第5章人的信息处理

1、第五章第五章 人的信息处理人的信息处理 随着科学技术的进步，特别是电子计算机的飞跃发随着科学技术的进步，特别是电子计算机的飞跃发展，人在系统中的作用发生了根本性的转变。系统中的展，人在系统中的作用发生了根本性的转变。系统中的操作人员正在逐步地从直接控制人员转变成监视人员和操作人员正在逐步地从直接控制人员转变成监视人员和决策者。生产过程中信息在时间和空间上密集化，对作决策者。生产过程中信息在时间和空间上密集化，对作业者劳动过程产生很大影响，作业者面临着大量的信息业者劳动过程产生很大影响，作业者面临着大量的信息加工要求，必须保持注意力高度集中，并具有较高的反加工要求，必须保持注意力高度集中，并具有

2、较高的反应速度和准确性。应速度和准确性。 因此因此, ,了解人的信息处理系统构成，掌握了解人的信息处理系统构成，掌握信息处理过程和特征不仅对系统设计人员更信息处理过程和特征不仅对系统设计人员更好的完成系统设计，提高系统效率有重要作好的完成系统设计，提高系统效率有重要作用，同时也是脑力负荷研究的基础。用，同时也是脑力负荷研究的基础。 第一节第一节 人的信息处理系统模型人的信息处理系统模型 为了解释人的认知活动，认知工效学家将人为了解释人的认知活动，认知工效学家将人模拟成一个与计算机类似的信息处理系统。人的模拟成一个与计算机类似的信息处理系统。人的信息处理系统的基本组成部分如图所示。信息处理系统的

3、基本组成部分如图所示。 一、人的信息处理系统结构一、人的信息处理系统结构 人的信息处理系统的结构图人的信息处理系统的结构图 第一节第一节 人的信息处理系统模型人的信息处理系统模型 （一）（一）感觉系统感觉系统：人的信息处理的第一个阶段是感觉。在这一阶段，：人的信息处理的第一个阶段是感觉。在这一阶段，人通过各种感觉器官接受外界的信息，然后把这些信息传递给中人通过各种感觉器官接受外界的信息，然后把这些信息传递给中枢信息处理系统。枢信息处理系统。（二）（二）中枢信息处理系统中枢信息处理系统：人的认知系统接收从感知系统传入的经过：人的认知系统接收从感知系统传入的经过编码后的信息，并将这些信息存入本系统

4、的工作记忆中，同时从编码后的信息，并将这些信息存入本系统的工作记忆中，同时从长时记忆中提取以前存入的有关信息和加工规律，进行综合分析长时记忆中提取以前存入的有关信息和加工规律，进行综合分析后做出如何反应的决策，并将决策信息输出到运动系统。后做出如何反应的决策，并将决策信息输出到运动系统。 （三）（三）反应（运动）系统反应（运动）系统：它执行中枢信息系统发出的命令，产生人：它执行中枢信息系统发出的命令，产生人的信息处理系统的输出。的信息处理系统的输出。 一、人的信息处理系统结构一、人的信息处理系统结构信息流模型的特点 第一节第一节 人的信息处理系统模型人的信息处理系统模型 二、信息、信息量与信息

5、传递模式二、信息、信息量与信息传递模式（1 1）信息信息。信息是能消除事先不能确定的情况的信号或。信息是能消除事先不能确定的情况的信号或知识，它存在于一切事物中，是一种抽象量。知识，它存在于一切事物中，是一种抽象量。（2 2）信息量信息量。信息量是人机系统中设计时考虑的重要参。信息量是人机系统中设计时考虑的重要参数。有关信息量的计算通常选用对数单位进行度量。数。有关信息量的计算通常选用对数单位进行度量。 信息的计量 信息量以信息量以“位位”（bit）为基本单位。信息论）为基本单位。信息论创始人创始人C.E.Shannon，1938年首次使用比特概年首次使用比特概念：念：信息的计量 第一节第一节

6、 人的信息处理系统模型人的信息处理系统模型 二、信息、信息量与信息传递模式二、信息、信息量与信息传递模式（3 3）信息传递模式信息传递模式。人机系统中，信息在信息源和信宿。人机系统中，信息在信息源和信宿（信息接收者）之间传递过程通常有三种模式：（信息接收者）之间传递过程通常有三种模式： A.A.信息源发出的信息被信宿完全接收。信息源发出的信息被信宿完全接收。 B.B.信源发出的信息在传递过程中消耗殆尽。信源发出的信息在传递过程中消耗殆尽。 C.C.从信源发出的信息虽然有些损耗，信宿收到的信从信源发出的信息虽然有些损耗，信宿收到的信号也混有某些噪声成分，但仍有部分信源发出的信息被有号也混有某些噪

