《認知及其績效》PPT課件.ppt

第四章認知及其績效,本章運用認知科學的觀點闡述在人機系統(tǒng)中，人所進行的腦力作業(yè)與技能作業(yè)的特征、方法及其基本規(guī)律，從而為提高人機系統(tǒng)的整體效率以及人機系統(tǒng)的設計提供理論依據(jù)。,認知心理學及人的信息加工模型信號識辯與持續(xù)警覺記憶學習和技能培訓思維注意人的信息輸出人的可靠性與人為差錯,本章主要內容,第一節(jié)認知心理學及人的信息加工模型,認知心理學人的信息加工模型信息和信息量,第一節(jié)認知心理學及人的信息加工模型,認知心理學從心理學的角度研究人與外界交互以及認知外界的原理，包括研究如何通過視覺、聽覺等接受和理解來自周圍環(huán)境信息的感知過程，以及通過人腦進行記憶、思維、推理、學習和問題解決等人的心理活動的認識過程。隨著信息論的問世，人們開始用信息加工過程來研究和解釋人的心理過程和復雜行為，這便是現(xiàn)代認知心理學。,認知心理學,第一節(jié)認知心理學及人的信息加工模型,用信息的觀點解釋人的認知過程，人可以被看作是一個信息加工系統(tǒng)，而人在人機系統(tǒng)的特定作業(yè)活動中的作用，在一定意義上，又可以被看作是一種信息傳遞和加工。,人的信息加工模型,圖人的信息加工模型,信息和信息量,第一節(jié)認知心理學及人的信息加工模型,信息量是不確定性平均減小的量。信息量的大小可用消除不確定性的多少來衡量，即消息中所含的信息量是出現(xiàn)該消息的概率的函數(shù)。消息出現(xiàn)的概率愈小，它所包含的信息量就愈大，反之亦然。,消息中所含的信息量I與該消息出現(xiàn)的概率P（x）之間的關系式如下：,通常廣泛采用的信息量單位為bit，此時取對數(shù)的底a=2。1bit信息量為含有兩個獨立等概率可能狀態(tài)的事件所具有的不確定性被全部消除所需要的信息，即：,信息是能消除事先不能確定的情況（即先驗不確定性）的信號或知識，它存在于一切事物中，是一種抽象量。,第二節(jié)信號識辯與持續(xù)警覺,信號識辨機理人的信息傳遞能力持續(xù)警覺腦力作業(yè)的生理變化特征,第二節(jié)信號識辯與持續(xù)警覺,信號識辨機理,圖像識別理論模型聲音的解釋例如“李四踢足球。”,信號識辨的研究內容很多，這里主要介紹圖像識別理論模型和聲音的解釋。,模式匹配理論原型匹配理論泛魔識別模型,材料-驅動概念-驅動,人的信息傳遞能力,人的信息傳遞能力的理論估計,對視覺器官信息傳遞能力的估計對聽覺器官信息傳遞能力的估計,辛格(Singer)估計：視神經共有大約100萬根纖維，每根信息傳遞1000bit/s，總計視感覺器官的信息傳遞能力為109bit/s，亦即每秒鐘可以傳遞的信息量為109bit。,雅克布遜（Jacobson）估計：人的單耳每秒鐘可以傳遞的信息量約為8000bit。,人在實際活動中的信息傳遞能力，不僅取決于感覺器官的信息傳遞能力，而且更多地取決于中樞神經和動作反應系統(tǒng)的信息傳遞能力，因此，人的實際信息傳遞能力的水平遠遠低于上述理論估計的能力的水平。,第二節(jié)信號識辯與持續(xù)警覺,感知覺的絕對辨認能力,表不同感知覺的絕對辨認能力,第二節(jié)信號識辯與持續(xù)警覺,信息傳遞率,上述利用絕對辨認來估計人們的信息傳遞能力，由于沒有考慮辨認的速度這一因素，所以有一定的局限性。事實上，當允許辨認的時間發(fā)生變化時，絕對辨認能力也隨之發(fā)生一定的變化信息傳遞率是指人在單位時間內所能傳遞的信息量，也稱人的通道容量，其單位為bit/s。希克（W.Hick）于1952年和海曼(Hyman)于1953年分別用實驗證實，刺激的信息量與反應時間的相關是線性的。一般認為，人的通道容量約為7bit/s左右，即人每秒最大可傳遞7bit左右的信息量。實際上，人的信息傳遞率遠遠高于7bit/s，這是因為作用于人的感官的外界刺激往往都是多維度的。,第二節(jié)信號識辯與持續(xù)警覺,持續(xù)警覺,持續(xù)警覺通常是在刺激環(huán)境單調和腦力活動以注意為主的條件下，長時間保持的警覺狀態(tài)。