计算机汉字输入认知过程实验研究
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[摘 要] 使用计算机输入汉字是中小学生及成年人必备的技能之一，目前最常用的输入方案有音码和形码两种。汉字输入是涉及汉字音、形、义等信息并由多个认知环节构成的完整加工过程。在看打、听打、想打等三种不同输入情境下，输入刺激不同，认知过程也不同。研究采用实验法考察了五笔和拼音两种输入方案在不同输入情境下的认知过程。结果表明，两种输入方案的错误率无显著差异；采用音码在看打与听打情境下反应时无差异，采用形码看打时的反应时少于听打。结果证实两种输入方案经历的认知过程存在差异，为开发既能提高中小学生汉字输入能力，又符合汉字字形结构认知规律的输入方案提供了研究依据。
[关键词] 计算机输入； 音码； 形码； 汉字认知
[中图分类号] G434 [文献标志码] A
[作者简介] 周瀚（1988―），男，重庆人。硕士，主要从事认知与心理测量研究。E-mail： 。
一、问题提出
（一）汉字输入方案
用计算机熟练输入汉字是计算机应用的一项基本技能。目前，键盘输入仍然是计算机输入最主要的形式。然而，随着计算机输入在日常书写中所占比重越来越大，部分使用者可能会忘记一些汉字的写法，甚至对平常很熟悉的字书写起来也感到生疏。[1]
美国一项研究发现，母语是英语的计算机使用者采用键盘输入英文时，用键盘输入英文单词对这些单词的记忆有促进作用，同时强化了对键盘键位的记忆。[2]对汉字输入方案的研究同样发现，汉字形码输入方案对语言学习也有辅助作用，尤其能够加快较低层次的文字加工过程，提高学习效率。同时，输入速度对汉字的认知加工有着积极影响，这可能是在练习输入汉字的过程中产生的。[3]多数有关输入方案对汉字认知影响的研究表明，长期使用拼音输入方案可以强化汉字语音加工过程。[4]一般而言，中小学生在学习输入方案的同时也在接受汉语识字、正音的教育，在中小学生学习输入方案的过程中强化其对汉字读音、偏旁、结构以及笔顺的记忆，不仅能在一定程度上协同语文课的教学，提高中小学生掌握汉字的效率，更有助于推广与传承汉语文化。
现有的汉字键盘输入方案，大多以QWERTY标准键盘为基准设计，主要包括形码输入方案和音码输入方案，另外还有音形结合输入方案，但普及率不高。由于键盘最初设计是为了输入拼音语言文字，而汉字的结构特点与拼音语言文字完全不同，因此汉字输入方案的使用者除了要熟悉键盘的布局和使用外，还要额外学习一种或多种汉字转换的编码系统。可以认为，汉字输入方案的学习过程就是重新掌握一套符号表征系统的过程。[5]随着计算机智能联想输入技术以及云技术的发展，输入方案具备了高效的词语联想功能，减轻了使用者输入汉字的认知负担，对于普通人而言，花时间专门学习某种输入方法似乎显得没有必要。
从功能上讲，不同的输入方案对于识记字形和正音的效果有所侧重。形码输入方案需要使用者掌握一套复杂的汉字部件（字根）编码规则和汉字拆分规则，[6]典型代表有五笔字型输入法及其变式。音码输入方案是依照汉语拼音规则制定的汉字编码方案，所依托的汉语拼音和普通话是中小学语文教材的基本教学内容，典型代表是拼音输入法。二者相比较而言，形码难学易忘，音码易于推广。形码的加工过程是自下而上与自上而下两种方式平行加工的过程，音码则是自上而下和自下而上两种方式的系列加工。[7]研究表明，个体对汉字部件的知觉速度要快于对汉字对应的拼音字母的知觉速度，[8]尤其是形码在输入低频字时比音码更有优势。对中小学生长期进行形码的训练有利于强化其对汉字字形和结构的识记和书写技能。但是练习形码较为困难，需要学习汉字部件的拆分规则，当拆分规则与汉字构字规则不一致时，对学生学习汉字会有不利影响。由于中小学生都掌握拼音，对音码输入方案学生无需专门学习。长时间使用音码输入汉字也有助于提高中小学生对字音的敏感性，提高他们的拼音使用能力和普通话能力。但音码输入方案重码率高，对没有掌握拼音以及普通话不标准的人使用会造成一定困难。[9]
