第十四章工程心理学

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戌边
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1 第十四章工程心理学东方航空 401 航班坠机事故引起了心理学研究者的关注 : 当 401 航班即将飞抵迈阿密国际机场时, 飞行员突然发现前轮指示灯还没亮机组人员试图确定这一问题是信号灯本身的原因, 还是前轮没能落下或锁定在着陆时的位置, 而与此同时, 飞行员只得转向并且从低空飞过了埃弗格拉兹此时飞机在自动飞行仪的控制下继续飞行, 与此同时, 三个机组人员都在竭力察看是否灯泡出了问题, 并试着前轮能否放下来然而, 令机组人员意想不到的是, 自动驾驶仪突然失灵了, 飞机开始缓缓地下滑机组人员的注意力完全集中在信号灯上, 过了很长时间副驾驶员才注意到高度测量表在离飞机坠毁还有 8 秒钟时, 机组人员没能采取任何措施拉高飞机导致这次 99 人死亡的机械故障仅仅是一个烧坏了的灯泡, 前轮并未失灵, 即使一个前轮失灵, 着陆滑行对飞机来说也不是很危险, 但是机组人员却费尽心机, 全神贯注地试图解决信号灯的问题, 以至于没有人去注意飞机驾驶和飞行高度监控等更为重要的问题飞机系统失控的原因是机组人员的偶发错误 ---- 他们将注意集中在了不该注意的地方上述坠机事件引起了心理学工作者的反思 : 既然事故的原因被归结于人类注意模型的弱点, 那么是否能够通过心理实验等各种方法来揭示人类心理加工的特点与极限, 并以这些研究结论来指导飞机等操作系统的设计, 或是训练系统操作人员, 以避免事故, 达到人机系统的最佳匹配? 这就构成了工程心理学的主要研究内容波尔顿 (Poulton,1966) 曾讲过工程心理学的目的不是简单地去比较一件设备的两种可能的设计, 而是要说明人的能力及其限度, 并可以根据这种能力限度直接推断并选择一种较好的设计由于推断并选择一种较好设计的应用需要, 工程心理学家们纷纷采用实验的方法来研究人的能力及其限度因此, 本章将围绕如下问题展开 : 1. 工程心理学诞生和发展的历程? 2. 工程心理学的研究对象是什么? 3. 工程心理学的各研究方法及其特点? 4. 心理负荷是用何种方法进行测量的?

2 5. 有关心理负荷有哪些具体研究? 得出了怎样的结论? 第一节工程心理学的诞生和发展研究人的能力及其限度是为了更好地进行系统设计, 使人类能够更加方便和安全地操纵已构成的操作系统, 以提高人机系统的运作效率和安全性, 避免事故发生 ---- 工程心理学正是诞生于发展于这种实际应用需要一工程心理学的诞生工程心理学是工业心理学孕育的婴儿, 它的发展离不开二战时期工业心理学所发生的重大转折第二次世界大战争推动了人机关系的研究以往, 在如何使人掌握好复杂的军事装备问题上, 研究者们多着力于使用已有的武器装备来训练人, 也就是说, 训练人去适应已经研制出来的武器装备但在第二次世界大战中, 由于科技进步, 武器装备发展得很快, 交战国家竟相研制复杂的高性能武器由于人的适应能力有一定的限度, 即使经过严格选拔和充分训练的操作人员, 也往往难以适应武器性能日新月异的发展武器性能很好, 但人操纵不了, 高性能的装备发挥不了应有的作用, 反而容易引起操作差错而发生机毁人亡或误击目标等事故第二次世界大战中, 飞机成为主要的军事武器, 空中力量的强弱很大程度上决定了某一次战役的结果但是武器制造专家在提升战斗机速度和子弹威力的同时, 却没有考虑人对这些的适应能力比如 : 飞机的信息显示器的设计, 必须考虑飞行员在飞行过程中对瞬时信息显示进行接受加工的能力, 飞机速度的提升也就意味着飞行员瞬时信息加工的速度必须随之提升, 但是飞行员的加工速度受到某些生理或心理机制的限制而具有一定极限, 如果不对信息显示器的设计进行改进, 为飞行员的加工提供方便的话, 便会出现由于误认或误判信息而导致的飞行事故比如 : 第二次世界大战时期所使用的飞行高度表用短中长三根同轴

3 指针分别指示千百十米的飞行高度, 这种高度表读数起来十分不方便, 再加之飞机速度的加快和战争的紧张形式给飞行员的所带来的加工压力, 在慌乱之下, 飞行员易混淆三针的读数, 导致飞行事故的发生类似的惨痛教训还很多, 比如 : 晚上执行军事任务的飞行员往往会因为受到炸弹强光的影响而无法及时地暗适应, 导致撞机事件这些教训使研究者逐渐意识到人机关系间的矛盾, 不能仅靠选拔与训练去解决, 当人不能适应机器系统的速度和特点时, 代价是惨重的, 应该及时把研究方向从人适应机改为使机适应人, 研究人的能力与特点, 为系统的设计提供依据就拿上面的飞行高度表来说, 人的加工特点便是 :(1) 加工速度有极限 ;(2) 对数字的加工快于对指针刻度的加工, 要使人能适应飞机的速度, 必须要先使高度表的显示符合人的加工特点为此, 研究者们将高度显示器设计成用开窗式数字显示与指针指示相结合, 窗中第一位第二位数字分别代表高度万米千米, 指针指示的数字刻度表示十米, 这种显示方式符合人的信息加工特点, 大大提高人加工的速度, 很少发生误读或误判, 减少了由于高度误读所导致的飞行事故再者, 也可以根据人眼暗适应的特点进行系统设计, 避免由于无法适应炸弹强光而导致的撞机事故暗适应过程受曝光颜色的影响一般来说, 红光比白光及其他色光的暗适应过程进行得快朱祖祥等人 (1985) 就曾对不同颜色仪表照明后的 1 分钟内的短时暗适应过程进行过比较研究结果发现 : 在红光照明条件下, 夜视力的恢复明显优于黄光和白光照明条件, 而且其差异随照明强度提高而增大由此, 为了保护飞行员的夜视力, 及时完成暗适应, 研究者们采用了一些措施 : 将飞机坐舱仪表盘改为红光照明或是让飞行员在夜间行驶时带红色眼镜等综上可见, 研究者的思想发生了重大改变, 他们逐渐以研究人的特点作为研究的指导思想, 并用人类特点研究的结论来指导整个系统的设计思想的变革是学科诞生的先兆工程心理学便在这一观念转折的节骨眼上诞生了 40 年代末到 50 年代初, 工程心理学人机工程学 (human-machine engineering,human engineering) 和人类因素工程学 (human factors engineering) 在美国兴起, 工效学 (ergonomics) 在英国兴起这些学科, 虽然名称各异, 但实际研究内容是基本一致的, 都强调研究人的能力及其限度, 并以研究的结果来指导技术系统的设计, 以求得技术系统和人之间的最优化结合所以在国内, 这些学科被统称为工

