基于用户体验的手机背部触控模块最佳属性研究

王杨，裴学胜

(河南科技大学 艺术与设计学院，洛阳 471000)

1 引言

大屏幕手机在增强用户视觉体验与交互体验的同时，给单手操作手机带来一系列的问题和困难。在单手操作大屏幕手机时，主要由拇指触控手机屏幕，由于拇指活动范围存在局限性，操作效率、操作准确性以及对于手机握持的稳定性都相对较低。

针对以上弊端，提出在单手握持手机时，位于手机背部的食指具有较高的利用价值，并由此展开研究。通过问卷调查和实验设计，根据操作效率、操作舒适度等因素分析食指在手机背部操作的运动范围和运动特点，为手机背部触控模块大小、位置和功能的设置提供理论依据，也进一步阐明手机背部触控模块开发设计的重要应用价值。

1.1 单手操作大屏幕手机的局限性

在日常使用手机的过程中，人们难免会遇到一只手被占用的情况，例如操作其他设备、携带物品，甚至是骑车、开车等较为危险的情况下。然而，随着手机屏幕的增大，由于手掌及手指尺寸的限制，单手操作手机变得愈发困难。

在单手操作手机时，主要的活动手指为大拇指，以右利手为研究对象，如图1所示，辛义忠等在面向大屏幕手机的单手目标选择方法研究中表明，拇指初始落点(图中星标所在位置)位于屏幕右下部分靠近屏幕中心的位置，拇指能够自由操作的屏幕区域(阴影部分)十分有限[1]。且单手操作时握持稳定性较差，容易导致握持不稳、手机掉落，甚至手机破损、碎屏等现象。另外，长时间使用大拇指单手操作手机屏幕，容易引发腱鞘炎、指关节结节等“手机病”[2]。

图1 单手操作手机时的拇指落点和可控范围[1]

1.2 食指操控手机背部面板的优越性

在单手操作手机时，食指位于手机背部，食指初始落点大致处于背部斜上方的位置，空闲且灵活。在单手操作时，食指下部关节起到支撑手机、稳定重心的关键作用，而中、上两关节可在一定范围内自由运动，而最佳范围还需根据食指长度、手机尺寸、运动范围等因素进行研究。并且相对于拇指而言，食指在操作过程中不遮挡屏幕，可以给用户提供更好的视觉感受。

1.3 相关工作

针对手机背部指纹解锁及触摸面板的设计与设想，2013年即有电子公司申请背部触控式手机的专利，随后的几年间，背部操纵、背部物理按键、背部触摸板等相关专利层出不穷，并试图以此开创一次手机的重大技术革新。

在学术界，用户体验、工效学等领域也进行了相关研究。马沐佳等研究了不同操作对单手使用手机时拇指运动的影响，总结了单手操作手机对于手部的危害[3]。辛义忠等针对大屏幕手机上的远处目标操作困难、易产生误操作这一问题，设计并验证了单手目标选择技术[1]。Ng 等经过研究发现，人们在行走时操作手机的错误率相比于稳定状态上升了 112%，环境越复杂，错误率上升得越快[4]。综上，单手操作手机的弊端日益显露，对于替代性操控方法的研究十分必要。

近年来，许多手机开发商也已经将该研究应用在实际产品中。2013年发布的OPPO N1，手机背部设置一块30 mm×40 mm的感应区，在背部实现四向触控，用户在单手握持手机时，食指可通过背部面板实现浏览翻页、启动相机、快捷拍照、微信录音等功能。另外，华为、小米、OPPO等品牌的手机相继采用背部解锁的方式，这样不仅能够解决单手操作手机时大拇指解锁不便的问题，还解决了全面屏手机前面板无空闲位置的难题。这一模块大多设计为10 mm×10 mm的正方形或圆形，位置设计在手机背部中上方区域内，这样可同时供右利手与左利手用户使用。但在这一位置时，用户的使用舒适度、操作效率和正确率如何，而最佳区域的范围是什么，这些问题值得进一步研究。

2 方法

2.1 食指的运动范围

表1 手部食指尺寸(部分测量项目)

男性与女性在体型上存在较明显差异，手部尺寸也具有显著差别。如表1所示，参照GB10000-88中国成年人人体尺寸中的食指长，本研究将男性与女型食指尺寸中1百分位-50百分位(57-68 mm)定义为小尺寸手部，50百分位-95百分位(69-75 mm)定义为中尺寸手部，95百分位-99百分位(76-79 mm)定义为大尺寸手部。