7、声成分，但仍有部分信源发出的信息被有效地传送到了信宿。效地传送到了信宿。 三、人的信息加工三、人的信息加工 人的知识经验和现实刺激是产生知觉所必需的。人的知人的知识经验和现实刺激是产生知觉所必需的。人的知觉过程所包含的信息加工方式主要体现为自下而上的加工和觉过程所包含的信息加工方式主要体现为自下而上的加工和自上而下的加工两种方式。自上而下的加工两种方式。 （1 1）自下而上的加工自下而上的加工。 指由外部刺激开始的加工，通指由外部刺激开始的加工，通常指先对较小的知觉单元进行分析，然后再转向较大的知觉常指先对较小的知觉单元进行分析，然后再转向较大的知觉单元，经过一系列连续阶段的加工而达到对感觉刺

8、激的解释。单元，经过一系列连续阶段的加工而达到对感觉刺激的解释。 （2 2）自上而下加工自上而下加工。是由有关知觉对象的一般知识开始。是由有关知觉对象的一般知识开始的加工。由此可以形成期望或对知觉对象的假设。的加工。由此可以形成期望或对知觉对象的假设。 在人的知觉活动中，非感觉信息越多，他们所需要的感在人的知觉活动中，非感觉信息越多，他们所需要的感觉信息就越少，因而自上而下的加工占优势；相反，非感觉觉信息就越少，因而自上而下的加工占优势；相反，非感觉信息越少，就需要越多的感觉信息，因而自下而上的加工占信息越少，就需要越多的感觉信息，因而自下而上的加工占优势优势。（一）信息加工方式（一）信息加工

9、方式 模式是指由若干元素或成分按一定关系形成的某种刺模式是指由若干元素或成分按一定关系形成的某种刺激结构，也可以说模式是刺激的组合激结构，也可以说模式是刺激的组合。模式识别是人的。模式识别是人的一种基本的认知能力或智能，在人的各种活动中都有重一种基本的认知能力或智能，在人的各种活动中都有重要的作用。要的作用。 人的模式识别可看作一个典型的知觉过程人的模式识别可看作一个典型的知觉过程，它依赖，它依赖于人的知识和经验。一般说来，于人的知识和经验。一般说来，模式识别过程是感觉信模式识别过程是感觉信息与长时记忆中的有关信息进行比较，再决定它与哪个息与长时记忆中的有关信息进行比较，再决定它与哪个长时记忆

10、中的项目有着最佳匹配的过程长时记忆中的项目有着最佳匹配的过程。 匹配过程的实现方式有三种主要模型匹配过程的实现方式有三种主要模型: :（1 1）模板匹配模型。）模板匹配模型。（2 2）原型匹配模型。）原型匹配模型。 （3 3）特征分析模型。）特征分析模型。（二）模式识别（二）模式识别 三、人的信息加工三、人的信息加工 （1 1）加工）加工周期周期。知觉加工器的加工周期时间与刺激脉。知觉加工器的加工周期时间与刺激脉冲反应的时间有关。冲反应的时间有关。 （2 2）单位知觉单位知觉。如果在一个知觉加工器的工作周期里，。如果在一个知觉加工器的工作周期里，有多个相类似的刺激发生，那么知觉加工器就会将它们

11、当有多个相类似的刺激发生，那么知觉加工器就会将它们当作一个刺激单位加以处理。作一个刺激单位加以处理。 （3 3）感知加工的）感知加工的速率速率变化。在人类信息加工器模型中，变化。在人类信息加工器模型中，知觉加工器的单位加工周期并非一个固定的常数。根据不知觉加工器的单位加工周期并非一个固定的常数。根据不同的刺激条件，加工周期可在一定范围内变化。同的刺激条件，加工周期可在一定范围内变化。（三）（三）信息加工周期、单位知觉、感知加工的速率变化信息加工周期、单位知觉、感知加工的速率变化四、人的四、人的信息传递能力信息传递能力 （1 1）理论能力估计与人的实际能力。哈佛大学的米勒的）理论能力估计与人的实

