UCD研究进展、热点与趋势分析

武星廷，陈永康，刘梦非

【设计研讨】

UCD研究进展、热点与趋势分析

武星廷，陈永康，刘梦非

（湖南大学，长沙 410082）

利用文献计量学对UCD设计方法的研究现状进行可视化分析，探索UCD的研究热点及未来前沿趋势。以Web of Science核心合集数据为分析样本，利用Citespace、VOSviewer将该研究主题的文献发文量、国家和组织合作、学科领域分布、关键词、高被引文献、核心作者等内容生成可视化知识图谱，并结合相关参数进行综合分析解读。检索范围内文献产量呈逐年升高趋势。北美、北欧等发达国家的文献产量处于该领域前列，机构合作现状呈现出区域内研究合作紧密、跨区域合作较为分散的现象。在学科分布方面，UCD呈现出多学科交叉融合的态势，不仅在设计学、计算机科学领域有所应用，而且在医学、心理学、教育学等领域也有交叉应用。关键词聚类共呈现出五大研究热点，分别为数字医疗、可用性工程、人机交互、以用户为中心的设计、设计评估，聚类呈现出从传统关注于产品本身到关注于人的转变态势。其中高被引文献形成了5大聚类，提供了众多UCD的关键性方法理论，构成了UCD设计方法的闭环流程。未来在设计流程、方法工具、设计范围等方面将对UCD人员及其设计团队提出更高的要求。

UCD；以用户为中心的设计；人机交互；知识图谱；Citespace；VOSviewer；文献计量

“以用户为中心的设计”（User-Centered Design，UCD）最早来源于唐纳德·诺曼（Donald·A·Norman）1986年出版的专著《User-Centered System Design: New Perspectives on Human-Computer Interaction》，书中首次提出了以用户为中心的计算机人机界面设计[1]。UCD（User-Centered System Design，以下简称UCD）是一种设计理念，为用户体验（User Experience，以下简称UX）提供了一系列的流程和方法[2]。UCD方法是通过对用户的深刻洞察并根据其行为需求进行设计的，最后通过用户的使用效果再对设计进行评估[3]。随着该方法的提出，越来越多的研究者、设计师等群体将UCD介入相关产品设计研究中，产出了许多优秀的研究文献成果。因此，本文将Web of Science（WOS）核心合集数据库作为数据来源，运用Vosviewer和Citespace文献计量工具生成科学知识图谱，通过定量的系统性梳理来全面把握该设计方法的应用趋势和研究热点，为未来的人机交互、用户研究等领域提供一定的参考。

1 数据来源和研究方法

本文所采用的数据源于Web of Science数据库核心合集，检索范围为WOS数据库1985年1月—2020年12月的文献；检索关键词为“User-Centered Design”，文献类型限定为“Article”and“Review”。通过检索、筛选、去重后共得到有效文献2 163篇。将所检索的文献导出为全记录与引用的参考文献（包含题目、作者、关键词、摘要、出版年份、参考文献等关键信息），以用于生成可视化知识图谱进行量化分析。

本文所采用的分析工具有2种，一是美国德雷克大学陈超美[4]基于Java平台研发的Citespace5.7 R4软件，二是荷兰莱顿大学科技研究中心Vaneck等[5]基于相似性算法研发的VOSviewer文献计量工具。近年来利用文献计量学的方法研究某一学科的发展脉络已经成为各研究领域的关键手段，Citespace和VOSviewer能够提取所选文献内的关键信息、构建要素共现网络，并提供可视化的知识图谱。因此，通过2款文献计量可视化软件的结合应用，将有利于挖掘UCD设计领域的研究现状和发展趋势。

2 UCD研究趋势热点

2.1 文献产出基本特征

文献的年度产出数量在一定程度上可以反映该领域长期以来的受关注程度和重要程度。从WOS导出文献数据进行清洗去重后，可得到UCD年均发文量统计图，见图1。从图1可知，年均发文量整体呈上升趋势，可见UCD设计方法近20年来都受到广泛的关注。近5年的发文量有急速上升的趋势，并且未出现峰值拐点，说明该领域还处于发展阶段，近年来依旧是热点研究方向。

图1 UCD年均发文量统计图

2.2 学科及期刊分布情况

根据WOS文献池统计，检索范围内共有172个学科关联到UCD设计方法，其中发文量排名前5的学科分别为医学信息学（Medical Informatics），记录数为340条，占比15.719%；计算机信息科学（Computer Science Information Systems），记录数为331条，占比15.303%；人机工程学（Ergonomics），记录数为298条，占比13.778%；计算机科学与控制论学（Computer Science Cybernetics），记录数为273条，占比12.621%；保健科学（Health Care Sciences Services），记录数为265条，占比12.252%。通过跨学科交叉，UCD给这些学科带来了新的研究思路和研究视角。此外，UCD作为一门跨学科的设计方法，不仅在互联网、计算机科学领域有所应用，在医学、人机工学等领域也有所应用。