根据前期对于智能手机屏幕发展规律的研究[5]，用户使用起来最舒适的手机屏幕尺寸数值依次为4.7英寸、5.5英寸和5.1英寸。根据以上三个屏幕尺寸，分别以iPhone 6(4.7英寸)、三星Galaxy S7(5.1英寸)和三星Galaxy S7edge(5.5英寸)三款手机为例，分别对应小、中、大食指尺寸，绘制3(食指尺寸)×3(屏幕尺寸)操作范围图，如图2所示，由此图可得出用户单手(右手)操作手机的所有情况下的运动范围。

图2 食指运动范围图(右利手)

2.2 定性研究-问卷调查

2.2.1 调查对象、内容和过程

调查问卷通过线上与线下两种方式进行，线上调查利用“问卷星”在线问卷调查网站来回收问卷，线下调查主要是通过纸质问卷填写的方式。调查对象共160人，其中男性75人、女性85人，年龄普遍介于20-30岁之间，主要为学生、教师以及经常使用智能手机的普通社会人士。调查对象均身体健康、手部灵活，有3年以上智能手机的使用经验。

调查问卷主要了解研究对象的性别、身高、现使用手机的屏幕大小、惯用手、手机指纹解锁模块位置，并将手机背部食指可及区域进行划分，引导用户模拟食指操控手机的情境，根据实际体验选择出食指操作的最舒适区域。

2.2.2 调查结果分析

本次调查共回收问卷160份，剔除无效问卷后，得到有效问卷158份，有效回收率为98.75%，符合相关要求。问卷收集后对数据进行整理，统计结果如表2所示。运用SPSS 20.0工具进行检验，本研究问卷中数据总体Cronbach’s Alpha系数为0.753，分半信度系数为0.712，表明问卷具有较好的信度。

表2 问卷调查基本信息统计

图3单手操作手机背部食指操控区域划分图

由以上数据可知，在进行简单的操作时，4/5以上的用户习惯用单手操作手机。而在单手操作手机时，超过2/3的用户惯用手为右手，1/3左右的用户惯用手为左手。这一结果反映了用户的使用习惯，验证了单手操作手机的必要性和高频性，并反映出大多用户单手操作的惯用手为右手，但也存在一部分用户习惯使用左手(如图3)，这部分用户的使用需求与感受是不可忽视的。

2.3 定量研究-设计实验

本实验的目的是测试食指在不同区域操作手机时的任务完成时间、任务出错率和用户使用舒适程度，并以此验证手机背部操控模块的最佳放置区域。

2.3.1 被试

本实验共招募20名被试，其中男性10人、女性10人，平均分布在23-28周岁。所有被试均具有正常(或矫正)视力，手部无疾病，惯用手为右手，均有3年以上智能手机的使用经验。

2.3.2 实验材料及任务

实验使用OPPO N1手机，分辨率为1920×1080像素，屏幕尺寸为5.9英寸，手机尺寸为170.7 mm×82.6 mm×9 mm，操作系统为基于android 4.2开发的Color OS。该手机背部设计有一块30×40 mm的O-Touch感应区，可实现多种操作功能。另外，实验材料还包括一只秒表。

经过实验前对各项功能的预试，由于出错率较高，淘汰在指定页面切歌、在指定页面单击录音等功能。最终确定出左右滑动、上下滑动、双击启动和长按拍照四项功能，并由此进行实验任务的设计。

实验为3(操作区域：左、中、右)×3(任务一、任务二、任务三)×3(三次重复)混合设计[6]。实验设备及区域划分如图4所示，任务具体内容如表3所示。在被试进行任务的过程中，实验工作人员记录完成任务所用时长和任务出错率，任务完成后被试需对每一项任务操作的舒适度和可行性，以及对于三个操作区域进行主观评价，了解用户的体验满意度。

图4 区域划分图

序号任务具体内容任务一利用上下滑动功能,浏览图片5张任务二利用左右滑动功能,浏览图片5张任务三利用双击启动和长按拍照功能,启动相机并拍摄照片1张

2.3.3 实验变量

实验的自变量为触控区域的位置以及三项不同的任务，因变量为被试完成一次操作任务所用时长、任务的出错率以及任务后的主观评价。任务一和任务二所用时长都是指被试从滑动第一张图片开始到第五张图片出现之间所用的时长，任务三所用时长指被试开始双击启动相机到拍摄下一张照片之间所用的时长。

2.3.4 实验流程

实验开始前首先对被试进行功能的介绍，被试需预先了解并适应操作方式，但此时被试对于实验具体任务并不知情。

正式实验开始后，20名被试按照序号依次进行试验。被试根据实验要求，依次完成27个实验任务。进行三次重复实验是为了避免偶然性事件的发生对实验结果产生影响，降低实验结果的误差。