4 程心理学二工程心理学的发展近几十年来, 在摆脱了第一次工业革命所带来盲目追求效率的错误观念之后, 人们逐渐将机器系统的安全性和方便性摆在了首位, 所以工程心理学的发展也主要体现在 ---- 将揭示人类的能力和限度, 以指导系统设计这一总的研究宗旨被分解为两个子目标 :(1) 系统的安全需求 ;(2) 操作上的方便需求 ( 一 ) 安全需求可以说, 工程心理学的诞生便是为了设计更为安全的操作机器, 避免事故然而, 二战后, 随着科学技术的发展, 这种需求变得更为强烈, 它促进了工程心理学的进一步发展二战后, 计算机技术和自动化技术迅猛发展, 这大大改变了人们的工作方式, 以往的人力职业逐渐为自动化系统代替, 人在整个系统的地位逐渐从操纵者转向监督者, 系统对人体力要求减低的同时, 也对人的脑力和责任心提出了更高的要求对于诸如此类的自动化系统来说, 系统的弱点主要表现在人的弱点上, 一旦人的弱点暴露, 整个系统就将面临崩溃的危险在自动化趋势已经成为科技发展主题的今天, 为了维护系统的安全, 必须研究人的弱点与极限保证系统安全性的需求促进了有关人类深度知觉特点的研究比如 : 在最初使用波音 747 飞机时, 产生了一个严重的问题飞行员往往会让飞机滑行地太快, 结果在进入或离开跑道的时候, 偶尔会损坏起落架这引发研究者对事故原因进行分析, 结果发现人类纹理结构的深度知觉特点正是导致事故的根本原因 : 由于躯体庞大的波音 747 的驾驶舱离跑道的距离大约是许多其他飞机的一半当波音 747 以和其他飞机一样的速度滑行时, 对飞行员来说, 地面文理密度的变化率只是一般飞机的一半所以, 有过其他飞机飞行经历的飞行员所知觉到的飞机速度比实际速度要慢, 飞行员的主观不可靠知觉使得他们无意识地加速, 导致飞机的损伤后来, 根据这一研究结果, 人们便在飞行员驾驶波音 747 前, 对他们进行培训, 校正他们的错误知觉, 避免对飞机不必要的损伤此外, 登顿 (Denton,1980) 的一项研究也说明了纹理结构深度知觉的研究

5 结论将有助于设计安全的驾驶系统登顿曾根据人类知觉的这种特点, 提出了一项有意思的高速公路安全设计登顿注意到英国汽车司机在到达圆形交叉路口时速度往往过快, 为了使得汽车司机在交叉路口放慢行车速度, 以减少事故发生率, 他提出应在接近交叉路口时, 逐渐减少路边路标间的间距, 这种间距的减小实质上便是文理密度的变化率增大, 从而导致匀速的司机产生一种加速感, 作出刹车反应事实上, 在苏格兰的一个特别危险的圆形交叉路口处应用了登顿的安全设计后, 汽车的平均速率的确有所下降, 事故率也下降了除了知觉之外, 保证系统安全性的需求还促进了有关人类决策特点的研究比如 : 一艘名为文森斯号的舰艇在波斯弯上发现了一架来自不明的飞机, 舰上人员毅然决定向这架不知名的飞机开炮, 然而后来得知这只是一架民航运输机, 而不是敌机, 舰上人员的错误决策导致飞机几百人的伤亡这次惨痛事故致使研究者开始考虑如下问题 : 是什么原因使得舰上人员作出对一架来自不明的飞机开炮的决策的? 人类决策到底有哪些特点? 通过调研工作, 研究者们认定雷达操作人员在决策时的证实偏向便是事故的真正原因人们往往会对于自己事先持有的假设或信念深信不移, 并努力寻找支持这些假设或信念的依据, 而不寻找或者低估支持相反假设或信念的依据, 这被认为是人类的证实偏向雷达系统的操作员在决策前便已作出飞机是敌机的假设, 在整个决策过程中, 他们只想证实自己先前的假设, 而忽略了雷达系统所提供的有关飞机中性状态的矛盾信息, 错误决策是证实偏向的必然结果不过, 当决策人数增加时, 证实偏向的效力就会降低因此, 根据这一重要结论, 研究者们建议在诸如上述侦察活动等重要任务中, 可以通过增加决策者来避免单独一个人决策时可能发生的证实偏向总之, 为了维护系统的安全, 研究人的弱点与极限成为必须, 这促进了具体人机系统中所涉及的各种心理特点的分析与探讨 ( 二 ) 方便需求除了安全需求外, 操作上的方便需求也促进了工程心理学的进一步发展人们对于方便性的需求正日益增长, 为了满足人们的这种需求, 必须要对人的特点进行研究, 因为只有这样, 才能使系统变得更为方便

6 在我们的日常生活中, 经常发生诸如此类的事情 ---- 由于忽略了人的特点, 而使整个系统对使用者而言变得难以上手比如 : 一个很大的美国电信通讯公司为了满足用户的要求, 正欲设计一个提供电话登录的信息系统由于用户已明确提出了硬件要求, 因此设计者们需要考虑的只是软件设计, 他们要做就是发明小型计算机语言, 使得用户在使用时只需键入适当的命令即可通过几个月的努力, 他们发明了一种应用范围很广的语言, 能够快速有效地处理登录信息不仅如此, 设计者们还对他们的新系统进行了检验, 他们选用的测试被试是一些公司的秘书, 因为这一办公系统是为秘书们设计的不过结果发现 : 竟然没有一个人能够掌握这种新的语言系统经过一段时间的思考, 设计者认识到需亲手指导用户进行操作于是, 他们又用了几个月的时间结合实例进行了讲解和详细的说明不过第二次的检验的结果仍然不令人满意 : 作为测试被试的秘书中, 只有少数能够运用该办公系统, 大多数秘书仍处于迷惘状态设计者对此感到十分沮丧, 为了探求原因, 他们仔细咨询了那几个成功操作的秘书答案是, 设计者 ( 电脑编程人员 ) 未考虑该信息系统使用者本身的特点, 他们编制了一个计算机语言系统, 只有那些思维方式与他们类似的用户才能方便地使用这一系统, 但是大部分用户是缺乏计算机技术的, 他们无法成功地使用这一系统因此, 设计者又发明了一个新的效率较低的语言, 该语言在完成给定的登录计划表时需要很多的指示但是这种新语言易学易用最后一次的检验表明大多数的秘书都能够使用这一办公系统前两次实验的失败是由于设计者没有注意到秘书身上的某些特点 ---- 计算机语言的新手, 对于新手来说, 程序的设计必须要符合他们学习与记忆的规律, 多提示与注释, 而不能只讲究程序的效率, 最后一次的成功也正是因为他们调查发现了使用者的这一特点, 并以此来知道信息系统的设计第二节研究方法实验法的优势在于 ---- 它能有效地控制某些外部变量的干扰, 提供精确的因果推断依据因此, 工程心理学的研究者们也纷纷使用实验法来探索人类心理加

