2025年大學(xué)認(rèn)知科學(xué)與技術(shù)專業(yè)題庫——認(rèn)知科學(xué)與可穿戴技術(shù)的結(jié)合考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、名詞解釋（每小題4分，共20分）1.注意力選擇理論2.認(rèn)知建模3.可穿戴傳感器4.情境感知計(jì)算5.腦機(jī)接口（BCI）二、簡答題（每小題6分，共30分）1.簡述短時(shí)記憶與長時(shí)記憶在信息存儲(chǔ)容量和持續(xù)時(shí)間上的主要區(qū)別及其在可穿戴設(shè)備數(shù)據(jù)記錄中的意義。2.可穿戴設(shè)備在采集生理信號（如心率、皮電反應(yīng)）時(shí)，可能面臨哪些技術(shù)挑戰(zhàn)？請列舉至少三種。3.解釋“情境感知計(jì)算”的含義，并舉例說明其在結(jié)合認(rèn)知科學(xué)的可穿戴應(yīng)用場景中的具體作用。4.簡述將腦電波（EEG）信號用于認(rèn)知狀態(tài)監(jiān)測（如注意力、睡眠階段）時(shí)，信號采集與處理面臨的主要困難。5.從用戶接受度的角度，討論可穿戴設(shè)備在個(gè)人認(rèn)知能力監(jiān)測應(yīng)用中可能遇到的障礙。三、論述題（每小題10分，共20分）1.論述將眼動(dòng)追蹤技術(shù)集成到可穿戴設(shè)備中，用于監(jiān)測用戶注意力或認(rèn)知負(fù)荷的潛在優(yōu)勢與局限性。2.分析基于可穿戴設(shè)備的認(rèn)知輔助技術(shù)（如提醒、信息呈現(xiàn)優(yōu)化）對老年人日常生活質(zhì)量和認(rèn)知健康的潛在影響，并探討設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的關(guān)鍵因素。四、設(shè)計(jì)題（20分）設(shè)計(jì)一個(gè)旨在幫助大學(xué)生在圖書館等需要長時(shí)間專注學(xué)習(xí)的環(huán)境中維持注意力的可穿戴設(shè)備概念方案。請說明該設(shè)備的核心功能（至少三項(xiàng)）、所依賴的認(rèn)知科學(xué)原理、計(jì)劃采用的傳感器類型以及初步的人機(jī)交互策略。試卷答案一、名詞解釋1.注意力選擇理論：指認(rèn)知系統(tǒng)如何從眾多感覺信息中選取相關(guān)信息進(jìn)行優(yōu)先處理的理論。在可穿戴技術(shù)中，該理論指導(dǎo)如何設(shè)計(jì)信息呈現(xiàn)策略，避免信息過載，確保用戶能及時(shí)獲取重要提示或監(jiān)測數(shù)據(jù)。2.認(rèn)知建模：指使用計(jì)算模型或理論框架來模擬、解釋或預(yù)測人類認(rèn)知過程（如學(xué)習(xí)、記憶、推理等）。在可穿戴技術(shù)領(lǐng)域，認(rèn)知建模可用于理解用戶行為、預(yù)測生理狀態(tài)變化或優(yōu)化設(shè)備交互方式。3.可穿戴傳感器：指集成在衣物、飾品或小型便攜設(shè)備中，能夠持續(xù)或定期采集用戶生理信號（如心電、體溫）、環(huán)境信息（如光線、加速度）或行為數(shù)據(jù)的傳感器。它們是可穿戴設(shè)備實(shí)現(xiàn)認(rèn)知監(jiān)測與交互的基礎(chǔ)。4.情境感知計(jì)算：指計(jì)算系統(tǒng)利用環(huán)境信息（如位置、時(shí)間、用戶活動(dòng)、社交環(huán)境等）來提供更智能、更個(gè)性化服務(wù)的計(jì)算范式。