,持續(xù)警覺的提出,第二次世界大戰(zhàn)信號漏報,表注視時間與信號漏報之間的關系,第二節(jié)信號識辯與持續(xù)警覺,覺醒效能曲線,信號頻率增加時，發(fā)現(xiàn)信號的百分比也隨之增加，但信號頻率增加到一定程度后，再繼續(xù)增加，發(fā)現(xiàn)信號的百分比反而下降。,通常作業(yè)性質和作業(yè)內容不同，所要求的適合的覺醒水平也不同，如連續(xù)進行的內容單調、簡單的作業(yè)，要求覺醒水平高，而難度大、需要進行復雜判斷的作業(yè)，則要求覺醒水平低。,圖信號發(fā)現(xiàn)率,圖覺醒效能曲線,第二節(jié)信號識辯與持續(xù)警覺,導致持續(xù)警覺作業(yè)效能下降的因素,信號出現(xiàn)時間極不規(guī)則，這是造成信號脫漏的重要原因。不良的作業(yè)環(huán)境，如噪聲大，溫度高，無關刺激的干擾多等。信號強度弱，信號頻率不適宜。個體主觀狀態(tài)，如過分激動的情緒，失眠、疲勞等。,第二節(jié)信號識辯與持續(xù)警覺,改善持續(xù)警覺作業(yè)效能的措施,適當增加信號的頻率和強度，增強信號的可分辨性。根據(jù)持續(xù)警覺作業(yè)效能一般是在作業(yè)開始30min后逐漸下降的規(guī)律以及有意注意可維持的最長時間，科學安排作業(yè)時間。改善不良作業(yè)環(huán)境，減少無關刺激的干擾。培養(yǎng)和提高作業(yè)者良好的注意品質。,第二節(jié)信號識辯與持續(xù)警覺,腦力作業(yè)的生理變化特征,腦組織對于缺氧、缺血高度敏感，但總攝取量明顯提高時，并不表示腦力作業(yè)效率的提高。,表不同類型的腦力作業(yè)和技能作業(yè)的RMR實測值,腦力作業(yè)生理變化的特征，表現(xiàn)在竇性心律不齊（心臟搏動的頻率不規(guī)則性）的變化上。實驗證明，竇性心律不齊隨腦力作業(yè)負荷的增加而減少，即腦力集中，心率變化減少；腦力分散，心率變化增大。但腦力作業(yè)特別緊張時，尤其是由于心理緊張而造成精神負擔時，則可引起舒張期縮短而使心跳加快、血壓上升、呼吸頻率提高、腦部充血等。,第二節(jié)信號識辯與持續(xù)警覺,第三節(jié)記憶學習和技能培訓,記憶遺忘學習技能培訓,第三節(jié)記憶學習和技能培訓,記憶,兩個基本過程：,記：體現(xiàn)為識記（信息的輸入和編碼過程）和保持（信息的貯存）憶：體現(xiàn)為再認和回憶（信息的提?。?記憶三個階段：,瞬時記憶短時記憶長時記憶,遺忘,19世紀末期，德國心理學家H.艾賓浩斯(H.Ebbinghaus)以其本人為主試和被試，對記憶和遺忘進行了大量系統(tǒng)的實驗研究。,表不同時間間隔的保持成績,保持與遺忘曲線,第三節(jié)記憶學習和技能培訓,由該曲線可知，遺忘發(fā)展的進程是不均衡的，在識記后的短時間內，遺忘速度很快，以后逐漸緩慢，一定時間后，則處于停滯狀態(tài)而幾乎不再忘記。,圖艾賓浩斯保持和遺忘曲線,記憶保持時間：動作記憶形象材料和有意義的材料識記的材料數(shù)量越多，識記后保持量越少,第三節(jié)記憶學習和技能培訓,遺忘的原因,干擾是產生遺忘的重要原因,前攝干擾（也稱前攝抑制），即先前學習的材料對識記和回憶后學材料的干擾。倒攝干擾（也稱倒攝抑制），即后面學習的材料對保持和回憶先學材料的干擾。,對于兩種學習材料：前攝干擾的強度隨先學材料的數(shù)量以及先后兩種材料內容相似程度的增加而增加。倒攝干擾受先后兩種材料相似程度、后學材料的難度以及先學材料保持程度等因素的制約。對于同種學習材料：首尾部分容易記住，而中間部分容易遺忘，因為首部無前攝抑制的干擾，尾部無倒攝抑制的干擾，而中間部分則既有前攝干擾又有倒攝干擾。,克服遺忘最好的辦法是復習（按照遺忘規(guī)律復習）,第三節(jié)記憶學習和技能培訓,學習,學習程度學習曲線,表學習程度對記憶的影響,表示在技能形成過程中練習次數(shù)（或練習時間）與練習成績之間的關系的曲線，可用于研究知識和技能形成規(guī)律。