7 工的特点和极限为了使对于某一系统中人特点的研究结论更为可靠, 研究者们对最初的实验室实验法进行了改进, 设计了两种实验法的变式 ---- 现场实验法和情景模拟法在本节中, 我们将讨论这三种实验法一实验室实验法实验心理学就是要在控制条件下对心理和行为进行研究工作的心理学只要是用实验法来研究的心理问题一般都可以包含在实验心理学的范围之内传统的实验法所指的就是实验室实验法实验室实验法具有以下优点 : (1) 更严格的控制或排除干扰变量或无关变量对实验结果的影响, 使得对自变量和因变量关系的揭示不易受无关变量的污染 ; (2) 对被试行为的控制更为容易, 实验者可根据自己的意愿对被试进行操纵, 产生所需研究的行为, 而不必受被试所处情景的局限 ; (3) 实验室实验的可重复性高, 某一实验室中所得出的结论可以被反复验证正因为实验室实验法有上述优点, 所以研究者往往将生活中发生的心理现象搬入实验室, 以期能在严格控制的条件下揭示这些心理现象的特点比如朗和加维 (Long 和 Garvey,1988) 便将日常生活中的动态视敏度现象搬入实验室进行研究动态视敏度是指知觉运动物体细节的能力在日常生活中, 到处都存在动态视敏度的实例, 在许多情景中, 我们需要对移动的物体进行觉察和识别在棒球场上, 面对远处飞来的棒球, 中锋必须首先在其视野内发现棒球, 才能判断球的落点在交通密集度高的航线上, 飞行员必须时刻注意航线以避开迎面飞来的其他飞机宇航员在停泊宇宙飞船时, 必须觉察飞船和泊位之间的相对运动情况在高速公路上, 汽车驾驶员在超车时, 必须觉察邻近汽车的情况以确定是否能安全超过那么, 如何将这一生活中的心理现象搬入实验室进行研究呢? 朗和加维想到了实验室中静态视敏度的研究在知觉一章中, 我们曾讲到过静态视敏度的测量, 静态视敏度是指知觉静止物体细节的能力, 可以使用兰道环 C 进行测量, 即用带小缺口的字母 C 进行测量若环间缺口很大, 被试便很容易注意到 ; 若环中缺口很小, 字母 C 就会被当成 O 被试刚好能正确辨别的

8 兰道环缺口的大小就是被试的视敏度指数如果要测量动态视敏度, 只要使兰道环按照一定的运动轨迹运动起来就可以了朗和加维在他们的实验室中是这样进行实验的 : 他们将兰道环投射到一个白色屏幕上实验的第一个自变量兰道环的缺口的方向, 兰道环的缺口可能朝向四个方向 : 左上右上左下和右下, 缺口的方向是随机变化的, 每次试验都不相同, 被试的任务就是判断运动着的兰道环缺口的方向实验的第二个自变量是缺口的大小, 每次实验都以一个较大的缺口开始, 如果被试的反应正确, 那么缺口会变小, 一直到被试反应错误为止然后, 增大缺口的大小, 继续进行实验, 直到被试再次对兰道环缺口的方向作出正确判断, 便停止实验这种测定阈限的方法称为极限法, 正确与错误反应的中间值就是被试的阈限, 在本实验中, 就是被试的动态视敏度除了兰道环的缺口大小和方向外, 朗和加维还加入了另一个自变量 ---- 波长因为静态视敏度的实验发现与其他的视锥细胞相比, 蓝色的锥体细胞的感受性较强, 人们对蓝色物体的视敏度较高, 辨认阈限较低因此, 朗和加维认为, 有必要研究波长 ( 颜色 ) 对动态视敏度的影响实验选用了四种颜色, 分别是白色蓝色黄色和红色实验的第四个自变量是兰道环的运动速度早期研究显示不同的运动速度会对被试的察觉产生不同的影响, 比如 : 我们很难察觉迅速在我们眼前滑过的东西本实验中选用了三种不同的角速度实验的最后一个自变量是被试眼睛的适应水平以往的研究告诉我们 : 在夜间观察时, 视杆细胞在视觉中起重要作用, 此时视觉称为暗视觉, 而在光线明亮的情况下, 视锥细胞在视觉中起了重要的作用, 此时视觉称为明视觉然而, 视杆细胞和视锥细胞对波长 ( 颜色 ) 有不同的敏感性暗视觉的情况下, 视杆细胞即使无法辨别确定颜色, 仍然会对各种不同的波长以不同的敏感性作出反应所以, 在暗视觉中, 有必要研究波长的效应, 因为在这种情况下, 视杆细胞的作用占主导地位 ; 而在明视觉条件下, 则没有必要, 因为视锥细胞支配着视觉, 占主导地位所以在本实验中, 用夜晚观察条件来产生暗视觉, 用白天观察条件来产生明视觉实验所使用的被试为两个男性, 两人在戴眼镜时的静态视敏度均是 20/20

9 在进行实验时, 也要求被试带上眼镜虽然, 实验的样本量很小, 只有两个被试, 但这并不影响实验的内部效度, 因为实验结论完全可以在其他的实验室中重复验证, 这也正是实验室实验法的一大优点根据两个被试的实验结果, 朗和加维总结到 : 随着物体速度的增加, 阈限 ( 刚好能察觉的兰道环缺口大小 ) 也会增加速度越快, 被试越难正确判断缺口的方向在夜晚观察条件 ( 暗视觉 ) 下, 蓝色物体有较低的阈限, 比其他颜色的物体更易于被知觉到 ; 而在白天观察条件 ( 明视觉 ) 下却不然朗和加维的实验显示了实验室实验的优点 :(1) 对于被试的行为进行了严格的控制, 纳入了 5 个自变量, 研究了各种实验条件下, 被试的动态视敏度的变化, 在自然情景中, 由于受到条件的限制, 我们不可能对所有这些条件进行一一测量比如 : 测量在暗视觉条件下, 驾驶员对迅速驶过的车辆的视敏度, 此类测量可能会影响驾驶员的正常驾驶, 造成事故 ;(2) 更好地控制无关变量, 使结论不至于受到无关变量的干扰, 实验在被试选择时, 便注意了个体差异这一无关变量的干扰, 两个被试的静态视敏度相同 ;(2) 实验可在其他实验室中重复验证然而, 实验室实验不是完美的随着实验室实验的应用与发展, 它的弱点也在慢慢的显露实验室实验虽然具有较高的内部效度, 但是其外部效度 (external validity) 是值得怀疑的, 实验者可以在实验室中模拟大量生活情景, 但是实验室模拟的情景毕竟和生活中的真实情景有一定的区别, 所以被试在实验室情景中所发生的各种行为不一定在真实情景中也会发生, 实验室对真实情景的模拟毕竟不是完美的鉴于此, 实验者们希望在更加真实的情景中进行实验, 揭露被试的心理特点二现场实验法现场实验法 (field experiment method) 是指在真实的现实情境中, 对被试的行为进行一切可能的控制, 来揭示自变量和因变量间的关系与实验室实验法相比, 它具有真实自然的特点, 其研究结果的生态效度 (bionomic validity) 和外部效度较高, 研究结论的推广性较好, 因为实验就是在所需推广的情景中进行的对于工程心理学这一应用学科来说, 现场实验法可谓是研究的首选

