自考13010人机交互的软件工程方法考试大纲（2025年版）

湖南省高等教育自学考试课 程考 试大 纲人机交互的软件工程方法 （课程代码：13010） 湖南省教育考试院组编 2025 年 6 月高等教育自学考试课程考试大纲课程名称：人机交互的软件工程方法课程代码：13010

第一部分

课程性质与目标

一、课程性质与特点

人机交互的软件工程方法是高等教育自学考试软件工程专业的选考课程，它融合了计算机科学与心理学（包括动机心理学、认知心理学等）的跨学科研究成果，是当前国际上最具活力的研究方向之一。计算机作为人类历史上最复杂的工具，其使用过程中常常带来巨大的认知负荷、学习障碍、操作失误甚至职业健康问题。随着“以用户为中心” 设计理念的兴起，人机交互研究进入了全新发展阶段。本课程聚焦“以人为本”的交互设计原则，系统探讨如何通过科学的软件工程方法优化人机界面，重点解决用户在使用过程中遇到的普遍性难题，包括降低学习成本、减少操作错误、提升工作效率以及改善用户体验等核心问题。课程内容既涵盖理论基础的构建，又强调实践应用，旨在培养考考生在复杂系统中设计友好、高效、安全的人机交互解决方案的能力，这对提升软件产品的可用性和用户满意度具有重要的现实意义。

二、课程目标与基本

要求通过本课程的学习，考生应当全面理解人机交互的基本概念和发展历程，掌握从命令行界面、图形用户界面到多通道自然交互等不同时期用户界面的技术特点和演变规律；

深入理解以用户为中心的设计理念，系统学习界面设计的基本原则和核心方法。考生需要具备结合当前主流技术进行软件界面设计与开发的能力，熟练掌握从需求分析、交互设计到实现测试的全流程方法，并能运用启发式评估、用户测试等工具对界面可用性进行科学评价。同时，课程还将介绍人机交互领域的前沿研究方向，帮助考生拓展学术视野，为未来从事人机交互相关研究或开发工作奠定理论与实践基础。基本要求：

1.了解界面设计的基本原则，熟悉人机交互的原理与知识。

2.掌握人机交互的基本概念、历史及发展历程；掌握人机交互的设计原则和方法；

掌握人机交互的设备和技术。

3.能够对互联网产品应用进行可用性分析与评估；能够从心理学、人机工程学、设计艺术出发掌握人机界面方法和理论；能够利用工具收集需求、建立快速原型等产品必要技能；能够借助工具进行快速原型设计，缩短复杂软件软件开发周期。

三、与本专业其他课程的关系高级语言程序设计、软件工程是人机交互实现技术的核心理论基础。这些课程共同构建了人机交互技术的知识体系，在交互设计技术实现路径的选择方面奠定了坚实基础， 使考生能够从理论到实践全面把握人机交互系统的设计要点和实现方法。

第二部分考核内容与考核目标

第一章 绪论

通过本章的学习，了解人机交互的形成与发展过程，从而更好地理解其演变的历史脉络，可以更好地把握人机交互的演变趋势。掌握人机交互的研究内容，包括用户研究、 交互设计、可用性评估等多个方面。探讨如何通过用户研究来了解用户的需求和行为， 如何通过交互设计来创造直观、易用的界面，以及如何通过可用性评估来确保产品的高效和可靠。掌握人机交互的基本概念，理解其与其他课程的关联关系。

