ЧЕЛОВЕЧЕСКИЙ ФАКТОР

Цели и задачи проектирования

Прежде чем приступить к проектированию программного обес­печения, необходимо четко определить его назначение и цель. Иначе результатом может стать как «недо-», так и «перепро­ектирование». В первом случае программное обеспечение ин­терфейса не будет в состоянии решать поставленные перед ним задачи, а второй случай приводит к дополнительным за­тратам времени и усилий.

Определение целей проектирования также включает в себя выявление критериев для последующего оценивания качества программного обеспечения интерфейса. Критерии должны ос­новываться на различных показателях работы пользователя. При этом наиболее целесообразно использовать показатели, аналогичные описанным в гл. 1. Чем в большей степени цели и критерии будут определены в количественных терминах, тем выше точность результатов оценивания. Последнее может быть как аналитическим, так и эмпирическим. Автор работы {121], например, предлагает аналитическое оценивание целей проектирования сверху — вниз и эмпирическое оценивание ре­зультатов снизу— вверх.

Основные эргономические принципы, используемые в си­стемном проектировании для различных применений, в равной степени важны и при проектировании вычислительных систем. Часто правила, предложенные для проектирования интерфей­са человек — ЭВМ, являются лишь переформулировкой этих основных принципов в терминах, связанных со спецификой ин­терфейса. Они обеспечивают основу для выбора целей проек­тирования и подходящий набор параметров для оценивания его качества. В табл. 2.1 перечислены следующие показатели: совместимость, согласованность, память, понятность структуры, обратная связь, умственная нагрузка и индивидуализация.

Совместимость

В своей наиболее общей форме принцип совместимости озна­чает признание и учет при проектировании того свойства, что информационная пропускная способность системы возрастает при уменьшении объемов информации, которые приходится обрабатывать пользователю. Применительно к ЭВМ это мож­но понимать как требование того, чтобы проектируемый интер­фейс отвечал возможностям восприятия человека, его памяти, способностям решать задачи, выполнять действия и участво­вать в процессах коммуникации [8].

Была подчеркнута [52] важность строгого соблюдения принципа организации информации, ориентированной на поль­зователя, а также словаря и языка для работы с данными.

Таблица 2.1. Основные принципы проектирования диалога человек — ЭВМ

Принцип совместимости Принцип согласованности

Принцип наличия памяти Принцип понятности структуры

Принцип обратной связи Принцип умеренной нагрузки Принцип индивидуализации

Минимизация количества информации, об»

Рабатываемой пользователем Минимизация различий в диалоге как в Пределах отдельных интерфейсов, так и В рамках всей информационной системы Минимизация количества информации, ко­Торую пользователь должен запоминать Организация помощи пользователю в по­Нимании структуры системы для эффектив­Ной работы с интерфейсом Обеспечение пользователя обратной связью и возможностью исправления ошибок Поддержание умственной нагрузки пользо­вателя в разумных пределах Сглаживание индивидуальных различий Между пользователями посредством авто­Матической адаптации и подстройки интер­фейса под пользователя

Терминология, формат и действия системы должны быть со­гласованы с общепринятыми. Указан [50, 51] ряд причин (разнообразие языковых форм и неточность их интерпрета­ции), делающих выбор языка для диалога человек — ЭВМ очень трудной задачей. Согласно [107], традиционный инстру­ментарий науки о вычислительных системах, такой, как бэку - сова форма записи синтаксиса (BNF), не в состоянии обнару­жить семантические группировки грамматических объектов, в то время каїк они являются важными для организации пра­вильной работы конечных пользователей. Для выделения се­мантических кластеров при разработке языка авторы считают более целесообразным использование логики множеств.