10 ( 一 ) 具体研究实例现以马隆 (Malone, T. B.) 和柯克帕特里克 (Kirkpatrick) 在 1977 年时进行的一项实验为例来具体介绍现场实验 20 世纪中叶, 交通安全逐渐成为工程心理学研究的热点每年, 由于交通事故而死伤的人数不断上升, 麦金尼斯 (McGinnis,1984) 指出机动车相撞已经成为 4~35 岁年龄段的美国人死亡的首要因素据美国国家安全部门统计发现 25% 之多的汽车失控事件和 7.4% 的致命事故都涉及追尾事故的发生正是鉴于此, 马隆和柯克帕特里克在华盛顿地区对出租车进行一项现场实验, 以测验刹车灯的不同外形与汽车追尾相撞事故之间的关系马隆和柯克帕特里克将 2100 个出租车司机均分为四组 : 三个实验组和一个控制组依据年龄性别和有无事故的历史对司机进行匹配实验的自变量是车尾部刹车灯的安装情况实验中, 刹车灯有四种安装格局 :(1) 当时所有汽车正在使用的刹车灯格局, 即在汽车较低的两侧安装两个刹车灯, 控制组车辆的刹车灯就使用这种格局, 即不对其刹车灯进行任何调整 ;(2) 汽车中央的高位刹车灯 ; (3) 独立的双高位刹车灯 ;(4) 对现形的刹车灯进行了调整, 即将刹车和转向独立开来分别按照 (2) (3) (4) 的安装格局安装三个实验组车辆的刹车灯实验的因变量是车辆在一年中发生的追尾碰撞事件在此项研究中, 所有的出租车司机在不同的路况和气候的情况下行驶了 6000 多万公里结果马隆和柯克帕特里克发现 : 使用中央高位刹车灯的司机比安装其他形式刹车灯的司机经历较少的追尾事件与控制条件 ( 现存的刹车灯格局 ) 相比, 在安装中央高位刹车灯的情况下, 追尾事件的出现率少 54% 并且即使事故发生, 和控制条件相比, 有中央高位刹车灯的车能使追尾事件的破坏程度降低 38% 马隆和柯克帕特里克推测, 这种刹车灯的安装格局会使尾随车辆的司机在面临危险时, 更快地刹车, 从而降低了相撞时的速度和彼此的破坏程度当出租车装上中央高位刹车灯后, 是什么使得尾随车辆的刹车加快了呢? 马隆和柯克帕特里克推测是由于中央高位刹车灯的安装格局接近个体正常视线的缘故, 也就是说, 刹车灯刚好位于司机驾车时通常看到的位置马隆和柯克帕特里克的研究是在日常驾驶这一真实的环境中进行的, 所以能

11 够较好地反映出租车司机发生追尾事故的真实情况, 外部效度较高, 一般来说, 可以直接将研究的结论推广到真实生活中事实上, 后来美国车厂出产的所有新车都要求配备中央高位刹车灯然而, 现场实验也有缺点, 由于控制不够严格, 结论有时会受到许多无关变量的污染比如 : 在上述研究中, 虽然马隆和柯克帕特里克已经依据年龄性别和有无事故的历史对实验组和控制组的司机进行了匹配, 但是这种匹配也很难保证为期一年的研究中不会发生任何变故实验的被试量相当大, 共 2100 个司机, 很难想象如此多的司机在如此长的研究周期中没有任何变化, 可能有些司机在中途转行了, 这就会使得原本匹配的实验组或控制组少一些被试, 破坏原来的匹配情况莫蒂默 (Mortimer,1993) 的研究就发现高位刹车灯并不是任何情况下都能使事故减少 50% 还有调查显示它的实际收益也许只有 22-35% 这些数据都表示马隆和柯克帕特里克的实验结论也许已经受到了污染 ( 二 ) 实验设计由于现场实验必须在真实的情景中加以实施, 实验设计必然会受到真实情景局限因而, 现场实验有时使用准实验设计准实验设计 (quasi-experiment design) 是为适应现场研究 ( 或实地研究 )(field study) 的需要而提出的在现场研究中, 不能像在实验室实验中那样进行严格的控制对被试条件也不可能像在实验室实验中那样地随机取样下面举几种较常用的准实验设计 1. 时间序列设计时间序列设计 (time series design) 最初的思想来源于数学上对时间序列统计量的分析时间序列是指随时间变化的一组观测值序列, 可以用随机量 {Xt} 表示有些时间序列是具有平稳性的, 即变化具有规律, 可以根据某一时间段的观测值来推测其他时间段的观测值比如 : 一年四季的温度值序列, 可以根据以往冬天的温度来推断今年冬天某几天温度的可能观测值时间序列的平稳性分为两种, 一种是严平稳, 即要求 ( Xt, L, ) 和 ( Xt, L, ) 具有相同的联 1 L 合分布, 其中 Xt1 表示 t 1 时间点上的某一观测值, 当然也可以是一组观测值, 用向量表示,Xt n 表示 t n 时间点上的某一或某一组观测值, 表示由 Xt 1 到 Xt n 组成向量或矩阵的转置,Xt 1+s 表示比 t 1 晚 s 的那个时间点的观测值另一种为宽平稳, 要求 Xt n 1+ s L Xt n+s

12 {Xt} 满足以下条件 : μ t = Xt = r μ ( s, t) = ( Xs μ )( Xt μ) = r( s t,0 ) 其中,μ t 为所有观测值的均值, 而 μ 为总体均值, 即这一时间序列的理论上的均值, 而 r(s,t) 为时间点 s 上的观测值与时间点 t 上的观测值的相关,r(s -t,0) 为时间点 s-t 上的观测值与时间零点上的观测值的相关心理学家们借鉴了这一数理统计思想, 他们认为真实环境中的被试某一心理特征的变化趋势其实满足时间序列的宽平稳性, 即任何两个时间间距相同的观测值间的相关相等如果在现场实验中, 对被试进行了某一实验处理, 纳入实验处理后, 被试这一心理特征的变化曲线不满足时间序列的平稳性的话, 即认为这一实验处理出现主效应这就是时间序列设计的指导思想时间序列设计的具体实验过程为 : 对于同一组被试, 在其正常作业过程中, 对其实施某种实验处理, 并在实验处理前后的各个时间点上, 对被试的心理特征进行系列测量分析实验处理前后测量结果的变化, 就可判定实验处理的有效性若实验处理前后测量结果呈连续变化趋势, 表明实验处理无效, 若实验处理后的测量结果比实验处理前有跳跃式的变化, 就说明实验处理是有效的计算上来说, 可以计算两个时间点观测值间的相关, 如果相关系数间的差异超过了某一统计置信水平 ( 比如 :95%) 下的临界值, 那么时间序列就可被认为是不平稳的, 实验处理有效 2. 等时间取样设计等时间取样设计 (equal-time sampling design) 是时间序列设计思想的延伸, 主要也是根据心理特征变化趋势的平稳性在等时间取样设计中, 抽取两个相等的时间段, 在一个时间段上给以实验处理, 并在处理后测量被试心理特征的值, 在另一个时间段上不进行实验处理, 并在处理后测试被试心理特征的值抽取若干这样的时间段对, 计算每个时间段对的两次测量间的相关, 如果这些相关间的一致性很好, 就说明时间序列的平稳性高, 某一时间段上心理变化的趋势可以用来预测其他时间段上心理变化的趋势, 也即现场实验的结果可以预测以后情景中的相似行为的出现并且每个时间段对中两次测量间的相关值, 可以作为判断实验主效应的依据, 如果相关很低, 就说明实验处理有效 3. 不等同控制组设计