（一）人机交互的发展历史（一般）

理解：人机交互的发展历史与发展现状

（二）人机交互的研究内容（重点）识记：人机交互的研究内容

（三）人机交互的基本概念（次重点）识记：人机交互的基本概念

（四）人机交互的应用（不作考核要求）

第二章 感知和认知基础

（不作考核要求）

第三章 交互设备

（不作考核要求）

第四章 交互技术

本章核心围绕人机交互技术，涵盖输入模式、基本交互技术、二维/三维图形交互技术、自然交互技术等。通过本章的学习，了解笔交互技术；理解语音交互技术；掌握人机交互输入模式；掌握基本交互技术。本章的难点在于理解笔交互技术、语音交互技术和基本交互技术的核心原理与应用。考生需要了解笔交互的连续性特征与识别瓶颈（如笔迹歧义性、脱机识别的信息损失），语音交互的多模态融合与鲁棒性问题（如噪声干扰、语义理解），以及基本交互技术（如输入模式选择、定位约束、动态反馈）的适用场景与优化策略。重点在于分析技术背后的工作机制，识别影响效能的关键因素（如精度与效率的平衡），并能够结合实际需求提出改进方案，如优化笔迹识别算法、增强语音抗噪能力或调整交互参数以提升用户体验。

（一）人机交互输入模式（次重点）

理解：1.能列举请求模式的定义及特点

2.能列举采样模式的定义及特点

3.能列举事件模式的定义及特点

4.能解释不同输入模式的适用场景，如，事件模式为何适合实时交互？

（二）基本交互技术（重点）识记：1.定位：直接定位（精确定位）与间接定位（非精确，如鼠标光标）

2.笔划：顺序的坐标点输入（如显示折线）

3.定值：数值输入（如旋转角度、缩放比例）

4.选择：（1）单个元素选择

（2）区域选择工具（选框、套索、快速选择、懒惰选择）

5.字符串输入：键盘、语音识别技术识记以上五种交互技术的名称和功能理解：以上五种交互技术的具体操作方法应用：能举例说明软件中的交互技术，如 PhotoShop 的套索工具（三）二维图形交互技术（重点）识记：概念理解：1.几何约束（网格吸附、方向约束）

2.引力场（自动吸附到图素）

3.拖动（图形模式与图像模式的区别）

4.橡皮筋技术（动态调整形状，如绘制直线时实时拉伸）

5.操作柄技术（缩放、旋转错切等几何变换）

应用：1.会分析二维交互技术（如橡皮筋技术、引力场）的实现逻辑

2.能举例说明软件中的交互技术，如 3D 建模软件的操作柄（三）三维图形交互技术（次重点）识记：概念理解：1.直接操作（三维光标设计、半透明提示）

2.三维 Widgets（功能化工具，如旋转控制器）

3.三视图输入（通过二维视图组合确定三维对象）

应用：会设计简单交互场景，如，用三视图输入法描述一个立方体的输入过程（四）自然交互技术（次重点）识记：多点触控技术（触点检测、跟踪、手势识别）

理解：1.手势识别（数据手套、视觉输入）

2.表情识别（特征提取方法：灰度、运动、频率）

3.语音交互（语音识别流程：特征提取→声学模型→语义理解）

4.眼动测量方法（瞳孔-角膜反射向量法、虹膜巩膜边缘法等）

5.笔交互（联机/脱机手写识别技术差异）

应用：1.能复述以上六种自然交互技术的基本原理

2.能评估自然交互技术的优缺点，如语音识别的便捷性与环境噪声影响

第五章 界面设计

本章的核心是传授以用户为中心（UCD）的界面设计理念、原则、流程和具体方法。

考核重点在于考生是否能理解 UCD 的核心思想，掌握关键的设计原则和分析方法，并能运用基本概念进行初步的设计分析和问题识别。通过本章的学习，理解以用户为中心的界面设计；理解用户的含义；会对任务进行分析；掌握图形用户界面设计的一般原则；

掌握图形用户界面的设计流程。本章的难点内容为以用户为中心的界面设计。要求考生能够系统整合用户分类（偶然型、生疏型、熟练型、专家型）及其认知差异，深入理解用户体验四要素（品牌、使用性、功能性、内容）与交互质量三特性（有效性、效率、 满意度），结合任务分析方法（如 UML 用例图、顺序图、工序约束）与设计原则（及早测试、反复迭代、综合设计），从用户需求分析到高保真原型实现的全流程中，最终针对不同用户群体设计出易学、高效且符合心理预期的交互界面。

（一）界面设计原则（次重点）识记：界面类型：命令行界面 → 图形界面 → 多通道用户界面理解：1.图形用户界面的主要思想：桌面隐喻、所见即所得（WYSIWYG）、直接操纵的核心定义

