[摘要]对需求描述工具――概念模型在信息系统开发中与用户的沟通效果问题进行研究。基于认知理论分析，得出概念模型的信息组织结构特征会影响用户理解模型的认知过程，同时根据语义网络理论将用户理解划分为简单理解和复杂理解两个层次。实验室研究结果表明，与面向过程的概念模型相比，面向对象的概念模型在整体上更利于用户理解需求，主要体现在复杂层次的理解上。
[关键词]概念模型 信息系统 用户 理解 沟通 实验室研究
[分类号]N945.12
概念模型通过一套正规化的符号语言描述现实世界，是信息系统开发中记录系统需求的重要工具，如E-R图、数据流程图、UML等。记录的系统需求成为项目中各方沟通的媒介：系统分析员与用户沟通以确认系统需求；系统开发人员间沟通开发细节。显然，两方面沟通均有效才能保证开发出符合用户需求的应用系统。而以往研究多关注系统开发人员间的沟通，忽视了与用户的沟通。
当前，用户参与需求分析愈加被重视，有效的用户参与被认为是系统成功和用户满意的有力保障。Davies等人的调查表明，与用户的沟通有效性超出其他技术和管理因素，成为概念模型使用中最重要的问题。然而还缺乏直接的研究和证据解释概念模型在与用户沟通中的作用机理。
鉴于此，本文将以概念模型与用户沟通过程中的认知特点为基础，分析和解释概念模型影响沟通效果的作用机理，并通过实验室研究方法获得数据支持。
1 文献回顾
1.1 概念模型的沟通有效性
基于概念模型的沟通效果本质是阅读者正确理解模型中信息的程度，可以定义为阅读者正确掌握的信息量与模型全部信息量的比率。但信息本身具有不同的类别，近年来研究中多依信息类别将理解效果划分为不同的维度，以深入分析模型对沟通有效性的影响。如Agarwal等根据信息组成分为简单信息(仅包含基于结构的或基于过程的信息)与复杂信息(包含两类型信息)，研究发现开发人员使用面向过程的概念模型理解复杂信息显著优于面向对象的概念模型。而在简单信息理解方面无显著差异。
理解效果的维度，即信息类别的划分不存在统一的标准，主要依研究目的而定，如上述研究中的信息分类是为了寻求信息结构与模型结构的匹配。
1.2 概念模型理解效果研究
阅读者理解模型中信息的过程是概念模型与阅读者个人交互的过程，因此分别受到模型特点及个人特点两方面因素的影响，如图1所示：
对于模型因素，以往研究发现了一些好的品质，如信息完整性、清晰性等。满足好品质的模型能够提升理解效果，如Gemino等通过实证研究验证了本体论语义更清晰的模型更利于理解。
个人特点中的因素关注较多的如个人经验、知识。经验越丰富，知识储备越充足，个人理解效果必然越好。如Khatri等的实验室研究验证了开发人员所具有的模型技术知识以及应用领域知识对阅读效果的影响作用。
然而，这些研究能够回答的现实问题很有限。首先，用户具有高的应用领域知识水平及低专业技术知识和实践经验，现有研究对这样的复合因素组合的情况难以解释。此外，除了模型特点中的“好品质”，不同的模型仍然存在其他差异影响阅读者理解过程，但作用效果可能因人而异。如有研究发现相对于面向对象的建模方法，面向过程的模型更利于开发专家全面识别信息，而对开发新手不存在这样的差异。因此，本文将根据用户整体的认知特点分析其与概念模型特征的交互关系。
2 理论与假设
2.1 用户阅读的认知过程
概念模型主要的呈现形式是图形，为了更深入认识用户阅读概念模型时的认知特点，可以借鉴图形理解的相关理论：感知理论与认知理论。
感知理论解释了阅读者将所看到的图形信息放入短期记忆的感知过程，包括三步：辨识图形中各符号对象；根据模型中符号的空间布局对符号进行分组及确定层次关系；对符号初步组织并放入短期记忆。专业的训练和实践能够使开发人员具备组织图形信息的技巧；而用户未接受过培训，只是按照阅读文本时的习惯策略从左向右、自上而下地组织模型信息，因此放入短期记忆中的信息基本是按照模型的信息组织方式。