Четкость или понимаемость представленной информации является очень важным моментом. Данные, вводимые поль­зователем, не должны быть двусмысленными, точно так же и информация, выводимая из ЭВМ, должна быть ясной и, следо­вательно, полезной. Употребление слов в командах, меню, со­общениях об ошибках и подсказках должно проводиться ак­куратно. В системах со стилизованными графическими наво­дящими сообщениями (подсказками) каждый элемент должен изображать понятное пользователю действие и соответство­вать общепринятой символике. Должна быть минимизирована необходимость в переводе, заменах, интерпретации или ссыл­ках на документацию.

При проектировании также являются важными пространст­венная совместимость и совместимость направлений движения. Показано [47] преимущество согласования пространственного расположения элементов изображения и средств управления ими. Этот принцип обычно называется совместимостью по сти­мулу и реакции (5—R). Например, движение изображения объекта на экране дисплея должно соответствовать движению, задаваемому пользователем. Показаны [8] заметные преиму­щества согласованного представления элементов команд сле­ва — направо в порядке, в котором эти элементы должны бы­ли бы вводиться, по сравнению с их несогласованным пред­ставлением справа — налево: 12%-ное уменьшение во време- ли считывания данных пользователем, 19%-ное сокращение количества обращений к справочной информации по системе, 56%-ное уменьшение числа ошибок, связанных с перестанов­кой аргументов, и 37%-ное сокращение общего числа ошибок в аргументах.

Важность согласований стимулов и реакций для построе­ния эффективных интерфейсов человек — ЭВМ была исследо­вана в работе [151]. Результаты исследований позволяют за­ключить, что речевой ввод и речевой вывод совместимы с вер­бальными задачами, в то время как ручной ввод и визуальный вывод лучше подходят для пространственных задач. Эти ре­зультаты обобщаются в принцип, расширяющий понятие 5—/^-совместимости. Формула «стимул — центральный процес­сор— реакция» (S—С—R) означает, что функционирование системы будет оптимальным только при условии наличия со­вместимости между дисплеем, аппаратурой ввода и способом хранения данных в оперативной памяти ЭВМ.

Согласованность

Автор работы [101] предположил, что к главным причинам, по которым пользователи не любят работать с вычислитель­ными системами, относятся их недостаточные согласованность и целостность. Интерфейсы различаются как в пределах од­ной и той же системы, так и между системами, что требует от пользователя запоминания нескольких различных методик для выполнения одной и той же задачи. В работе отмечается про­блема, состоящая в том, что различные части больших про­грамм составляются разными людьми, и пользователь вынуж­ден работать с несколькими разделами программного обеспече­ния.

Многие трудности в решении задач отпадают при условии согласования отдельных компонентов человеко-машинной си­стемы. В идеале согласованность системы должна вытекать из естественных способов решения задачи пользователем, а не из логического формализма или какой-либо модели системы, ко­торые пользователь должен дополнительно изучить [63]. Для обеспечения согласованности иногда может понадобиться вы­полнение операций, на первый взгляд уменьшающих пропуск - лую способность системы, таких, как запросы от пользователя информации, уже содержащейся в системе, чтобы аналогич­ные процедуры требовали идентичных действий пользователя. В то же время возможность перехода от одной ветви меню к другой может быть предоставлена пользователю даже за счет ,простоты архитектуры программного обеспечения.

Как ввод информации от пользователя, так и вывод из ЭВМ должны быть согласованы в рамках всей информацион­ной системы, содержащей программные модули, дисплеи и другие компоненты. Например, действия ЭВМ при нажатии пользователем специальных функциональных клавиш и син­таксис командного языка не должны меняться при переходе к другому меню или задаче. Функционирование системы долж­но быть достаточно предсказуемым без каких-либо исключений.

Несоблюдение принципа согласованности интерфейса при­водит к неприятным последствиям. Обнаружено [141], что по­зиционная несогласованность в пунктах меню вызывает увели­чение времени работы на 73%. Относительно недавно прове­денный опрос системных разработчиков, к сожалению, вы­явил, что командные языки чаще всего создаются по частям, при этом слабо учитывается принцип согласованности [75].