2.界面设计原则（7 项）：一致性、快捷方式、错误处理、信息反馈、操作可逆、联机帮助、屏幕高效使用

3.解释“桌面隐喻”、“直接操纵”在界面设计中的意义（二）理解用户（次重点）识记：1.用户的含义

2.用户体验的基本概念及其四种组成元素、影响用户体验的因素

3.用户的分类类型

理解：1.计算机领域经验和问题领域经验的区别

2.用户交互分析的主要内容（三）设计流程（重点）

理解：1.界面设计流程：用户的观察与分析、设计、实施

2.用户的观察和分析的主要方法（四）任务分析（重点）识记：1.概念理解：2.任务分析中使用 UML 工具表达交互任务中多方面的内容：

（1）使用行为

（2）交互顺序

（3）工序约束

（4）协作关系

（5）用户任务一览表

（6）任务金字塔

（7）故事讲述和情节应用：利用 UML 工具对某任务进行使用行为、交互顺序、任务金字塔分析等 7种技术进行分析，如：读者请求服务任务（五）以用户为中心的界面设计（一般）识记：1.人机交互界面要解决的问题

2.以用户为中心的四个重要设计原则

第六章 人机交互界面表示模型与实现

通过本章的学习，了解 MVC 模型及 Struts 结构；理解表现模型；理解交互组建开发包；掌握行为模型、结构模型；掌握行为模型和结构模型的转换；掌握窗口系统结构；

掌握交互事件处理。本章的难点内容为行为模型和 GOMS 模型，要求考生能够系统整合任务分解、时序逻辑与用户行为预测，深入理解 GOMS 模型中目标（Goal）、操作 （Operator）、方法（Method）和选择规则（Selection Rule）的层次化关系。掌握如何通过任务细化分析用户复杂性，并能够结合具体交互场景（如关闭窗口、文件拖拽等）构建行为模型。同时评估其预测准确性和实际应用中的局限性（如忽略用户个体差异和认知负荷）。

（一）人机交互界面表示模型（次重点）

行为模型：GOMS 模型识记：目标 (Goal)、操作 (Operator)、方法 (Method)、选择规则 (Selection rule)的含义与作用理解：1.核心思想：任务分解、层次细化、预测用户行为复杂度

2.局限性：对认知过程描述不足，难以处理复杂决策和非熟练用户应用：描述用户如何完成特定任务（如关闭窗口、拼图游戏）

行为模型：LOTOS 模型识记：1.LOTOS 模型的基本思想及特点

2.基本算符及其含义应用：能描述具有严格时序要求的交互（如中国象棋）

行为模型：UAN 模型 (用户行为标注)识记：1.UAN 模型的核心：描述用户动作序列及伴随的界面状态变化

2.用户动作标识符

3.条件选择标识符

4.表示形式：表格形式应用：能描述基于直接操作的交互任务，如文件拖入垃圾箱行为模型：任务模型（CTT）识记：1.任务模型的概念图形化、层次化表示任务结构及关系

2.任务种类：抽象任务、用户任务、交互任务、系统任务理解：暂态关系符号及其含义应用：分析单用户或多用户任务流程，如 ATM 取款任务模型结构模型：产生式规则识记：产生式规则的概念结构模型：状态转换网络识记：1.基础概念：有限状态机、状态、事件、转换

2.传统（基本）状态转换网络 (State Diagrams)

3.符号：状态圈、转换箭头（标注事件/条件/动作）

4.扩展状态转换网络 (State Charts）的优势应用：1.能描述相对简单的交互对话流程，如基于鼠标的画图工具

2.能描述具有嵌套、并行状态的大型系统（分层实例）

3.行为模型和结构模型的转换识记：1.模型的作用

2.模型框架

理解：转换算法的思想应用：实例应用表现模型 (Presentation Model – PM)识记：1.表现模型的概念

2.管理信息系统的交互界面的组成理解：1.面板间关系 (如父子、兄弟、模态)

