人机交互技术的发展逻辑与未来趋势——以60年鼠标变迁史为例

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2024-11-01 06:04

人机交互技术的发展逻辑与未来趋势——以60年鼠标变迁史为例
□ 谢新洲 王义丹 韩天棋

【摘要】传统的人机交互研究多从宏观视角出发，探索如何优化用户与计算机之间的互动，缺乏从历史的角度对具体案例的深入讨论。通过选取鼠标这种具有代表性的人机交互输入设备作为典型案例，深入讨论了鼠标在人机交互背景下的发展历程，剖析了鼠标演进的内部和外部驱动因素，加上对历史的回顾，重点分析了鼠标进化对人机交互产生的影响。同时，将鼠标与其他的人机交互设备进行横向对比，揭示了人机交互技术从依赖于物理实体设备向更加集成、直接和自然的交互模式演进的趋势。

【关键词】鼠标；人机交互；交互技术；输入设备


一
  引言
鼠标的运行，离不开先进的传感器技术、精密的机械设计、科学的人体工程学原则、可靠的软件驱动以及成熟的图形用户界面。这些技术、理念与原则都与人机交互的发展历史密切相关。人机交互作为一个概念及独立的研究领域在20世纪80年代被确定下来。然而，这一概念并非不言自明。作为舶来词，“人机交互”对应的概念在英文语境下表现出极大的差异性。这种差异反映了人机交互在不同学科视角下研究问题和研究重点的区别。因此，在进行更加深入的讨论之前，有必要首先对传播学视域下人机交互概念的源起和流变进行梳理，从而界定本文所讨论的人机交互内涵。
20世纪70年代，软件开发和技术设计的应用实践推动了学术界对人机交互（Human-Computer Interaction，简称HCI①）研究兴趣的转移。这一时期，传播学者开始将目光从媒体内容转向技术本身及其与人之间的互动问题。这标志着人机交互开始进入传播学界研究的范畴。在此背景下，斯坦福研究院（PARC）的研究人员开发出了具有重要变革意义的图形用户界面（Graphical User Interface，简称GUI）和鼠标技术。自此，人与计算机的互动方式发生了根本性的变革，计算机的准入壁垒开始被打破，个人计算时代拉开帷幕。到了1984年，苹果公司推出第一款面向大众市场的、具有图形用户界面、内置屏幕和鼠标的麦金塔电脑（Macintosh）。这是HCI领域的一个重要里程碑，即用户界面的设计和用户体验开始被重视，人机交互的概念进一步具象化。在此基础上，唐纳德·诺曼在20世纪80年代提出了“用户中心设计”（User-centeredDesign， UCD）的概念。诺曼在其1988年出版的《设计心理学》（The Psychology of Everyday Things）一书中，对用户中心设计进行了深入的阐述和推广，他主张在产品设计和技术应用的过程中，将用户的需求和体验置于核心位置，这一观点对后续的人机交互技术开发和产品设计产生了深远的影响。随后，诺曼于20世纪90年代又提出了用户体验设计（UXdesign）的概念并将其纳入“用户中心设计”理论中，产品可用性和用户满意度成为人机交互产品设计的考虑范畴。很快，该理论成为指导研究者分析和设计新技术的新原则。自此，人机交互正式成为一门设计科学，人机交互的核心诉求从操作计算机转变为满足用户需求和改善用户体验。设计者开始考虑如何优化人与计算机交互的过程，在保证用户体验的同时提高生产力和交互质量。随着技术不断演进，学者们不再局限于讨论人与计算机之间的交互，而是将交互的外延拓展到与计算机相关的各种配套技术和应用。例如，Salam基于新兴技术的发展和应用阐述了人机交互的新模式，包括计算机视觉、脑机接口等。Yin认为人机交互的对象可以更广泛地包括机械致动器、机器人或计算机，并进一步讨论了当前更微型和灵活的电子设备为人机交互领域提供的新的发展可能。Guzman更是将人机交流（英文全称：human-machine communication，简称：HMC②）确立为一个新的研究领域，以扭转人们对技术角色的固有观念。他们将技术视为交流和传播的主体，而非经典传播学视阈下的信息传播渠道。
基于以上回顾，本研究将人机交互定义为从交流的视角讨论人类用户与计算机及其配套技术与应用之间的互动关系和彼此塑造过程。
目前传播学领域的人机交互讨论主要包括理论源流梳理、智能技术与传播业的关系、具体技术应用的案例分析等。这些研究深入讨论了特定媒介与人类互动的过程以及可能隐藏的伦理危机，丰富了对人机交互的理解。本文的创新性在于从历史的角度对具体案例的深入讨论。由于鼠标作为一种广泛使用的交互设备，从最初的机械式设计到现代的智能设备，其演变既反映了人机交互技术的整体趋势和技术革新，又展示了其独特的发展路径和遇到的特定挑战。因此，本文从鼠标的变迁和其在人机交互中的作用这一独特角度出发，对鼠标的人机交互属性进行深度探讨，旨在揭示理论研究与实际应用之间的关联。
二
人机交互背景下鼠标的发展历程
在人机交互的发展历程中，鼠标的演变历程显著地体现了技术革新与用户需求之间的相互作用。通过典型的技术S曲线（见图1），可以将鼠标的发展历程划分为四个主要阶段：萌芽期、增长期、成熟期和衰落期。这一分析框架揭示了鼠标技术的演进轨迹，反映了人机交互技术从边缘到主流，再到被新兴技术挑战的整个过程。