,第三節(jié)記憶學習和技能培訓,短期學習曲線,長期學習曲線高原現(xiàn)象,第三節(jié)記憶學習和技能培訓,技能培訓,技能形成過程,模仿學習階段提高階段技能成熟完善階段,影響技能形成速度的因素,技能的性質不同，學習者掌握技能的速度也不同技能結構的復雜程度不同，學習者掌握技能的速度也不同指導方法對于學習者掌握技能的速度有一定的影響學習環(huán)境的優(yōu)劣也是影響掌握技能速度的一個因素人的主觀狀態(tài)，如動機、態(tài)度、能力、興趣、文化程度、已有經驗等對掌握技能的速度有明顯影響,第三節(jié)記憶學習和技能培訓,技能提高的標志,工作速度的加快工作質量的提高工作失誤率下降,技能的遷移和干擾,技能的遷移,引起技能遷移的原因，是新學習的技能與已經掌握的技能之間，在刺激和反應方面存在著共同要素。,技能的干擾,新學習的技能與已掌握的技能之間，刺激相同或極為相似而又要求作出不同的反應時，就會發(fā)生干擾。,例學騎自行車、三輪車,第三節(jié)記憶學習和技能培訓,技能培訓,為了獲得良好的培訓效果，應采用科學的培訓方法，如：,在整個培訓過程中，自始至終都必須把培養(yǎng)用正確方法操作、養(yǎng)成良好的操作習慣，作為培訓重點。通常分散培訓優(yōu)于集中培訓，這是因為分散培訓有較多的時間間隔，可以消除大腦神經過程所產生的抑制。對于結構復雜的技能培訓，應在工作研究的基礎上，將操作技能分解為若干個操作動作，利用圖片和操作指導書，講解操作動作，務必使學習者明白其中的道理。在培訓中，應充分利用電化教學手段如幻燈、錄像、電影、計算機等在整個培訓過程中，應將學習者的練習結果進行反饋。,第三節(jié)記憶學習和技能培訓,第四節(jié)思維,思維過程推理與心理模型影響信息處理的因素,第四節(jié)思維,思維過程,一般來說，解決問題的思維過程可以分為以下四個階段：,認識和明確地提出問題分析所提出問題的特點和條件提出假設和考慮解決方法檢驗假設以上四個階段不能截然分開，有時是交錯地進行著的。,推理與心理模型,推理,歸納演繹,一個問題的內容和前后關系比其基本邏輯結構更重要。人們在問題之間主要傳送它們的內容和前后關系而不是基本的邏輯結構。人們可能是根據(jù)自己記憶中認為正確的命題來構成事物的心理模型的。然后把這些命題用于推理，而不是對問題的細節(jié)進行邏輯驗證。,心理模型,例心理模型一些有翅膀的動物能飛；鳥有翅膀；所以鳥能飛。無邏輯驗證企鵝就不會飛,心理模型幫助解釋了人的某些心理能力，比如在某些情況下我們不能夠合乎邏輯地進行推理。心理模型可以是物理的，也可以是概念的。,第四節(jié)思維,影響信息處理的因素,大腦信息處理能力的制限內外條件對信息處理能力的影響,大腦皮質對連續(xù)接受的各種信息不可能全部確切地給以處理，其能力具有一定限度的。,內部因素主要有：,覺醒水準動力學習（練習）疲勞,第四節(jié)思維,第五節(jié)注意,概念注意的種類注意的基本品質,第五節(jié)注意,概念,注意是依附和伴隨人的認識、情感、意志等心理過程而存在的一種心理現(xiàn)象，是心理活動對一定對象的指向和集中。,指向性集中性,注意的功能包括選擇功能、保持功能和調節(jié)及監(jiān)督功能。,注意的種類,無意注意有意注意（隨意注意）,無意注意是一種初級被動的注意，是一種既無預定目的也不需要付出任何意志努力的注意。引起無意注意的主要原因是客觀刺激物自身的特點，即刺激物的新異性、刺激物的強度以及刺激物的活動變化和對比度等。,有意注意是一種積極主動的較無意注意高一級的注意，是有預定目的的，同時還需要付出意志努力的注意。引起和維持有意注意的主要原因是預先確定的目的和任務，而刺激物自身的特點以及人的興趣、欲望則處于次要地位。也就是說，有意注意指向和集中于人應該做的事情，而并不僅僅指向人喜歡做的事情。,第五節(jié)注意,注意的基本品質,注意的廣度注意的穩(wěn)定性注意的分配注意的轉移,注意的廣度也稱注意的范圍，是同一時間內，意識所能注意到的對象的數(shù)量。一般認為，注意對象越集中、排列越有規(guī)律、相互間的聯(lián)系越趨向于有意義，注意的廣度就越大，反之則越??