2.Jacob Eisenstein 的面板抽象描述（分类、种类）

3.交互对象的层次性组织（如面板、按钮、文本框的包含关系）

4.事件分发及响应方式（核心是事件处理中心）

应用：面板用户界面的逻辑组织结构。

（二）界面描述语言（重点）识记：命令式语言、陈述式语言的概念理解：1.陈述式语言的优势：更抽象，关注界面描述而非实现细节

2.UIML(User Interface Markup Language）的基本结构

3.XIML (eXtensible Interface Markup Language) 的核 心构 成 （ 组件Components、关系 Relations、属性 Attributes）

4.XUL(XMLUser Interface Language)：基于 XML，用于创建复杂图形界面（如 Firefox）

应用：常见陈述式语言举例及特点（三）窗口系统（重点）识记：1.窗口系统三种基本结构

2.交互事件处理

理解：1.事件处理循环的流程

2.事件注册方式流程

3.交互组件开发包、交互组件开发包目标、交互组件开发包特点

4.交互框架、交互框架目的、常见桌面应用框架元素

5.MVC 模式和基于 Struts 的实现

6.MVC 设计模式三个层次

7.Struts 结构的概念及结构应用：1.MVC 模型结构

2.Struts 结构的结构（四）用户界面管理系统 VIMS（一般）识记：用户界面管理系统核心目标：支持界面的表示、设计、实现、执行、评估和维护，提供一致性

1.对话独立性 (Dialogue Independence)识记：对话独立性概念理解：对话独立性的优点

2.UIMS 的表示方法识记：表示层表示方法的任务及形式理解：1.对话控制的表示方法的类型

2.应用层表示方法的内容

3.一个基于 Java 的 UIMS 实现（不作考核要求）

第七章 Web 界面设计通过本章的学习，了解 WebGL 界面设计技术；理解 Web 界面及相关概念；掌握 Web 界面要素设计；掌握 Web 界面设计原则；掌握 Web 界面设计技术：HTML、JavaScript、 JavaApplet。本章的难点内容为 WebGL 界面设计技术。要求考生能够系统整合 HTML5、 JavaScript 与 GLSL ES 的编程基础，理解三维图形渲染管线（如顶点着色、光栅化、片元着色）与交互逻辑（如相机控制、物体变换、事件响应）。结合性能优化（如减少绘制调用、合理使用缓冲区）与跨平台兼容性挑战，设计并实现流畅、逼真的三维网页应用（如虚拟展示、动态模型观察）。

（一）Web 界面基础概念（一般）识记：1.Web 的定义、核心组成部分

2.Web 界面的重要性

3.Web 界面设计的核心目标理解：能解释为什么 Web 界面设计对网站成功至关重要（二）Web 界面设计原则（次重点）识记：六大核心原则及其内涵理解：1.能阐述“以用户为中心”原则的具体要求（共性/差异性）

2.能解释“一致性”原则在内容和形式上的体现

3.能说明明确的导航设计对用户体验的作用（三）Web 界面要素设计（次重点）识记：1.Web 界面规划布局形式

2.界面设计时要考虑的文化与语言理解：1.内容、风格与布局、色彩设计的等主要考虑原则

2.文本设计等主要考虑原则

3.多媒体元素的内容

4.能理解文本设计、多媒体元素设计的作用和主要原则（四）Web 界面设计技术（重点）

HTML(超文本标记语言)识记：1.HTML 的定义、基本目的、特点

2.标记元素分类

理解：1.CSS 的作用

2.能解释 HTML 在 Web 界面构建中的基础作用JavaScript识记：JavaScript 的定义、基本目的、基本特点理解：能理解 JavaScript 作为客户端脚本语言的核心特点（基于对象、事件驱动等）和作用（实现交互） 服务器端脚本语言识记：三大服务器脚本语言的概念理解：能解释服务器端脚本语言与客户端脚本语言（如 JS）的区别和各自作用。

AJAX 技术

识记：AJAX 技术全称、定义和基本目的理解：1.AJAX 技术基本流程

2.关键特性：异步（不刷新整个页面更新部分内容）

3.能阐述 AJAX 技术的核心思想（异步）和带来的优势（提升用户体验）

WebGL 技术

识记：1.WebGL 技术定义与目标

2.WebGL 技术基本特征：交互性、三维、简洁性、高度真实感理解：1.能识别 WebGL 网页结构中的三种主要语言（HTML5, JavaScript, GLSLES）