（二）汉字输入的认知加工过程
认知心理学研究发现，个体主要通过视觉与听觉系统获取文字信息，而短时记忆是影响个体输入汉字的主要记忆类型。视觉和听觉两种系统在文字的识别和短时记忆加工上各有特点，其接受的文字表征类型也各不相同，一个是字形视觉信息，一个是字音听觉信息。在生理上，人类的听觉记忆功能弱于视觉记忆功能。[10]研究表明，英文词语无论是以听觉还是以视觉方式呈现，在短时记忆中均以声音形式的编码为主。[11]但与基于声音编码的拼音文字[12]不同，作为象形文字，汉字是基于形状编码，在识别汉字上视觉系统更具有优势。运用信号检测论考察个体对汉字的短时记忆的研究已证实，形状相似产生的噪音的干扰要大于意义和声音类似产生的噪音的干扰，即汉字的短时记忆主要通过形状编码形式。[13]此外，无论是高频字还是低频字，字形均优先得到加工，[14]进一步证实了汉字短时记忆过程中形状编码的优势。
输入熟悉的汉字过程中可能包含看、读、听、说、想、选等认知活动，大脑认知编码既涉及听觉语音信息，也包括视觉形状信息，还有其所代表的语义信息。[15]不同的键盘输入方案会有上述活动中的几种参与，涉及的单个认知活动种类越多、越复杂，输入汉字的时间就越长，总体录入速度也就越低。[16]有时，在开始学习输入方案时某些认知加工过程可能比较耗费反应时间，但通过长期练习，这些过程会达到自动化和习惯化的程度，反应时便大大减少。例如，刚开始学习输入法时，寻找键盘上的键位可能比较耗费时间，通过一段时间的熟悉和练习，许多使用者可以做到不看键盘“盲打”，大大缩短了寻找键位的时间。
在实践中，输入汉字所涉及的认知过程并非在所有情境下都相同，这些输入情境大致可以分为“看打”、“听打”和“想打”等三种。看打是指由双眼看文字完成输入，是最普遍的汉字输入情境，如将手写稿转录为打印稿。听打是把语音信息转录成文字输入计算机，如参加会议时用计算机做记录。想打则是在思考的同时输入思考的内容，如在计算机上撰写日记。在这三种情境中，对感知信息的编码方式也相应有所不同。看打时首先为视觉信息输入，在短时记忆中先以形码为主，听打时先以音码为主，想打时则以音形义的混合编码方式为主。因此，在不同输入情境下，选用不同的输入方案，汉字输入认知过程也不同。
本研究通过操控几种输入情境下不同类型的来源刺激，考察不同汉字输入方案输入汉字时的认知过程，并通过检验被试输入汉字的反应时和正确率的差异，从侧面解释和推测使用不同汉字输入方案涉及的认知规律和过程，这对汉字输入方案开发具有重要意义。对专业人员而言，又快又准地使用计算机输入汉字是一项工作技能，改进输入方案，可以提高成年人和中小学生的汉字输入效率。对于中小学生而言，学习用计算机输入汉字技能的同时，往往也在学习汉语字词，此时，学习合理的输入方案，不仅有利于其掌握汉字输入技能，更能促进中小学生学习掌握汉字的字形与结构。最近，教育部和国家语委了《识字教学用通用键盘汉字字形输入系统评测规则》，并已于2013年5月1日起开始实施。该规则规定了识字教学用通用键盘汉字字形输入系统应遵循的语言文字规范要求，以及码元键位设置和系统功能等方面的基本要求，主要目的就是规范键盘汉字字形输入系统，以有利于识字教学。[17]综观现有的输入方案，或不能很好地匹配汉字认知特点，或需要记忆过于复杂的编码系统。也有部分输入方案如“认知码”，整合了汉字结构和语音规律，但由于其拆分和编码规则中存在一些自相矛盾之处，且无法与传统语文教学完全融合，在实践中没有收到很好的效果。[18]因此，研发出符合汉语文字规范和键盘输入规则的输入方案已十分迫切。本研究通过探讨不同的输入方案各自的认知过程，分析其利弊，有助于为研究者开发既能帮助中小学生识记汉字结构，又能辅助他们有效掌握编码系统的输入方案提供参考依据。
