基于认知代偿的适老化人机界面信息编码设计研究

张萍 张悦蛟 李政

摘要：提升人机界面的适老化水平，从认知源头减少老年人界面信息理解和学习的难度。构建老年人操作学习过程与认知能力的映射关系模型，总结老年人的操作学习难点。以认知代偿为信息编码设计的目标。从脑机制的角度提出认知代偿设计策略。基于认知代偿策略，提出适老化人机界面信息编码设计方法。适老化人机界面信息编码设计应注重增加信息呈现维度、凸显界面基础架构、明确操作状态信息以及统一功能设计语言。

关键词：适老化；认知代偿；人机界面；信息编码；认知负荷

中图分类号：TB472 文献标识码：A文章编号：1003-0069（2024）07-0136-04

Abstract：Improve the aging level of human-computer interface and reduce the difficulty of understanding and learning the interface information of the elderly from the cognitive source. Construct a mapping relationship model between the operational learning process and cognitive ability of the elderly， and summarize the operational learning difficulties of the elderly. The goal of information coding design is to use cognitive compensation strategies. Propose cognitive compensation design strategies from the perspective of brain mechanisms. Based on a cognitive compensation strategy， a design method for information encoding of aging friendly human-computer interfaces is proposed. The design of information coding for aging friendly human-computer interfaces should focus on increasing the dimension of information presentation， highlighting the interface infrastructure， clarifying operational status information， and unifying functional design language.

Keywords：Elderly-oriented；Cognitive advantage；Man-machine interface；Information encoding；Cognitive compensation

引言

隨着年龄的增长，老年人脑部结构发生不同程度的老化，带来的是多种认知能力的衰退。现有的智能化界面设计无法契合老年用户的学习和认知特点，容易引发他们对数字产品的抵触。因此，降低人机界面信息接收和信息理解的认知负荷，是智能时代适老产品设计的重点。

脑科学研究成果表明，人类大脑皮层开始老化的时间和速度不尽相同，较慢的脑区可以替代和补偿其他脑区的功能，因此，即使存在老年退化，但仍然保持着一些不受老化影响的认知优势。另外，“代偿”的概念逐渐扩展，主要应用于感官方面的无障碍设计，已成为一种行之有效的设计方法。文献资料表明，通过声音补偿视觉交互效果，可以提高适老化产品的可用性[1]。一些研究还探讨了各种感官通道的代偿设计方法，并将其应用于适老化智能产品的设计实践中，切实提高了用户的信息感知速率[2]。目前，代偿设计领域的研究大多从感官信息接收效率的视角，解决适老化的设计问题。而较少从脑科学的角度解读老年人的思维特征，探讨界面信息设计适老化的研究。

本文基于问题解决思维的相关理论，构建老年人操作学习思维流程与认知能力的映射关系模型，分析老年人在4个阶段中出现的难点。从脑机制的角度分析老年人的认知代偿效应，根据认知优势和劣势在操作学习中的参与度，构建认知代偿模型，并为每个阶段提出相应的设计策略。最后，以认知代偿策略驱动，提出适老化人机界面信息编码设计方法。

一、老年人认知特征分析

研究显示，与已有经验相关的认知能力几乎不受大脑衰老的影响[3]，本文将其定义为老年人的认知优势。认知优势包括晶体智力、隐性记忆[4]、简单任务中的选择性注意以及语言理解能力[5]。这些认知能力，有助于老年人在熟悉的领域中快速学习。

同样，受老化影响较大的认知能力定义为老年人的认知劣势，包括感知觉、思维转换能力、形象思维能力、陈述性记忆、工作记忆（短时记忆）。另外，老化也会降低老年人对无关信息的抑制能力，对选择性注意造成负面影响，导致他们在执行困难任务时容易分心[6]。

表1总结了老年人在学习特点、智力、记忆和注意4个方面的认知优势和劣势。尽管老年用户可能会面临学习新知识和新模式的认知困难，但在提取和调用已有经验方面，他们与年轻用户表现得同样出色。因此，适老化人机界面信息编码设计应着重启发用户采用他们的认知优势，并适当补偿无法避免的认知劣势，以便更好地减少老年用户的信息理解难度。