2.能理解 WebGL 技术的主要目标和基本特征。

应用：1.能根据设计原则分析给定网站界面（如教材中的 Google、迪斯尼、清华大学首页）的设计特点（如简洁、特色、导航）

2. 能识 别 HTML 代码 片段 中的 基本 结构 和常 用标 签 （ 如<div>,<p>,<h3>,<video>）及其属性

3.能根据 CSS 代码描述其设定的样式效果（如布局、边框、背景）

4.能简述 Web 设计原则

5.能列举 Web 界面的主要元素（文本、多媒体、导航、色彩、布局等）并说明其作用

第八章 移动界面设计

（不作考核要求）

通过本章的学习，掌握可用性与可用性工程的基本概念；掌握支持可用性的设计原则；会运用可用性设计原则对界面进行正确的评估。

（一）可用性与可用性评估（重点）

1.可用性的概念

识记：ISO 9241-11 可用性定义理解：1.可用性的五个维度 (5E)

2.提高可用性的好处

2. 成功与失败的可用性案例理解：案例（如 iPhone, 考古数字博物馆）中体现的可用性成功或失败因素

3. 可用性工程

识记：可用性工程的目的理解：可用性工程生命周期的六个主要阶段

4.支持可用性的设计原则理解：1.可学习性 (Learnability) 原则的内容

2.灵活性 (Flexibility) 原则的内容

3.鲁棒性 (Robustness) 原则的内容

5.可用性评估方法

理解：1.可用性评估的原则

2.主要可用性评估方法

（1）诊查式方法：

a）用户模型法 (User Model) / GOMS 模型识记：用户模型法的目的理解：1.用户模型法的基本原理

2.用户模型法的适用场景b）启发式评估 (Heuristic Evaluation)识记：1.启发式评估的特点

2.Nielsen 十条启发式原则理解：1.启发式评估的基本原理

2.启发式评估的评估过程

3.启发式评估的优缺点c）认知性遍历 (Cognitive Walkthrough)

理解：1.认知性遍历的基本原理

2.认知性遍历三个核心步骤d）行为分析理解：1.行为分析的基本原理

2.行为分析的步骤

（2）测试方法

a）用户测试 (Usability Testing)：

理解：1.用户测试发的基本原理

2.用户测试中的主要角色

3.用户测试的三个阶段b）问卷调查 (Questionnaire)

理解：问卷调查法的基本原理c）放声思考法 (ThinkingAloud)：

理解：放声思考法的基本原理

6. 可用性评估案例（一般）

理解：可用性评估的过程（二）用户体验评估（次重点）

理解：1.层次模型

2.心流体验模型

3.用户体验的主观评价指标

4.用户体验的客观评价指标应用：1.能结合自身经历，举出成功或失败的可用性案例，并运用本章概念（如5E、设计原则）进行分析解释

2.能针对一个简单的系统或界面，应用 Nielsen 启发式原则（至少 3-5 条）

进行初步评估，指出可能的可用性问题

3.能针对一个给定的任务和简单的界面描述，尝试进行认知性遍历分析人机交互综合应用实例（不作考核要求）

第三部分

有关说明与实施要求

一、考核的能力层次表述

本大纲在考核目标中，按照“识记”、“理解”、“应用”三个能力层次规定其应达到的能力层次要求。各能力层次为递进等级关系，后者必须建立在前者的基础上，其含义是：识记：能知道有关的名词、概念、知识的含义，并能正确认识和表述，是低层次的要求。

