腦力負荷定義及影因素腦力負荷測量課件

1、腦力負荷定義及影因素腦力負荷測量課件腦力負荷定義及影因素腦力負荷測量課件一、腦力負荷定義（Mental Workload） 腦力勞動：人從外界接受信息，對信息進行編譯、整理、分析，最后作出反應的過程。關于腦力工作負荷也有用心理負荷、精神負荷、腦負荷和腦力負擔等術語的，目前還沒有形成統(tǒng)一的定義。 第一節(jié) 腦力負荷定義及其影響因素腦力負荷：用來形容人在工作中的心理壓力, 或信息處 理能力 。9/12/20222一、腦力負荷定義（Mental Workload）第一節(jié) 腦第二節(jié) 腦力負荷的測量-主觀評價法；-主任務測量法；-輔助任務測量法；-生理測量法。（一）主觀評價法是最流行也是最簡單的腦力負荷評

2、價方法。該方法要求系統(tǒng)操作者陳述特定操作過程中的腦力負荷體驗，或根據腦力負荷體驗對操作活動進行難度順序的排列。 9/12/20223第二節(jié) 腦力負荷的測量-主觀評價法；（一）主觀評價法9第二節(jié) 腦力負荷的測量常見方法：古柏一哈柏 (Cooper-Harper)評價法主觀負荷評價法（SWAT量表）NASATLX主觀評價法 National Aeronautics and Space Administration(美國)國家航空和宇宙航行局9/12/20224第二節(jié) 腦力負荷的測量常見方法：National Aeron第二節(jié) 腦力負荷的測量古珀一哈柏 (Cooper-Harper)評價法，美國空軍

3、1969年提出 古柏一哈柏提出主要目的：用于評價飛機駕駛難易程度 具體方法：把飛機駕駛的難易程度分為10個等級，飛機駕駛員在駕駛飛機之后，根據自己的感覺，對照各種困難程度的定義，給出自己對這種飛機的評價。應用：用于飛機操縱特性的評定。 下表為Cooper-Harper方法的分級方法。9/12/20225第二節(jié) 腦力負荷的測量古珀一哈柏 (Cooper-HarpeCooper-Harper法的分級方法飛機的特性對駕駛員的要求評價等級優(yōu)良：人們所希望的腦力負荷不是在駕駛中應考慮的1很好，有可忽略的缺點腦力負荷不是在駕駛中應考慮的2不錯，只有輕度的不足為駕駛飛機需駕駛員作少量帑力3小但令人不愉快的不

4、足需要駕駛員一定的努力4中度的、客觀的不足為了達到要求需要相當的努力5非常明顯但可忍的不足為達到合格的駕駛需非常大努力6嚴重的缺陷要達到合格的駕駛，需要駕駛員最大的努力，飛機是否可控不是問題7嚴重的缺陷為控制飛機就需要相當大的努力8嚴重的缺陷為了控制飛機需要非常大的努力9嚴重的缺陷如不改進，飛機駕駛時可能失控109/12/20226Cooper-Harper法的分級方法飛機的特性對駕駛員的要（2）主觀負荷評價法（ Subjective Workload Assessment Technique） SWAT法 SWAT法是美國空軍開發(fā)的，由Reid等人建立。1）主要考慮因素Reid等人對腦力負荷

5、的影響因素進行了系統(tǒng)的調查，經過必要的歸納和整理，認為腦力負荷可以看作是時間負荷、壓力負荷和努力程度等3個要素的結合。第二節(jié) 腦力負荷的測量9/12/20227（2）主觀負荷評價法（ Subjective Workloa第二節(jié) 腦力負荷的測量時間負荷：是指操作者有沒有足夠的時間來完成任務。努力程度：是指在工作時人需要付出的努力等。具體的它是指人在工作時，大腦中計算、決策、注意力資源的應用情況。壓力負荷：主要涉及腦力負荷或與腦力負荷有關的心理上的負擔。 每個因素又被分為1、2、3三級，SWAT描述的變量及水平如表所示。9/12/20228第二節(jié) 腦力負荷的測量時間負荷：是指操作者有沒有足夠的時間

6、來SWAT描述的變量及水平維度水平描述時間負荷努力程度 壓力負荷1經常有空余時間，各項活動之間很少有沖突或相互干擾很少意識到心理努力，活動幾乎是自動的，很少或不需注意力很少出現慌亂、危險、挫折或焦慮，工作易容易適應。2偶爾有空余時間，各項活動之間經常出現沖突或相互干擾需要一定的努力或集中注意力。由于不確定性，不可預見性或對工作任務不熟悉，工作中有些復雜由于慌亂、挫折和焦慮而產生中等程度的壓力，增加了負荷。為了保持適當的業(yè)績，需要相當的努力3幾乎從未有空余時間，各項活動之間沖突不斷 需要十分努力和聚精會神。工作內容十分復雜，要求集中注意力由于慌亂、挫折和焦慮而產生相當高的壓力，需要極高的自我控制