結(jié)合認(rèn)知科學(xué)，可穿戴設(shè)備可通過情境感知計(jì)算，在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)提供認(rèn)知支持或調(diào)整任務(wù)需求。5.腦機(jī)接口（BCI）：指直接將人類大腦信號（主要是腦電波）轉(zhuǎn)換為控制命令的技術(shù)接口。在可穿戴應(yīng)用中，BCI可用于開發(fā)無障礙交流工具、控制輔助設(shè)備，或直接監(jiān)測用戶的認(rèn)知狀態(tài)（如意圖、情緒）。二、簡答題1.答案：短時(shí)記憶容量有限（通常為7±2個(gè)信息塊），持續(xù)時(shí)間短（幾秒到一分鐘），主要依賴工作記憶進(jìn)行主動(dòng)加工和處理；長時(shí)記憶容量巨大，持續(xù)時(shí)間長（從小時(shí)到終身），信息以相對穩(wěn)定和結(jié)構(gòu)化的方式存儲(chǔ)。在可穿戴設(shè)備中，短時(shí)記憶限制用戶能即時(shí)處理的信息量，長時(shí)記憶則用于存儲(chǔ)長期健康數(shù)據(jù)或用戶偏好，長時(shí)記錄有助于分析認(rèn)知狀態(tài)變化的長期趨勢。解析思路：首先明確短時(shí)記憶和長時(shí)記憶的核心定義和關(guān)鍵特征（容量、時(shí)長、處理方式）。然后，將這兩個(gè)特征與可穿戴設(shè)備的數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)需求聯(lián)系起來，解釋這些特征如何影響設(shè)備的設(shè)計(jì)和應(yīng)用，例如數(shù)據(jù)記錄的頻率、分析的時(shí)間跨度等。2.答案：主要挑戰(zhàn)包括：①信號噪聲干擾（環(huán)境電磁干擾、運(yùn)動(dòng)偽影等）影響信號質(zhì)量；②生理信號本身的微弱和變化性（如心率變異性）；③傳感器與皮膚/身體接觸的穩(wěn)定性和舒適性，以及長期佩戴的生物相容性；④信號采集、傳輸和處理的功耗問題，尤其是在電池續(xù)航要求高的可穿戴設(shè)備中。解析思路：從可穿戴設(shè)備采集生理信號的功能出發(fā)，思考實(shí)現(xiàn)過程中可能遇到的技術(shù)瓶頸。從信號源（生理信號特性）、信號采集端（傳感器、接觸）、信號處理端（噪聲、功耗）等多個(gè)角度列舉潛在的技術(shù)挑戰(zhàn)。3.答案：情境感知計(jì)算是指系統(tǒng)能夠理解用戶所處的物理、社交、時(shí)間等環(huán)境信息。在可穿戴應(yīng)用中結(jié)合認(rèn)知科學(xué)，例如，設(shè)備可以根據(jù)用戶所處的課堂環(huán)境（時(shí)間、地點(diǎn)、活動(dòng)）自動(dòng)調(diào)整提醒頻率或呈現(xiàn)學(xué)習(xí)相關(guān)信息的優(yōu)先級；或者在用戶行走時(shí)減少不必要的感官干擾，在需要集中注意時(shí)提供輔助提示。其作用在于讓設(shè)備的行為更符合用戶的實(shí)時(shí)認(rèn)知需求和環(huán)境狀態(tài)。解析思路：解釋“情境感知計(jì)算”的基本含義。然后，結(jié)合“可穿戴設(shè)備”和“認(rèn)知科學(xué)”的背景，舉一個(gè)具體的例子，說明設(shè)備如何利用情境信息來更好地服務(wù)于用戶的認(rèn)知活動(dòng)或提供更智能的交互體驗(yàn)。