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当人机交互遇到社区公民科学
观鸟者向eBird众包平台提供数据。
图片来源:Getty Images
人机交互(HCI)研究界面和交互系统的设计和使用。人机交互已成功应用于现代商业产品中。近年来，它在促进社会公益和追求可持续性方面的应用，即可持续hci开始受到广泛关注。4传统上，科学家和决策者采用自上而下的方法来领导研究活动，让非专业人士参与促进可持续发展，比如节约能源。我们引入了另一种框架——社区公民科学(CCS)，通过授权社区生产科学知识、代表他们的需求、解决他们的关切并倡导产生影响，将研究与社会问题紧密联系起来。CCS将当前以科学为导向的概念推进到更深层次，旨在在交互系统干预后，当研究人员不再参与时，维持社区参与。
定义社区公民科学
公民科学是指使业余人员和专业人员能够形成伙伴关系并共同创造科学知识的框架。一个主要的科学导向链旨在促进科学研究和解决专家无法单独解决的大规模问题。11在这方面，专业人员领导项目，确定目标，并鼓励公众参与科学研究。银河动物园就是一个例子https://galaxyzoo.org)，利用从志愿者那里收集到的知识在线对大量星系进行分类。另一个例子是eBird(参见https://ebird.org)，是一个网上众包平台，让观鸟人士合作提供鸟类资料。这方面的项目，如银河动物园和eBird，通常是为了回答科学研究问题和增加公众对科学的理解。
数字2018年，在宾夕法尼亚州匹兹堡举行的清洁空气集会上的参与者。
社区公民科学是参与民主、社区共同设计和权力再平衡的公民科学的一个特例。这些特征对应着三个不同的问题:核心价值、参与模式和治理结构。根据谁定义的研究问题，公民科学项目可以有不同的科学、教育、社会、环境和政治价值。11这些项目可以利用科学家和公民之间的多种参与模式，从众包到共同创造。5公民科学还可以应用不同的治理结构来连接利益相关者，范围从自上而下到自下而上。2
参与式民主
CCS采用参与式民主来影响决策，并解决社区成员希望为自己倡导的地方问题。这个面向社区的项目旨在从社区数据中生成科学证据，以支持探索、理解和传播当地关注的问题。8在CCS中，社区成员制定主要研究问题，科学家参与社区提出的本地问题。例如，由全球社区监测发起的“桶旅”项目https://gcmonitor.org)提供低成本的装置，让受影响的居民收集空气样本，将样本送往化验室进行分析，测量本地工业污染的影响，并开展宣传工作。当与CCS相结合时，可持续HCI将科学研究扩展到社区赋权，探索如何利用技术加强科学与民间社会之间的联系。
社区合作设计
CCS采用社区协同设计的方式，与倡导团体一起开发交互式系统，倡导团体深入了解当地文化，可以带来多种专业知识，为计算工具的设计和使用提供信息。3.通过这种方式，CCS打算重新平衡技术特权，并发展对技术如何在环境中体现的共同理解，使社区成员和科学家平等。以前的工作已经表明，科学家和公民之间强有力的伙伴关系在促进决策制定和产生政策变化方面具有巨大潜力。11例如，社区驱动环境项目与自然学家和社区成员共同设计了其技术平台NatureNet，成功地支持了当地的流域管理，如让居民安装雨桶。9当与CCS联系在一起时，可持续HCI进一步探索了研究人员如何发挥支持者的作用，促进技术的利用和传播，而不是监督和控制整个社区参与过程的监督者。
权力平衡
CCS旨在通过采用自下而上和多党制的结构实现权力再平衡，在这种结构中，地方社区在发起基层运动、提供组织网络和传播影响政策制定的关键发现方面发挥重要作用。当非专业人士的观点与专业人士的观点相矛盾时，CCS尤其有益，因此需要采取行动，让决策者了解社区关切的看法。通过这种方式，CCS促进围绕当地问题进行的政治讨论，以改善社会状况。例如，在马萨诸塞州沃本市一项关于儿童白血病病例的研究中，当地居民招募了流行病学家来展示儿童白血病的风险与饮用水中的有害化学物质之间的关系。1当与CCS相结合时，可持续的HCI被扩展到探索技术如何使公民获得科学证据，并重新平衡利益相关者之间的权力关系。
将交互系统作为技术基础设施进行架构设计
设计支持CCS的交互系统面临着“邪恶问题”的困境。10这些问题没有精确的定义，不能在一开始就被完全观察到，是独特的，依赖于上下文，没有试错的机会，没有最佳的或可证明正确的解决方案。虽然研究人员希望让公民能够通过互动系统产生科学证据，表达他们的担忧，但他们无法准确预测公民是否会贡献足够的数据，从而得出有意义的见解。要确定提取可靠知识所需的人力、时间和地理范围的临界数量也很困难。此外，有各种收集、呈现、分析和使用数据的方法。如果不将系统部署到实际环境中，就不可能探索和评估所有可能的方法。此外，由于利益相关者之间的权力关系不同，每个上下文都需要定制的社区扩展策略。这些挑战加上其他社会条件，使得整合现代传感设备和计算工具以支持可持续性和社区赋权变得困难。
为了解决棘手的问题，我们提出了一种方法，灵感来自于建筑和城市规划中使用的设计过程。当解决社区或城市尺度上的邪恶问题时，建筑师和城市规划者根据先前的经验经验设计实体基础设施，以维持人类活动，而不需要他们的持续监督。这种思维模式将交互系统视为一种持续的技术基础设施，它可以随着时间的推移维持社区，即使研究人员不再存在。例如，在Civic Technoscience中，公民使用开源工具进行科学研究，提高对当地问题的认识，并影响政策制定。12气球绘图项目，由公共实验室(参见https://publiclab.org)为社区提供低成本技术，以制作各种用途的高分辨率景观图像，例如记录抗议事件和评估生物湿地吸收污染物的效果。在这种情况下，Balloon Mapping工具成为了支持社区活动的技术基础设施，在部署后无需大量持续的专家协助。