理解：在识记的基础上，能全面把握基本概念、基本原理、基本方法，能掌握有关概念、原理、方法的区别与联系，是较高层次的要求。

应用：在理解的基础上，能运用基本概念、基本原理、基本方法联系学过的多个知识点分析和解决有关的理论问题和实际问题，是最高层次的要求。

二、教材

1．指定教材

《人机交互基础教程》，孟祥旭、李学庆，清华大学出版社，2016 年第 3 版

三、

自学方法指导

1.在开始阅读指定教材某一章之前，先翻阅大纲中有关这一章的考核知识点及对知识点的能力层次要求和考核目标，以便在阅读教材时做到心中有数，有的放矢。

2.阅读教材时，要逐段细读，逐句推敲，集中精力，吃透每一个知识点，对基本概念必须深刻理解，对基本理论必须彻底弄清，对基本方法必须牢固掌握。

3.在自学过程中，既要思考问题，也要做好阅读笔记，把教材中的基本概念、原理、方法等加以整理，这可从中加深对问题的认知、理解和记忆，以利于突出重点，并涵盖整个内容，可以不断提高自学能力。

4.完成书后作业和适当的辅导练习是理解、消化和巩固所学知识，培养分析问题、解决问题及提高能力的重要环节，在做练习之前，应认真阅读教材，按考核目标所要求的不同层次，掌握教材内容，在练习过程中对所学知识进行合理的回顾与发挥，注重理论联系实际和具体问题具体分析，解题时应注意培养逻辑性，针对问题围绕相关知识点进行层次（步骤）分明的论述或推导，明确各层次（步骤）间的逻辑关系。

四、对社会助学的要求

1.应熟知考试大纲对课程提出的总要求和各章的知识点。

2.应掌握各知识点要求达到的能力层次，并深刻理解对各知识点的考核目标。

3.辅导时，应以考试大纲为依据，指定的教材为基础，不要随意增删内容，以免与大纲脱节。

4.辅导时，应对学习方法进行指导，宜提倡“认真阅读教材，刻苦钻研教材，主动争取帮助，依靠自己学通”的方法。

5.辅导时，要注意突出重点，对考生提出的问题，不要有问即答，要积极启发引导。

6.注意对考生能力的培养，特别是自学能力的培养，要引导考生逐步学会独立学习，在自学过程中善于提出问题，分析问题，做出判断，解决问题。

7.要使考生了解试题的难易与能力层次高低两者不完全是一回事，在各个能力层次中会存在着不同难度的试题。

8.助学学时：本课程共 4 学分，建议总课时 72 学时，其中助学课时分配如下：

章次章节名称学时

第一章

绪论

第二章

感知和认知基础

第三章

交互设备

第四章

交互技术

第五章

界面设计

第六章

人机交互界面表示模型与实现

第七章

Web 界面设计

第八章

移动界面设计人机交互综合应用实例合计

五、关于命题考试的若干规定

1.本大纲各章所提到的内容和考核目标都是考试内容。试题覆盖到章，适当突出重点。

2.试卷中对不同能力层次的试题比例大致是：“识记”为 30 %、“理解”为 40%、“应用”为 30 %。

3.试题难易程度应合理：容易、中等、难比例为 3：4：3。

4.每份试卷中，各类考核点所占比例约为：重点占 60%，次重点占 30%，一般占 10%。

5.试题类型一般分为：单项选择题、填空题、名词解释题、简答题、分析题。

6.考试采用闭卷笔试，考试时间 150 分钟，采用百分制评分，60 分合格。

六、题型示例（样题）

一、单项选择题

（本大题共 15 小题，每小题 1 分，共 15 分）在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，请将其选出并将“答题卡”上的相应字母涂黑。错涂、多涂或未涂均无分。

1．以下不属于人机交互的基本要素的是A．用户 B．计算机 C．输入设备 D．输出设备

二、填空题

（本大题共 5 小题，每小题 2 分，共 10 分）

16．人机交互中，_____是指用户完成某个任务所需的时间和努力程度。

三、名词解释题

（本大题共 5 小题，每小题 3 分，共 15 分）

21．输入、输出设备

四、简答题

（本大题共 6 小题，每小题 6 分，共 36 分）

26．简述人机交互的研究内容。

五、分析题

（本大题共 2 小题，每小题 12 分，共 24 分）

32．结合 GOMS 和 LOTOS 对任务“中国象棋对弈”进行描述。