4.答案：主要困難在于：①腦電信號微弱（μV級別），易受肌肉活動(dòng)、眼動(dòng)、心臟跳動(dòng)等偽影干擾，信噪比低；②EEG信號成分復(fù)雜，不同認(rèn)知狀態(tài)對應(yīng)的不同頻段（如α,β,θ,δ波）的識別和分離需要復(fù)雜的信號處理算法和特征提取方法；③個(gè)體差異導(dǎo)致腦電信號模式不穩(wěn)定，建立通用的、準(zhǔn)確的認(rèn)知狀態(tài)判別模型難度大；④實(shí)時(shí)處理和分析高密度腦電數(shù)據(jù)的計(jì)算資源需求高。解析思路：從腦電波（EEG）作為信號源的特性入手，強(qiáng)調(diào)其微弱、易受干擾的特點(diǎn)。接著，指出從復(fù)雜的腦電信號中提取有用信息（認(rèn)知狀態(tài)）需要信號處理和模式識別方面的技術(shù)，并點(diǎn)出個(gè)體差異和實(shí)時(shí)處理帶來的挑戰(zhàn)。5.答案：主要障礙包括：①隱私擔(dān)憂：用戶擔(dān)心個(gè)人認(rèn)知數(shù)據(jù)（如注意力水平、情緒狀態(tài)、睡眠質(zhì)量）被過度收集、濫用或泄露；②社會(huì)偏見：認(rèn)知能力的可穿戴監(jiān)測可能引發(fā)關(guān)于能力差異、隱私邊界或歧視性的社會(huì)討論；③用戶接受度和依從性：設(shè)備佩戴的舒適性、外觀、使用復(fù)雜性以及用戶對監(jiān)測本身的接受程度會(huì)影響其日常使用；④數(shù)據(jù)解讀的準(zhǔn)確性和有效性：用戶可能誤解監(jiān)測數(shù)據(jù)的含義，或擔(dān)心數(shù)據(jù)解讀的算法不夠精確。解析思路：從用戶角度出發(fā)，分析可穿戴認(rèn)知監(jiān)測技術(shù)可能遇到的接受性難題。從用戶關(guān)心的隱私、社會(huì)影響、個(gè)人體驗(yàn)（舒適度、易用性）以及技術(shù)本身的可靠性（數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性）等多個(gè)維度進(jìn)行闡述。三、論述題1.答案：優(yōu)勢在于：①眼動(dòng)能夠直接反映注意力焦點(diǎn)和分配，非侵入式監(jiān)測方便易行；②可實(shí)時(shí)監(jiān)測閱讀效率、屏幕使用模式等，為學(xué)習(xí)策略提供即時(shí)反饋；③結(jié)合特定算法，可評估認(rèn)知負(fù)荷或注意力分散程度。局限性包括：①眼動(dòng)受個(gè)體差異、習(xí)慣、視線遮擋等因素影響，解讀需謹(jǐn)慎；②難以直接測量深層認(rèn)知過程（如推理、記憶）；③長時(shí)間追蹤可能導(dǎo)致用戶不適或注意力分散本身影響測量結(jié)果；④設(shè)備成本相對較高，技術(shù)成熟度和標(biāo)準(zhǔn)化仍在發(fā)展中。解析思路：首先肯定眼動(dòng)追蹤技術(shù)在監(jiān)測注意力方面的直接性和便捷性等優(yōu)勢。然后，從測量本身的技術(shù)局限（影響因素、測量深度）、用戶因素（舒適度、干擾）以及技術(shù)發(fā)展因素（成本、成熟度）等方面，分析其存在的局限性。2.答案：潛在影響：積極方面，可穿戴設(shè)備通過提醒、日程管理、信息過濾、環(huán)境優(yōu)化（如光線、聲音）等方式，可能幫助老年人維持注意力、改善記憶力、減少認(rèn)知負(fù)擔(dān)，提升獨(dú)立生活能力和生活質(zhì)量。