13 除了从心理特征变化趋势具有时间稳定性的角度进行准实验设计之外, 还有实验者从改进实验室实验设计的角度进行准实验设计我们知道在实验室实验设计中, 匹配法是控制额外被试变量, 揭示自变量效应的有效方法匹配法的主要思想是使实验组和控制组中的被试具有相同的特点使用匹配法时, 首先要测量的是可能会影响实验结论的所有被试特点, 然后根据测量结果, 将被试分配给实验组和控制组, 使得实验组和控制组的被试在这些特点上保持相等然而, 在现场实验的条件下, 可能无法做到真正意义上的匹配比如 : 实验的目的是为了揭示新教法对儿童学习成绩的影响, 由于儿童的智力会直接影响到他们的学习成绩和他们对新教法的适应能力, 所以在实验中, 智力是一个必须要控制的无关变量, 但是实际情况是 : 我们无法用智力对儿童进行匹配, 产生控制组和实验组, 因为这样做会打乱学校原来的班级体, 学校的管理就会变得很混乱此时, 我们所能想到的就是借助于不等同控制组设计来排除智力的影响比如上例中, 我们并不需要在实验前对实验组 ( 新教法组 ) 和控制组 ( 老教法组 ) 在智力上进行匹配, 只要在实验前和实验后对实验组控制组进行两次测量, 将实验组与控制组的前后两次测量结果的变化进行比较, 就可以判定实验处理的作用, 如果实验组两次测量结果的变化明显大于控制组, 实验处理效应就显著三情景模拟法综上可以发现, 实验室实验法虽然能严格控制变量, 纯化自变量和因变量间的关系, 结论的内部效度较高, 但是结论的推广性不好, 实验的外部或生态效度低, 研究结论只能某一层面上加以解释, 结果不能在日常生活中直接加以应用而现场实验法虽然能适应应用的要求, 但存在着无关变量难以控制实验结论容易受到干扰的缺点, 研究的内部效度不高对此, 研究者希望能结合实验室实验法和现场研究法的优点, 并弥补两者的缺点情景模拟法便在这种情况下, 应运而生了模仿 (simulation) 或模拟 (imitation) 指的是对实际事物或现象的仿真情景模拟法, 顾名思义, 就是要通过模拟技术创造出与所要研究的实际现实情景相同或相类似的情景, 使被试在这种情景中产生与处于真实情景中同样的心理状态, 从而借助这种模拟的情景来研究被试在真实情景中可能发生的心理状态由

14 于模拟的情景和真实情景很象, 所以研究的外部效度较高, 研究结论较易推广, 这就避免了实验室实验法的缺点另一方面, 研究者可以根据实验的需要控制无关变量, 随意地设计模拟情景, 也可以根据需要来选择被试, 较少发生被试流失的现象并且由于模拟情景是实验者设计, 并非自然界已存在的, 所以其他实验者也可以通过相似的方式或仪器进行重复设计, 反复验证实验的结论因而, 情景模拟法的内部效度也较高, 研究结论可信可靠度高总之, 情景模拟法兼备实验室实验法和现场实验法的优点, 是工程心理学中一种比较理想的研究方法, 因此在工程心理学研究中得到广泛的应用不过, 情景模拟法研究的效果在很大程度上取决于模拟的逼真度逼真度越高, 得到的结果越接近于实际情形情景模拟研究的逼真度主要包含设备逼真度 (equipment fidelity) 环境条件逼真度(environment fidelity) 作业活动逼真度 (task fidelity) 和心理感受逼真度 (psychological fidelity) 其中, 心理感受逼真度对研究结果尤具有重要的作用心理逼真度的高低取决于两方面的因素, 一方面取决于模拟情境中的器物环境因素和作业任务的逼真度在模拟实验中, 被试虽然知道面临的不是真实的情形, 但在情境中的设备器物环境活动任务具有高逼真度的情形下, 容易产生逼真的心理感受另一方面, 心理逼真度取决于被试在实验时的认真程度或心理上投人的程度由于在第三节中, 我们将具体介绍一例情景模拟法的研究实例, 所以在这里就不再多说了第三节心理负荷研究对用实验方法进行工程心理研究的起源和具体方法有了基本的了解之后, 本章将涉及工程心理学某一具体研究领域 ---- 心理负荷, 希望能以一见百, 帮助读者掌握工程心理学研究的宗旨和方法工程心理学的诞生是出于安全上的考虑, 然而突破人类心理负荷的极限, 让人处于超负荷状态往往会构成人机系统中的不安全因素, 所以从工程心理学诞生

15 之日起, 有关心理负荷的探讨便是工程心理学的重要一支心理负荷 (mental workload) 是一个比较复杂的概念, 对于它的涵义至今没有统一的认识有研究者认为心理负荷是由输入负荷个体努力和工作绩效三部分构成, 也有研究者从工作性质或工作特点上区分心理负荷和体力负荷, 把体力支出少的偏于脑力工作的负荷称为心理负荷实际上心理负荷不一定与某种工作直接相联系, 而是各项工作和活动给人的注意情绪或反应带来的压力人类心理负荷水平的不同会影响整个系统的效率安全性和有效性, 所以研究者们纷纷对此进行了研究一心理负荷的测量不同状态下, 人类心理负荷的特点是什么? 不同的心理负荷水平将会对整个系统的效率安全性和有效性带来何种不同的影响? 解决这些问题的前提是对心理负荷水平进行测量 ( 一 ) 次要任务法在通常情况下, 可以采用次要任务法 (secondary task techinique) 测量心理负荷水平所谓次要任务就是在执行重要任务 ( 首要任务 ) 过程中所插入的一项无关任务若主要任务的心理负荷很高, 人们就没有能力进行次要任务, 若主要任务心理负荷低, 剩下的心理资源便可以用来完成次要任务, 所以次要任务的成绩可以作为首要任务所需注意力或是心理负荷水平的指标实验中常用的一些次要任务为 : (1) 节奏性敲击任务 : 要求被试在完成主要任务的同时, 以尽可能精确的时间节奏用手或足进行敲击在实验前, 必须要对被试进行训练, 使被试在单一敲击任务中的时间节奏精度达到某一稳定水平实验中, 由于加入了首要任务, 被试的心理负荷加重, 敲击的时间节奏精度会下降, 主要任务的负荷越重, 精度下降就越厉害 (2) 时距判断任务 : 要求被试在完成主要任务的同时, 对消失的时距进行判断例如要求每隔 10 秒种敲击一下手指或发出一个信号这一任务也需要在

