等。人机交互是一个跨越多学科的科目，以计算机学科与其他学科的交叉研究为主，多从心理学、认知科学、社会学等方面展开，从教育技术应用的角度开展的研究还比较少。

人机交互领域的研究已经给出了大量界面设计和交互设计的原则和方法。《用户界面设计：有效的人机交互策略》一书中将这些原则与方法划分为三大类：明确且实用的指导原则；中层原则；高层理论和模型[7]。指导原则提供设计过程中问题的解决方法。中层原则能帮助分析和比较设计的备选答案。而高层理论和模型的目标是用统一的术语描述对象和行为。本文后面介绍和讨论的原则均为明确且实用的指导原则。

四、交互式教学资源设计原则

教育面临的挑战是如何设计和使用用于学习的技术。交互式技术可以更容易地创建教学环境，在这种环境中学生通过交互实践来学习，获得反馈并不断改进他们的理解以及建构新知识[8]。对使用交互式电子白板的教师来说，交互功能为教学带来了新的机会，也带来了新的问题。如何应用交互设计原则，设计出满足教学需求的交互式教学资源，是目前交互式电子白板应用的主要问题。本文从人的因素、交互任务设计、界面设计、参与性设计四方面介绍了交互式教学资源设计的一般原则。

1.人的因素

人机交互强调“以用户为中心的设计”，教育领域也强调针对教育对象的不同设计不同的教学策略。以小学一年级的数学教学为例，卡彭特（Carpenter）等的研究[9]发现，在被问及类似“你的包里有5块糖，隔壁阿姨又放了几块进去，现在有8块糖，想想隔壁的阿姨共放了几块进去？”这样的问题时，一年级的学生用加法来解决这个问题，采用一次数一块的方法先数出5块，再加上几块直至得到8，再数数他们加了几块获得答案，而成年人会把这个问题当成一道8减5的减法题。如果为上述的情境设计课堂教学使用的交互式教学资源，应该通过交互让糖果以逐块递增的方式出现，而不是设计一个展示减法操作的交互任务。因此，对交互式教学资源的设计人员来说，理解学习者的社会背景和认知能力是至关重要的原则，在这方面教师比那些专业的界面设计师更具优势。

另一个要考虑的因素是用户的技能水平，受益于国家和地区政府的教育政策，交互式电子白板在我国的普及速度很快。对那些经济发达地区的学生来说，由于日常生活中经常接触智能手机或平板电脑等触控设备，他们可以很快的掌握电子白板上的触控操作。而对经济不发达地区的大部分学生来说，接受这种技术和达到熟练程度可能需要一个较长的过渡期，相同的交互任务他们可能需要更多的操作时间，在设计交互任务时必须考虑这一点。另外，最新的交互式电子白板提供了类似手势识别，多点触控等交互手段，要根据学生的技能水平合理的使用。

2.交互任务设计

交互是学习者为学习、解释和挑战一些观点而进行的一种双向交流，是教学过程的重要组成部分，是知识传递的一种主要手段[10]。学习过程中的交互对提升教学质量有着积极的作用。要设计出可用于电子白板的交互式教学资源，需要提前定义和分析需要在教学过程完成的交互任务，特别是需要学生参与交互的任务。人机交互领域多采用诺曼（Norman）交互模型进行交互任务的分析，然后再进行相应的设计。诺曼交互模型是一个循环，分两大部分：执行和评估。这两部分又可以进一步划分为七个阶段，依次是：建立目标、形成意向、定义动作、执行动作、查看状态、解释状态，评估结果[11]。诺曼模型的每一个阶段都是用户的一个动作。用户建立一个目标，但这个目标可能是不精确的，因此需要翻译成明确的意向，定义为了达到这个目标而要执行的动作，然后执行动作。动作执行后，用户感知到系统的新状态，并根据他的期望加以解释。如果系统的状态反映了用户的目标，则计算机完成了用户想要做的事情，交互成功。否则，用户必须建立新的目标，并且重复这个循环。

图1 诺曼交互模型

文献[12]中[12]提到了一个电子白板交互任务设计不良的例子：“一位小学数学教师在教授 《认识时间》时，请一位学生旋转白板上的时针和分针，其他学生说出表示的时间，结果由于学生没有熟练掌握方法，旋转时把时针移动了，慌乱中把整个页面搞得支离破碎”。从交互任务设计的角度看，这里出现的问题是当交互操作没有达到用户期望时，用户无法形成新意向，定义新的执行动作。因此，除了交互模型外，诺曼还提出了人机交互设计的七项原理。包括：应用现实世界中的知识和头脑中的知识；简化任务结构；使事情明显；获得正确的映射；利用限制的力量；容错设计；当所有都不成功时进行标准化。上面例子中问题产生的原因是交互过程中对指针的移动操作缺少限制，也没有容错设计。解决方法很多，例如限制时针和分针的移动操作，使它们只能像在钟表内部那样转动；或者提供一个初始化按钮，让时针和分针回到初始的状态，学生可以重新执行动作。