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图1 鼠标技术演进的S形曲线


（一）萌芽期：鼠标的出现（1960至1980年代）
1964年，恩格尔巴特设计的第一款鼠标诞生了，这是一个木制的手持装置，配有三个按钮，通过一根连接计算机的线缆传输数据。尽管这款原型鼠标在操作上极为原始，使用者需要经过长时间的训练才能熟练掌握，但它为直接操作图形用户界面提供了可能性。
到了20世纪70年代，随着计算机技术的发展，鼠标的设计和功能也在不断进化。研究人员认识到了恩格尔巴特设计的鼠标在实用性上的局限，于是他们进行了一系列的设计优化。最显著的改进是引入了滚珠系统，替代了原有的直接接触式设计，这一改进大大提高了鼠标的灵敏度和可用性。然而，早期的鼠标价格依旧非常昂贵，且需要特定的硬件支持才能使用，这使得它在20世纪70年代并不为大众所接受。
（二）增长期：鼠标的普及与市场化（1980年至2000年）
1979年是鼠标发展的关键转折点。这一年，乔布斯访问了Xerox帕克研究中心，接触到了PC原型机Alto的GUI界面及其配套的鼠标。乔布斯从中看到了图形用户界面未来的可能性，同时也意识到伴随这种界面的鼠标设备的重要性。受到这次访问的启发，乔布斯下定决心要改善鼠标，使之成为苹果电脑系统不可或缺的一部分。随后，大卫·凯利设计公司（后来成为IDEO）基于Xerox帕克研究中心的原始鼠标设计进行改进，改革的核心在于简化机械设计，采用更便宜、更坚固的材料，并且重构了鼠标内部的滚珠和编码器系统，使球体能够自由滚动。这些改进提高了鼠标的可靠性并降低了生产成本，使鼠标的商业化之路变得更加可行。到了1984年，苹果推出了配备图形用户界面的新电脑，并配备了重新设计的鼠标。这一事件不仅开启了个人电脑时代的新篇章，也促使鼠标技术得到广泛应用，快速发展，并实现了商业化突破。
这一时期，随着计算机技术的飞速发展和个人电脑的普及，鼠标作为用户与计算机交互的桥梁，其设计和功能不断创新，从简单的指针移动和点击操作，发展到包括滚轮设计、多按钮功能等，以满足不同用户的需求。这一时期可以说是鼠标商业化进程的开端，是十分重要的奠基时期。
（三）成熟期：多形态鼠标产品百花齐放（2000年至2010年）
在成熟期，鼠标技术与人机交互方式发生了重大转变，光电时代拉开帷幕。随着光电技术的引入，鼠标从依赖传统的机械滚球转变为使用更为精确、响应速度更快的光学跟踪技术。这一变革不仅提升了鼠标的性能，也极大地改善了用户体验。
苹果公司在2000年推出的Pro Mouse是这一时期光电技术发展的重要代表之一。该鼠标采用了光学跟踪技术，摒弃了传统的滚珠设计，从而实现了更高的指针精度和更低的维护需求。此外，微软的Intellimouse Explorer 3.0则解决了早期光电鼠标在高速移动时容易出现的丢帧问题。它采用的全新光学传感器，不仅提高了鼠标的操作精确度，还允许鼠标在多种表面上平稳工作，增强了其多功能性。
在这一时期，鼠标技术的多样化发展也体现在了无线技术的广泛应用上。无线鼠标通过消除物理连接的束缚，为用户提供了更大的自由度和便携性。蓝牙技术的引入进一步简化了无线鼠标的连接过程，使其能够轻松配对和连接到多种设备。此外，随着按键技术的进步，这一时期的鼠标设计也越来越注重人体工程学原则，以提高使用的舒适度和减少长时间使用可能导致的肌肉疲劳。
总体来说，成熟期是鼠标技术快速发展、多样化发展的时期。光电技术的应用、无线连接的普及以及人体工程学设计的优化，共同推动了鼠标成为更加精确、便捷和舒适的人机交互工具。