通过分析期刊的双图叠加结果，可以把握UCD期刊在学科期刊地图上的分布情况，并寻找与之相关的其他期刊的引证关系。利用Citespace对样本中的UCD期刊数据进行期刊的双图叠加分析，见图2。通过对发文期刊的学科分布、国家分布、发文量、影响因子进行梳理，进而得到表1。如图2所示，图左侧是基于10 000多种SCI/SSCI期刊之间的引证关系创建的期刊地图，描述了UCD主要期刊分布类群，叠加的椭圆表示引用期刊在科学期刊地图上的位置，图右侧的期刊地图是根据期刊的引文关系构建的，每个点代表左侧施引期刊引用的期刊，描述了UCD主要被引期刊分布类群[6]。从左侧宏观期刊类团来看， 2 163篇文献主要期刊分布类群为：

图2 UCD发文期刊引证轨迹

表1 文献来源期刊分布（前10）

Tab.1 Distribution of literature source journal (TOP 10)

1）“数学、系统、数理”（正上方红色）。

2）“医学、医疗、临床”（左下方绿色）。

3）“心理、教育、健康”（正下方青色）。

结合引证轨迹可知被引期刊类群为：

1）“系统、计算、计算机”。

2）“健康、护理、医学”。

3）“心理、教育、社会”。

从宏观来看，系统科学、计算机、医学等领域的期刊之间存在交叉引用情况，这一结果与上文WOS文献池的学科统计结果相吻合。此外，发文期刊发文量的排名分布可印证双图叠加的结果。

发文量排名前3的期刊为《Interacting with Computers》（56篇）、《JMIR mHealth and uHealth》（55篇）、《Journal of Medical Internet Research》（52篇）。其中《Interacting with Computers》发文量56篇，位列UCD领域发文量第1位，是该领域最为活跃的期刊，该期刊主要关注新的研究范式、人机交互与设计理论、用户界面、互动过程和方法、用户体验设计、实证评估和评估策略、用户建模和智能系统、环境和移动交互等方面。位于发文量第2位的期刊为加拿大出版的《JMIR mHealth and uHealth》该期刊主要关注信息医学的应用研究，关注重点为健康和医学在移动设备、可穿戴式设备和家庭智能医疗等方面的智能化解决方案。

2.3 发文国家机构分析

全球共有75个国家或地区涉足UCD的研究，其中排名前10的国家如表2所示。

由国家和合作机构的发文量排名可知，国际著名大学、研究和设计机构为UCD设计方法的主要研究阵地。从发文量来看，美国在UCD设计方法领域的成果产出和发文量远远高于其他国家，研究水平处于该领域的世界前沿。国家共现网络可以反映国家间的合作关系，连线强度可以反映国家合作的密切程度。如图3所示，美国、英国、德国等发达国家在UCD设计领域合作较为密切。如图4所示，发文量位于前5的机构院校均来自欧洲和北美发达国家，分别为：多伦多大学（Univ Toronto），发文量32篇，篇均被引量72.359 5次；华盛顿大学（Univ Washington），发文量27篇，篇均被引量77.519 9次；特文特大学（Univ Twente），发文量20篇，篇均被引量61.169 3次；匹兹堡大学（Univ Pittsburgh），发文量18篇，篇均被引量43.630 7次；代尔夫特理工大学（Delft Univ Technol），发文量17篇，篇均被引量21.919 3次。整个合作机构共现网络形成了华盛顿大学（美国）、多伦多大学（加拿大）、代尔夫特理工大学（荷兰）3个较大的合作子群。

表2 UCD国家发文量（前10）

Tab.2 Statistics of annual average publication volume of UCD (Top 10)

2.4 高影响力作者分析

利用Citespace选取每一年被引次数TOP50的论文，构建当年共被引作者网络，然后对各年网络进行合成，得到被引作者共现网络，节点大小代表作者被引次数的频次，节点越大表示被引次数越高，代表该作者所产出的研究成果在UCD研究领域的影响力越大。如图5所示，共被引次数排名前10的作者分别为Nielsen（370次）、Norman（224次）、Shneiderman（110次）、Cooper（104次）、Brooke（100次）、Beyer（83次）、Preece（80次）、Braun（79次）、Davis（71次）、Vredenburg（70次）。其中排名前5的高影响力作者及其代表性著作和成果见表3。