认知理论解释了信息放入短期记忆后的认知过程，包括两个活动：搜索长期记忆中的相关知识；对图形信息进行解释并与长期记忆整合。影响认知效果的根本因素是认知计算量。对用户来说，主要依靠搜索长期记忆中关于业务环境等的知识来解释图形所传达的含义。根据认知匹配理论，当放人短期记忆的信息结构与用户长期记忆中的知识组织方式一致时。搜索相关知识的效率将提高，整合新知识时也减少了结构关系的转换计算，使得总的计算量降低，因此认知正确性将提高。
综上所述，概念模型的信息组织方式与用户长期记忆中知识结构的匹配程度是影响认知过程正确性的重要因素。
本文将以面向对象与面向过程的概念模型为例，验证上述分析。两类模型对信息的组织方式显著不同：面向对象的模型将信息分类、抽象为对象，以对象为中心组织与对象相关的属性、行为、通讯等信息，如用例图中围绕各角色的行为活动(即用例)；而面向过程的模型将信息抽象为信息流，通过信息处理流程中的前后衔接组织信息，如数据流程图中“处理模块”的输入和输出“信息流”。
认知心理学中众多研究结论显示出人们的自然思考方式首先是分类，这正是面向对象思想的基础。因此可以说，面向对象模型的信息组织方式与未接受过专业学习的用户脑中的知识组织更加匹配。由此判断，与面向过程的概念模型相比，采用面向对象的概念模型更利于用户理解。
假设1：描述同一系统信息时，用户使用面向对象模型的理解效果显著高于面向过程模型。
2.2 基于语义网络理论的理解效果
语义网络理论对人脑中的知识组织方式作了很好的解释：人的长期记忆中，知识是通过节点互联的网络来组织的。节点代表任何实体、抽象类、属性等概念；节点间的连接表示概念间的某种关系。一条信息可能包含一个、两个或多个节点，而多个节点之间的关系可能是直接关联，或是通过某些节点间接关联。
显然，当信息包含的节点数较少、节点间的连接较少时，认知过程的搜索和整合计算量都更小。因此，为了进一步分析用户认知特点与概念模型的交互作用，本文根据信息中所包含的节点数及连接关系的复杂程度，将理解效果分为简单理解与复杂理解。
有研究曾发现，不熟悉概念模型的阅读者在使用用例图和使用数据流程图识别单个信息点的完整性上没有差别。这是因为，理解简单信息时的认知计算量很少，面向对象模型信息组织的优势不显著；但随着信息复杂度增加，两类模型认知计算量的差异将显现出来。
假设2：描述同一系统的简单信息时，面向对象与面向过程概念模型的用户沟通效果无显著差异； 假设3：描述同一系统的复杂信息时，面向对象概念模型的用户沟通效果显著高于面向过程模型。
3 研究方法
3.1 实验对象及实验过程
本文采用实验室研究方法收取数据。实验在大学课堂道行，选修同一课程的管理学院各专业学生自愿参加，最终参加学生41人。实验中学生被随机分为两组，依次完成三项任务：阅读描述同一系统的系统需求说明，两组的阅读材料不同；回答关于系统理解效果的测试问题，包括简单信息及复杂信息；填写个人经历以及实验感受的问卷。
3.2 实验设计
3.2.1 实验情境 待开发的系统是一个校友录系统。大学生对这样的系统较为熟悉，符合学生作为系统用户的角色。实验人员在实验开始时将以系统开发者的角色进入，并说明实验参与者将作为该系统的用户，实验目的是使用户理解系统的构建内容。
3.2.2 需求说明 两组阅读的需求说明分另0由用例图(Use Case Diagram)与数据流程图(Data Flow Dia-gram)来描述，两者是当前使用最广泛的概念模型，分别代表面向对象与面向过程的概念模型。两组模型描述了相同的系统内容，所传达的信息量一致，只是表达形式不同。由于实验时间的限制，所描述的系统只具备简单的功能。
3.2.3 理解效果 用户的理解效果通过回答问题的正确率来反映。所有问题均为判断题，共14题：关于简单理解的问题共7题，只涉及需求中两个概念及直接连接关系；关于复杂理解的问题共7题，涉及三个以上概念及其关系。所有14道问题的正确率反映用户的整体理解。