Для улучшения согласованности при проектировании диа­логовых систем были предложены различные методики. В ра­боте [113] показано, как отражается на количестве ошиббк, допускаемых пользователем при работе с интерактивной гра­фической системой, несогласованность или наличие несколь­ких различающихся способов представления данных. Было предложено [114] использование формальной грамматики для оценивания эффективности работы пользователя при различ­ных интерфейсах в зависимости от согласованности. Для обес­печения согласованности автор работы [101] предложил со­здание программы-посредника между пользователем и основ­ными программами. Эта промежуточная программа служила •бы їв качестве транслятора для предотвращения несогласо­ванности как при работе їв рамках одного и того же програм­много обеспечения, так и при переходе к другому программно­му обеспечению и освободила бы пользователя от необходи­мости изучать подробности работы с многими различными си­стемами. Подобная идея «помощника» для пользователя при изучении степени гибкости диалога человек—ЭВМ была ис­пользована в работе [149]. Проектирование согласованного интерфейса имеет своей целью оказание помощи пользовате­лю в постижении концептуальной модели или внутреннего представления структуры системы.

Принцип согласованности предполагает, что предыдущий опыт работы с аналогичными вычислительными системами должен облегчать изучение новых систем. Однако не следует забывать о том, что одна лишь уверенность в согласованности проекта диалоговой системы с ранее известными системами еще не гарантирует качественного интерфейса. Иногда резуль­таты применения этого принципа лишь подтверждают некаче­ственное проектирование ранее созданных компонентов си­стемы.

Память

При проектировании диалога человек — ЭВМ важно миними­зировать объем информации, который пользователь должен хранить в своей памяти, особенно в том случае, когда одно­временно существуют несколько 1 информационных потоков. Теоретически имеется определенный верхний предел объема информации, которая может быть воспроизведена человеком вскоре после ее запоминания. Предполагается [93], что этот предел лежит между пятью и девятью условными элементами информации, причем их число зависит от степени сложности [131], последовательности представления [5], времени, отве­денного для запоминания [92], и количества сопутствующих информационных процессов [97].

Рассмотрим следствия этого ограничения на проектирова­ние меню выбора. Если для определения оптимального выбо­ра пользователь должен рассматривать все альтернативы од­новременно, то меню будет наиболее эффективным при коли­честве вариантов, не превышающем возможностей памяти че­ловека [151]. Проблема сильно усложняется, если меню пред­ставлено синтезированной речью для телефонного доступа в систему базы данных. Выявлены [80] следующие характерис­тики звукового представления различных вариантов действий, которые плохо согласуются с информационными способностями человека: 1) как правило, пользователь не в состоянии конт­ролировать скорость представления информации; 2) пользо­ватель может не знать количества оставшихся альтернатив, которые будут ему еще предложены; 3) пользователь не мо­жет быстро перебрать весь список альтернатив и должен вы­слушать каждый пункт в отдельности, прежде чем сделать вы­бор; 4) затруднительно наглядно представить себе структуру - меню.

Всякий раз, когда требуется передать пользователю боль­шой объем информации, для уменьшения нагрузки на его па­мять желательно группировать данные по смыслу. Для уве­личения объема информации в одной структурно-логической единице ввода рекомендуется создавать семантические группы Больших размеров.

Сохранение информации в кратковременной памяти чело - Лека требует ее периодического повторения. Этому, однако, мешают различные параллельные информационные процессы или задачи, связанные с принятием решений. В то же время, Когда пользователь вынужден помнить большое количество Данных или сложные коды, ограничивается его способность решать проблемы. Очевидно* что проектировщик диалогового Интерфейса должен стремиться к уменьшению нагрузки на Память человека, работающего с ЭВМ.

Однако краткость системных сообщений не всегда является приемлемой. В работе [133] отмечено, что синтезированные звуковые предупреждения. понимаются пользователями на фо­не посторонней человеческой речи быстрее и с меньшим чис­лом ошибок в случае, когда они представляют собой короткие предложения, а не ключевые слова. Поскольку для понима­ния смысла сообщения пользователь привлекает к анализу по принципу сверху — вниз синтаксический, семантический и пра­гматический аспекты информации, краткие сообщения из клю­чевых слов, лишенные упомянутых выше информационных ком­понент, оказываются недостаточно эффективными.