本文以认知代偿设计策略驱动，提出相应的适老化信息编码方法，以满足各阶段认知代偿的设计目标。认知代偿策略与适老化信息编码方法的关系和主要内容如图3所示。

（一）增加信息呈现维度

体现“关键信息感知补偿设计策略”的界面信息编码方法。增加信息呈现维度的方法包括：单维度视觉刺激补偿，提高老年人信息接收效率；多维度重叠语义补偿，增强老年人对关键信息的判别力。

单维度视觉刺激补偿，就是通过增強设计元素某一维度的属性，从物理层面补偿老年人升高的感觉阈值，从而提高信息感知效率。突出设计元素某一维度的属性，能快速引导老年人的视觉注意，从而提高信息搜索效率。常用的相关信息编码方法包括：增加色彩的明度和纯度、增大元素形态和符号的面积、增加具有动效属性的设计元素。

多维度重叠语义补偿，就是通过多维度属性表达同一性质的内容。这种编码方法能够增强关键信息的语义，强化老年用户对关键信息的信任感。另外，多维度重叠语义补偿可以调动多种认知经验和认知优势参与到信息加工中，提高界面容错率。老年用户理解任一维度的语义，便可以成功辨别关键信息。常用的编码方法包括：将重要设计元素放大并置于视觉中心、为符号元素搭配符合经验的色彩等。

图4展示的是老年血压测量仪的信息显示界面。高压值和低压值属于关键信息。在该界面中，单维度视觉刺激补偿体现在两个关键信息的形态面积上，高压和低压值是界面中面积最大的元素。多维度重叠语义补偿体现在，设计者采用位置的高低对应高压值和低压值，并增加文字描述，从两个维度体现关键信息的内容。

（二）凸显界面基础架构

体现“思维定势转换引导设计策略”的界面信息编码方法。凸显界面基础架构的方法包括：减少元素数量和嵌套层级，引导用户精准检索经验；以文字理解替代图形理解，明确提示用户放弃无效经验。

减少元素数量和嵌套层级，可以有效简化界面，突出界面基础架构。减少元素数量有利于减少无关信息的干扰。精简的界面可以帮助老年用户快速梳理核心功能的操作方法，精准检索操作经验，减少发生理解错误的可能性。另外，具有多嵌套层级关系的信息架构，很难在同一页面中展示所有内容，片面接收信息容易引发错误的经验检索，导致思维定式。而采用并列关系的信息架构清晰直观，有利于提高老年用户理解效率。并列关系在信息编码中可以表现为：形态大小一致、位置排列整齐对称、色彩明度相同等。

以文字理解替代图形理解，旨在明确提示容易陷入思维定势的老年用户进行重新学习。文字元素加入提示内容和重新学习的材料中，能够引导老年用户将更多注意力和精力置于语言理解中，调动他们的语言理解认知优势参与学习、减少与图形相关的认知劣势的参与。

图5中展示的是携程App普通版本以及关怀版本界面。关怀版相比于普通版界面元素数量少，以信息架构以并列关系为主，采用同样面积的按键表达并列关系，凸显重要功能按键，一目了然，体现了减少元素数量和嵌套层级的设计方法。界面中增大了文字的视觉面积，减少色彩种类，引导用户关注文字内容。用户仅需要调取与4个主要功能相关的概念经验就可以进行操作，很难陷入思维定势。

（三）明确操作状态信息

体现“流程记忆信息补偿设计策略”的界面信息编码方法。明确操作状态信息的方法包括：顺序关系多维度编码，提升用户对操作流程的系统认识；当前状态差异化编码，提示用户当前进度以及当下要完成的任务。

顺序关系多维度编码，可以帮助用户掌握操作流程的全貌，促进工作记忆形成，便于迁移应用到其他相似任务中。与操作顺序相关的信息需要加强时间关系呈现。信息编码中，常利用动效、形态、色彩等维度，配合空间位置关系呈现时间关系。对顺序关系进行多维度的形象化呈现，能够帮助老年用户形成与流程相关的工作记忆，理解操作原理。