二、研究方法
采用3（看打、听打、想打）×2（形码、音码）的两因素混合实验设计。自变量为输入情境（看打、听打、想打）和输入方案（形码、音码），前者是被试内因素，后者是被试间因素。因变量为输入每个汉字的平均时间t以及错误率w。其中，t采用从按下第一个键到最后一个字输入完毕（按回车键）的时间除以输入的字数计算，w 采用“1-正确输入的百分比”计算。
（一）被试
熟练使用音码输入方案（拼音输入法）的大学生被试23名（女性16名，男性7名），熟练使用形码输入方案（五笔输入法）的大学生被试15名（女性9名，男性6名）。年龄在18～25 岁之间，裸视或者矫正视力正常，均为右利手，母语为汉语。
（二）实验材料
采用C#语言平台自编程序，刺激材料为汉字，呈现方式为宋体，字号26磅。看打、听打、想打等三种输入情境下的汉字材料分别为：
（1）看打情境：正式实验词语刺激60个。采用《现代汉语频度词典》中词频在35～39的二字高频词，名词、动词及形容词各20个，平均词频为每百万次36.8，平均部件数为2.6，平均笔画数为7.9。
（2）听打情境：正式实验词语刺激60个。采用《现代汉语频度词典》中词频在35～39的二字高频词，名词、动词及形容词各20个，平均词频为每百万次37.1，平均部件数为2.4，平均笔画数为7.2。对应的语音材料选自语速适中的《普通话水平测试实施纲要》（商务印书馆，2004年版）的配套光盘。事先对所选听打材料进行有10名被试参加的听写前测，结果表明，所选词语刺激的听写正确率为100%，未出现被试错写成同音词的现象。
（3）想打情境：呈现的内容如“你最喜欢的水果”，指示被试输入与呈现内容对应的名词，共30组。
（三）实验步骤
步骤一：选择被试。为消除不同被试寻找键位的耗时差异对其输入汉字的反应时的影响，通过盲打基线测试筛选能快速使用其擅长输入方案盲打的被试。
步骤二：基线反应时测试。选用一篇人教版初一英语课本中的含有167个字母及空格的短文，要求被试尽量在1分钟内完成输入。对被试的筛选测试结果进行分析，30名被试的输入时间为55～60秒，8名被试输入时间为60～69秒。总体而言，被试的熟练盲打输入速度无显著差异，因此可以认为被试的每个键按键的基线反应时无显著差异。
步骤三：汉字输入任务。为引导被试熟悉实验任务，每种情景各有3个练习的词语，练习任务不计入实验数据。正式实验中，在看打情境下，被试在屏幕显示出词语后立即用所熟悉的输入方案输入同样的内容。在听打情境下，被试在程序自动播放词语的语音时立即用所熟悉的输入方案输入同样的内容。想打情境下的任务为让被试列举某一类属事物中最喜欢的一种事物的名称，呈现30个诸如颜色等常见类属，并需要被试立即输入对应的名词。
完成以上实验任务后，主试会给被试发放一定现金作为报酬。
三、结 果
（一）总体输入时长和错误率
为减小极端值的影响，首先筛查错误率在10%以上的被试，发现没有被试的错误率达到10%以上；其次，删除反应时在7000ms以上的数据以及平均反应时在3个标准差以外的极端数据。最终，94.2%的原始数据得到保留。使用SPSS 19处理数据，两组被试在词语输入任务中的反应时和错误率见表1。
（二）输入时长比较
对打字平均用时进行重复测量方差分析，发现输入情境的主效应显著（F（2，35）=59.35，p
图1表明，输入情境与输入方案的交互作用显著（F（2，72）=6.48，p
简单效应检验发现，两种输入方案在看打情境下差异不显著（F（1，36）=0.93，p>0.05），在听打情境下差异显著（F（1，36）=5.82，p
（三）输入错误率比较
由于想打情境下无标准答案，因此无法判定正误。对看打和听打两种情境下的正确率进行重复测量方差分析，发现输入情境的主效应显著（F（1，36）=5.74，p0.05），同时两者交互作用不显著（F（1，36）=2.98，p>0.05）。由此可知，无论使用音码输入方案还是形码输入方案，看打情境的错误率均比听打情境低。