12、际能力。哈佛大学的米勒的结论：结论：“在最理想的条件下，传信能力的实际上限似乎处在最理想的条件下，传信能力的实际上限似乎处于于25 bit/s25 bit/s左右，至今无人声称最高值能达到左右，至今无人声称最高值能达到40 bit/s40 bit/s”。 （2 2）感知觉的绝对辨认能力。辨认能力是指当单个的）感知觉的绝对辨认能力。辨认能力是指当单个的刺激呈现而不与其他刺激作比较的条件下，感觉器官所具刺激呈现而不与其他刺激作比较的条件下，感觉器官所具有的辨认能力。有的辨认能力。 （3 3）信息传递率。信息传输速率（）信息传递率。信息传输速率（R R）是指人在单位时）是指人在单位时间内能传递的信息

13、量。由于实验条件的不同，所得的信息间内能传递的信息量。由于实验条件的不同，所得的信息传递率也不完全一致。一般认为，人的通道容量约为传递率也不完全一致。一般认为，人的通道容量约为7 bit7 bit左右，即人每秒最大可传递左右，即人每秒最大可传递7 bit7 bit左右的信息量。左右的信息量。 实际上，人的信息传递率远远高于实际上，人的信息传递率远远高于7 bit7 bit，这是因为作，这是因为作用于人的感官的外界刺激往往都是多维度的。用于人的感官的外界刺激往往都是多维度的。 1.1.大脑信息处理能力的界限大脑信息处理能力的界限 第二节第二节 影响信息处理的因素影响信息处理的因素 （1 1）大脑

14、皮质对连续接受的各种信息不可能全部确）大脑皮质对连续接受的各种信息不可能全部确切地给以处理，其能力具有一定的限度。把从感觉器官切地给以处理，其能力具有一定的限度。把从感觉器官得到的信息，在大脑皮质进行判断，决定采取什么样的得到的信息，在大脑皮质进行判断，决定采取什么样的行动时，人不可能同时处理两种以上的信息。行动时，人不可能同时处理两种以上的信息。 （2 2）在处理各种信息过程中，当时间十分充裕时，）在处理各种信息过程中，当时间十分充裕时，人们可以正确地进行处理；当信息时间短触信息又错综人们可以正确地进行处理；当信息时间短触信息又错综复杂时，就不能很好地处理，将出现以下各种情况：复杂时，就不能

15、很好地处理，将出现以下各种情况：漏掉了未处理的信息。作了错误的处理。处理延迟。漏掉了未处理的信息。作了错误的处理。处理延迟。信息内容处理不全。信息处理的质量降低。使用信息内容处理不全。信息处理的质量降低。使用了规定以外的处理方法。放弃处理。了规定以外的处理方法。放弃处理。 2.2.内部因素内部因素 影响信息处理能力的内部因素主要有：觉醒水平，影响信息处理能力的内部因素主要有：觉醒水平，动力，学习动力，学习 ( (练习练习) )和疲劳。和疲劳。 （1 1）人的唤醒水平。指人的总体生理激活程度对工）人的唤醒水平。指人的总体生理激活程度对工作效率有很大影响。适宜的范围内，唤醒能维持大脑的作效率有很大

16、影响。适宜的范围内，唤醒能维持大脑的兴奋性，有利于注意的保持和集中。但是超出此范围过兴奋性，有利于注意的保持和集中。但是超出此范围过分激活，人将处于十分紧张状态，无法实现有效行为。分激活，人将处于十分紧张状态，无法实现有效行为。 （2 2）工作任务因素。认知加工器的加工周期通常为）工作任务因素。认知加工器的加工周期通常为1010次次/s/s左右，每次约左右，每次约70(2570(25170)ms170)ms。认知加工器的加。认知加工器的加工周期变动性较大，不同的加工任务，其加工周期时间工周期变动性较大，不同的加工任务，其加工周期时间可在很大范围内波动。教材表可在很大范围内波动。教材表9-59-

17、5为不同认知系统的加为不同认知系统的加工速度。工速度。 2.2.内部因素内部因素 （3 3）学习。从学习曲线规律可知，如果反复的练习）学习。从学习曲线规律可知，如果反复的练习同种作业，随着练习次数的增加，工作质量和效率都将同种作业，随着练习次数的增加，工作质量和效率都将在一定程度上有所改善。并能减轻人的疲劳。在一定程度上有所改善。并能减轻人的疲劳。 （4 4）疲劳。对信息处理过程来说，疲劳将带来与学）疲劳。对信息处理过程来说，疲劳将带来与学习相反的效果。在疲劳使信息处理能力降低的状态下，习相反的效果。在疲劳使信息处理能力降低的状态下，就会发生不能很好地处理刺激的反应模式。就会发生不能很好地处理

