人工智能時代的“人機交互技術”課程教學改革研究

戴家樹 嚴楠 劉濤 谷靈康

摘要： 隨著人工智能學科和產業的快速發展，對人性化、智能化的交互方式的需求越來越高，使得《人機交互技術》課程在計算機學科中地位得到了極大的提升。該文在綜合了近幾屆《人機交互技術》課程教學過程中的經驗和教訓的基礎上，依據最新的人工智能發展趨勢和需求對現今的《人機交互技術》課程的教學內容、案例教學和實踐實驗教學進行了初步探究，學生教學反饋較好，為今后人工智能新挑戰下的《人機交互技術》課程教學提供一些新的思路。

關鍵詞： 人工智能； 人機交互技術； 交互設備； 交互設計； 教學改革

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）30-0146-03

Abstract： With the rapid development of artificial intelligence discipline and industry， the demand for humanized and intelligent interaction is getting higher and higher. This has greatly enhanced the status of Human-Computer Interaction Technology in the computer science discipline. According to the latest development trend and demand of artificial intelligence， the teaching content， teaching example and experimental teaching of Human-computer Interaction Technology are preliminarily studied on the basis of the experience and lessons of the course teaching in recent years. The student's teaching feedback is better. It can provide some new ideas for the teaching of Human-Computer Interaction Technology under the new challenge of artificial intelligence in the future.

Key words： artificial intelligence； human-computer interaction technology； interactive equipment； interactive design； teaching reform

1 引言

人機交互技術 （Human-Computer Interaction Techniques） 所指的是采用各種輸入設備將多源數據輸入計算機內，并將計算機運算結果通過輸出設備給人類做出反饋，從而實現人與計算機之間信息交流的技術。認知心理、人機工程學等學科是它的理論基礎。通過什么樣設備輸入到機器內，機器如何處理這些數據，以及通過什么樣的設備給人類做出反饋成為人機交互技術的關鍵點。

《人機交互技術》課程的教學改革一直都受到了廣大學者和一線教師的探討。該課程的雙語教學改革[1]被進行了深入討論，探討雙語教學中的教學理念和方法。孫紅玉[2]等在曲阜師范大學開設該課程多年的經驗基礎上，進行了相應的教學改革。胡勇[3]等以面向本科教育和工程教育為教學目標，對該課程的教學進行了探索。同時，國外針對人機交互技術課程也有廣泛的討論，Urquiza-Fuente[4]等討論了人機交互過程中的實踐教學。美國斯坦福大學的《人機交互技術》課程在全球范圍內收到了廣泛關注，有學者也專門針對其開設的課程進行了相應的教學探索[5]。

伴隨著虛擬現實、增強現實、混合現實、云計算、大數據、物聯網等一系列新技術的涌現，計算性能的大幅提升，人工智能學科掀起了一股智能產品熱潮。同時，人工智能對計算機大類專業的人才培養已經產生了較大的影響，很多教學研究人員已經開始討論人工智能背景下的專業改革[6]。在工業4.0時代，人工智能和人機交互技術將會占到至關重要的地位[7]。

人和機器之間的交互發生了質的變化，由傳統鼠標、鍵盤等交互方式逐漸演變成更為人性化的多通道交互行為。中國科學院自動化研究所的陶建華[8]等研究了多通道人機對話的魯棒性等問題。人工智能對交互設計產生了極大的影響[9]。智能時代下未來人機交互的發展必然會受到了廣泛關注[10]。

人工智能時代下的產品對應用場景和操作方式提出了新的需求，要求能夠構建良好的人機交互界面，實現友好的人機交互。人工智能的終極目標是類腦智能，讓機器具有和人類大腦類似的計算、分析能力。而人機交互技術的終極目標是讓人和機器的信息交互同人與人交流一樣便捷。從而，人工智能技術將會革新人機交互技術。《人機交互技術》課程需要適應人工智能的浪潮，涌現新的適應人工智能時代的教學變革。因此人工智能背景下的《人機交互技術 》課程的教學不只是教學內容的更新，而是涉及教學理論的更新、知識結構的重構、多種教育教學手段的有機結合等問題。本文從人工智能背景下的《人機交互技術》課程教學內容、案例化教學、實踐實驗教學的角度進行教學總結。

2 人工智能時代下《人機交互技術》課程的教學內容

《人機交互技術》作為軟件工程專業的一門重要的專業方向課，安徽工程大學計算機與信息學院開設該課程已有五年多時間，授課對象為軟件工程專業的高年級本科生，授課人數已達500余人，現每學年授課人數近180人左右。我校《人機交互技術》課程的授課學時為48學時，其中理論教學24學時，實踐實驗教學環節24學時。根據軟件工程專業的培養方案設定，該課程選用清華大學出版社的《人機交互基礎教程》作為課程教材。

《人機交互技術》的教學大綱中關于課程的教學內容包括人機交互技術的理論基礎，人機交互涉及的交互式設備，現階段人機交互采用的技術，人機交互界面的設計原則，人機交互的表示模型與實現，Web端和移動端的界面設計，人機交互界面的可用性和評價標準等。