3.2.4 实验后调查问卷 问卷主要通过五点量表测量实验中的假定条件以及控制变量。包括三个问题：阅读者对概念模型的学习程度、阅读者对校友录系统背景的熟悉程度(这两者用来保证学生作为用户角色的有效性)以及阅读者感知的模型阅读难度。感知的阅读难度也是影响模型使用的重要因素，因此在本研究中作为控制变量。
4 实验结果与讨论
4.1 实验数据剔除
实验收集到数据41份，首先剔除回答不完整的数据1份，然后对实验的前提假定进行检验。统计阅读者的模型知识表明所有参与者都没有学习过概念模型知识，同时95％的参与者较熟悉或非常熟悉校友录系统。为进一步保证实验的有效性，根据参与者对系统背景的熟悉情况剔除了解很少或完全不了解的参与者数据3份。最终获得有效数据37份，其中用例图组19份，数据流程图组18份。接下来将使用SPSS统计软件对数据进行分析、验证假设。
4.2 模型对用户理解的影响
采用多元方差分析方法验证两概念模型组阅读效果的差异，并将用户感知的模型阅读难度作为协变量以控制其对因变量的影响。两组用户的简单理解效果没有显著影响(显著性=0.617)，支持了似设2；复杂理解效果方面，用例组(均值=0.722)显著高于数据流程图组(均值=0.579)，显著性=0.007，支持了假设3；总体理解效果方面，用例图组(均值=0.726)也显著(显著性=0.043)高于数据流程图组(均值=0.643)，支持了假设1。如表1所示：
4.3 用户不同层次的理解效果
通过对同一用户简单理解效果与复杂理解效果的配对均值检验来反映前文中关于理解划分的认知基础。用户对简单问题的理解效果显著高于对复杂问题的理解(显著性=0.045)，如表2所示：
4.4 讨论
4.4.1 用例图组用户的总体理解效果显著高于数据流程图组(假设1) 基于前面的分析，该结论在理论上验证了影响用户理解效果的一个重要的概念模型因素――模型信息组织结构特征，该因素与用户知识组织结构交互影响用户理解效果，即使用与用户知识组织结构更相近的概念模型得到的用户理解效果更好。这为概念棋型的选择和评价提供了一个较可靠的一般性的依据。该结论为实践中而向对象的概念模型在用户沟通方面的意义提供了证据支持，为开发项目选择概念模型提供了直接的参考。
本文基于认知特点的分析认为用户与开发人员在理解概念模型时(无论是感知过程还是认知过程)具有显著差异，对比以往研究中面向过程的慨念模型更有利于开发人员理解的结论，本实验室研究的结论间接证明了用户与开发人员认知特点上的差异。
4.4.2 用户对不同复杂度信息的理解效果差异显著
用户对简单问题的理解效果显著高于复杂问题；且用例图／数据流程图在简单和复杂信息理解效果方面的表现显著不同(假设2，假设3)。这些结论验证了认知复杂度是用户理解效果的本质影响因素，进一步解释了具有不同信息组织特征的概念模型是通过影响用户认知计算量影响用户理解效果的。
同时，该结论具有更高的可靠性。可以对以往一些研究结论进行解释：即由于所设置的信息过于简单或没有选择对用户认知计算量有影响差别的概念模型，以往研究可能获得概念模型对用户沟通效果无影响作用的结论。这再次肯定了该领域研究中以用户认知特点为基础的重要意义。
5 结语
在信息系统开发的需求分析阶段，概念模型是与用户沟通的重要工具。本文对概念模型影响用户沟通效果的作用规律进行了探索。基于对用户阅读概念模型的认知过程的深入分析，本文提出了概念模型的信息组织结构与用户知识组织方式的匹配程度是影响用户理解效果的关键因素，并通过实验室研究验证了面向对象的概念模型在支持用户沟通方面显著优于面向过程模型，尤其体现在对复杂信息的理解方面。本文对该领域的研究及实践都具有重要意义。
本文是对用户理解概念模型领域初步的探索，在很多方面还有待今后的研究进行补充和完善。如关于开发人员与用户认知特点不同的分析，还需要进一步的实证研究的支持；基于认知复杂性进行的理解效果维度划分方式在操作上还不够成熟，不易区分更多层次；研究方法的一般性问题还需要进一步探讨，包括实验中采用的信息系统开发背景及学生作为实验参与者的局限性。