图3 合作国家共现网络

图4 合作机构共现网络

图5 被引作者共现网络

2.5 以用户为中心的设计研究热词及趋势分析

利用VOS viewer对2 163篇文献进行关键词共现分析，以共现次数10次为阈值进行筛选，共生成6 886条节点连线，142个关键词，得到关键词共现图谱（见图6）。将关键词的出现时间与关键词共现图谱进行双图叠加，得到关键词出现时序图（见图7）。对关键词共现图谱的解读，有利于把握研究的主题趋势和未来的研究方向。由图6可知，高频关键词共形成5大聚类，分别为：聚类1（红色）数字健康、聚类2（绿色）用户体验、聚类3（蓝色）可用性、聚类4（黄色）人机交互、聚类5（紫色）设计介入方法。其中各聚类高频关键词，见表4。

表3 高影响力作者及其代表性著作（前5）

Tab.3 High-influential authors and their representative works (Top 5)

图6 关键词共现聚类网络

图7 关键词共现聚类叠加图

聚类1（数字健康）为UCD最新的研究热点，重点关注UCD设计方法在数字健康中的应用。如今，越来越多的健康类APP围绕用户需求、人因要素等提出了相关的设计方案，以解决健康管理领域的相关问题，将UCD设计方法与现在医疗信息技术相结合是近年来的新趋势。其中就包含中老年健康行为干预的设计与应用、病人日常行为活动检测、癌症疼痛的自我管理、公共健康问题等[12-15]。

聚类2（用户体验）重点关注用户体验设计要素。用户体验是用户在使用产品或发生交互时产生的体验感受，良好的用户体验能有效提高产品的使用满意度。Garrett[16]提出了“用户体验要素五层模型”，从抽象到具体分别为战略层（The Strategy Plane）——产品目标、用户需求等要素；范围层（The Scope Plane）——功能规格、内容需求等要素；结构层（The Structure Plane）——交互设计、信息架构等要素；框架层（The Skeleton Plane）——界面设计、导航设计、信息设计等要素；表现层（The Surface Plane）——视觉设计相关内容。该模型提供了一套用户体验设计方法论，能有效帮助产品经理、UX设计师等角色厘清设计思路，清晰地获取设计对象的内在逻辑。

表4 UCD关键词聚类梳理

Tab.4 UCD keyword clustering combing

聚类3（可用性）重点关注可用性测试评估。可用性的首要标准就是在产品设计的过程中始终考虑到用户的生理或心理需求，可用性专家Nielsen[17]提出了7条可用性评估方法，分别为启发式评估（Heuristic Evaluation）、认知走查（Cognitive Walkthrough）、正式可用性检查（Formal Usability Inspections）、多元走察法（Pluralistic Walkthroughs）、特征检查（Feature Inspection）、一致性检查（Consistency Inspection）、标准检查（Standards Inspection），此外可用性测试中评估者效应也受到越来越多的重视，在重要的评估中，应该让一个以上的评估者独立分析测试过程[18]。

聚类4（人机交互）该聚类反映出UCD方法在人机交互领域及复杂智能系统中的应用，其中UCD在残障人士辅助技术中的应用也受到越来越多的关注，此外，脑机交互也是近年来的研究热点，即通过UCD方法深入人的认知神经层面，了解操作环境中人的信息加工的神经机制[2]。

聚类5（用户介入）该聚类表明在UCD设计过程中，让用户参与设计过程能有效提高产品的用户满意度。由此衍生出许多用户介入设计的方法，其中就包含参与式设计、共创设计，这些方法能促进设计师与利益相关者的合作，并将其观点融入产品设计过程中。

在图7中，颜色从深到浅表示了关键词热度的新旧程度。由此可知，近年来UCD主要热点集中于智慧医疗产业、互联网移动应用设计、用户体验要素研究、可持续、设计思想等方面，这些也是未来的研究热点。

2.6 UCD关键被引文献理论基础

利用VOSviewer对样本中所有文献的参考文献来源进行分析，筛选出共被引次数达10次以上的文献，得到参考文献共被引聚类网络图，见图8。由图8可见，参考文献共分为五大聚类。聚类1（红色）：可用性方法论——以尼尔森（Jakob Nielsen）为代表的关于提高产品可用性设计原则的被引聚类合集。聚类2（绿色）：用户研究——以奥克兰大学Virginia Braun为代表的关于定性分析、定量分析、分析量表应用等用研分析方法的被引聚类合集。聚类3（蓝色）：可用性评估——以John Brooke教授为代表的设计评估方法的被引聚类合集。聚类4（黄色）：UCD设计方法论——以诺曼为代表的以用户为中心的设计方法论、情感化设计理论的被引聚类合集。聚类5（紫色）人机交互——以德国维尔茨堡大学心理学研究所的Andrea Kübler教授为代表的脑机接口（Brain- Computer Interface，BCI）、人机交互硬件研究的被引聚类合集。聚类中关键被引文献及其主要成果，见表5。