当前状态差异化编码，明确区分用户当前需要完成的任务。用户需要对已完成和待完成的任务有清晰的认知，才能串联各操作步骤，形成对于顺序的记忆。差异化编码就是在相同类别的元素中，改变表示当前状态的元素某一维度的属性，常用的方法有：体现颜色差异、体现符号差异、体现形态差异等。

图6中的界面，显示的是流程信息，这些带有时间属性的信息可以增加用户对操作全貌的理解，从而促进他们形成系统的记忆。界面中采用形态配合位置关系表达时间进程，体现了顺序关系多维度编码。以从元素的色彩和符号维度，对已完成的任务、当前任务和未完成的任务给出明确的提示，体现了当前状态差异化编码。通过明确操作状态信息的方法，用户能够掌握与公司签约付款的基本操作，对支付流程形成概念后，便可以应用到其他相似的任务中。

（四）统一功能设计语言

体现“任务结构归一转化设计”的界面信息编码方法，目的是强化界面编码方式与操作方式或任务状态的对应关系，引导用户发现任务间编码逻辑的相似性，启发老年用户在相似任务间迁移操作经验。统一功能设计语言的方法包括：统一界面元素呈现维度，帮助用户判断操作方式的相似性；统一显示和操作的关系，便于用户发现编码逻辑相似性。

统一界面元素呈现维度，就是选择各个维度属性大致相同的设计元素组合，表示操作方法相同的一类任务。用户一般通过界面元素在各个维度的相似性，来判断与其对应的各种任务操作方式的相似性。所以任务的类别需要在设计元素的呈现维度上有所体现。采用统一的界面元素，能够增强老年用户对于相似关系的判断，精准启发老年用户在相似任务间进行经验迁移，从而替代重新学习过程。相关信息编码的方法包括：以相同的符号表示操作方法相同的任务等。

统一显示和操作的关系，强调相似的运行状态应采用统一的视觉表现方式。用户需要通过设备运行状态来反推信息编码逻辑。在已知设备运行状态的前提下，用户可以根据显示内容理解编码逻辑，并将这种逻辑关系迁移至其他任务中。相关信息编码的方法包括：以相同的色彩表示相同的运行状态，例如，红色表示所有运行停止的任务，绿色表示所有正在运行的任务。

图7展示的是一款智能家居控制平台，该平台可同时控制多个门窗的开关。统一界面元素呈现维度的设计方法体现在：所有与开关锁相关的任务均由滑动键表示。老年用户可以通过形态、符号的相似判断任务的操作方式相同。统一显示和操作的关系，则表现为所有的开锁关锁方式统一，滑动按钮位于下方时为上锁状态，位于上方为开锁状态。橙色表示网络状態良好，黑色表示网络断开。

总结

本文通过对老年人认知优势和认知劣势的分析，得到老年人的界面信息理解难点。老年人操作学习、界面信息理解的困难来自劣势认知能力的过度参与。总体而言，老年人在感知、选择性注意、思维定势、记忆等方面处于劣势，但涉及应用已有经验相关的认知能力时，依然具有优势。根据问题解决流程相关理论，构建了操作学习与认知能力的映射关系模型，以此分析老年人的操作学习难点，提出相应的认知代偿设计模型和策略及适老化界面信息编码设计方法。

在信息筛选阶段，采用关键信息感知补偿的策略，增加信息呈现维度，帮助老年用户感知和判断关键信息；在学习探索阶段，采用思维定势转换引导的策略，凸显界面基础架构，引导老年人精准检索经验，摆脱思维定势；在记忆和经验形成阶段，采用流程记忆信息补偿的策略，明确操作状态信息，便于用户掌握操作流程的全貌，形成经验；记忆、经验形成阶段，采用任务结构归一转化设计策略，统一功能设计语言，强化任务间的相似性，减少用户的经验迁移难度。

基金项目：教育部人文社会科学研究《基于感官代偿的适老产品设计策略研究》，项目批准号：20YJA760101

参考文献

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