基于模糊信息公理与格式塔原理的老年人APP界面评价

梅志成 李永锋

（江苏师范大学机电工程学院，江苏 徐州 221116）

根据国家统计局研究，预计在2021到2025年期间，我国社会人口结构将经历从轻度老龄化到中度老龄化转变的过程。随着1960年之后出生的群体逐渐达到退休年龄，老年人人口增长的速率会明显加速。预计到2030年，我国老年人口将占总人口的25%左右[1]。然而，有许多公共服务类网站及移动应用程序（APP）无法实现无障碍化及老年模式普及，大多数网站和应用存在复杂的界面交互、混乱的主页布局和不友好的操作等问题，这使得老年人在如今的信息化社会中遇到各种障碍，面临“数字鸿沟”[2]。

格式塔原理被广泛运用于设计领域中。20世纪初，德国科学家提出了“格式塔”这个概念，意为“形式”或“结构”，并定义为一个整体的结构性特征大于其组成部分之和的现象。通过对格式塔的研究，可以更好地理解大脑工作的机制和认知特征，不论是产品设计或是界面设计，都可以从中得到启发。许多研究人员已经成功地将格式塔原理运用到设计工作之中。例如，高洋等[3]使用格式塔原理来研究文创产品的造型，并将格式塔结合感性意象，探索及优化系列文创产品设计流程；杨梅等[4]以格式塔原理为指导，探寻最符合用户心理预期的界面设计风格。

用户对于设计作品的评价是模糊的、难以量化的，为了解决这一问题，Chou[5]把信息熵、信息公理和模糊数学理论融合起来，通过量化评估产品设计方案来筛选出最佳设计方案。相较于产品设计，界面设计的本质就是解决虚拟世界的信息传递问题，是设计者将信息通过有序的整合来传达给用户；Hsiao等[6]通过模糊熵来测量网页设计的知觉度，以此来选取最优的设计；还有研究人员认为可以使用熵权和灰关联的方法来评估老年人界面设计，以优化现有界面设计[7]。

综上所述，尽管格式塔原理在界面设计领域已被广泛应用，并且模糊信息公理为设计提供了量化评估手段，但在老年人APP界面设计中，很少有研究将两者结合起来。相对于应用于设计领域的格式塔原理，引入模糊信息公理，可以为设计评价提供量化手段，解决用户对设计作品评价模糊、难以量化的问题。同时，模糊信息公理和格式塔原理结合，强调对老年人认知和心理特点的关注，为评价提供了更具针对性和全面性的框架。本文提出一种基于模糊信息公理与格式塔原理的界面设计评价方法，先根据格式塔原理在界面设计中的作用来构建格式塔评价体系，再通过模糊信息公理来计算各界面信息量,进而根据信息量来进行决策。本文以老年人银行APP首页界面为案例进行研究，并对其方法进行验证。

1 理论背景

1.1 模糊信息公理

公理设计的主要内容是将设计的过程抽象为域、层次结构、映射等概念以及独立公理和信息公理。独立公理强调在保持功能需求独立性的前提下进行设计；信息公理则在独立性公理的基础上，认为最优秀的设计方案是包含信息量最少的方案[8]。信息量的多少则是由它所满足的功能需求的成功概率来决定的[9]，也就是若满足指定功能要求的成功概率为P，那么其对应的信息量I是：

在针对老年人APP界面设计实施中，成功概率P可通过系统范围与建议的设计方案的完整性来衡量，即P为系统范围S与公共范围C的比值[10]，则信息量I可以由公式（2）表示：

信息公理虽然为设计者提供了一个可量化的设计评价准则,然而需要事先知道评价对象指标的确切数值,才能进行信息量的计算。老年人APP界面设计中的众多因素具有让人难以确定数值的随机性和模糊性，往往通过类似于“较好”“好”“一般”“较差”等模糊的评价词语而非准确的数字来描述[11]。模糊信息公理就是使用模糊数学的方法与定性的文字描述指标集相结合，将模糊的评价词语进行数值化处理，再运用信息公理计算来计算信息量，以进行综合评价的一种方法。