3.界面设计

在具有交互式电子白板的课堂情景中，最常见的交互形式仍然是技术性交互，即教师使用交互式电子白板的各种功能进行教学[2]。和使用PPT的多媒体课件相比，交互式电子白板能让教师在教学过程使用书写、标注、拖曳、缩放、音视频播放、隐藏或显示等多种操作，以更丰富的形式展示学习内容。资源的界面设计中涉及更多的交互元素，此部分主要介绍界面设计中的显示设计原则和色彩设计原则。

显示设计指的是界面中元素的布局和显示方式，例如每一页中信息的密度、对齐的方式、字体的大小等。席纳德曼（Shneiderman）提出的八条黄金原则能帮助设计者改良显示设计[13]。包括：尽可能保持设计的一致性；使用普遍可用的符号；提供丰富的信息反馈；设计说明对话框生成结束信息；提供故障预防和简单的故障处理；允许反向操作；让用户掌握控制权；使用简单显示，减少工作记忆负担。这些设计原则适用于常见的计算机人机界面设计，在应用于交互式教学资源设计时可以根据需求进行验证和调整。对那些由教师进行的技术性交互，可以不考虑信息反馈、故障预防和故障处理等机制。而对于需要由学生参与交互的界面，设计者应遵循这些设计原则，如保持前后的一致性，提供简单明了的符号，给予明确的操作说明和反馈等。一些教育学与心理学的研究成果也直接或间接的证实了这些原则的有效性[14]。

颜色是界面设计中最基本的元素，色彩的运用对教学交互和知识获取都有很大的影响。人机交互领域的研究提出了许多关于颜色的编码和使用原则，其中的一些可以直接应用于教学资源的设计。图2中展示了一种颜色编码的使用方法，使用颜色展示仪表盘中可用范围，既能吸引用户注意力，也有助于记忆和回想[15]。当我们需要在课堂上展示那些具有层次结构的内容时（例如程序设计语言中的嵌套结构），可以使用色彩阶梯的形式，但色彩的数量不应超过4种。

图2 带有颜色编码的仪表盘

色彩搭配也是界面设计中需要重点关注的问题。研究者们发现在学习环境中使用红色、蓝色、绿色和黄色是最有益处的[16]，并且应该避免使用蓝色字体和小的屏幕元素[15]。位于光谱两端的颜色会导致不和谐的效果，如红色和蓝色，需要眼睛调节不同的聚焦长度，时间一长会导致疲劳。在呈现信息时，前景色与背景色应避免有问题的颜色搭配。例如（前景色/背景色）：黄/绿、黄/白、蓝/黑、绿/白、红/蓝、洋红/绿、蓝/绿、黄/紫、红/黑、洋红/黑等。教育技术领域也有类似的研究，安璐等通过眼动技术研究了教学PPT中前景色与背景色搭配的效果[17]。通过实验对比了三种颜色搭配（前景/背景）：黑/白、黑/蓝、黑/黄，结果显示黑/白是效果最好的。这一结果符合人机交互领域中颜色使用的原则，即当目标物体使用和他们所处环境完全不同的颜色时，最容易被用户识别和感知。

4.参与性设计

人机交互设计强调用户的参与。参与性设计一般出现在开发的后期阶段，由用户参与可用性实验和评估，提供最直接的定量与定性的反馈（时间、过程、态度、建议等），设计者使用这些反馈来改善整个设计。在设计交互式电子白板的教学资源时，应该让资源的创建者和使用者共同参与资源的设计。建设资源的教师可以让其他教师和学生参与资源的建设，由他们提供最直接的使用反馈和设计上的建议。根据学生对课件中交互任务执行的情况教师可以预估操作时间，观察学生交互操作的过程，发现可能引起错误理解和错误操作的不良设计。

五、总结与展望

作为一种新的教育技术工具，交互式电子白板正以前所未有的速度在我国教育领域迅速普及。然而，电子白板硬件技术飞速发展的同时，交互式教学资源的设计与开发还处于一个探索阶段。本文从人机交互的角度介绍了交互式教学资源在设计上应该遵循的一些基本原则。当然，要想真正的让一线教师都能独立的设计交互式教学资源，除了了解交互设计的基本原则外，还需要电子白板的厂商提供功能更强大，素材更丰富的教学资源开发工具。

从教育技术的发展趋势看，未来的课堂教学中将使用更多的技术和工具。韩国、菲律宾、印度、泰国、哈萨克斯坦、土耳其、俄罗斯、巴西等国已经提出未来的几年将在中小学校普及平板电脑，减少纸质教材的使用（来源于Ambient Insight公司最新的报告）[18]。这种在课堂上将电子白板和平板电脑结合使用的教学方式将会产生更多、更复杂的人机交互行为，对教学资源的交互性设计提出更高的要求。因此，教学资源的交互性设计可能成为未来教育技术领域和人机交互领域交叉研究的一个重点。

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