（四）衰落期：鼠标从大众走向小众（2010年至今）
2010年前后，触控技术的崛起对传统鼠标的地位构成了前所未有的挑战。这一时期，触摸屏设备的普及以及触摸板技术在笔记本电脑中的广泛应用，共同推动了用户交互方式的根本性转变。触控技术以其直观、自然的交互方式，减少了用户与设备之间的物理隔阂，提供了更为流畅和灵活的操作体验，鼠标的重要性也自此开始降低。
然而，尽管触控技术的普及对传统鼠标构成了威胁，但并非所有的用户需求都能通过触控技术得到满足。在专业领域和特定场景如高精度图形设计、专业游戏等，传统鼠标凭借其精确的指针控制和多样化的功能按键，仍然保持着不可替代的地位。例如，游戏鼠标提供了多DPI（每英寸点数）设置以确保精确的控制，从而满足硬核游戏玩家对个性化和高性能的需求。此外，随着工作和生活方式的多样化，市场对于鼠标的需求也呈现出更加细分化的趋势。罗技MX Master3鼠标的推出就是对这一趋势的响应，这类产品通过融合传统鼠标的核心优势和新兴技术的创新特性，为用户提供了更为丰富和个性化的选择。
综上所述，鼠标的发展进入了一个新的阶段，即面对触控技术挑战的衰落期。然而，通过专业化和定制化的产品开发，鼠标仍然在许多领域保持着其独特价值。因此，触控技术对鼠标造成生存压力在某种程度上也是一种发展动力，迫使鼠标不断创新，以寻找新的增长点。
三
鼠标进化对人机交互产生的影响
通过上述历史回顾，不难看出，鼠标作为人们常用的一款输入设备，深深地嵌入到了整个人机交互的过程中。每个时期，鼠标的技术进步和功能扩展，都对人机交互方式产生了根本性的影响，反映了人机交互设计理念和技术实现的持续演进。
（一）新的模式：从命令行到图形界面
鼠标的出现带来了人机交互的根本性变革，不仅深刻改变了人与计算机之间的交互模式，而且催生了计算机界面设计新的范式。人机交互从依赖于文本的命令行时代，一举跃迁到以视觉交互为核心的图形界面时代。在鼠标问世之前，计算机的操作界面主要依赖于键盘输入命令行，这种交互方式要求用户具备一定的技术背景和命令语言知识，从而在很大程度上限制了计算机技术的普及和应用。恩格尔巴特设计的首款木制鼠标，尽管其设计相对原始，却为人机交互提供了一种全新的直观模式，即通过物理动作直接与计算机图形用户界面进行交互，显著降低了操作复杂度，使得计算机技术的门槛大幅度降低，普通用户也能轻松掌握计算机操作。这一革命性的创新，一定意义上启发了本·施耐德曼，随后他提出了直接操作理论，强调了用户通过直接操作可视对象（例如图标、窗口、菜单）进行交互的重要性，指出直接交互模式不仅提升了用户体验，也增强了界面的直观性和学习的便捷性。直接操作理论的出现带来了一次人机交互范式的变革，自此开始鼠标与图形用户界面的结合成为趋势，极大地推动了计算机从以文本为主的命令行时代，向以视觉为核心的图形界面时代的转变，扩展了计算机的应用领域。此外，从活动理论的视角来看，鼠标作为人与计算机系统之间的中介工具，其引入简化了用户的认知过程、优化了任务执行的效率、促进了用户与计算机之间的协同作用，使得交互过程更加符合人的自然行为习惯。
因此，鼠标的发明促进了人机交互领域向更加直观、自然和高效的方向发展。这一创造是技术创新的象征，代表了从命令行到图形界面的跨越，从技术中心到用户中心的转变，是人机交互发展史上的一个重要标志。
（二）新的理念：从“以计算机为中心”到“以人为本”