18、刺激的反应模式。 （5 5）动力。人因具有动机才能对所给的刺激产生一）动力。人因具有动机才能对所给的刺激产生一定的行动，这种现象称为动力。人对作业形成动力是人定的行动，这种现象称为动力。人对作业形成动力是人处理信息时的基础条件之一，特别是在重新学习掌握信处理信息时的基础条件之一，特别是在重新学习掌握信息处理方法时，动力具有更加重要的作用。息处理方法时，动力具有更加重要的作用。3. .外部条件外部条件 大脑依据记忆而积累的经验来确定如何处理新接受大脑依据记忆而积累的经验来确定如何处理新接受的信息和进行什么样的行动。信息处理过程与处理信的信息和进行什么样的行动。信息处理过程与处理信息者的知识、技能

19、等个人的因素有很大关系。但同时息者的知识、技能等个人的因素有很大关系。但同时作业时间、时机以及作业条件等也有影响。例如，作作业时间、时机以及作业条件等也有影响。例如，作业环境对作业者的生理和心理有直接和间接影响。在业环境对作业者的生理和心理有直接和间接影响。在这些因素的影响下，信息的处理能力或者是增大或者这些因素的影响下，信息的处理能力或者是增大或者是减少。是减少。第三节第三节 人的信息输出人的信息输出 操作者在接收来自系统的信息并对其进行中枢加工以操作者在接收来自系统的信息并对其进行中枢加工以后，便根据加工的结果对系统做出反应。这后一个过程即后，便根据加工的结果对系统做出反应。这后一个过程即

20、称为操作者的信息输出。信息输出是对系统进行有效控制称为操作者的信息输出。信息输出是对系统进行有效控制并使其正常运转的必要环节。例如，汽车驾驶员为避免撞并使其正常运转的必要环节。例如，汽车驾驶员为避免撞上前方突然出现的行人而刹住汽车，飞行员将瞄准器对准上前方突然出现的行人而刹住汽车，飞行员将瞄准器对准欲攻击的目标，等等。此类行为都是信息输出的表现。信欲攻击的目标，等等。此类行为都是信息输出的表现。信息输出的实际形式是多种多样的。各类信息输出的质量取息输出的实际形式是多种多样的。各类信息输出的质量取决于反应时间、运动时间和准确性等因素。决于反应时间、运动时间和准确性等因素。 本节主要介绍人的信息输

21、出的形式、反应时间和运动本节主要介绍人的信息输出的形式、反应时间和运动时间。时间。第三节第三节 人的信息输出人的信息输出 在实际情境中，操作者的信息输出形式多种多样。在实际情境中，操作者的信息输出形式多种多样。信息输出最重要的方式是运动输出。根据操作活动的信息输出最重要的方式是运动输出。根据操作活动的形式，人体操作活动可分为以下六种：形式，人体操作活动可分为以下六种： （1 1）定位运动）定位运动 （2 2）重复运动）重复运动 （3 3）连续运动）连续运动 （4 4）操作运动）操作运动 （5 5）序列运动）序列运动 （6 6）静态调节运动）静态调节运动 一、信息输出形式一、信息输出形式第三节第

22、三节 人的信息输出人的信息输出（一）反应时的概念（一）反应时的概念 一般将外界刺激出现到操作者根据刺激信息完成一般将外界刺激出现到操作者根据刺激信息完成反应之间的时间间隔称为反应时。反应时又称反应潜反应之间的时间间隔称为反应时。反应时又称反应潜伏期，反应不能在给予刺激的同时立即发生，而是有伏期，反应不能在给予刺激的同时立即发生，而是有一个反应过程。一个反应过程。 反应过程包括刺激使感觉器官产生活动，经由神反应过程包括刺激使感觉器官产生活动，经由神经传递至大脑，经过加工处理，再从大脑传给肌肉，经传递至大脑，经过加工处理，再从大脑传给肌肉，肌肉收缩后作用于外界的某种客体。肌肉收缩后作用于外界的某种

23、客体。 二、反应时与运动速度二、反应时与运动速度（二）简单反应时与选择反应时间（二）简单反应时与选择反应时间 1.1.简单反应时。如果呈现的刺激只有一个，被试简单反应时。如果呈现的刺激只有一个，被试只在刺激出现时做出特定的反应，这时获得的反应时只在刺激出现时做出特定的反应，这时获得的反应时间称为简单反应时。间称为简单反应时。 2.2.选择反应时。选择反应时。有多种不同的刺激信号，刺激与有多种不同的刺激信号，刺激与反应之间表现为一一对应的前提下，呈现不同刺激时，反应之间表现为一一对应的前提下，呈现不同刺激时，要求做出不同的反应，这时获得的反应时称为选择反要求做出不同的反应，这时获得的反应时称为选