Структура

Человеку свойственно искать структуру и упорядоченность в окружающем его мире даже в том случае, когда элементы та­кой организации отсутствуют. Назначение структуры состоит в объединении разнородных данных, получаемых умозритель­но или из эксперимента. Результаты исследований показыва­ют, что при воспроизведении бессистемных наборов данных возникает стремление их каким-либо образом упорядочить [146]. Кроме того, если при проведении тестов на восприятие речи в задание включать семантически неправильные предло­жения и при этом составлять текст с трудно понимаемым смыслом, то испытуемые будут стараться свести неупорядочен­ный набор слов в осмысленное предложение, используя суще­ствующие в языке синтаксические правила.

Подобным образом и пользователи ЭВМ пытаются вы­явить определенную структуру в диалоговых и управляющих системах. Представление о внутренней организации системы •формирует у пользователя основу понимания им происходя­щих процессов и обусловливает его решения и действия. Ес­ли пользователь не в состоянии представить себе принципы работы диалоговой системы, возможны ошибки, как, напри­мер, попытка выполнить какую-либо команду, работая с тек­стовым редактором в режиме ввода. В работе [102] приведе - но несколько подходящих примеров ошибок, связанных с непо­ниманием структуры, при работе с мощной и сложной опера­ционной системой UNIX.

Создание интерфейса с внутренне согласованной структу­рой, отвечающей представлениям пользователя, содействует последнему в его обучении. Опыт пользователя и хорошо орга­низованная системная обратная связь гарантируют формиро­вание правильного представления о системе. Более просто структура вскрывается в системах, характеризующихся непо­средственной связью действий пользователя с информацией, выводимой на экран. Примером таких систем являются тек­стовые редакторы с постоянным отображением на экране те­кущего состояния формируемого документа.

Для помощи пользователю в освоении структурных харак­теристик системы было предложено много различных методов. Интерфейсы новых систем человек — ЭВМ часто проектируют­ся на основе интерфейсов других, уже известных систем. Так, текстовый редактор создается с учетом принципов работы пи­шущей машинки. Очевидно, подобные аналоги могут использо­ваться при обучении пользователей структуре новой системы, однако эффективность этого метода в некоторой степени зави­сит от способности обучаемых различать пределы аналогий [37J. Другой способ обучения основан на использовании гра­фических изображений. При этом может быть достигнуто адекватное отображение структуры системы. В качестве при­мера можно привести графическое изображение иерархической организации базы данных. Графические представления слу­жат в качестве своеобразных карт, обеспечивающих пользова­телю возможность «навигации» по системе. Действительно, в работе [14] установлено, что работа с подобными картами улучшает ориентацию пользователя в незнакомых для него разделах разветвленного меню.

Обратная связь

Любая система человек — ЭВМ должна иметь информацион­ную обратную связь от машины к пользователю, содержащую данные об эффективности его работы, параметры текущего со­стояния системы и подсказки о возможных действиях, приво­дящих к нужному результату. Информационные сообщения от ЭВМ, связанные с реакцией на запрос пользователя, обнару­жением ошибок в его действиях, пропуском им необходимых частей вводимых данных и изменениями состояния системы, вызванными его действиями, должны в общем случае посту­пать к пользователю без сколько-нибудь существенных вре­менных задержек. В случае задержки ответа машина обязана сообщить пользователю тем или иным способом, что его за­Прос принят. В противном случае пользователь может лола - гать, что ЭВМ не выполнила никаких действий, и он может повторить запрос или попытаться найти другие способы реше­ния проблемы. При исправлении ошибок пользователя также важна синхронизация. Отмечено [85], что нельзя не учитывать влияния, которое может оказать на пользователя прерывание его работы. В этой связи в определенных условиях желательно' сообщать об ошибках не сразу по мере выявления их ЭВМ, а только по завершении ввода всей информации. Однако тре­буются дополнительные исследования для оценки влияния раз­личных факторов на синхронизацию обратной связи.