鼠标的进化使得人操作计算机的门槛大幅降低，极大地推动了计算机的大众化。这种大众化的过程，最直接的体现便是人机交互产品的设计理念内核从以计算机的操作逻辑为核心转变为以用户的使用需求为核心。自此开始，人机交互的研究和实践开始向用户的需求、习惯以及认知特性倾斜。人机交互设计领域，逐渐出现了许多崭新的设计理论。首先是用户中心设计理论，这一理论开始强调在设计过程中将用户的体验和需求置于首要地位，从而创造出更易于使用、更符合用户期待的产品。其次，认知负荷理论也逐渐在人机交互设计当中变得重要。这一理论强调要关注如何设计界面和交互流程以减少用户在操作过程中的认知负担，使用户能够更加轻松、高效地完成任务。此外，以苏奇曼为代表的人机交互研究学者提出了情境行动理论，开始强调在设计人机交互系统时要考虑用户所处的具体使用环境和情境的重要性。可以说，鼠标的出现和进化不仅推动了交互技术的发展，更引领了人机交互设计理念的革新。它使得设计者开始重新审视人机交互的本质，逐步确立了“以人为本”的交互产品设计理念，极大地丰富了人机交互的内涵，为后续人机交互技术的发展奠定了坚实的基础。
（三）新的维度：从特定属性到多元化功能
鼠标的进化同样带来了人机交互工具功能范畴的重大扩展，交互工具开始从单一功能向多元化功能转变。最初，鼠标被设计成一个相对简单的输入设备，其基本功能仅限于允许用户在屏幕上点击选择和导航，其功能和应用场景相对单一。随着时间的推移，鼠标开始经历一系列的创新和改良，逐步增加了如滚轮、侧键等物理按键，以及可编程宏、灵敏度调节等软件功能。这些改进赋予了鼠标执行多种命令的能力，拓展了鼠标的应用范围。这种从特定属性到多元化功能的转变，实际上是人机交互工具发展的一次革命。鼠标的演进打破了传统上每种交互工具只对应特定操作的局限，开了交互工具多种交互属性并存的先河。这不仅极大地丰富了用户与计算机之间交互的可能性，也为后续人机交互工具的设计和发展提供了新的思路和方向。自鼠标之后，人机交互工具的设计开始更加重视功能的多样性和灵活性，这在一定程度上促进了触摸板、触摸屏、语音输入等多种交互方式的发展和普及。
因此，鼠标的进化不仅是其自身从单一功能到多功能的转变，更是推动了整个人机交互工具从特定属性向多元化功能发展，极大地拓宽了人机交互的维度和功能。
四
鼠标作为人机交互设备的功能外延与发展逻辑
虽然鼠标、键盘、触摸板等不同人机交互设备的演进路径并不完全相同，但是如果深入地分析不同演进路径背后的深层原因，就会发现这些交互设备的演进都遵循着一套基本相同的逻辑和规律。
（一）功能外延：鼠标能否被触摸板取代？
通过对如今办公室白领和学生群体的观察可以发现，大部分人都不再使用实体鼠标，而是使用内嵌在笔记本电脑上的触摸板。可以说，普通用户对于触摸板与鼠标作为交互媒介的使用偏好呈现出较为明显的转向趋势。这一现象引发了学术界和业界的广泛讨论，尤其是围绕着鼠标是否会因触摸板的普及而逐渐被淘汰，以及触摸板是否可以被视为鼠标功能的一种自然延伸展开。
对于鼠标是否会被触摸板完全取代的问题，笔者认为短期内鼠标不会被取代或消亡，而是会走向分众化与专业化。鼠标作为最有代表性的交互工具之一，其独有的特质是输入的精确性和交互的高效性。在需要细致操作的应用场景中，鼠标展现出了无可比拟的优势。因此，鼠标的这种核心价值决定了其不会因为触摸板的普及而完全消失，而是会逐渐朝着更加专业化和功能化的方向发展，会不断地通过技术创新来满足特定领域的复杂需求。
关于触摸板是否在某种程度上代表了鼠标功能的外延，笔者持肯定的态度。触摸板有效地模拟了鼠标的核心交互功能，如点击、拖拽等。此外，触摸板通过其独有的多点触控技术，引入了如缩放、双指滑动等新的交互手势，成为鼠标功能的补充者和拓展者。换言之，触摸板的出现和普及是鼠标技术在移动计算环境下的一种自然适应和演化。它通过内嵌于笔记本电脑的设计，不仅使得笔记本电脑和输入设备的联系更加紧凑和便携，还通过手势控制增强了用户交互的直观性和灵活性。