1.2 格式塔原理

格式塔原理的基础理论认为，人类视觉系统具有自动输入和构建结构的能力，能够将形状、图形和物体等视觉元素进行整体组织，而不是对单个元素进行分析[12]。共有 7 个格式塔原理，分别是接近性（Proximity）、相似性（Similarity）、封闭性(Closure)、连续性（Continuity）、对称性（Symmetry）、主体与背景(Figure and Ground)以及共同命运（Common Fate）。

接近性指的是人们在视觉上会自动将靠得近的元素归为一组或一类；相似性指的是人们在视觉上会把具有明显共同特征（形状、大小、共同运动、方向、色彩等）的物象作为一个整体归为一类；封闭性指的是人们在视觉上会把不完全封闭的物象当成一个统一的整体；连续性指的是人们倾向于在一系列点或线条中看到连续的流动路径；对称性指的是人们倾向于围绕中心点或轴线感知对称的形状为整体；主体与背景指的是用户焦点所在的元素称为主体，其余元素则构成了背景，在主体和背景重叠的情况下，人类视觉系统会倾向于将较小的物体识别为主体，而将较大的物体视为背景；共同命运指的是当一组对象以相同的方式或同步移动时，观察者会认为它们是一个整体或属于同一个组，人们倾向于把以相同方式移动的物体群组化在一起。格式塔原理常以多个组合的形式运用在界面设计之中，可以让信息传递更有效率、更精确，实现高效的信息传达[13]。

2 研究方法

基于模糊信息公理与格式塔原理的老年人APP界面评价研究的过程包括：构建格式塔评价体系；隶属函数类型及系统范围确立；进行界面评价实验；选择最优设计方案。具体研究过程，如图1所示。

图1 研究框架。

2.1 格式塔评价体系构建

根据老年人APP界面设计的特点，格式塔原理中的亲密性、相似性、封闭性、主体与背景和共同命运这5个原则在APP界面设计中起重要作用[14]。所以在本研究中，根据格式塔原理在界面设计的作用，构成格式塔评价体系，具体评价指标如下：

（1）接近性。在实际的界面设计中，可以合理利用信息之间的间距差异来达到信息分组归类的作用，有利于用户更好地理解和分辨界面信息。同时，可以合理利用留白，使信息组之间被留白区分开来，从而使页面更加整洁有序。相较于年轻人，老年人的记忆能力大幅衰退，在菜单设计中，同类功能可以放在一起，可以帮助老年人更好地理解和记住功能布局，减少认知负荷[15]。

（2）相似性。在界面设计及布局的时候将同等级的元素在大小、风格、色彩上保持一致，从而有利于用户对于信息的理解[16]。老年人的信息处理能力相对较弱，利用相似性原则进行设计，可以降低认知负荷，使信息处理过程更加顺畅。例如，所有的相关功能都可以使用相同的颜色或图标，这样老年人可以更容易地识别功能区域。

（3）封闭性。封闭性原则可以帮助设计师在APP界面设计中控制应用程序中显示的信息和元素数量，提高用户体验和可用性，使应用程序更易于使用、更加简单明了。对于老年人来说，封闭性可以帮助更好地理解和使用界面，减少了需要处理的视觉复杂性[17]。例如，使用明显的边框或背景色来区分不同的功能区域。

（4）主体与背景。可以通过大小和与背景的关系来突出希望传达的内容[18]。对于老年人来说，主体与背景可以帮助更容易地关注到最重要的信息或功能。例如，将最常用的功能设计成主体元素，将辅助功能设计成背景元素。

（5）共同命运。在APP界面中，滚动、动画或其他界面元素的移动中，统一的、同步的动作可以减少界面的复杂性，使用共同命运原则可以帮助老年人更容易区分和识别信息，减轻老年人的混淆和焦虑[19]。

2.2 隶属函数类型及系统范围的确立

各指标属性值量化的方法根据不同的指标类型而不同，通常可以整理归纳为三类：效益型、成本型和目标型。效益型指标要求其属性值越大越好；成本型指标要求其属性值为越小越好；目标型指标要求其属性值要接近一个特定的值。

模糊评价不是用确切的数值，而是用等级概念（如优、良、中、差）来评价隶属度的高低。对于模糊评价指标需要通过使用介于0和1之间的实数来证实其程度，这个实数就是隶属度。描述模糊概念的准确度可以表示为不相同情况下隶属度的不同的变化规律，这种描述其变化规律的函数被称为隶属函数。选择合适的隶属函数是描述模糊概念的关键。一般而言，隶属函数可以表示为三角形、梯形、钟形、岭形、矩形等。三角形隶属函数的形状非常简洁，而且它们的计算过程也相对容易[20]，因此本研究采用三角形隶属函数。