16 实验前进行预训练, 使被试的时距判断达到一定精度在有主要任务时, 判断的稳定性会受到干扰, 主要任务的难度越大, 心理负荷越重, 判断能力就越低因为可以根据被试时距判断误差的大小来评价主要任务的心理负荷水平 (3) 口头报告随机数法 : 要求被试在完成主要任务的同时口头报告随机数 ( 三位一组或四位一组 ) 随着主要任务负荷水平的增大, 被试所报告的随机数的随机水平就会下降例如 : 在进行高负荷的主要任务时, 有些被试会报告诸如的随机数列但是随机数的随机水平很难衡量, 所以现在一般不使用这一次要任务 (4) 记忆搜索任务 : 要求被试在实验前记住一个字母表, 实验时, 要求被试在完成主要任务的同时, 注意屏幕上出现的字母刺激信号, 并将所呈现的字母刺激信号与先前识记的字母表进行匹配, 判断呈现字母是否是先前识记过的 (5) 心算任务 : 心算任务需要一定的心理资源才能进行, 因此, 心算任务常被作为衡量主要任务心理负荷的指标一般所使用的心算任务都是不超过三位数的简单四则运算 (6) 选择反应时任务 : 在反应时一章中, 我们曾讲过反应时任务会受到机体变量的影响, 被试的心理负荷水平作为机体变量之一, 当然也会对反应时的快慢产生影响所以反应时可以作为衡量负荷水平的指标在采用次要任务法测定主要任务的心理负荷水平时, 需要考虑一个重要的问题 ---- 次要任务的选择次要任务和主要任务间的性质是否一致会直接影响次要任务的干扰度, 所以对不同的主要任务, 要选择不同的次要任务比如 : 在模拟飞行器中研究飞行员的驾驶心理负荷, 这时, 飞行员的主要任务是驾驶飞机, 这一任务主要涉及的是精确的运动操作过程, 所以如果次要任务也要求被试进行精确的运动控制的话, 次要任务的灵敏度则会比较高上述任务 (1) 和任务 (2) 涉及的的是主观计时的过程, 对运动控制的要求相应较为简单, 比如 : 只要求被试做简单的敲击动作, 而任务 (3) 任务(4) 和任务 (5) 一般都只是口头报告, 无须运动操作, 它们都不适宜作为飞行驾驶的次要任务只有选择反应时任务才是最有效的次要任务选择反应时任务同时纳入了多个刺激, 每个刺激都相对于一个反应, 被试必须在辨认刺激后, 对于应作出哪个反应进行精密的运动控制因而, 选择反应时任务和飞行员正在进行的驾驶任务的任务元素是极其相似的,

17 用选择反应时作为模拟飞行器研究的次要任务, 干扰效果一定较好, 较容易鉴定主要任务的心理负荷水平一般来说, 次要任务法用来测量心理负荷水平的较为可靠的量化方法然而, 它的不足之处在于 : 它只适用于实验室中的模拟研究, 比如 : 对真实飞机驾驶进行模拟的飞行模拟器研究等, 而不适用于真实情况的现场研究, 因为在诸如飞机驾驶等真实情景中, 如果要求被试在操作人机系统的同时, 还进行一项次要任务, 两项任务的要求如果超过了被试心理负荷的极限, 代价是十分惨重的, 甚至会出现机毁人忘的悲剧 ( 二 ) 主观评定法在许多真实情景的现场研究中, 不适于使用次要任务法, 因为起测量的目的的次要任务所引起的干扰作用很可能会带来不堪设想的后果因此, 研究人员在研究方案的设计上不得不受到某些限制例如 : 不能通过加载次要任务获得诸如反应时或正确率等客观数据为了避免突破被试心理负荷极限的情况, 针对真实情景中的现场研究, 豪泽和莱斯特 (Hauser 和 Lester,1984) 指出了两种较为通用的心理负荷测定法 ---- 心理负荷的主观评定法和心率测量主观评定法 (subjective assessment) 是让被试对工作难度时间压力紧张心情等主观感受或体验进行主观评定的方法在完成人机系统操作后, 要求被试对他操作时的各个心理负荷因素进行评分, 所得分数可以作为他们心理负荷水平的指标比如 : 库珀哈珀量表 (Cooper-Harper Scale, 简称 CH) 和 NASA( 加利福尼亚的美国国家航空和宇宙航行局,National Aeronautics and Space Administration, 简称 NASA) 的作业负荷指数便为两种用来测量真实情景中飞行驾驶的心理负荷水平的量表库珀哈珀量表要求飞行员对操纵飞机时感受到的飞机的可控程度进行评分 CH 量表为 10 点量表 NASA 的作业负荷指数 (Task Load Index) 是由 NASA 的哈特等人 (Hart 和 Hauser,1987) 提出的他们认为心理负荷是多维的, 每个维度在心理负荷结构中的加权值不同, 其加权值随任务类型和情景的不同而有所差异心理负荷由 6 个维度构成, 每个维度的内容如表 14-1 所示每个维度均采用 12cm 线量表,

18 每线的两端分别表示诸如高低一类的双极形容词飞行员根据飞行中的感受与体验在每一维度量表线的相应处标定其体验的程度而后按照各维度的加权值求出心理负荷综合指数表 14-1 NASA 作业负荷指数的负荷维度维度维度两极表示维度内容心理要求低 ---- 高需要多大的思维决策计算注视搜索等心理活动? 飞行任务容易还是艰难? 简单还是复杂? 紧张还是宽松? 生理要求低 ---- 高需要多大的推拉转动控制发动等体力活动? 时间要求低 ---- 高由于飞行速度要求造成的时间压力有多大? 速度是缓慢悠闲还是快速的? 操作成绩好 ---- 差自己认为在完成规定飞行任务目标方面做得如何? 对自己的成绩满意度如何? 努力低 ---- 高为了获得所取得的成绩, 做了多大努力 ( 包括心理和生理的 )? 挫折低 ---- 高飞行期间有过多大动摇气馁烦恼和紧张? 或感受到多大满足充实轻松和得意? ( 采自 Hart 和 Hauser,1987) ( 三 ) 心率测量虽然在某些真实情景中, 不适宜对被试进行过多的测量或要求被试同时进行过多的任务, 但仍可对被试的生理指标 ---- 心率进行稳定的测量心率的快慢可以反映任务的紧张程度, 也即可以作为心理负荷水平的有效指标比如 : 飞行驾驶的现场研究得到了一个有意思的结果 : 飞行员和副驾驶员在平均心率上存在差异由于飞行员对飞机的安全飞行负责, 而副驾驶员只负责航行和通讯, 飞行员的心率比副驾驶员高得多, 并且飞行员的心率增幅很大, 而副驾驶却没有这么大的增幅变化不过, 这种结果并不是由于训练的不同所引起的, 因为飞行员和副驾驶员接受同样的训练, 并且任何一个飞行员, 他在某一飞行中可能是飞行员, 而在一次飞行中, 便是副驾驶员也就是说, 飞行员和副驾驶员的心理负荷的不同是由于工作的性质决定的不过, 对于心率测量的解释并不象次要任务法中的反应时与正确率以及主观评定值的解释, 来得那么容易心率对身体运动也是很敏感的, 比如 : 对上述飞行员和副驾驶员而言, 较高的心率更可能反映生理活动而不是心理活动心率的