整体来看，鼠标的持续优化与专业化发展和触摸板的功能整合与技术集成，共同推动了输入设备的人机交互方式朝着多样化的方向发展。因此，触摸板的出现和普及是人机交互技术演进的自然体现。鼠标在短时间内并不会因为触摸板的出现而消失，两者都是现代人机交互技术多元化生态系统当中不可缺少的有机部分。
（二）转型与延续：鼠标与键盘演进轨迹的差异性
虽然同为人机交互输入设备，但是鼠标和键盘的演进轨迹却展现出明显的差异性。在触控技术和语音输入技术等新兴人机交互技术出现以后，鼠标在命令输入方面的首要地位明显遭到了触摸板的冲击。然而，这些新的交互技术却并没有对键盘造成太大的冲击。在文本输入方面，键盘仍然有着不可替代的地位，其样式和结构几乎一直延续着最初的“QWERTY”分布。
键盘之所以短期内能够在人机交互工具中具有不可替代的地位，有着诸多的内部和外部原因。首先，键盘通过一系列排列有序的按键，模拟了传统打字机的输入方式，为用户提供了一种高效、准确且易于学习的文本输入方法。这种基于物理按键的交互模式，因其提供了明确的触觉反馈和操作准确性，使得键盘在长文本编辑、编程语言输入以及精确控制指令输入等场景中显示出了不可替代的优势。回顾键盘的发展历史，苹果公司曾经尝试过将触控技术结合在键盘当中，推出了数款触控键盘。然而，由于缺乏击打感且容易出现输入错误，这种触控键盘并没有大面积普及。其次，用户习惯的深度根植是键盘得以保持长久生命力的另一个关键因素。在长达数十年的信息技术发展历程中，键盘作为人机交互的基本工具之一，其操作方式与“QWERTY”的布局早已深入人心，成为大多数用户进行电脑操作时的第一直觉。因此，诸如IBMThinkPad 701C所尝试引入的“蝶形”键盘设计、德沃夏克键盘（英文全称：Dvorak Simplified Keyboard）采用的“德沃夏克”布局等，都没能有效撼动“QWERTY”键盘的布局与设计。最后，目前尚未出现各方面远优于键盘的文字输入技术。目前出现的触控技术、语音输入技术等，并不能够在文字输入的效率、质量以及准确性等方面带来优于键盘的质变。因此，根据罗杰斯的创新扩散理论，在没有出现明显优于键盘的新技术之时，键盘将依旧延续其传统的设计和功能。
然而，一旦出现能够带来文本输入模式质变的新技术，键盘的地位同样会被挑战。就目前来看，脑机接口技术是键盘输入技术最有潜力的挑战者。如果这种技术可以得到普及和应用，那么键盘无疑会走向与鼠标相似的结局。
（三）连接到集成：输入设备的发展趋势
不仅仅是鼠标，所有的人机交互输入设备都有着相似的发展趋势，即从将人与计算机简单连接起来的物理设备，走向嵌入在整个人机交互过程当中的集成式媒介。然而，根据行动者网络理论，在分析人机交互系统时，必须认识到人（用户、设计者）与非人因素（技术设备、计算机软件环境等）共同构成了一个互动的网络。在这个网络中，人与非人因素之间的相互作用和相互依赖性构成了人机交互过程的基础。因此，要深入地分析和理解这一发展趋势，不能仅仅从某一个独立的输入设备出发，而应该着眼于整个动态的人机交互网络，考虑所有的人与非人因素对输入设备发展的综合影响。
鼠标所代表的是人机交互过程当中负责输入的交互媒介，具体表现为人的意志向计算机的流动。与之相对应的是以显示器为代表的负责信号输出的交互媒介，体现的是计算机信息向人的传播。输出、输入两种交互媒介，既是人与计算机连接起来的重要纽带，也是人机交互的重要组成部分。可以说，鼠标的演变和进化是人机交互发展的微观见证，体现了技术发展、用户需求以及计算机系统环境演进的复合作用体系。