四、讨 论
不同于拼音文字，汉字的结构识记起来需要更复杂的视觉加工过程。目前，虽然以拼音为代表的音码输入方案和以五笔为代表的形码输入方案已经相当普及，但它们都没有较好地结合汉字的音形义以及相应的认知过程规律，现有的中小学生汉字输入方案教学对学生识记与掌握汉字的促进作用也有限。新的《识字教学用通用键盘汉字字形输入系统评测规则》，给规范和开发满足这一要求的输入方案提供了一个标准，也提供了一个契机。
（一）不同输入方案的效率
对音码和形码两种输入方案的实验结果进行方差分析，结果表明，在看打情境下，音码输入方案和形码输入方案的输入速度基本没有差异；而在听打和想打情境下，音码输入方案速度都要快于形码输入方案。由此可知，来源刺激类型的差异，导致输入汉字开始时需要进行转化的认知过程的复杂程度也不同，因而给使用者带来的认知负荷量也不同。听打情境下输入汉字的平均用时多于看打情境，同样，想打情境下输入汉字的平均用时也多于听打情境。输入方案和输入情境的交互作用显著，虽然总体来说看打、听打、想打的输入时长依次递增，但是采用形码时的递增幅度比采用音码时更大。此外，形码输入词语的错误率明显低于音码输入词语的错误率，也从侧面印证了汉字输入的视觉优势。
从研究的结果来看，在输入词语的任务中，看打情境所需要的时间最少，听打情境所需时间居中，而想打情境所需要耗费的时间最多，这一结果符合日常打字的事实。由于汉字编码的视觉优势，多数被试偏好看着文本打字，较少有被试偏好听语音打字。这也是为什么多数人会觉得语音文本的转录工作要比录入文本的工作耗时长且更加耗费认知资源。看打情境提供的刺激清晰明了，个体很容易识别要输入的汉字。而听打情境下的汉字输入过程涉及听词，个体可能会对同音字而产生疑惑，需要耗费一定时间根据上下文选择适当的字词，而且还会受外界噪声干扰，因此，听打的认知资源耗费较多，导致反应时间变长。而想打过程需要将更多的认知资源分配到思维加工过程中，从而分配到打字过程上的认知资源可能相应减少，所以需要花费的时间最多。
（二）输入汉字的认知过程
总体而言，用音码输入的速率快于形码输入，这可能是因为无论是音码还是形码，在头脑中的加工过程都会涉及语音回路的加工过程，而形码输入方案又多了字形加工的过程，相比音码耗费的认知资源更多。此外，研究中选用的听打词语都是没有同音词的，可能在音码的情境中，输入两个字的声母便可出现词语，而五笔输入方案大多需要输入四个键，且需要从字形相近的词语中选择，因此耗费时间会更多。就输入速率而言，输入方案与输入情境存在交互作用，在使用音码输入方案的时候，听打词语的平均时间与看打没有显著差异，而在使用形码输入方案的情况下，听打所用的时间显著多于看打所用时间，这也与认知心理学关于汉字加工时字形比字音先得到加工[19]的研究结论相符。
看打的时候，打字者首先对汉字字形进行编码，而听打时，打字者首先对汉字字音进行编码。因此，个体使用音码输入方案进行听打时，需要先将字音编码转化为对字形和字音的拆分编码，再进行键盘输入，而看打时，需要先将字形编码转化为字音编码，再对字音编码进行拆分，最后进行输入，两者转换的过程所需的时间基本无差异。而个体使用形码输入方案进行听打时，先将字音编码转化为字形编码，同时进行语音回路上的加工，再将其拆分为字根或部件，进行输入；看打时，先将字形编码转换成语音回路编码同时将其拆分为字根或部件。因此，当个体使用形码输入方案，在看打情境下，经历的认知加工过程和耗费的认知资源比听打情境要少，因此看打的反应时间更少，输入也更准确。
五、结论与启示
汉字录入的整个过程是一个接受、分析、转化汉字信息并以肌肉动作做出直接反应的过程。[20]推广合适的输入方案，学生通过练习能够强化这一过程。本研究结果表明，汉字形码输入方案具有较强优势，科学的汉字字形输入系统，不仅有助于提高汉字输入效率，更加有助于在中小学生的汉字输入方案教学中强化其对汉字字形的识记。