24、择反应时。应时。 二、反应时与运动速度二、反应时与运动速度第四节第四节 人的信息输出人的信息输出（三）各种感觉通道的反应时（三）各种感觉通道的反应时 不同的感觉通道受刺激的反应时明显不同。各不同的感觉通道受刺激的反应时明显不同。各种感觉通道的简单反应时见表。种感觉通道的简单反应时见表。 二、反应时与运动速度二、反应时与运动速度各种感觉通道的简单反应时各种感觉通道的简单反应时感觉通道反应时/ms感觉通道反应时/ms触觉 117182温觉180240听觉120182 嗅觉210390视觉 150225痛觉4001000 冷觉 150230 味觉3081082 第四节第四节 人的信息输出人的信息输出

25、（四）影响反应时的因素（四）影响反应时的因素 1.1.刺激信号性质的影响：刺激信号性质的影响：1)1)刺激的强度刺激的强度 。2)2)刺激的刺激的空间特性空间特性 。 3)3)刺激的持续时间。刺激的持续时间。 4)4)刺激的清晰度。刺激的清晰度。 2.2.人的机体状态的影响：人的机体状态的影响： 1)1)机体对环境条件的适应机体对环境条件的适应状态。状态。 2)2)精神准备程度。精神准备程度。 3)3)年龄因素。年龄因素。 第四节第四节 人的信息输出人的信息输出（五）影响选择反应时的因素（五）影响选择反应时的因素 影响选择反应时的因素，除上述讨论的各种因素外，影响选择反应时的因素，除上述讨论的

26、各种因素外，还有如下一些因素有特别重要意义。还有如下一些因素有特别重要意义。 (1)(1)刺激物数量的影响。刺激物数量的影响。 (2)(2)刺激物间差别的影响。刺激物间差别的影响。 (3)(3)作业时间长短的影响。作业时间长短的影响。 (4)(4)信号间隔与发生频度的影响。信号间隔与发生频度的影响。三、运动时间三、运动时间 1.定位速度定位速度 （1）早期进行的研究表明，定位运动时间）早期进行的研究表明，定位运动时间依赖于运动距离和运动精度两个因素。依赖于运动距离和运动精度两个因素。 （2）关于定位运动时间和运动方向的关系，）关于定位运动时间和运动方向的关系，施密特克施密特克(HSchmidt

27、ke)对此做了实验研究。对此做了实验研究。 实验结果见教材图实验结果见教材图5-4。 （3）定位运动时间与空间介质有关。）定位运动时间与空间介质有关。 （4）定位运动时间还受操作者年龄的影响。）定位运动时间还受操作者年龄的影响。 （5）1964年费兹的进一步研究结果表明，年费兹的进一步研究结果表明，定位运动的反应时间和运动时间是相互独立的。定位运动的反应时间和运动时间是相互独立的。 （一）运动速度（一）运动速度 三、运动时间三、运动时间 2.重复运动的速度重复运动的速度 许多操作都包含一组效应器许多操作都包含一组效应器(如手指如手指)的重复的重复运动，例如打字、键盘输入、手书写等。各效应运动，

28、例如打字、键盘输入、手书写等。各效应器的重复运动速度大小，对如打字等操作的速度器的重复运动速度大小，对如打字等操作的速度有明显影响。有明显影响。 （1）手指敲击速度。）手指敲击速度。 （2）不同效应器的敲击速度。）不同效应器的敲击速度。 （3）不同效应器的重复运动速度之间的相关。）不同效应器的重复运动速度之间的相关。研究发现，各效应器的重复敲击速度之间存在很研究发现，各效应器的重复敲击速度之间存在很高相关高相关.（一）运动速度（一）运动速度 1.1.盲目定位运动的准确度。盲目定位运动主要借助盲目定位运动的准确度。盲目定位运动主要借助于对运动轨迹的记忆及动觉反馈来完成。费兹对盲目定于对运动轨迹的记忆及动觉反馈来完成。费兹对盲目定位运动的准确性进行过研究。如图位运动的准确性进行过研究。如图9-9 9-9 所示：所示：（二）操作运动的准确度（二）操作运动的准确度图图9-9 盲目定位运动的准确度盲目定位运动的准确度a)研究情境研究情境 b)研究结