19 变化被用来测量心理负荷, 而心理负荷则必须与生理负荷分离开来二心理负荷研究工程心理学被波尔顿定义为服务于优化系统设计的科学, 作为工程心理学研究领域的分支 ---- 心理负荷研究也是出于此目的长期以来, 研究者借助于上述三种测量方法得以分析心理负荷的特点及其效应, 并根据研究结果指导各种人机系统的设计 ( 一 ) 心理负荷特点的研究还记得前言中所提及的东方航空 401 航班坠机事故吗? 事故的原因只是因为机组人员将所有的注意力都集中到了右轮问题上, 而未注意自动驾驶仪的运行状况注意的失误是受机组人员注意能力的限制, 即超过了机组人员心理负荷的极限, 还是由于注意或心理负荷的只能针对一个任务? 借助于次要任务法, 研究者得以分析心理负荷的这些特点, 以为人机系统的设计提供借鉴然而, 正如我们在讲述次要任务法时, 所指出的 : 使用次要任务法研究某些真实情景中的心理负荷特点, 代价是十分惨重的, 任何研究所加入的额外操作或测量都会干扰被试的正常操作行为, 给人机系统带来潜在的危险比如 : 在真正的飞机驾驶舱里进行心理负荷的现场研究是具有危险性的, 因为一旦任务要求超过了飞行员心理负荷的极限, 便会出现机毁人忘的悲剧因此, 此类研究大部分研究采用的是情景模拟法, 即在模拟器中进行 NASA 的艾姆斯研究中心 (Ames Research Center) 所进行的一系列研究便是其中之一自 1983 年开始, 在美国国家航空和宇宙航行局 (NASA) 的航空训炼总部 (General Aviation Trainer, 简称 GAT) 进行了一系列的飞行实验这些实验在一种相对不太昂贵的模拟飞行器中进行, 训练飞行员驾驶单一引擎的飞机在模拟飞行器中, 飞行员通常可以感觉到整个飞机座舱随自己的驾驶而运动, 十分逼真与真实的驾驶经验的唯一不同在于, 常用不透明物覆盖模拟飞行器座舱的窗户, 使得飞行员必须依靠仪表上的读数来操作, 而不象真正的驾驶中, 飞行员可以看见实物

20 出错率NASA 的研究者们就是在这样一种飞行模拟器中, 采用次要任务法对飞行驾驶的心理负荷进行了分析在实验中, 他们要求飞行员对两个或四个不同频率的音调做选择辨别反应接受实验的飞行员可以通过按其左侧母指处的转换器来来完成这一反应, 反应的正确与否依赖于所呈现的音调的音高模拟飞行器实验中, 每 22 秒钟出现一个声调对于主要的驾驶任务而言, 每个飞行员在模拟飞行过程中的路程都是难易相间的, 对于不同等级的飞行员安排不同难度的情景 ( 路况 ) 设计, 每个模拟情景飞行三次 : 一次是只有首要任务, 作为控制条件 ; 一次是附加一个二选一的选择反应时任务 ; 另一次则是附加一个四选一的选择反应时任务, 每次飞行持续 22 分钟实验结果如图 14-1 和图 14-2 所示图 14-1 表明 : 飞行情景难度越高, 飞行驾驶中出错的可能性越大不过图 14-1 中显示的另一个结果则是令人惊讶的 : 不管是路况难以飞行, 还是路况容易飞行, 次要任务的加入与否以及次要任务的难度 ( 二择一还是四择一 ) 都未影响主要任务, 两条曲线都显得如此平缓, 进一步统计分析显示次要任务不存在主效应, 没有次要任务条件和二择一或四择一次要任务的条件之间没有表现出统计上的显著差异此刻, 我们也许会枉下断论 : 飞行驾驶任务的心理负荷不高, 不太会受到次要任务的影响, 既然是这样, 为何会发生如此多的飞机失事呢? 再让我们来看看图路况难以飞行的情况 30 路况容易飞行的情况没有任务二选任务四选任务次要任务的水平

21 每秒信息的平均传递图 14-1 作为次要任务水平函数的首要任务 ( 飞行驾驶 ) 的出错率 ( 采自 Kantowitz Hart 和 Bortolussi,1983) 图 14-2 纵轴表示每秒钟所传递的信息, 以比特 (bits) 为单位, 这一指标既包含了对速度的测量, 同时又包含了对反应准确度的测量统计检验发现图每点之间存在显著的统计差异既然次要任务的成绩可以作为主要任务心理负荷的衡量指标, 每点之间的显著差异表示在整个飞行过程中, 飞行员的心理负荷不同, 在飞行的最后阶段选择反应的成绩最差, 则说明这一阶段主要的飞行任务所需要的心理负荷最大, 相对而言, 飞行的初始阶段, 所需的心理负荷较低, 次要任务的表现较好现在我们可以对图 14-1 作出进一步的解释, 主要任务不受次要任务的影响是因为飞行员将所有的注意集中在了主要任务上, 而不顾次要任务的表现, 当主要任务负荷低时, 次要任务表现好, 主要任务负荷高, 次要任务表现差在此, 结论已经很明显了, 飞机驾驶是一项高心理负荷的任务, 需要飞行员将注意集中到飞机驾驶上, 并且越到飞行最后阶段, 这种高负荷与高集中趋势则表现得越发明显东方航空 401 航班的机组任务正是违背了这一原则, 在飞机正处于低空飞行时期 ( 相当于飞行最后的降落阶段 ), 最需要心理负荷和注意集中的时期, 他们将注意投射在了飞行以外的事件上率起飞降落飞行片段图 14-2 飞行过程中次要任务的信息传递与飞行片段间的关系 ( 采自 Kantowitz Hart 和 Bortolussi,1983)

22 情景模拟研究揭示 : 飞行员的心理负荷具有以下特点 :(1) 飞行任务是高心理负荷的 ;(2) 飞行员在飞行中将大部分的心理资源集中在飞行任务上, 较少关注其他事件, 因为他们一旦过多地关注其他事件, 就会发生飞机失事 ;(3) 在飞行任务的尾声, 任务的高负荷性高集中性则更为突出这些研究结论都为系统设计提供了依据, 比如 : 在飞机要着陆时, 可以通过控制台提示来唤醒或进一步确认飞行员的集中注意 ; 给予飞行员以更易集中心理资源的的条件, 等等除了研究飞行驾驶的心理负荷特点外, 这种次要任务加情景模拟的模式还被用来分析车辆驾驶的心理负荷特点上述模拟飞行器研究发现, 在加载次要任务时, 职业飞行员首要任务的操作成绩仍保持不变坎特威茨 (Kantowitz,1995) 对司机的实验得到了类似的结果坎特威茨的实验是在驾驶模拟器里进行的, 实验被试是持有卡车营业执照的司机实验中, 司机们的首要任务是在不同车道状况和交通密度情况下安全驾驶, 次要任务有两个, 一个读速度计任务, 任务要求司机读出车辆的行驶速度, 这一任务其实就类似于模拟飞行器研究中的音调辨别任务, 也是一种选择反应时任务, 因为只在速度计中预先设置了四个速度值和 4000, 每个值对应于一个反应, 即要求司机对不同的值, 将方向盘上的调节器调至某一档 ( 只有 4 档 ); 另一个是瞬时记忆任务, 任务要求司机反复背诵听到的一个七位数电话号码实验结果表明次要任务的加入与否, 都不会影响主要任务的成绩, 即司机能在需要时, 将心理资源负荷到主要任务上, 对主要任务高度集中进一步结果表明表示读速度计任务的水平在路况差时, 明显受到交通密度的影响, 统计检验也显示了交互效应的存在 ( 见图 14-3) 这说明司机在车辆多弯弯曲曲的路段, 主要任务的心理负荷较高其次, 路况对瞬时记忆水平影响不大, 而交通密度影响较大, 在高交通密度时, 司机的心理负荷较高 ( 见图 14-4)