理想的汉字字形输入系统，能够让使用者在拆分汉字部件过程中，强化其对汉字结构的记忆，并与现行QWERTY键盘键位有效吻合，通过对拆分部件与键盘字母对应关系的不断练习和记忆，令使用者快速学习、牢固掌握新的编码，并解决目前由于越来越多频繁地使用计算机打字，用笔写字机会减少而出现的“提笔忘字”的尴尬局面。未来，在参考《识字教学用通用键盘汉字字形输入系统评测规则》要求开发汉字输入方案时，必须符合汉字学习的认知规律，利于强化汉字识记，并较易操作和推广，能提高输入效率，从而有效减轻拆分部件过程带来的认知负荷，最终既促进中小学生学习输入方案，又提高他们的汉字识记水平。
[参考文献]
[1] [4] 朱朝霞，刘丽，丁国盛，彭聃龄.拼音输入法经验对汉字字形和语音加工的影响[J].心理学报，2009，41（9）：785～792.
[2] W.E.Cooper， ed. Cognitive aspects of skilled typewriting[M].Springer-Verlag：New York，1983.
[3] 钱华，冯成志.汉字输入方案对汉字字词加工的影响研究[J].心理科学，2004，27（6）：1368～1370.
[5] [7] [16] [20] 徐建平.汉字键盘输入技能认知学习过程分析[J].电化教育研究，2009，194：33～38.
[6] 王文弼，廖建桥.对两种汉字编码输入方案效率的比较研究[J].人类工效学，1998，（2）：1～4.
[8] 李宁.认知发展：汉字输入中信息代码加工的理论与实践[D].上海：华东师范大学，2009.
[9] 李宁，梁宁建，林小苹.不同认知负荷汉字输入的眼动研究[J].心理科学，2008，31（1）：54～57.
[10] M.A.Cohen，T.S.Horowitz，J.M.Wolfe.Auditory Recognition Memory is Inferior to Visual Recognition Memory[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America， 2009， 106（14）：6008～6010.
[11] R.Conrad. Acoustic Confusions in Immediate Memory[J]. British Journal of Psychology，1964，55：75～84.
[12] S.Zhai，P.O.Kristensson，B.A.Smith.In Search of Effective Text Input Interfaces for off the Desktop Computing[J]. Interacting with Computers，2005，17：229～250.
[13] 莫雷.关于短时记忆编码方式的实验研究[J].心理学报，1986，（2）：166～173.
[14] 陈宝国，彭聃龄.词义通达的三种理论模型及研究简介[J].心理学探新，2000，（1）：42～46.
[15] 张积家，李茂.汉字输入方案对汉字形、音、义联结的影响[J].心理科学，2010，33（4）：835～838.
[17] 中华人民共和国教育部，国家语言文字工作委员会.语言文字规范：识字教学用通用键盘汉字字形输入系统评测规则（GF0017-2013）[M].北京： 语文出版社，2013.
[18] 杨宛明，杨竞生.认知码“相似性归并”不合识字特点[J].中文信息，1997，（4）：49～50.
[19] 林仲贤，韩布新.汉字词识别过程的形、音、义编码作用的研究[J].心理科学，1999，22（l）：1～4.