1、前言

随着互联网技术的快速发展，高科技产品的功能复杂化和普及化对产品的交互界面提出更高的要求。人机交互(Human-ComputerInteraction)是关于设计、评价和实现供人们使用的交互式计算机系统，且围绕这些方面的主要现象进行研究的科学。在人机交互领域，人机交互界面也称用户界面（UserInterface）是指人与产品进行交互的方式和方法，即人与计算机相互传递信息的媒介。上世纪80年代，研究学者提出了人机交互界面“可用性”概念，从而改变了人们对交互过程的认识，以用户为中心的界面设计思想深入人心。行为模型(Behavioralmodel)是从用户和任务的角度来表示界面交互，如任务分析、功能分析、用户模型等。用户模型法是可用性测试的方法之一，它是用数学模型来模拟人机交互过程，适用于无法使用用户测试的情境。在人机交互领域中，最著名的用户行为模型是GOMS模型，用于分析交互系统中的用户行为的复杂性。

GOMS模型最初由Card,Moran和Newell （1983）年在《人机交互心理学》（ThePsychology of Human Computer Interaction）书中提出来的建模技术。GOMS模型是描述任务和用户执行该任务所需知识的方法，它将一个任务进行多层次的细化，通过目标（Goals）、操作（Operators）、方法（Methods）和选择规则（SelectionRules）四个部分描述用户行为，将用户行为拆分为行为单元，并从这四个部分对用户行为进行建模。长期以来是人机交互领域最重要的模型之一。

GOMS模型认为，用户使用交互界面执行任务时，都有一个目的，这个目的可以细分为许多子目标，为了完成每个子目标，可使用不同的操作和方法。如果实现目标的方法多于一种，用户依据当前情境，利用GOMS提供的选择规则选取适当的方法来实现目标。

图1  GOMS模型中任务分析过程示意图

GOMS模型可以对某一系统或者设计理念进行定量和定性分析，它不仅能够预测完成任务耗用的时间，还帮助设计师与工程师精确分析、描述用户使用系统的过程，从而评估不同解决方案在时效上的相对有效性。它可以在错误率少于5%的情况下，预测一个用户完成一套界面操作的时间，一些演变发展的GOMS模型，几乎所有的预测值都在测量值的1个标准差之内。

GOMS发展至今，已出现多种版本，包括最初由Card,Moran和Newell提出的CMN-GOMS，由DavidKieras提出并严格定义的NGOMSL模型，由Bonnie提出的支持并行操作的CPM模型，以及简化的版本KML击键模型。

CMN-GOMS模型是最原始的GOMS模型，由Card，Moran和Newell最先提出，它有一个严格的“目标-方法-操作-选择路径”的规则结构，定义了如何表达层次关系、方法、操作以及准确表示选择规则的方法。这个严格模型构造可以帮助评估者以伪代码（pseudo-code）的格式重现任务,同时也为系统化选择路径提供指导。由于伪代码是一个普遍的格式，所以CMN-GOMS模型的使用更加灵活。即在不同的情境下，CMN-GOMS模型只需使用不同的分支就可以进行建模。

NGOMSL（NaturalGOMS Language）由Kieras（1988）基于CMN-GOMS模型提出的建立人机交互认知模型过程。NGOMSL是一个建模过程非常严谨的模型，以认知复杂性理论（cognitive complexity theory）和人机交互认知模型为理论基础。NGOMSL模型按照严格的等级和次序，详细的记录了用户使用的方法。此外，NGOMSL模型还提供了学习时间（learningtime），是指用户学习特定方法所用的时间，适用于有时间压力的任务。NGOMSL适用于可以较容易的按照等级和次序来估算用户操作步骤的台式计算机，通过模拟操作任务获得的执行方法预测任务的执行时间。