23 均反应时( 采自 Kantowitz,1995) 瞬时回忆(正确率速度计任务路况差路况好平高交通密度低图 14-3 不同交通密度道路状况下读速度计任务的反应时 ) 路况差路况好 71 高交通密度低图 14-4 不同交通密度道路状况下瞬时数字记忆任务正确率 ( 采自 Kantowitz,1995)

24 ( 二 ) 心理负荷效应的研究心理负荷效应是指心理负荷对人类心理活动及其行为反应的方方面面所产生的影响和心理负荷特点一样, 心理负荷效应会直接影响系统的效率安全性和有效性, 对心理负荷效应的分析能直服务于优化系统设计, 所以它也是心理负荷研究的重要方面心理负荷效应中最为明显的便是心理负荷水平对人类工作效绩的影响在第一节中, 我们曾讲到由于科技的发展, 自动化技术慢慢地进行人们的生活, 生活中的系统大多为自动化系统, 这种自动化系统的一大特点便是以人为中心, 机具的性能与可靠性大大超越了人, 人的弱点成为系统的主要弱点, 自然, 人的效绩低下一定会导致整个系统的效绩低下因此, 研究心理负荷水平对工作效绩的影响, 从系统设计角度, 控制系统对心理负荷的要求, 有助于提高系统的工作效率张智君等人 (1994) 的实验对此做了具体分析他们的实验使用视觉 ---- 手控速度追踪作业研究追踪速度负荷与工作效率的关系实验中要求被试用手控制追踪杆操纵计算机屏幕上的一个兰色瞄准子 + 以追踪屏幕上的一个红色目标目标以规定的速度移动, 目标在屏幕上移动的位置取决于三个振幅不同的正弦函数值的叠加目标移动速度分别为 A B C D E F 六档,A 最慢,F 最快要求被试尽力使瞄准子紧随目标追踪作业效绩以 + 对的平均误差距离 ( 单位为像素 ) 表示, 并在追踪误差距离超过规定界限时由计算机发出音响警告结果表明平均误差距离和音响警告次数都随追踪任务心理负荷的提高而增加, 统计检验表示只有 A B 两种速度间的效绩没有显著差异, 其他速度间的差异均达到 P<0.01 的水平这说明速度 B 可能是心理负荷的临界点, 即在心理资源的极限值附近, 一旦超过了这一临界值, 心理负荷的提升便会明显地影响工作效绩心理负荷越高, 追踪任务效绩下降越快威肯斯 (Wickens,1984) 曾描述了心理负荷和工作效绩间的上述关系他用一条 SL 线将操作效绩线分成两半 SL 线表示心理负荷正好达到心理资源的临界线在 SL 线的左侧, 提供的心理资源随心理负荷的增加而提升, 因此, 工作效绩能保持的某一高水平上, 但是随着心理负荷的继续上升, 心理资源的剩余量减少, 心理负荷和剩余心理资源成反比, 心理负荷越高, 剩余心理资源越少当

25 心理资源达到某一极限值, 所剩的心理资源量为零时, 即达到 SL 线时, 心理资源的供应不可能随心理负荷的提高而增加, 这时会由于心理负荷提升而发生心理资源不足, 致使工作效绩下降心理负荷提得越高, 心理资源越不足, 工作效绩越差心理负荷和工作效绩关系的研究告诉我们 : 要使整个系统的效绩维持在一个相对较高的水平上, 必须要使系统的设计低于心理资源的极限值, 即心理负荷不能太高, 比如 : 适当地控制系统的速度或是要求被试反应的频次除了工作效绩, 还有研究发现心理负荷水平与人的其他心理反应也有关系心理负荷低时, 人往往会表现出思想放松, 注意不集中, 动作节奏减慢, 与工作无关的动作增多等现象反之, 若工作任务重时间紧迫, 承受的心理负荷高时, 心情就会紧张, 工作中就会表现出注意专一, 动作加快, 不易受周围干扰因素的影响, 即所谓听而不闻, 视而不见, 会把有限的心理资源集中到与作业效绩最有关的地方不过, 物极必反, 人若是长期从事高心理负荷的工作, 就会表现出对工作的冷漠不满厌恶或回避以约翰森等人 (Johanssen 等人,1978) 在一个木材厂的调查研究为例此项研究将操作工人分成两组, 一组是高风险组, 一组是低风险组高风险组由锯木工轧边工和分级工组成他们工作的特点是周期短工作速度有强制性的规定, 在作业过程中要求时时注意, 处处警惕, 否则容易发生工伤事故因此在怍业中风险大, 心理负荷高低风险组由粘合工, 修配工维护工等组成他们在工作中发生工伤事故的可能性小, 作业时不必提心吊胆, 心理上的负荷自然低一些对两组工人的工作态度进行问卷调查结果如表 14-2 所示, 高风险组工人的工作态度更为消极然而, 消极厌烦的工作态度会引起恶性循环, 使得本来就高的心理负荷显得更高, 本来就危险的工作更加危险, 系统的安全性更低, 效率更差表 14-2 木材厂高风险组与低风险组工人的工作态度比较对工作的反映高风险组低风险组认为工作单调对工作厌烦 57 0 把工作紧张归因于工作中缺乏社会交往对上班感到苦恼和忧虑 50 0

26 ( 采自 Johanssen 等人,1978) 总之, 不管是工作系统的设计还是人机系统的设计都应将心理负荷维持在某一临界值上, 不应太高, 也不应太低, 太高会引起人的消极态度或是超过人的心理资源的极限, 从而导致系统效绩和安全性的下降, 而太低, 则会使人过于放松, 而无法提高效绩

东南大学学报自然科学版第卷

东南大学学报自然科学版第卷第卷第期年月东南大学学报自然科学版徐进邵毅明彭其渊蒋朝哲以路线驾驶者车辆仿真系统为行车试验手段根据行驶过程中方向盘角输入和转速的时域变化分析了多条路线的操纵负荷特性试验路线的设计车速为含长大圆曲线卵型凸型回头曲线等组合结果表明在的山岭区高速公路上操纵车辆是非常容易的当曲线半径大到一定程度时曲线行驶和直线行驶已经不存在差别但仍需要方向干预当行驶速度偏离设计车速不多时

第十四章 工程心理学

第十四章工程心理学