7、能力和堅定性9/12/20229SWAT描述的變量及水平維度水平時間負荷努力程度 壓力負荷1第二節(jié) 腦力負荷的測量2）使用方法三個因素及每個因素的三個狀態(tài)，共形成333=27個腦力負荷水平。這27個腦力負荷水平被定義為在0100之間。在三個因素都為1時，其腦力負荷對應的水平為0，當三個因素都為3時，腦力負荷水平為100。其他情況下的腦力負荷的確定方法為：用27張卡片分別代表27種情況，操作人員首先對這27張卡片根據自己的主觀觀點進行排序，然后研究人員根據數學中的合成分析方法把這27種情況分別與0100之間的某一點對應起來，如(1，1，1)對應于0；(1，2，1)對應于15.2等。操作人員完成某

8、一任務后給出這項任務的時間負荷、努力程度、壓力負荷的程度，根據這三個指標就可以確定腦力負荷的狀態(tài)，然后根據前面確定的對應表查出腦力負荷的對應值。9/12/202210第二節(jié) 腦力負荷的測量2）使用方法9/10/202212第二節(jié) 腦力負荷的測量（3）NASA-TLX主觀評價法 美國航空和宇宙航行局下屬 AMES研究中心的Hart等人建立起來的。 1）主要觀點：認為腦力負荷是一個多維的概念。 Hart等對飛行員進行調查，擬從中找出腦力負荷的影響因素。經過大量調查研究之后，確定了六個影響腦力負荷的因素。分別為： a.腦力需求 b.體力需求 c.時間要求 d.努力程度 e.操作成績 f.挫折水平9/

9、12/202211第二節(jié) 腦力負荷的測量（3）NASA-TLX主觀評價法9第二節(jié) 腦力負荷的測量NASA-TLX主觀評價法：腦力需求：這項工作是簡單還是復雜，容易還是要求很高？完成工作需要多少腦力或知覺方面的活動（如：思考、決策、計算、記憶、尋找等）？ 體力需求：需要多少體力類型的活動（推、拉、轉身、控制活動等）？這項工作是容易還是要求很高，是快還是慢？悠閑還是費力？時間需求：工作速度使你感到多大的時間壓力？工作任務中的速度是快還是慢，悠閑還是緊張？9/12/202212第二節(jié) 腦力負荷的測量NASA-TLX主觀評價法：9/10第二節(jié) 腦力負荷的測量努力程度：在完成這項任務時，你在腦力和體力方

10、面做出了多大的努力？ 業(yè)績水平：你認為你完成這項任務是多么成功？你對自己業(yè)績的滿意度如何？ 受挫程度：在工作時，你感到是沒有保障還是有保障，很泄氣還是勁頭十足，惱火還是滿意，有壓力還是放松？每個影響因素在腦力負荷形成中的權數不同，且隨著情境的變化而顯示出差異。9/12/202213第二節(jié) 腦力負荷的測量努力程度：在完成這項任務時，你在腦力和第二節(jié) 腦力負荷的測量NASATLX法的使用過程分三步：1）確定因素權重 采用兩兩比較法，對每個因素在腦力負荷形成中的相對重要性進行評定。六個因素的權數之和等于。在對權數進行評估時，自相矛盾的評估(即A比B重要，B比C重要，C比A重要)是允許的，這種情況出現

11、時，說明被評估的因素的重要性非常接近。2）針對實際操作情境，對六個因素的狀況分別進行評定 NASATLX主觀評價方法要求操作人員在完成了某一項任務之后，根據腦力負荷的六個因素在0100之間給出自已的評價。除業(yè)績這一因素之外，其他五個因素都是感覺越高，給分值也越高，而對業(yè)績，感覺到自己的業(yè)績越好，則所給的分值越低。3）確定了各個因素的權數和評估值之后，進行加權平均就可以求出腦力負荷。9/12/202214第二節(jié) 腦力負荷的測量NASATLX法的使用過程分三步：9二、主任務測量法（同一工作不同方法比較）第二節(jié) 腦力負荷的測量主任務測量法：是通過對操作者在工作中的表現結果來推算這一工作強加于操作者的

12、腦力負荷。 這種方法假定: 當腦力負荷增加時, 這增加的對操作者能力的要求將改變操作者在系統(tǒng)中的表現。 9/12/202215二、主任務測量法（同一工作不同方法比較）第二節(jié) 腦力負荷的測第二節(jié) 腦力負荷的測量（1）單指標測量法-是用一個業(yè)績指標來推斷腦力負荷。 優(yōu)點：結果比較簡單明了。 缺點：有時候不夠準確。 例如：利用考試成績評價考試的難易。（2）多指標測量法-用多個業(yè)績指標來測量腦力負荷 優(yōu)點：結果更準確 缺點：數據比較難處理 例如：利用考試成績和交卷時間評價考試的難易。9/12/202216第二節(jié) 腦力負荷的測量（1）單指標測量法-是用一個業(yè)績指標來第二節(jié) 腦力負荷的測量 (一) 輔助任