CPM-GOMS（Critical-PathMethod）是由Bonnie John（1988）提出的基于GOMS模型最复杂的方法。不同于其他GOMS模型，CPM-GOMS模型假设用户完成任务时不是按照序列的动作进行操作，而是并发使用感知、认知和神经处理器来执行任务。将这些映射到日程表格中，从而通过关键路径计算出执行时间。我们可以观察到多种行为怎么同时进行，它更适合描述基于窗口的图形用户界面。CPM-GOMS模型很难实现，目前，正在开展相关的研究改进CPM-GOMS模型，从而不需要评估者对GOMS理论基础有深入的理解即可执行。

KLM (Keystroke-Level Model)击键模型是Card和Moran，Newell（1983）提出来简化版的GOMS模型。KLM模型不包括目标，方法和选择路径，只保留击键水平操作符，是最简单的GOMS模型。击键操作符包括一系列动力操作符：K表示按下一个物理键；P代表鼠标指向电脑屏幕上的某个位置；H是指手移向键盘的初始位置；M是认知操作符，表示执行动作前的认知准备时间；R是系统响应操作符，记录等待系统响应时间。通过GOMS基本操作和心理活动规则，我们可以定量分析出操作用户界面完成任务的总时间。用于预测专家用户（无错误操作）完成任务所用时间。能够在将用户引入测试环境之前对用户行为进行评估。它适用于预测文本输入，以及用使用鼠标执行的选择性操作的耗时。它的预测方法相对简单，而且好处在于能迅速做出比较。

GOMS是一种数学模型，一旦建模成功，无需真实用户介入就能预测行为序列以及完成行为序列所需要的时间，从而节省大量时间和金钱成本。通过GOMS预测模型能够观察到用户和界面交互的所有步骤，计算出用户完成确定任务所用的总时间。从而对不同的设计界面进行比较，有助于确定新产品的有效性。

随着移动互联网的快速发展，手机已经从一个基本的通讯工具衍变为集娱乐、生活、咨询为一体的集合体。它更多的与其他诸如计算机、网络领域的技术融合，这也意味人们对手机在人机交互方面提出了更高的要求，用户期待一个更加人性化、趣味化、功能集成化的手机交互界面。目前，GOMS预测模型大多应用于计算机领域，而很少涉及手机交互界面设计的评估。使用GOMS预测模型，对手机的某一系统或交互界面进行定量和定性分析，从而评估不同解决方案在时效上的相对有效性。本研究借鉴GOMS模型中的KLM击键模型，对两款手机输入法交互界面进行评估，预测两种方案中用户完成同一任务的时效性。通过实验，测量用户完成任务的时间，分析实验结果得出两种方案的时效性，从而对GOMS模型的预测结果进行验证。

2.方法

由于KLM击键模型方法简单，有利于迅速的做出比较，因此选择GOMS模型中的KLM击键模型，对两款触摸屏手机输入法的九宫格键盘输入界面进行使用效率的预测。对用户完成指定任务所用时间进行评估，得出输入效率较高的一款输入法界面。为了验证GOMS预测模型的可用性，通过实验设计对比两款手机输入法界面客观时间指标，得出使用效率较高的一款输入法，与GOMS预测结果进行比较。

2.1实验设计

本实验是对两款品牌的九宫格键盘模式下的手机输入法交互界面进行可用性测试。要求用户在触摸屏手机短息界面输入以下信息，“Starbuck的牛排特价138！”。其中包括中英文、数字以及标点符号。要求第一个字母大写，字符间不能出现空格。两款手机输入法界面效果图见图2。

本实验借助Observer行为分析软件对用户在每种测试条件下完成输入任务的视频进行行为编码分析获得时间指标。输入时间包括文本输入时间与状态切换时间。文本输入时间包括中文、英文、数字输入时间（计算方法为每种文字输入结束时刻减去开始时刻）与总输入时间（计算方法为输入结束时刻减去开始时刻），状态切换时间包括英文切换中文、中文切换数字、数字切换标点用时（计算方法为切换结束时刻减去上次输入行为结束时刻）。