При работе на машине пользователю необходимо четкое понимание того, на каком этапе решения задачи он находится в данный момент, что уже сделано и насколько эффективно. Обратная связь обеспечивает ему уверенность в нормальном режиме работы системы и предоставляет информацию о том, находятся его запросы в состоянии обработки или же отло­жены по какой-либо причине. Недостаточно выраженная от­ветная реакция ЭВМ может быть просто не замечена чело­веком, например изменение формы курсора, отражающее пе­реход к другому режиму, нли сообщение об ошибке, выводи­мое у крайних полей экрана дисплея.

О важности обратной связи также свидетельствует про­явившийся в последнее время повышенный интерес к системам, допускающим непосредственное воздействие пользователя на выводимую машиной информацию. В работе [128] указаны основные характеристики этого режима работы: интересующий пользователя объект четко отображен на экране — непосредст­венно или по принятым условным соглашениям; результаты действий человека немедленно отражаются на экране; име­ется легко осуществляемая возможность отмены ранее выпол­ненных действий; последние инициируются с помощью физиче­ских средств ввода, таких, как функциональные клавиши или устройство типа «мышь».

Сравнительно недавно проведенные исследования [21] по­казывают, что отсутствие сообщений от ЭВМ в порядке об­ратной связи и последствия ошибочных действий пользовате­ля в процессе обучения могут служить серьезной помехой в изучении системы. В системах должны быть предусмотрены простые формы управляющих команд, что будет способство­вать как уменьшению числа ошибок, так и снижению их отри­цательных последствий. Такой обучающий принцип не являет­ся новым:'еще более 25 лет тому назад бихевиористы предпо­лагали, что использование методов предотвращения ошибок с подключением отрицательной обратной связи повысило бы эф­фективность обучения. Эта идея была положена в основу ме­тодики преподавания курсов линейного программирования. При использовании упрощенного варианта текстового редак­тора [21] время обучения пользователей уменьшилось на21%.

Тем не менее при общении человека с машиной ошибки все равно встречаются, и поэтому пользователю необходима об­ратная связь, чтобы узнать, требуется ли какая-либо коррек­тировка его действий и в какой форме. Сообщения об ошибках должны быть конкретными и сформулированы таким образом, как это сделал бы сам пользователь, а не излагаться «сухим» языком, традиционным для программирования. Необходимо предоставить пользователю возможность исправления его не­верных действий в любой удобный для этого момент времени. Это особенно важно в системах, где обои в аппаратной части ЭВМ могут накладываться на ошибки человека (например, в системах автоматического распознавания речи). В одном из исследований, в котором при вводе информации применялось речевое распознавание [126], точность данных возросла с 70 до 97% за счет обратной связи и исправления ошибок поль­зователем.

Однако назначение обратной связи не следует ограничи­вать вышеописанными функциями. Было выдвинуто предполо­жение [90] о необходимости обеспечения интерфейсов чело­век— ЭВМ возможностью со стороны ЭВМ исправлять не­верные концептуальные представления пользователя, чтобы они не закреплялись в сознании человека. Для выполнения данной задачи автор указанной работы создал метод, включа­ющий использование полной базы знаний о системе, своеобраз­ной модели знаний пользователя, постоянно модернизирую­щейся в процессе диалога, и ряд предметно-инвариантных эв­ристик для выявления смысловых неточностей в представле­нии информации человеком и той неверной аргументации, ко­торая послужила их причиной. О другой форме «интеллектуа - лизованной» обратной связи можно говорить, когда в ЭВМ предусмотрен режим генерации подсказок и указаний по ра­боте при отсутствии запросов от пользователя. Более подроб­но эти вопросы обсуждаются ниже.

