智能助手多任务使用:信息模态和多任务类型的影响_刘娜.pdf
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1、第 28 卷 第 2 期2023 年 4 月工业工程与管理Industrial Engineering and ManagementVol.28 No.2Apr.2023智能助手多任务使用:信息模态和多任务类型的影响刘娜,殷正同,张生太,仇泸毅(北京邮电大学 经济管理学院,北京 100876)摘要:研究智能助手多任务使用场景下多任务类型和信息模态对任务绩效和用户主观感受的影响。本研究采用两因子组内设计的人因学实验,测试了30名参试者在智能助手提供视觉-听觉双模态、视觉单模态、听觉单模态3种情况下,完成并行多任务和顺序多任务的任务绩效、感知易用性、感知有用性、使用意愿和认知负荷,采用重复测量方差
2、分析处理所得数据。结果表明:并行多任务的完成时间显著小于顺序多任务;在任务完成时间和主观感受方面,视觉-听觉双模态显著优于视觉单模态和听觉单模态;多任务类型和信息模态的交互作用并不显著。实验为智能助手信息呈现方式和任务组织方式的设计提供了理论依据和实践指导。关键词:智能助手;多任务;信息模态;人机交互中图分类号:C 936 文献标识码:AMultitasking with Intelligent Assistant:Effects of Multitasking Type and Information ModalityLIU Na,YIN Zhengtong,ZHANG Shengtai,Q
3、IU Luyi(School of Economics and Management,Beijing University of Posts and Telecommunications,Beijing 100876,China)Abstract:The objective in this study was to investigate the effects of multitasking type and information modality on task performance and users subjective perceptions in multitasking wi
4、th intelligent assistant.An experiment with a two-factor within-subject design was used to test task performance,perceived ease of use,perceived usefulness,intention to use and cognitive load.Thirty participants were recruited to complete parallel multitasking and sequential multitasking tasks in th
5、ree information presentation scenarios(visual-auditory bimodality,visual unimodality,and auditory unimodality).Obtained data was analyzed by repeated measures ANOVA.The results show that parallel multitasking takes significantly less time to complete than sequential multitasking.Visual-auditory bimo
6、dality is significantly better than visual unimodality and auditory unimodality in terms of task completion time and subjective perceptions.The interaction of multitasking type and information modality is not significant.The experiment provides a theoretical basis and practical guidance for the desi