评估交互系统的影响
在部署后评估交互系统时，我们认为问“系统是否有影响力?”比问“系统是否有用?”更有益。仅仅关注可用性测试指标，比如完成任务的时间，可能会限制系统设计的视角。诸如态度和行为的变化等影响指标可以作为评估技术干预措施有效性的有用指标。
CSS本质上是不可复制的，因为每个社区都有不同的特征和权力关系。
然而，由于Wicked Problems的困境，从统计上验证交互系统是否真正赋予社区权力并导致态度或行为的改变是非常具有挑战性的。与观察性研究不同，CCS应用技术同时产生科学知识和影响社区成员。如果研究人员将确定因果关系的问题框定为观察性研究，就很难跟踪和控制可能影响他们行为和态度的混杂因素，比如新闻和社交媒体的影响。
另外，用随机试验评估技术干预可能会受到科学和伦理方面的担忧。从受影响的居民中随机抽取足够数量的对照组是不现实的，因为信息会在社区中传播。即使有办法阻止控制组访问已部署系统的信息，这也不符合伦理，而且与科学知识民主化的价值相矛盾。人们可以进一步考虑一种合乎道德的方法，将目标社区的变化与另一个独立社区的变化进行比较，该社区具有类似的关注点，但在开始时没有访问该工具。然而，CCS本质上是不可复制的，因为每个社区都有不同的特点和权力关系。在两个独立社区进行随机实验得到的结果可能会产生误导。
从超地方规模项目中学到的经验教训可以应用到大规模项目中。
尽管很难统计和严格地验证系统对社区的影响，但理解“系统如何具有影响力?”和“社区是否认为系统具有影响力?”可能是有益的。通过定性和定量分析，影响评估可以为HCI社区的系统设计提供有价值的见解。例如，我们的工作，一个由社区授权的空气质量监测系统(见左图)数字)使受影响的居民能够为社会活动提供当地空气污染的证据，包括气味报告、传感器数据和监控摄像头的视频。6它研究了社区成员如何使用动画烟雾图像，并发现在参与生命周期中，手动和自动生成图像的方法都是必不可少的。该系统提供的数据，结合受影响居民的个人故事，敦促监管机构在一次公共社区会议上对空气污染问题做出回应。一个尽管自我效能感和社区感的分析样本量较小，但调查研究发现，从多个角度使用数据驱动证据的能力是社区在与系统交互后更有自信的重要原因。
数字左图(a)显示我们先前工作的用户界面，即由社区参与的空气质素监测系统。6右边的图片(b)显示了我们之前的另一个工作的用户界面，闻匹兹堡。7
我们的另一个作品《闻匹兹堡》(参见https://smellpgh.org)是一款移动应用程序，让居民可以报告污染气味，并追踪这些气味经常集中的地方。7从我们之前的工作中，我们发现嗅觉经验在代表当地空气污染如何影响社区生活质量方面很有价值。在这个观点中，我们将这一经验从超本地扩展到全市范围，并就如何使用智能手机、传感器和统计方法来支持CCS提供了见解。数据分析表明，气味差的发生与风信息和硫化氢的共同作用有关。一项调查研究发现，社区成员使用Smell Pittsburgh的动机主要来自内部因素，包括提供数据驱动的证据的愿望，对他人福利的关心，以及使用可视化验证个人经验的能力。通过对系统使用的定量分析，这一结果得到了加强，它确定了贡献数据和与可视化交互之间的适度关联。通过嗅匹兹堡收集的报告被打印出来，并由社区在与当地卫生部门的卫生委员会会议上提交，该委员会敦促监管机构制定严格的石油焦厂规定。b
下一个步骤
社区公民科学旨在增强普通公民和科学家的能力，表达他们的声音，揭示当地关注的问题，并形成更公平的权力关系。从超局部规模项目中学到的经验教训可以应用到大规模项目中。然而，在进行CCS研究时，必须认识到，复制成功经验和“空降”技术干预不经过深思熟虑会对社区造成不可逆转的伤害。开发支持CCS的交互系统需要多学科技能培训，包括系统开发、交互设计、数据分析、社区参与和研究方法。为了将科学与当地关注的问题紧密联系起来，我们呼吁将CCS建立为正式的研究领域，并将计算和设计思维技能整合到课程中，包括通过社区实地工作了解当地关注的问题，形成研究问题，与社区共同设计技术基础设施，并评估系统部署后的社会影响。这样，我们就超越了“公民即科学家”的思维定势，进入了“科学家即公民”的思维定势。我们设想，当社区关注、可持续性问题和技术伦理处于全球社会话语的前沿时，CCS可以推动可持续的人机交互向公民赋权方向发展。
参考文献
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7.徐永昌，等。匹兹堡气味:社区授权的移动气味报告系统。在二十四人会议记录th智能用户界面国际会议。ACM 2019。
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11.谢淑玲，王晓明等。公众参与科学研究:一个刻意设计的框架。生态学与社会172(2012年2月)。
12.Wylie, S.A.等人。公民技术科学机构:关键制造如何改变环境研究。信息社会/， 2(2014)， 116126。
脚注
a.监管机构审查Shenango Coke Works遵守2012年同意令的情况:http://bit.ly/34TWZ9L
b.阿勒格尼县卫生部门为空气质量努力辩护，计划对焦化厂实施更严格的规定:http://bit.ly/361wKQt
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