心智模型是经由经验及学习，脑海中对某些事物发展的过程，所写下的剧本。人类在经历或学习某些事件之后，会对事物的发展及变化，归纳出一些结论，然后像是写剧本一样，把这些经验浓缩成一本一本的剧本，等到重复或类似的事情再度发生，我们便不自觉的应用这些先前写好的剧本，来预测事物的发展变化。
心智模型是你对事物运行发展的预测。再说得清楚一点，你「希望」事物将如何发展，并不是心智模型，但你「认为」事物将如何发展，就是你的心智模型了。一个人若拥有完整而健全的心智模型，他对事物的发展就可以做出准确的预测，所以也就有能力做出比别人好的判断。我们形容人，有时会用「有眼光」「有远见」「运筹帷幄之中，决胜千里之外」，就是用来称赞那些对某些事物的心智模型比常人精确的人。
但是一般情况下，人们还是更趋向于把Mental Model理解为抽象一点的东西。
于是，就有了语言的功能。语言是什么，是人把Mental Model里面的信息翻译成声音信号或者图像信号映射到现实世界，然后让别人对这些信号进行反译，得到的信息和原来的已有的思维模型结合在一起通过大脑的处理得到一个新的Mental Model，从而实现交流的目的。所有人在翻译和反译过程中遵循一个大家约定的协议和规范。这个规范就是从小学的母语或者后来学的外语了。
而一个典型的人机交互模型则包含开发者，人机交互系统，用户之间的交互。
开发者把自己的Mental Model通过各种方法实现在系统中，然后用户通过人机交互理解实现在系统中的开发者的Mental Model，同时又在自己脑中形成一个新的模型。
图1表示心智模型形成的前因后果:
Johnson-Laird(1983, 1989)说明
心智模型是个体为了要了解和解释他们的经验，所建构的知识结构，该模型受限于个体关于他们经验的内隐理论(Implicit Theories)，这可能有很多或很少的正确性。
【例如】你也许有一个心智模型去衡量飞机如何在天空飞行，但是此模型不是根据物理学或其他科学规则，但此心智模型依然会存在你的信念中，直到你对此飞机飞行的有新的认识后，会形成新的心智模型。
心智模型的形成是先由讯息刺激，然后经由个人运用或观察得到进一步的讯息回馈，若自己主观认为是好的回馈，就会保留下来成为心智模型，不好的回馈就会放弃。心智模型不断地接收新讯息的刺激，这种刺激的过程可分为「强化」或「修正」。
Norman(1983)观察许多人从事不同作业时所持有的心智模型，归纳出六个关于心智模型的特质，这六个特质并非相互独立的:
1.不完整性(Incomplete):人们对于现象所持有的心智模型大多都是不完整。
2.局限性(Limited):人们执行心智模型的能力受到限制。
3.不稳定(Unstable):人们经常会忘记所使用的心智模型细节，尤其经过一段时间没有使用它们。
4.没有明确的边界(Boundaries):类似的机制经常会相互混淆。
5.不科学(Unscientific):人们常采取迷信的模式，即使他们知道这些模式并非必要的。
6.简约(Parsimonious):人们会多做一些可以透过心智规划而省去的行动。
心智模型是一种机制，在其中人们能够以一种概论来描述系统的存在目的和形式、解释系统的功能和观察系统的状态、以及预测未来的系统状态。
换句话说，即是人们对于世界的理解方式是透过询问:这是什么?为什么这样?这样有什么目的呢?、这个东西是如何运作?它会造成什么后果?将这些问题简化成下列的架构图:
图2 心智模型功用