7、gn of information presentation modes and task organization modes for intelligent assistant.Key words:intelligent assistant;multitasking;information modality;human-computer interaction文章编号:1007-5429(2023)02-0129-08DOI:10.19495/ki.1007-5429.2023.02.014收稿日期:2021-10-19基金项目:国家自然科学基金资助项目(71901033)作者简介:刘娜(
8、1988),山东临朐人,副教授,博士,主要研究方向为人因工程、人机交互。E-mail:。-129第 28 卷 刘娜,等:智能助手多任务使用:信息模态和多任务类型的影响1 引言 智能助手是一种基于人工智能技术和算法,提供自然、直观的语音和文本交互的软件系统,已经成为许多智能产品和智能系统的核心组成部分1-2。例如,嵌入智能手机、智能可穿戴设备和智能音箱中的智能助手可以在人们的日常生活中提供信息查询、社交、娱乐功能3。集成在零售、教育、旅游和酒店等智能系统的智能助手是重要的用户界面,提供与用户的直接交流4-5。用户使用智能助手时,经常处于多任务使用的场景中,例如在进行英文阅读时使用智能助手查阅单词
9、6,驾驶汽车时使用智能助手进行路线导航7等。有学者基于时间维度定义了多任务,即个体同时执行或切换执行两个或两个以上的任务8。智能助手多任务使用的场景表现出多模态和任务类型多样化的特点。多模态主要体现智能助手不仅可以提供单一的视觉或听觉模态信息,还可以同时提供视觉、听觉等多模态信息9。例如:驾驶员在执行驾驶任务时,可以借助导航系统中的智能助手通过视觉和听觉两种模态查看道路信息;学生借助搭载智能助手的教学系统通过视觉和听觉模态完成学习任务。这些都是智能助手多模态多任务的现实场景。任务类型多样化体现在多任务组织方式多种多样,人们有时会同时执行多个任务,例如驾驶员一边开车一边通过智能助手播放音乐。而有
10、时会切换执行任务,例如学生从当前的阅读任务切换成通过智能助手查询信息的任务。这两种情境对应两种多任务类型,前者是并行多任务,后者是顺序多任务8。信息模态被定义为向人们提供信息的感官渠道10。针对单一模态的双任务研究结果表明,不论任务信息是视觉模态还是听觉模态,相比于单独作业的任务绩效,多任务情境下个体的任务绩效都变差了,脑力负荷也增大了11-13。以往研究针对多模态对比了视觉-视觉双任务与视觉-听觉双任务的绩效发现,视觉-听觉双模态可以降低多任务对绩效的抑制作用。例如,个体执行视觉模态的图形匹配测试任务,同时执行视觉模态的文字聊天或听觉模态的语音聊天任务,在这个场景中,视觉-视觉双任务下的图形
11、匹配测试绩效比视觉-听觉双任务下图形匹配测试的绩效差14。当驾驶员执行驾驶任务时,视觉警报条件下的驾驶绩效比听觉警报条件下的绩效差15。智能助手能够提供视觉模态和听觉模态的信息,作为一种新兴的多任务场景,当用户执行自身任务时,智能助手的信息模态如何影响任务绩效和主观感受是本研究关注的第一个研究问题。基于时间维度多任务可分为切换执行的顺序多任务和同时执行的并行多任务两种类型。学者们发现,长期多任务的工作方式会导致部分大脑结构和功能运作方式发生改变16,进而引起人的信息处理方式产生变化17-19。有研究比较了重度多任务者和轻度多任务者完成顺序多任务和并行多任务时的绩效发现,重度多任务者的顺序多任务
12、绩效比轻度多任务者差,而两者的并行多任务绩效没有显著差异20。另一项研究让参试者长时间进行多任务训练发现,参试者的并行加工信息的能力有所提升,而顺序加工能力有所下降21-22。一项模拟飞行导航提示的鼠标点击实验发现,顺序多任务和并行多任务的绩效无显著差异,但当任务负荷较高时,并行多任务的绩效低于顺序多任务的绩效23。以往的研究对多任务类型对绩效的影响并没有得到一致的结论,有学者指出探究多任务类型对任务绩效的影响要考虑具体的任务场景24。在智能助手多任务使用的场景下,比较顺序多任务和并行多任务两种类型多任务下的任务绩效和用户主观感受的差异是本研究拟解决的第二个研究问题。智能助手多任务使用是新兴的