在操作任务完成后，被试需对每一项任务以及三个操作区域进行舒适程度、可行性等因素进行主观评价，主观评价采用5 级 Likert 量表进行量化，其中1分为非常不满意，5分为非常满意。

表4 实验数据

3 结果

3.1 任务所用时长

任务所用时长指每一次操作任务从开始到完成所用的时间见表4。本实验共得到3×3×3×20=540个时间数据，每项在不同操作区域的任务平均所用时长如图5所示。

图5 任务所用时长柱状图

对以上数据进行横向比较与纵向比较，经分析可知，对于右利手用户，当操作区域位于手机中间位置时，操作用时最短、效率最高，位于左侧(指尖落点方向)时操作效率次之，但十分接近，而右侧最低。这一实验结果与上述问卷调查结果相符。而对于不同任务，操作所用时长较为平均，不存在用时过长现象。

3.2 任务出错次数及学习效果

任务出错次数指的是在完成实验任务的过程中出现误操作的次数。由实验数据可知，任务出错次数主要与触控位置有关，触控位置对任务出错次数有显著影响。如图6所示，当在左侧和中间位置操作时，平均出错次数均小于1；在右侧位置操作时，平均出错次数为1.5、1.0、1.05，出错率相对较高。

另外，每项任务的三次重复实验所用时长均呈现逐渐降低的趋势，即第一次平均用时>第二次平均用时>第三次平均用时，这一结果反映出被试对于三项任务的操作均产生了学习效果。

图6 平均任务出错次数柱状图

3.3 主观评价

实验结束后，引导每一位被试对任务的难易程度、可行性以及不同位置的操作舒适度进行了主观评价。结果表明，用户对于任务三即双击启动相机的评分最高，任务一与任务二次之；用户认为触控区域位于中间和左侧时操作舒适度最高。另外，根据使用后的意见反馈，被试普遍认为OPPO N1手机的背部操控模块在位置和区域大小上存在问题。

3.4 最佳属性分析

(1)位置：参考图2食指活动范围得到食指指尖落点的大致范围，遵循用户手部尺寸的随机性及设计的平均性原则，并结合主观评价意见的反馈，得到背部触控模块的最佳位置为手机上三分之一部分的区域。(2)尺寸：根据表1食指远位指关节宽得到指球肌平均尺寸大致为15 mm，根据问卷调查结果，用户认为图3中的①和②区域最为舒适，且实验结果表明这一区域操作效率最高。为同时满足右利手与左利手在中间和指尖落点方向上的操作舒适性要求，提出手机背部触控面板最佳尺寸范围为长30-40 mm、宽15-20 mm。(3)功能：根据实验结果，由于出错率较高，淘汰在指定页面切歌、在指定页面单击录音等功能，正式实验的三项任务均用时少、效率高、出错率低，因此背部触控模块的功能可初步设置为双击启动、长按执行、上下滑动、左右滑动。

4 讨论

从问卷结果和实验数据来看，不同操作区域对任务完成时间、任务出错率以及用户的主观评价有显著影响，这与预期相符，表明模块位置的优化确实可以提高操作的效率和舒适性。

在引导被试进行主观评价时，通过访谈，了解到被试更多、更直接的操作感受，不少被试指出，该实验设备(OPPO N1)在使用时并不舒适，存在触控区域较大、很难分辨边界、位置较低等诸多问题，这些问题的产生与被试的手部大小密切相关，而这一问题的提出将为手机的相关设计与改进提供依据[7]。但在用户手型各异的背景下，使用的手机尺寸也并没有很显著的规律性，因此要提升每一位用户的体验满意度存在较大的难度，也是本研究的局限性所在。

而对于功能的确定，由于食指在手机背后，较难进行如打字、点击按键等精细操作，因此背部操控模块主要用来滑动、浏览页面。实验设备的操作功能主要有上下左右滑动、拍照、录音、控制音乐播放等，但由于操作难度大、出错率高，通过预实验淘汰了部分功能[8]。

5 结语

针对大屏幕、高屏占比手机成为市场主流，单手操作手机愈发困难这一现象，提出背部触控具有较高的利用价值。通过调查问卷了解用户的操作习惯、操作舒适区域等，结合实验设计得到背部触控模块的最佳形态、位置和功能。该结果可为手机开放商设计与改进产品、提升用户体验满意度提供明确的方向和指导性方案。另外，本文还存在一些不足之处，由于实验材料的局限性，实验未能尝试更多操作功能，未来可通过程序的设计与改进，测试更多功能的可行性。