人工智能產業帶來的快速需求，對人工智能界面的輸入與輸出提出了新的需求，要求《人機交互技術》的課程內容能夠包含智能化的人機交互界面設計。

隨著技術變革，人機交互界面的輸入方式由傳統的鼠標，鍵盤等觸控輸入轉化為手勢、語音、動作、表情、唇動、眼動等單通道輸入，直至現如今人工智能時代的多通道輸入方式。故而課程內容中需要加入多通道信息輸入界面的設計，多通道信息的融合技術，以及如何通過多通道信息獲得決策信息。

當前人工智能產品的輸入信息趨向于多樣化，語音輸入界面與視頻輸入界面以及各種體感輸入界面之間有著較大的區別。語音輸入界面要求界面具有語音啟動接口或者手動快速啟動語音錄入，語音自動播放等功能。視頻輸入界面中需要添加視頻顯示窗體，攝像頭角度便捷切換等。體感界面中需要根據不同的體感輸入，手勢、姿態、觸覺、力覺等設計出不同個性化的輸入模式。

3 人工智能時代下的《人機交互技術》課程的案例化教學

人工智能、大數據帶來的學科發展，使得當前涌現出來一大批先進的人工智能交互式產品。教材中涉及的教學案例已經不能充分體現人工智能產品的最新發展，《人機交互技術》課程組在平時科研的過程中，結合市場上火爆的人工智能產品，通過產品實物、系統演示、視頻播放等教學手段展示了一系列人工智能時代人機交互案例。

語音類的智能產品在市場上受到了廣泛歡迎，如小米智能音響，OLLY智能音響，Jibo社交機器人等。純語音交互式的產品可以不包含交互式界面，僅提供相應的語言接口，即可完成人與人間最常用的語言溝通。如小米智能音響通過語音指令“小愛同學”進行響應啟動，再對語音、語義檢測，連接互聯網，完成相應指令。在語音類產品案例中滲入以用戶為主的交互設計思想，用戶以何種語音交互方式能夠進行快速便捷的交互。

攝像頭類的智能產品類型眾多，如web端和移動端的人臉識別、圖像美顏、視頻編輯或者各類智能安防監控類產品等。課程中將會展示智能安防系統，展示攝像頭場景快速切換，主窗體，功能按鈕如何布局，異常狀態觸發報警等，體現人機之間進行快速智能交互。

目前，各大互聯網巨頭公司都有開發代表公司先進AI水平的智能機器人，如國內百度的小度機器人，搜狗汪仔機器人等。通過電視綜藝節目視頻播放，如最強大腦等欄目，解釋欄目中出現的智能機器人，介紹其交互式輸入方式，工作原理，人機交互設計中的主要思想。

通過最新的案例化教學可以體現當前人工智能發展的最新水平，提高課程趣味性與技術先進性，增強學生的學生興趣，幫助學生快速適應當前行業需求。

4 人工智能時代下的《人機交互技術》實踐實驗教學

《人機交互技術》課程的教學目標是讓學生掌握構建友好、便捷的交互式界面的能力。實踐實驗教學在該課程的教學體系中占據至關重要地位。設置一個符合人工智能發展方向的實驗課程方案有助于學生更快掌握該課程的課程目標，適應時代發展。該課程安排四個實驗，對應當前交互式設計發展的幾個熱點方向。實驗教學安排表如下所示。

5 結論

人工智能學科的迅猛發展給計算機類專業學生的培養帶來了新的挑戰，同時為《人機交互技術》課程的建設提出了新的需求。《人機交互技術》為人工智能學科的良好可視化奠定了相應的基礎。本文綜合了現今人工智能的發展趨勢，依據現有人機交互技術課程涉及的課程內容需求，對課程的教學內容、案例化教學和實踐實驗教學都進行一定程度上的更新。通過教學反饋，適應人工智能時代新需求的教學改革受到了學生的廣泛歡迎，適應了學科發展和人才培養。

參考文獻：

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[3] 胡勇.“人機交互技術”課程教學探索與實踐[J].教育教學論壇，2017（45）：159-161.

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[5] Lin L， Qin W， Long C. The analysis and practice of the human-computer interaction course system in Stanford University[C]//. 2016 11th International Conference on Computer Science & Education （ICCSE）， IEEE， 2016： 865-870.

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[7] 于繼棟， Joy Weiss. 工業4.0/機器人：人工智能和人機交互技術將會起到至關重要的作用[J]. 電子產品世界， 2016（1）.

[8] 陶建華，王靜.基于人工智能的多通道智能人機交互[J].信息技術與標準化，2017（11）：19-22.

[9] 覃京燕.人工智能對交互設計的影響研究[J].包裝工程，2017，38（20）：27-31.

[10] 范俊君，田豐，杜一，等.智能時代人機交互的一些思考[J].中國科學：信息科學，2018，48（4）：361-375.

【通聯編輯：唐一東】