系统范围表达了设计者的意图和对各评价指标重要性的判断，同时反映出用户需求这一核心因素。在确定隶属函数类型后，根据构建的评价体系，按各指标的相对重要程度规定系统范围。

2.3 老年人界面评价实验

老年人界面评价实验分为两步进行，分别是：

（1）实验样本生成。本研究以老年人的实际需求为基础，分析APP首页界面的功能，结合基本用例模型和通用设计原则，以当下老年人最常使用的APP为依据，选取部分已有的适老化界面，隐去影响老年人客观判断的信息来生成实验样本。

（2）老年人界面评价实验。实验样本制作完成后，本研究邀请老年人在实验样本上执行使用频率较高的任务，根据构建的格式塔评价体系，采用问卷形式对其中的主观指标进行评价，其中“好”表示该样本完全符合格式塔评价要求，“差”表示该样本完全不符合格式塔评价要求。

2.4 界面评价模糊信息量计算

将收集到的评价指标集合与评价指标集合进行整合：

模糊设计范围和模糊系统范围的交集为模糊公共范围，该部分可以满足功能要求，如图2所示。每个格式塔评价体系的模糊信息量计算公式为[21]：

图2 系统范围与设计范围的隶属函数曲线。

每个样本的界面评价模糊信息总量计算公式为，其中m表示格式塔评价指标的数量：

2.5 确定最优方案

模糊信息量越小，代表着样本接近最优方案的可能性就越大。根据界面评价模糊信息量的计算，确定模糊信息量最小的样本为最优方案。这个评估过程可以帮助评估界面设计的优劣，并为设计者提供有价值的反馈信息，以进一步改进设计方案。

3 案例研究

金融服务类是首批针对老年人用户体验进行改造的APP类别之一，同时老年人也越来越倾向于在线上办理业务，所以银行APP的改造显得更加重要。并且银行APP所包含的功能众多，老年人用户对于各样本界面各功能布局与交互设计提出了更高的要求，因此选择了目前苹果手机应用商店下载量最大的6家银行的APP老年模式界面作为案例。

3.1 银行APP界面格式塔评价体系构建

根据老年人银行APP界面设计的特点结合格式塔原理构建格式塔评价体系，对各项格式塔的评价标准进行释义以便于老年人理解，具体如表1所示。

表1 格式塔评价体系各评价指标释义

3.2 银行APP界面隶属函数类型及系统范围的确立

三角形隶属函数的形状非常简洁，其计算过程也相对容易，所以在计算老年人移动应用界面时的计算精度要高于其他更加复杂的隶属函数，因此本研究采用三角形隶属函数。研究人员用模糊词语评价等级集合B={好、较好、一般、较差、差}来评价设计方案是否与某个格式塔原理要求相符合的程度，其隶属函数的分布曲线见图3。邀请6名界面设计专家，以焦点小组的形式，根据老年人银行APP界面设计的特点以及格式塔原理在老年人银行APP界面设计中的运用，讨论出一个确定的银行APP界面系统范围。

图3 三角形隶属函数。

3.3 老年人界面评价实验

3.3.1 实验样本生成

在APP界面中，主页是用户了解应用信息的重要入口，也是用户触达各功能的最主要入口。因此，一个优秀的老年人主页设计应该注重用户的理解和认知。为了避免品牌影响到本次实验，在最大限度地保持界面原本设计特点的原则下，隐去了界面所有品牌有关的信息，最终生成了银行APP首页样本，见图4。

图4 银行 APP 样本。

3.3.2 银行APP老年人界面评价实验

本研究邀请52名老年人，其中26名男性、26名女性，平均年龄63.5岁，矫正后视力为0.8以上，无色盲、色弱问题，被邀请的老年被试者都有着1年以上的智能手机使用经验。在日常居家使用手机的情景下，根据各功能的使用频率，选择老年人使用次数较高的三个任务作为测试任务，分别是余额查询、转账以及生活缴费。每位被试者以自己最为舒服的姿势对APP界面进行操作体验，同时，实验样本被随机化处理，以此平衡实验过程中产生的练习效应，来确保评价内容真实且准确。最后，被试者对APP界面设计根据格式塔评价体系进行主观评价，由研究人员对被试主观评价进行汇总结果统计，第1位被试的统计结果如表2。