消極方面或風(fēng)險(xiǎn)，過度依賴可能削弱自身認(rèn)知功能（如記憶力衰退）；數(shù)據(jù)隱私和安全問題（個(gè)人敏感信息）；設(shè)備成本和操作復(fù)雜性可能成為使用障礙；若算法不精準(zhǔn)，可能導(dǎo)致誤提醒或無效干預(yù)。關(guān)鍵設(shè)計(jì)因素：①易用性和舒適性；②個(gè)性化與自適應(yīng)能力；③數(shù)據(jù)隱私保護(hù)機(jī)制；④用戶教育和心理接受度；⑤與家庭、醫(yī)療系統(tǒng)的整合能力。解析思路：先從正反兩方面分析可穿戴認(rèn)知輔助技術(shù)對老年人的潛在影響。積極影響側(cè)重于設(shè)備提供的直接幫助。消極影響或風(fēng)險(xiǎn)則關(guān)注技術(shù)可能帶來的副作用或用戶面臨的障礙。最后，重點(diǎn)討論設(shè)計(jì)此類技術(shù)時(shí)需要權(quán)衡和考慮的關(guān)鍵因素，確保技術(shù)的有效性和倫理性。四、設(shè)計(jì)題答案：設(shè)計(jì)概念方案：一款名為“MindFocus”的智能腕帶式可穿戴設(shè)備。核心功能：1.注意力監(jiān)測與提醒：集成眼動(dòng)追蹤攝像頭（小型、可轉(zhuǎn)動(dòng)），結(jié)合算法分析用戶視線是否長時(shí)間偏離學(xué)習(xí)區(qū)域或屏幕中心，當(dāng)檢測到注意力分散時(shí)，通過輕微震動(dòng)或無聲提示進(jìn)行提醒。2.認(rèn)知負(fù)荷評估：集成皮電傳感器（GSR）監(jiān)測用戶皮膚電反應(yīng)，結(jié)合心率和呼吸頻率數(shù)據(jù)（通過PPG和加速度計(jì)估算），綜合評估用戶的壓力和認(rèn)知負(fù)荷水平，并在負(fù)荷過高時(shí)建議休息或進(jìn)行放松引導(dǎo)。3.情境感知學(xué)習(xí)助手：內(nèi)置GPS和光線傳感器，結(jié)合日歷應(yīng)用，自動(dòng)識別用戶是否處于圖書館等學(xué)習(xí)環(huán)境。在環(huán)境中，設(shè)備可根據(jù)用戶設(shè)置的優(yōu)先級，在特定時(shí)間段推送待辦事項(xiàng)或?qū)W習(xí)提醒，并自動(dòng)調(diào)節(jié)屏幕亮度以減少視覺干擾。人機(jī)交互策略：1.簡潔界面：腕帶顯示屏僅顯示核心信息（如分散提醒、負(fù)荷等級、快捷操作），避免信息過載。2.語音交互：支持語音命令進(jìn)行基本操作（如查看日程、調(diào)整提醒設(shè)置），方便用戶在閱讀時(shí)使用。3.漸進(jìn)式反饋：提醒和評估結(jié)果采用溫和、非侵入式的方式呈現(xiàn)，鼓勵(lì)用戶自我調(diào)節(jié)而非制造焦慮。用戶可設(shè)置反饋強(qiáng)度和提醒頻率。4.數(shù)據(jù)可視化：提供每周學(xué)習(xí)效率簡報(bào)，通過圖表展示注意力專注時(shí)長趨勢和認(rèn)知負(fù)荷變化，幫助用戶了解自身學(xué)習(xí)狀態(tài)。認(rèn)知科學(xué)原理：該設(shè)計(jì)基于注意力選擇理論（監(jiān)測分散）、情緒與認(rèn)知關(guān)系（GSR評估負(fù)荷）、情境感知（識別環(huán)境優(yōu)化交互）以及行為改變理論（通過反饋促進(jìn)習(xí)慣養(yǎng)成）。傳感器類型：眼動(dòng)追蹤攝像頭、皮電傳感器（GSR）、心率光電傳感器（PPG）、三軸加速度計(jì)、GPS模塊、光線