风洞实验是发展新型飞机的必经流程。工程师设计了新型飞机的外型之后，他们通常会用做出一台模型飞机，就像玩具飞机一样大小，然后在实验室中，用特制的电风扇吹它，模拟出飞行的状态，再用仪器测量各种变化，这些结果，可以用来帮助工程师提早发现这架飞机的潜在问题，尽早找出解决方法。这种流程，就是风洞实验了。我们的心智模型也提供我们同样的帮助。在判断一些事情时，我们常常也需要作一些风洞实验，评估一下利益得失，然后再做决定。在心里做实验提出各种解决方案，并分析利弊，评估可行性，找出最好的方法，然后才应用到真实世界里。它的优点就像风洞实验一样，能在最节省时间精力的状况下，提供你更多宝贵的资料。它的缺点是，你的模型可能不准确，而使你的判断错误。这种藉由心智模型所产生的对事物的预测能力，事实上正是许多生物所以能在残酷生存的竞争中得以存活的重要能力。
·成功的学习，关键在于学生是否有发展出完整正确的心智模型
一个中学生，如果把牛顿运动定律学的很好，即使没有纸笔，不做任何运算，在他的脑海里，也有办法「上演」牛顿运动定律。在他的脑海中，将会有一个不断下落的物体，速度越来越快。这就是他对牛顿运动定律所建立起的心智模型。他可以在脑海中大概模拟物体之间的相互影响，知道哪里是可以下手的部份，答案算出来了也会判断这个数值合不合理。而相对的，没有正确心智模型的学生，在演算物理题目时，就是在一堆数字和公式之间玩抓迷藏，拼拼看，填填看，然后凑出一个答案，却不知道答案代表的意义。
·亲身体验常常是建立心智模型最直接最快速的方法
我们常说「读万卷书，行万里路」，就是在强调经验的重要。没有经验的人，即使读书破万卷，也很难在心目中对事物有具体的印象。要多方面的体验，才能建立完整有用的心智模型。
南海路的科学馆，有一个地心引力的模型，是一个中间有洞的漏斗形大圆盘，当你从旁边斜斜滚下一个像撞球一样的小圆球后，小圆球就逐渐加速往中间的洞「代表地心引力」滚进，等到它最接近中心时，它所累积的动能又让它绕过中心，从另一边滚回来。就这样，向地球绕太阳转一样，转出一圈圈椭圆形的轨道。
·心智模型需要不断的修正
有些人只相信自己的经验所建成的心智模型，而不知道适时的修正它，让它能更切合实际。举例而言，对一个小学生而言，在玩皮球多次之后，对物体运动的概念大概是「所有的物体终究会停下来」。等学到了「动者恒动，静者恒静」的牛顿定律之后，他的心智模型应该变成「所有的物体如果没有外力的介入，会保持原来的速度，如果原来的速度就是零，那他就会保持静止的状态」，但这个模型和经验不一致啊，如果这个模型正确，皮球应该不断滚动不会停啊!怎么办呢?等到学了摩擦力的概念，就解释的通了!读书与生活分离的结果，使得学生逐渐发展出「考试用的心智模型」，考试时，答案都正确，但在日常生活中，则发展出「日常生活用的心智模型」，完全由自己的经验所累积，粗糙原始而未加修饰，也缺乏进步的空间。这样的结果，造就了一堆只知死读书而不懂应用变化融会贯通的书呆子。
·经常使用心智模型是改进心智模型的最好方式
我们都是藉由经验或者学习的过程中，不断地测试我们的心智模型，并进而改进这个心智模型。我们永远无法知道它是否正确，只有不断使用它，才有机会做验正及改进的工作。只靠自己的经验学习的人，不仅进步缓慢，也容易产生偏差。鼓励学生大量阅读，因为书本是一个很好的训练自己心智模型的环境。狭隘而缺乏他人智慧灌溉的心智模型，通常都很浅薄，缺乏想样力，创造力，包容力。
心智模型的历史和演进
心智模式这个名词是由苏格兰心理学家Kenneth Craik 在1940 年代创造出来的，之后就被认知心理学家Johnson-Laird和认知科学家Marvin、Minsky(1975)、Seymour Papert 所采用，并逐渐成为人机交互的常用名词。
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