2.2 GOMS预测模型的建立

本研究使用GOMS预测模型中的KLM击键模型，其中操作符包括：击键K、指向P和心理准备M（见附录1）。下面分别对两款手机输入法界面进行评估。

2.2.1对输入法A交互界面的评估

1.文本输入用时

1) 英文输入：使用九宫格输入法，用户需要对单一按键以一定的节奏多次重复点击才能选中目标字母。此输入法默认第一个字母大写。

（S）MPKKKK_（t）MPK_（a）MPK_（r）MPKKK_（b）MPKK_（u）MPKK_

（c）MPKKK_（k）MPKK

2) 中文输入法：用户输入完拼音后，需要选择目标文字。

（的）MPKKMPK_（牛）MPKKKMPK_（排）MPKKKMPK_（特）MPKKMPK_

（价）MPKKKMPK

3) 数字和标点输入法：直接输入数字和标点即可

（138）MPKKK

（！）MPK

2.状态切换用时：

1) 英文切换到中文：MPK

2) 中文切换到数字：MPK

3) 数字切换到标点：需要用户返回主界面，如图3所示，故操作序列为MPKMPK

根据以上的GOMS预测模型，可知整个任务的用时为24M 24P 44K。

2.2.2对输入法B交互界面的评估

1.文本输入用时

1). 英文输入：使用九宫格输入法，用户需要对单一按键以一定的节奏多次重复点击才能选中目标字母。此输入法默认第一个字母大写。

（S）MPKKKK_（t）MPK_（a）MPK_（r）MPKKK_（b）MPKK_（u）MPKK_

（c）MPKKK_（k）MPKK

2). 中文输入法：此输入法要求用户输入完拼音后，需要首先选择目标文字的拼音组合，再选择目标文字。

（的）MPKKMPKK_（牛）MPKKKMPKK_（排）MPKKKMPKK_（特）MPKKMPKK_

（价）MPKKKMPKK

3).数字和标点输入法：直接输入数字和标点即可

（138）MPKKK

（！）MPK

2.状态切换用时

此输入法的状态切换以列表方式显示，故需要两次点击，如图4所示。

1). 英文切换到中文：MPK_MPK

2). 中文切换到数字：MPK_MPK

3). 数字切换到标点：需要用户返回主界面，如图4所示，故操作序列为 MPK_MPK。

表1  GOMS预测输入法A、B文本输入用时

表2  GOMS预测输入法A、B状态切换用时

通过GOMS预测模型得出两种输入法的输入时间序列，如表1所示，输入法A比输入法B完成任务所用时间较少，说明输入法A的界面设计具有更高的输入效率。

2.3被试

共20名大学生和研究生自愿参加本研究，男女各半，被试平均年龄21.45岁（s= 1.61），视力或矫正视力正常，无色觉障碍，均为右利手。所有用户均具有至少三个月的触屏手机使用经验，并具备触屏输入的使用经验（如：使用触屏方式输入短信）。

2.4实验仪器和测试工具

本研究采用的实验硬件设备包括：一台安装WindowsXP操作系统的台式计算机，一套手机测试摄像装置，一部电容式触屏手机（3.5英寸屏幕，分辨率为480×800像素）。软件包括：PinnacleStudio 10.5视频采编软件和ObserverXT 9.0行为分析软件。实验材料选取了目前主流的两款手机输入方案。

2.5实验程序

实验对每个被试单独进行。实验前，用户阅读实验指导语，并填写背景信息调查表，签署保密协议，了解实验任务。要求被试必须以完整的拼写的方式完成输入，从而避免手机输入法智能功能优劣导致的输入效率差异。

为了较准确的记录用户完成任务的时间，对本实验进行了以下控制。首先，在测试正式开始前，用户必须熟悉使用测试手机在不同输入法界面的输入过程，以避免用户对输入法和手机的熟悉性不同导致的效率差异。其次，不得使用输入法提供的简拼或连拼功能。正式实验任务为在短消息界面下输入：“Starbuck的牛排特价138！”。信息输入过程将进行视频录制，用于分析。两种测试条件的顺序在用户间采用随机顺序。