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图2 早期，人、交互媒介和计算机之间的关系


从传播的意义上来讲，交互媒介需要考虑其受众所能理解的语义空间。反映在人机交互的语境当中，即计算机的操作系统以及整个互联网的环境。值得注意的是，人的需求会因为交互过程而发生改变，计算机所处的语境也会因为交互过程而产生变革。而随着这种交互过程越来越频繁，人机交互媒介的交互性会变得越来越强，人、交互媒介和计算机之间将逐渐形成越来越紧密的联结关系（由图2向图3的变化）。

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图3 当下，人、交互媒介和计算机之间的关系

交互媒介既是人的延伸，同样也是计算机的延伸。因此，随着人机交互向着越来越深入的方向发展，传统的基于空间限制的交互媒介，自然而然地就会产生突破传统空间隔阂的趋势，从而越发向计算机或者用户整合。总而言之，从历史的角度来看，以鼠标为代表的人机交互输入设备的一般发展趋势可以总结为：从独立于计算机和人之外的简单的交互设备逐渐变成镶嵌在人机交互过程当中的不可分割的有机部分，体现的是从简单连接到深度集成的趋向。
五
结语
在未来，毋庸置疑的是人机交互媒介的集成程度会进一步增强。不只是鼠标，大部分的交互媒介都将走向整合与集成。在新媒体时代，创新的扩散呈指数级增长。多模态交互等模式的出现，象征着交互技术已经发生了质的革新，随之而来的将是人机交互媒介技术交互性的大幅度增强。因此，交互媒介的发展，将呈现出一种脱离物质实体的趋势，所有的人机交互媒介可能都将舍弃其传统的物理设备载体。从最早期的键盘、鼠标输入，再到近来兴起的语音识别、手势控制，甚至是正在研发当中的脑机接口技术，这些交互技术的创新发展，正推动着人机交互设备向着更加自然、直接、减少物理介质依赖的方向发展，人类与机器的互动关系将在很大程度上被重构。机器不再是单纯的工具，而是转变为能够深刻理解人类需求、与人类交流的伙伴。
注 释：
①“Human-Computer Interaction”（HCI）指的是人类与计算机系统之间的交互和通信。HCI的研究重点在于设计、评估和实现人机交互界面，以提升用户体验和交互效率。这个领域涵盖了从硬件（如输入设备）到软件（如界面设计和交互流程）的各个方面。HCI的目标是创建直观、易用、有效的交互方式，确保技术对用户友好并能适应人类的需求和行为。随着技术的发展，HCI也在不断演进，包括虚拟现实、增强现实和人工智能等新兴技术的集成。
②“Human-Machine Communication”（HMC）指的是人类与机器之间的交流和互动。这种交流可以是通过语音、文本、图像或其他传感器方式实现的。HMC在日常生活和专业领域中越来越重要，它涉及各种技术，如人工智能、机器学习、自然语言处理和人机界面设计。这种交流的目的是提高效率、准确性和用户体验，同时确保人类与机器之间的互动既自然又直观。


  谢新洲  北京大学新媒体研究院院长、教授、博士生导师
  王义丹  北京大学新媒体研究院硕士生
  韩天棋  通讯作者，山西大学新闻学院讲师，北京大学新媒体研究院全职博士后


本文引用格式参考：

谢新洲,王义丹,韩天棋.人机交互技术的发展逻辑与未来趋势：以60年鼠标变迁史为例[J].新闻爱好者,2024(9):42-47.


原文刊登于《新闻爱好者》2024年9期（总第561期）
详见《新闻爱好者》2024年第9期杂志、中国知网、万方数据、龙源期刊网、重庆维普等
转载、引用请注明来源于《新闻爱好者》杂志
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