；知覺任務難度小，注意廣度相對大些；人的知識經驗越豐富，注意廣度也越大，即隨著知識經驗的積累，注意范圍有所擴大。但是注意廣度的擴大是相對的，也是有限的。,注意的穩(wěn)定性亦稱注意的持久性，是注意較長時間地保持在某特定事物上的能力，是注意在時間上的特征。,注意的分配是指人在同一時間內把注意指向兩種或兩種以上的活動或對象的能力。它是人根據(jù)當前活動的需要主動調整注意指向的一種能力，與注意分散有本質的區(qū)別。,注意轉移的快慢和難易，取決于注意的轉移能力以及原來注意的緊張度和新的注意對象的特點和性質。,第五節(jié)注意,第六節(jié)人的信息輸出,操作運動類型操作運動的速度操作運動的準確度手的運動速度和準確度,第六節(jié)人的信息輸出,操作運動類型,定位運動重復運動連續(xù)運動逐次運動靜態(tài)調整運動,操作運動的速度,反應時間,反應時間簡稱反應時，是指從刺激呈現(xiàn)到作出反應之間的時間間隔，也稱為反應潛伏期。,簡單反應時間當單一刺激呈現(xiàn)時，人只需作出一個特定反應所需的時間即為簡單反應時間。選擇反應時間當兩種或更多種刺激呈現(xiàn)時，不同的刺激要求作出不同的反應所需要的時間即為選擇反應時間。,影響反應時的因素：,感覺通道的種類效應器官的特點刺激的強度和刺激的性質刺激出現(xiàn)時間的不確定性訓練程度反應的復雜性個體身心狀態(tài),圖不同感覺通道的簡單反應,第六節(jié)人的信息輸出,運動時間定位運動的速度,運動時間為運動開始至運動結束所耗費的時間，即完成反應動作的時間。運動時間隨運動的距離與方式而改變。一般完成控制操作最少需300ms。因此，從刺激呈現(xiàn)到反應動作完成最少需300ms，加上反應時間200ms（估計數(shù)）共計500ms。在沒有任何期待（預先警告）的情況下，反應時間加運動時間一般為0.71s，甚至1s以上。,1954年費茲作實驗結果表明，定位運動時間隨目標距離的增加而增加；隨目標寬度的增加而縮短。,圖定位運動時間和運動方向的關系,右手沿55方向向右上方作定位運動時間最短，即速度最快。,第六節(jié)人的信息輸出,在定位運動中，以肘為軸的前臂受控運動比牽動上臂及肩部的運動幅度較大的受控運動速度快、準確度高。,表人體各部位動作的最大速度（次/min）,第六節(jié)人的信息輸出,重復運動的速度,重復運動是在速度上有較高要求的運動。,對于手輪和曲柄的操作運動，其運動速度受旋轉阻力、旋轉半徑以及是否是優(yōu)勢手的影響。,表5-8手運動的最大速度,第六節(jié)人的信息輸出,操作運動的準確度,盲目定位運動的準確度,盲目定位運動的準確度以人的正前方為最高；右方稍高于左方；同一方位下方高于上方。,第六節(jié)人的信息輸出,連續(xù)運動的準確度,連續(xù)運動是在運動的全過程中要求準確控制的運動，但是，由于手臂的顫動，往往使運動偏離設計的軌跡，從而導致操作運動的準確度下降。,在垂直面和水平面內，手臂的前后運動的準確度明顯低于垂直面內上下運動和水平面內左右運動的準確度。,圖手臂不同運動方向的顫動對連續(xù)運動準確度的影響,第六節(jié)人的信息輸出,操作運動速度越慢，準確度越高。但當速度慢到一定程度后，再以降低速度來提高準確度已無太大意義。因此，曲線的拐點處（圖中點A），速度-準確度綜合績效最佳，即在該點處不僅速度較快，而且錯誤較少。該點也因此被稱為最佳工作點。在實際工作中，操作者一般愿將工作點選在最佳工作點靠右側的某一位置。,圖速度準確度操作特性曲線,第六節(jié)人的信息輸出,手的運動速度和準確度,手的運動速度手的運動的準確度,一般右手較左手運動速度快，故稱右手為優(yōu)勢手。右手由左向右運動又比由右向左運動速度快。手朝向身體的運動比離開身體的運動速度快。前后往復運動比左右往復運動速度快。從上往下運動比從下往上運動速度快。水平面內的運動比垂直面內的運動速度快。旋轉運動比直線運動速度快，且順時針運動比逆時針運動速度快。,向下按的按鈕比向前按的按鈕操作準確；水平安裝的旋鈕比垂直安裝的旋鈕操作準