13、交互场景,在此场景下,智能助手可以提供基于文字的视觉模态信息和基于语音的听觉模态信息,用户在接收智能助手信息时往往同时或交替执行其他任务。当个体执行视觉模态的知识学习任务时,同时采用视觉模态的文字和听觉模态的语音两种类型的辅助材料帮助知识学习。结果发现,使用语音辅助材料学习知识的效果好于使用文字辅助材料学习知识,学者称之为教学领域的模态效应25。此外,言语冗余理论也指出了视觉、听觉双模态信息优于单一模态信息。言语冗余指相同的信息通过不同的感觉模式(即信息模态)来呈现,当冗余信息同时出现在视觉和听觉两个感觉通道而不是单一视觉或者单一听觉通道时,完成时间、记忆水平、主观感受(例如满意度)均会提高2
14、6。基于模态效应和言语冗余理论,当用户执行自身任务时,智能助手呈现多模态信息与呈现单一模态相比,可能会提高任务绩效和主观感受。中断理论指出由外界环境的刺激引发-130第 2期工 业 工 程 与 管 理的任务中断会造成个体在多个任务之间进行切换。当外在中断发生时,人需要重新配置自己的认知资源用来处理新的任务,这是中断造成的认知成本27。中断会降低记忆或学习绩效28,提高工作负荷和压力水平29,导致负面情绪30。中断还有一定的嵌套性,这种嵌套性导致人们需要花费很长的时间才能恢复最初的任务31。基于中断理论,顺序多任务与并行多任务相比会引发更多的外在中断,因此可能会造成任务绩效的下降和更加负面的主观
15、感受。综上所述,本研究选取智能助手多任务使用作为研究情境,通过实验研究的方法探究信息模态和多任务类型对任务绩效和用户主观感受的影响,研究结果将为智能助手的信息呈现方式和任务组织方式设计提供参考依据。2 研究方法 2.1参试者本研究一共招募了30名具有正常或矫正视力,且具备智能助手使用经验的参试者,平均年龄为26.7岁(标准差为5.8),女性共15名,男性共15名。参试者的平均智能助手使用时间为 126 天(标准差20.3)。2.2实验设计和任务本研究拟解决如下研究问题:第一,探究信息模态对任务绩效和用户主观感受的影响,比较视觉-听觉双模态、视觉单模态、听觉单模态3种信息模态下的任务绩效和用户主
16、观感受的差异;第二,探究多任务类型对任务绩效和用户主观感受的影响,比较任务绩效和用户主观感受在顺序多任务和并行多任务的差异。基于之前的文献,本研究提出了如下假设。研究假设 H1:与视觉单模态和听觉单模态相比,视觉-听觉双模态可以提高任务绩效。研究假设 H2:与视觉单模态和听觉单模态相比,视觉-听觉双模态可以提高感知易用性、感知有用性和使用意愿,降低认知负荷。研究假设H3:与顺序多任务相比,并行多任务可以提高任务绩效。研究假设H4:与顺序多任务相比,并行多任务可以提高感知易用性、感知有用性和使用意愿,降低认知负荷。研究采用两因子组内实验设计,自变量为信息模态和多任务类型。信息模态一共有3个水平:
17、视觉-听觉双模态、视觉单模态、听觉单模态。多任务类型一共有 2个水平:顺序多任务和并行多任务。一共产生6种变量组合。因变量为任务绩效和用户主观感受。任务绩效由完成时间衡量,主观感受包括感知易用性、感知有用性、使用意愿和认知负荷,通过参试者在每次任务完成后填写问卷收集。感知易用性指个体认为使用当前智能助手的容易程度。感知有用性指个体认为使用当前智能助手对绩效提高的程度。使用意愿指个体愿意使用当前智能助手的程度32。认知负荷指个体在完成与当前智能助手的交互任务时所感受到的加在自身认知系统上的负荷,由脑力需求、体力需求、时间压力、业绩水平、努力程度和受挫程度 6个维度所组成33。感知易用性、感知有用
18、性和使用意愿的量表改编自DAVIS32的研究,每个陈述均使用7级李克特量表(1代表非常不同意,7代表非常同意)。认知负荷的测量采用了 NASA-TLX 工作负荷量表33,包括脑力需求、时间压力等6个维度,每个维度均在0至100的范围内进行评价。实验的主任务为迷宫任务,次任务是接受智能助手提供的路线提示信息,实验任务参考了文献 34。参试者需要完成6个迷宫任务,在执行迷宫任务时智能助手会提供路线的提示信息,每个任务对应一种信息模态和多任务类型的组合。在单个迷宫任务中,智能助手会提供路线的提示信息,每个任务中参试者接收20次智能助手的提示信息,即每个组合下的实验次数为20次。在并行多任务场景下,参
19、试者同时完成迷宫前进任务和接收智能助手路线信息的任务,路线信息有视觉-听觉双模态、视觉单模态、听觉单模态3种呈现方式。在顺序多任务场景下,参试者在迷宫前进任务和接收智能助手路线信息的任务之间切换,即执行迷宫前进任务,到达路线提示处切换到接收智能助手路线提示信息的任务,信息也是有视觉-听觉双模态、视觉单模态、听觉单模态3种呈现方式。每一个迷宫任务均只存在一条从起点到终点的正确道路。图1是实验任务的示意图。2.3实验材料和流程本实验通过 Java构建迷宫场景并实现智能助手提供路线提示信息的功能。实验设备为屏幕分-131第 28 卷 刘娜,等:智能助手多任务使用:信息模态和多任务类型的影响辨率为1