表2 第1位被试各样本界面主观评价表

3.4 界面评价模糊信息量计算

根据公式（3）（4），将收集到的52名被试的评价结果进行评价整合，结果如表3所示。

表3 各样本界面主观评价整合表

以样本1为例，计算其信息量。如图5所示，图中填充为深灰色的区域就是评价等级为“一般”时的模糊公共范围；箭头所指浅灰色区域就是模糊系统范围。根据公式（5）计算样本1的接近性信息量为1.778 8。以此类推，计算样本1其他4个格式塔评价指标信息量，并最后根据公式（6）得出样本1的总信息量为8.513 0。同理，所有样本的信息量计算结果如表4所示。

表4 各样本界面信息量计算结果

图5 格式塔隶属函数曲线。

3.5 银行APP界面确定最优设计方案

由表3可知，样本4模糊信息量最小，属于最优方案；其次是样本3和样本5其设计也获得了较高的评价；样本6和1号样本的评价则居中，它们的设计没有明显的优势；而样本2的评价最低，其在老年人首页界面设计方面的表现欠佳。

4 讨论

在上述方案中，样本4以其简洁明了的设计在老年人界面设计中表现最佳，采用淡黄色背景的功能图标和3×3排列的布局，使得主要功能在首页约占60%的空间，大型元素和鲜明色彩的运用易于吸引老年用户的注意，便于快速识别和操作。样本5通过巧妙布局减少了首页信息密度，尽管功能间分隔不够明显，但将最常用功能固定在显眼位置，其他功能则巧妙折叠，有效降低了认知负担。相比之下，样本3虽功能数量少，但因功能间视觉相似性高，实际增加了老年用户的识别难度。样本6因功能区域视觉差异不明显而显得平庸，而样本1的复杂图标设计可能对老年用户造成过大认知负荷。样本2因主体与背景区分不清、图标线条不清晰及色彩对比度不足，在信息量和用户评价上表现最差。

为了设计出更加符合老年人认知规律的界面，在过程中应该遵守以下设计原则：

（1）简单明了的主体设计。接近性和封闭性原则可以帮助信息和功能的有效组织。每个页面应只显示与当前任务直接相关的信息和选项，减少界面的信息量，避免信息过载。

（2）明显的主体与背景区分。主体与背景原则强调区分重要元素和次要元素。常用和重要的功能应该在界面上有明显的提示，可以通过颜色、大小、形状或明度来区分主体和背景。

（3）视觉效果的差异性。相似性原则指导通过不同的视觉效果区分各个功能。设计时应尽可能使各功能的视觉效果有所区分。

（4）功能区分与布局。接近性和共同命运原则指导组织和布局功能。常用的功能图标固定在显眼位置；次常用的功能降低展示面积；其他功能则折叠至全部的二级菜单。

（5）色彩和对比度。相似性和接近性原则指导界面上的不同部分之间的关联性。在设计中应使用明快且对比度强的色彩，凸出重要功能信息，减少不必要的信息量，以便于老年人更好地认知界面。

5 结语

本研究构建了一种APP界面设计评价方法，它将模糊信息公理与格式塔原理有机结合，从而为用户提供了一种具有可衡量性的设计评价标准，有效地解决了在老年人信息终端界面设计中存在的主观性和模糊性问题，进一步提升了设计评价的质量。案例研究表明该评价方法可以有效地辨别出更适合老年人使用的APP界面，从而为老年人在使用界面时的用户体验提供了理论支持。本研究提出的评价方法不仅适用于老年人APP界面，同样适用于其他类型的界面设计，可在智能交通、工业界面、社交媒体、医疗信息系统、游戏设计和教育技术等多个领域发挥作用。通过关注用户认知和体验，该评价方法为提高产品和服务的用户体验及用户满意度提供了广泛的潜在价值，使得其能够为不同领域的设计问题提供解决方案。为了提供更具体和深入的设计洞见，后续研究将综合考虑用户的更多背景信息，如教育背景、生活环境以及使用场景等，深入分析这些因素对用户体验的具体影响，以期进一步提升老年人的使用体验。