2.6数据收集与整理

本实验中，使用Pinnacle Studio 10.5视频采编软件对用户在手机上的完成任务的过程进行录制。任务完成时间借助Observer行为分析软件对用户在每种测试条件下完成输入任务的视频进行行为编码分析获得。

输入时间包括文本输入时间与状态切换时间。文本输入时间包括中文、英文、数字输入时间（计算方法为每种文字输入结束时刻减去开始时刻）与总输入时间（计算方法为输入结束时刻减去开始时刻），状态切换时间包括英文切换中文、中文切换数字、数字切换标点用时（计算方法为切换结束时刻减去上次输入行为结束时刻）。其中，文本输入时间用以考察不同输入法界面设计对输入效率的影响。状态切换时间则反映了状态切换键的可获得性及切换过程便易性。可获得性涉及界面设计，切换过程便易性涉及交互过程。

3、 结果与分析

数据（剔除平均数上下三个标准差以外的数据）采用SPSS11.5进行分析。

3.1文本输入用时

表3 不同测试条件下文本输入平均用时

注：括号内为标准差s.

对输入法A、B文本输入时间的四个指标进行相关样本t检验：输入法A、B的英文、数字输入时间无显著差异（p>0.01）；输入法B的中文输入时间显著长于输入法A。（t(19)=3.521,P<0.01）；输入法B的输入总时间显著长于输入法A（t(19)=3.171,P<0.01）。 

3.2状态切换用时

表4不同测试条件下状态切换平均用时

注：括号内为标准差s.

对输入法A、B状态切换的三个指标进行相关样本t检验：输入法A、B数字切换标点的用时无显著差异（p>0.01）；输入法B的中文切换数字用时显著长于输入法A：（t(19)=3.712,P<0.01），英文切换中文显著长于输入法A：（t(19)=5.533,P<0.001）。

4、讨论

综合统计分析结果和任务视频分析，本实验针对输入法的文本输入、状态切换的交互设计得出以下讨论。

输入法A和输入法B在英文输入和数字输入用时上差别不大，这与GOMS预测结果一致；在中文输入时间上差别较大，根据GOMS预测结果显示，输入法B的点击次数比输入法A高。输入法B在中文输入时，输入完拼音后，需要对目标拼音组合进行确认后才能显示中文字符，用户需要更多的交互步骤才能完成中文输入。

在状态切换用时方面，输入法B比输入法A用时多。前者的切换方式为列表切换，所以需要两次点击才能确认输入状态，而后者只需要一次点击。在数字切换标点时，输入法A需要返回主界面再选择切换状态，所以需要两次点击。输入法A完成任务所用总时间少于输入法B，说明输入法A具有更高的输入效率。此结果与GOMS预测模型所得结果一致。

5、结论

本研究通过任务设计，在触摸屏手机上运用了GOMS模型预测了两款手机输入法界面的可用性。首先通过GOMS预测模型对两种交互界面进行任务分析，将任务分解为一系列子目标，结合不同输入法界面，计算出用户的操作序列；其次，通过视频录制软件收集用户完成任务的用时，从而得出真实情境下，用户在两种交互界面完成任务的客观数据；最后，通过数据对比，验证了GOMS预测模型可以运用于手机交互界面设计的工效评估中。

使用GOMS预测模型对手机交互界面进行工效评估，可以帮助设计师、工程师节省大量的时间成本和金钱成本。本研究只是借助操作符序列对界面进行工效评估，而对于触摸屏手机，具有其自身的特性，拥有更小的屏幕、触摸用户界面以及触觉反馈。因此，需要制定一套更为详细的操作符参数，从而对其界面进行更为精确的评估。由于本研究只需输入一个标点，所以不对标点输入时间和错误次数进行分析。