20、9201 080的15寸笔记本电脑,屏幕刷新率为60 Hz,参试者距离电脑屏幕约60厘米。由于目前市面上的智能助手无法实现本实验的任务,因此本实验采用绿野仙踪法35,即设计实验场景模拟智能助手帮助参试者寻路,智能助手的信息呈现由事先编制好的程序控制。实验素材包括6张不同的任务地图,6张地图的难度一致。实验过程中参试者在哪张地图完成哪种信息模态和多任务类型组合的任务是通过随机抽签的方式决定的。参试者在执行迷宫任务时需要触发智能助手的提示,且必须遵守智能助手的提示信息进行寻路。以下是对实验变量的控制方法:(1)多任务类型。在并行多任务场景下,当参试者靠近至路口一定距离时会得到智能助手提供的视觉提示
21、或语音的听觉提示,视觉提示在参试者离开路口一定距离前一直存在,听觉提示则在第一次被触发后每隔4 s重复一次,直到参试者远离路口一定距离后听觉提示才会消失。在顺序多任务场景下,参试者需要使用鼠标单击界面上代表智能助手的图标,单击图标后会弹出相应的路线提示,如果参试者对提示内容存在疑问可以重复单击图标获得提示。(2)信息模态。视觉模态信息为箭头,指向参试者应该前进的方向;听觉模态信息为“左转”“右转”的语音提示;视觉-听觉双模态提示将视觉模态和听觉模态结合起来,参试者可以同时得到视觉和听觉的路线提示。实验的流程如下:首先,参试者到达实验室后填写知情同意书并采集人口学信息,参试者被告知要完成6个迷宫
22、任务,会有智能助手提供路线提示信息;然后,参试者进行操作练习,熟悉实验程序的控制操作,了解智能助手的提示的显示方式和获取方式;最后,参试者进行正式实验,完成6个实验任务,每完成一次任务后填写主观感受问卷,参试者的绩效数据由实验程序自动采集。2.4数据分析研究使用重复测量方差分析来分析信息模态和多任务类型对任务绩效和主观感受的影响。Bonferroni事后检验用于差异比较。效应值大小由偏2(2p)评估。所有数据使用SPSS 24.0软件进行分析,显著性水平设为0.05。3 结果 3.1视觉模态和多任务类型对任务绩效的影响图2显示了信息模态和多任务类型对任务完成时间的影响。结果表明:视觉模态对任务
23、完成时间有显著影响(F(2,58)=5.29,p0.01,2p=0.15),多任务类型对任务完成时间有显著影响(F(1,29)=56.06,p0.000 1,2p=0.66),信息模态和多任务类型的交互作用对任务完成时间没有显著影响(F(2,58)=0.73,p=0.49,2p=0.02)。对于信息模态的主效应,事后检验结果显示:视觉-听觉双模态和听觉单模态均比视觉单模态的任务完成时间短(视觉-听觉双模态与视觉单模态比 t(29)=3.09,p0.01;听觉单模态与视觉单模态比t(29)=2.23,p0.05),视觉-听觉双模态与听觉单模态相比在任务完成时间上没有显著差异(t(29)=0.72
24、,p=0.48)。对于多任务类型的主效应,并行多任务的任务完成时间比顺序多任务的完成时间短(t(29)=7.49,p0.000 1)。表1列出了不同信息模态和多任务类型下的任务完成时间情况。3.2视觉模态和多任务类型对主观感受的影响表2列出了不同视觉模态和多任务类型下用户主观感受的情况。对于感知易用性,结果表明:视觉模态对感知易用性有显著影响(F(2,58)=图1实验任务界面示意图图2信息模态和多任务类型对任务完成时间的影响(误差线为1标准误差)-132第 2期工 业 工 程 与 管 理10.17,p0.000 1,2p=0.26),多任务类型对感知易用性没有显著影响(F(1,29)=0.02
25、,p=0.90,2p0.01),视觉模态和多任务类型的交互作用对感知易用性也没有显著影响(F(2,58)=3.69,p=0.07,2p=0.11)。事后检验结果显示:视觉-听觉双模态比视觉单模态和听觉单模态的感知易用性都高(视觉-听 觉 双 模 态 与 视 觉 单 模 态 比 t(29)=4.22,p0.000 1;视觉-听觉双模态与听觉单模态比t(29)=3.97,p0.000 1),视觉单模态与听觉单模态下的感知易用性没有显著差异(t(29)=0.65,p=0.52)(图3)。对于感知有用性,视觉模态对感知有用性的主效应显著(F(2,58)=7.74,p0.01,2p=0.21),而多任务
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