Умственная нагрузка

Необходимым условием проектирования диалога человек — ЭВМ является оценка воздействия работы с интерфейсом на умственную нагрузку пользователя. Поскольку вероятность со­вершения ошибки последним или невыполнения им какого-либо действия увеличивается как в случае его перегрузки, так и не­догрузки, то при постановке задачи и определении требований работы с интерфейсами в первую очередь нужно следить, что - ■бы умственная нагрузка человека находилась в допустимых пределах. В работе [155] приводится описание различных спо­собов оценивания такой нагрузки.

На нагрузку существенное влияние оказывает плотность информации, изображенной на экране дисплея или представ­ленной пользователю иным способом. Вывод на дисплей дол­жен быть организован таким образом, чтобы минимизировать усилия пользователя на поиск нужной ему информации, и вся­кий раз на экран нужно выводить только те данные, которые необходимы для текущей работы. При решении некоторых за­дач медленный темп вывода может быть предпочтительнее, даже если аппаратная часть позволяет организовывать вывод с большей скоростью. В случаях представления информации в звуковой форме может быть необходимым разрешить операто­ру регулировать скорость вывода. Для снижения нагрузки на пользователя необходимые данные должны быть представлены в удобной для восприятия форме [96]. Иногда становится не­обходимым, чтобы система объединяла информацию из разных источников в одно согласованное изображение [57]. Дополни­тельные возможности по уменьшению нагрузки на пользова­теля могут быть связаны с рациональным распределением за­даний между пользователем и ЭВМ, назначением стиля диало­га и обеспечением определенной избыточности предоставляе­мой пользователю информации.

Учет индивидуальных особенностей пользователей

Поведению человека свойственны индивидуальные различия. В системах человек — ЭВМ они могут проявляться в различ­ном использовании языка, выборе подходящего метода реше­ния задачи и уровне профессиональной подготовки пользова­телей. Индивидуальные языковые предпочтения пользовате­лей становятся особенно очевидными в случае, когда для каждой системной функции предусмотрено разнообразие идентификаторов, а пользователям представляется возмож­ность выбора конкретных вариантов имен команд [51]. Вопро­сы, связанные с выбором пользователем языка, обсуждаются в работе [58]. Учет возможных различий в используемом язы­ке является главной задачей, которую предстоит решить про­ектировщикам интерфейсов, как использующих естественный язык [77], так и настраиваемых на лексику пользователя.

Предусматриваемое разнообразие интерактивных режимов можно считать обязательным условием эффективной работы на ЭВМ разных категорий пользователей. Например, начина­ющих пользователей обычно устраивает диалог, управляемый ЭВМ, а опытные пользователи предпочитают вести его сами. Однако знания и навыки пользователя изменяются после его общения с ЭВМ и знакомства с конкретной системой. Эти из­менения могут происходить медленно или очень быстро. По­этому интерфейс должен проектироваться в соответствии с ин­дивидуальными различиями пользователей. Индивидуализация часто может быть достигнута предоставлением целого ряда способов выполнения одной и той же функции (как, напри­мер, в системе, которая обеспечивает выбор из меню для начи­нающего пользователя, а по мере накопления им опыта поз­воляет непосредственно набирать команды на клавиатуре).

Существуют по крайней мере два возможных подхода к проблеме учета индивидуальных различий: гибкий и адаптив­ный интерфейс. Первый позволяет пользователю изменять и приспосабливать интерфейс соответственно своим потребнос­тям или же допускает различные варианты взаимодействия. При этом у пользователя имеется свобода выбора синонимов команд, использования альтернативного синтаксиса и задания команд. Адаптивные интерфейсы автоматически приспосабли­ваются к пользователю и могут изменяться с течением време­ни. Авторы работы [11] предложили идею генератора диало­гов, приспосабливающего интерфейс по мере модификации и расширения потребностей пользователя. Адаптивные интер­фейсы рассматриваются подробнее далее в этой главе.