该五大聚类的研究内容共同构成了UCD设计方法的闭环流程，结合关键词聚类和被引文献聚类进行梳理分析可得到UCD概念设计流程方法模型，见图9。整个设计流程可分为5步，从前期的用户需求采集、用户需求定义、设计选择、设计输出到后期的设计评估，可有效将相关产品从初步的概念延伸到最终的实现评价。

图8 参考文献共被引聚类网络

表5 UCD关键被引文献聚类梳理

Tab.5 UCD key cited literature clustering combing

图9 基于UCD概念设计流程与方法

3 结语

从论文发文量来看，UCD领域的发文量呈现出逐年攀升的趋势，在发文学科、期刊方面也呈现出多学科融合的趋势，不仅仅在传统设计学科方面，在医学信息学、计算机科学、人机工程等领域也有较多关注和应用。

从发文国家、机构、作者来看，美国、英国、加拿大、德国、荷兰等发达国家在UCD研究应用领域走在世界前列，呈现出跨区域合作分散、区域内合作紧密的现状；从关键被引作者来看，Jakob Nielsen、Don Norman、Ben Shneiderman、Alan Cooper等是UCD主要方法论及原理的贡献者。

从关键词聚类来看，当前UCD研究现状大致分为5个方向：数字健康、可用性工程、人机交互、以用户为中心的设计、设计评估。可见未来产品设计将越来越关注于人本身，尤其在健康自我管理、可用性测试、用户体验设计等方面的应用将成为未来的研究热点。

从参考文献聚类来看，高被引文献所提供的关键性成果有可用性评估方法、定性/定量研究方法、用户测试量表、UCD设计概念理论等，这些方法构成了UCD设计的闭环流程，为之后的研究者提供了有效的经验借鉴。

随着数字时代的到来，智能技术与UCD方法的结合愈加紧密。5G通讯、人工智能、大数据、区块链、物联网等新技术的广泛应用，使UCD方法迎来了新的发展态势。从设计流程来看，UCD从最初集中于产品前期调研、产品设计阶段，开始灵活地融入全流程敏捷开发，包括产品运营、设计迭代、测试走查、项目复盘等流程；从方法工具来看，除UCD常用的问卷调研、可用性量表、原型设计等方法之外，还表现出数据、模型驱动与人文社科相结合的趋势，如数据埋点、数据挖掘、大数据采集与认知心理学、社会学等社科领域相结合的方法；从设计范围来看，UCD已从传统单一的交互式UI、产品可用性设计，转变为全方位的UX生态系统设计，注重多层次、多通道的用户体验需求，形成了整合设计的态势。

因此，未来的UCD设计会更加注重多学科融合的方法和新工具技术的应用，将对UCD团队人员的学习能力、沟通能力及创新意识提出更高的要求。

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UCD Research Trends and Hot Spot Analysis

WU Xing-ting, CHEN Yong-kang, LIU Meng-fei

(Hunan University, Changsha 410082, China)

The paper aims to conduct a visual analysis of the current research status of UCD design methods by using bibliometrics and explore the research hotspots and future frontier trends of UCD. With the data of the core collection of Web of Science as the analysis sample, Citespace and VOSviewer are used to generate visual knowledge graphs of literature publications, national and organizational cooperation, subject area distribution, keywords, highly cited literature, core authors, etc. of this research topic, which are combined with relevant parameters for comprehensive analysis and interpretation. The literature output in the retrieval range shows a trend of increasing year by year. The literature output of developed countries such as North America and Northern Europe is at the top of the field, and the current situation of institutional cooperation shows a phenomenon of close intra-regional research cooperation and more scattered cross-regional cooperation. In terms of disciplinary distribution, UCD shows a multidisciplinary integration, with applications not only in the fields of design science and computer science, but also cross-applications in the fields of medicine, psychology, education, and so on. The keyword clusters show five major research hotspots, namely digital health, usability engineering, human-computer interaction, user-centered design, and design evaluation, and the clusters show a shift from the traditional focus on the product itself to the focus on people. The highly cited literature forms five major clusters, which provide many key methodological theories of UCD and constitute the closed-loop process of UCD design methods. In the future, higher requirements will be put forward for the personnel and their design teams of UCD in terms of design process, methods and tools, and design scope.

UCD; user-centered design; human-computer interaction; knowledge map; Citespace; VOSviewer; bibliometrics

TB472

A

1001-3563(2022)16-0274-10

10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.16.031

2022–03–18

教育部人文社科青年基金（18YJC760050）

武星廷（1997—），男，硕士生，主攻设计理论与实践、人机交互及用户体验设计。

刘梦非（1983—），女，博士，副教授，主要研究方向为设计评价方法、大健康及养老领域的设计开发。

责任编辑：马梦遥