13、務測量法的原理 應用輔助任務測量法時，操作人員被要求同時做兩件工作。操作人員把主要精力放在主任務上。當他有多余的能力時，盡量做輔助任務。 主任務的腦力負荷是通過輔助任務的表現來進行的。主任務腦力負荷越大，剩余資源越少，操作者從事輔助任務的能力就越弱。 三、輔助任務測量法（不同工作的比較） 9/12/202217第二節(jié) 腦力負荷的測量 (一) 輔助任務測量法的原（二）用輔助任務法測量腦力負荷步驟 第一步：測量單獨做輔助任務時的業(yè)績指標； 第二步：在做主任務的同時，在不影響主任務的情 況下盡量做輔助任務。測出此時做輔助任 務時的業(yè)績指標。 腦力負荷的評價：用兩者的差來決定的。差越大腦力負荷越 大，

14、反之，腦力負荷就越小。第二節(jié) 腦力負荷的測量9/12/202218（二）用輔助任務法測量腦力負荷步驟第二節(jié) 腦力負荷的測量9/第二節(jié) 腦力負荷的測量注：輔助任務測量法是建立在某些假設的基礎上的。第一：人的能力是一定的，就像一個瓶子的容積一樣。第二：人的能力是單一的，即不同的任務使用相同的資源。9/12/202219第二節(jié) 腦力負荷的測量注：輔助任務測量法是建立在某些假設的基第二節(jié) 腦力負荷的測量(三) 常用的輔助任務 不同的任務使用不同的資源，因而使可使用的輔助任務也有很大的不同，下面是常用的輔助任務。 (1)選擇反應。 (2)追蹤。 (3)監(jiān)視。 (4)記憶。 (5)腦力計算。 (6)復述。

15、 (7)簡單反應。 (8)時間估計。9/12/202220第二節(jié) 腦力負荷的測量(三) 常用的輔助任務9/10/202選擇反應時間 選擇反應時間一般是向被試者在一定的時間間隔或不相等的時間間隔顯示一個信號，被試者要根據信號的不同做出不同反應。選擇反應時間有兩個業(yè)績指標，一個是反應時間，另一個是反應率。在主任務的腦力負荷較輕時，反應時間要可靠些。當主任務的腦力負荷較高時，反應率能更好的反映出來。第二節(jié) 腦力負荷的測量9/12/202221選擇反應時間第二節(jié) 腦力負荷的測量9/10/202223簡單反應時間 除了選擇反應任務之外，簡單反應任務有時也用來作為測量腦力負荷的輔助任務。簡單反應任務就是要

16、求被試者一發(fā)現某一出現的目標，就盡快地做出反應，目標和反應方法都是唯一的。相對于選擇反應任務，簡單反應不需要做出選擇判斷，因而減輕了被試者信息處理中樞的負荷，這樣對主任務的干擾也小些。第二節(jié) 腦力負荷的測量9/12/202222簡單反應時間第二節(jié) 腦力負荷的測量9/10/202224追蹤 在用輔助任務測量法測量腦力負荷時，追蹤是經常用到的輔助任務。顯然，在單獨做追蹤時，臨界值會高些，當與主任務一起做這項任務時，臨界值會下降。通過臨界值的變化就可以了解主任務的腦力負荷。第二節(jié) 腦力負荷的測量9/12/202223追蹤第二節(jié) 腦力負荷的測量9/10/202225監(jiān)視 監(jiān)視任務一般要求被試者判斷某一

17、信號是否已經出現，業(yè)績指標信號偵探率。在單獨完成監(jiān)視任務時，信號偵探率會等于1或接近于1。當被試者在完成主任務之后，監(jiān)視任務的信號偵探率就會下降，下降的幅度就是大腦被占用的情況，即主任務的腦力負荷。第二節(jié) 腦力負荷的測量9/12/202224監(jiān)視第二節(jié) 腦力負荷的測量9/10/202226記憶 用記憶作為輔助任務來測量腦力負荷的研究特別多。這些研究大都使用短期記憶任務。值得注意的是，記憶任務本身腦力負荷較高，這可能會影響主任務的業(yè)績或人對主任務困難程度的判斷。第二節(jié) 腦力負荷的測量9/12/202225記憶第二節(jié) 腦力負荷的測量9/10/202227腦力計算 各種各樣的算術計算也被用來作為測量

18、腦力負荷的輔助任務。一般人們用簡單的加法運算，但也有用乘法和除法的。第二節(jié) 腦力負荷的測量9/12/202226腦力計算第二節(jié) 腦力負荷的測量9/10/202228復述 復述任務要求被試者重復他所見到或聽到的某一個詞或數字。通常不要求被試者對聽到的內容進行轉換。第二節(jié) 腦力負荷的測量9/12/202227復述第二節(jié) 腦力負荷的測量9/10/202229時間估計 時間估計輔助任務就是在完成主任務的同時，對時間進行估計。一般采用等時間間隔法，這種方法是讓被試者每隔一固定時間就做出一個反應。第二節(jié) 腦力負荷的測量9/12/202228時間估計第二節(jié) 腦力負荷的測量9/10/202230第二節(jié) 腦力負荷的測量生理測量法是通過人在做某一項腦力類型的工作時某一個或某一些生理指標的變化來判斷腦力負荷的大小。 許多不同的生理指標，如心跳，