脑力负荷定义及影响因素脑力负荷测量课件

脑力负荷的定义及影响因素脑力负荷的测量脑力劳动7/20/20231一、脑力负荷定义（MentalWorkload）

脑力劳动：人从外界接受信息，对信息进行编译、整理、分析，最后作出反应的过程。关于脑力工作负荷也有用心理负荷、精神负荷、脑负荷和脑力负担等术语的，目前还没有形成统一的定义。

第一节脑力负荷定义及其影响因素脑力负荷：用来形容人在工作中的心理压力,或信息处理能力。7/20/20232第二节脑力负荷的测量----主观评价法；----主任务测量法；----辅助任务测量法；----生理测量法。（一）主观评价法

是最流行也是最简单的脑力负荷评价方法。该方法要求系统操作者陈述特定操作过程中的脑力负荷体验，或根据脑力负荷体验对操作活动进行难度顺序的排列。

7/20/20233第二节脑力负荷的测量常见方法：古柏一哈柏(Cooper-Harper)评价法主观负荷评价法（SWAT量表）NASA—TLX主观评价法

NationalAeronauticsandSpaceAdministration(美国)国家航空和宇宙航行局7/20/20234第二节脑力负荷的测量古珀一哈柏(Cooper-Harper)评价法，美国空军1969年提出

古柏一哈柏提出主要目的：用于评价飞机驾驶难易程度

具体方法：把飞机驾驶的难易程度分为10个等级，飞机驾驶员在驾驶飞机之后，根据自己的感觉，对照各种困难程度的定义，给出自己对这种飞机的评价。应用：用于飞机操纵特性的评定。下表为Cooper-Harper方法的分级方法。7/20/20235Cooper-Harper法的分级方法飞机的特性对驾驶员的要求评价等级优良：人们所希望的脑力负荷不是在驾驶中应考虑的1很好，有可忽略的缺点脑力负荷不是在驾驶中应考虑的2不错，只有轻度的不足为驾驶飞机需驾驶员作少量帑力3小但令人不愉快的不足需要驾驶员一定的努力4中度的、客观的不足为了达到要求需要相当的努力5非常明显但可忍的不足为达到合格的驾驶需非常大努力6严重的缺陷要达到合格的驾驶，需要驾驶员最大的努力，飞机是否可控不是问题7严重的缺陷为控制飞机就需要相当大的努力8严重的缺陷为了控制飞机需要非常大的努力9严重的缺陷如不改进，飞机驾驶时可能失控107/20/20236（2）主观负荷评价法（SubjectiveWorkloadAssessmentTechnique）——SWAT法

SWAT法是美国空军开发的，由Reid等人建立。1）主要考虑因素Reid等人对脑力负荷的影响因素进行了系统的调查，经过必要的归纳和整理，认为脑力负荷可以看作是时间负荷、压力负荷和努力程度等3个要素的结合。第二节脑力负荷的测量7/20/20237第二节脑力负荷的测量时间负荷：是指操作者有没有足够的时间来完成任务。努力程度：是指在工作时人需要付出的努力等。具体的它是指人在工作时，大脑中计算、决策、注意力资源的应用情况。压力负荷：主要涉及脑力负荷或与脑力负荷有关的心理上的负担。

每个因素又被分为1、2、3三级，SWAT描述的变量及水平如表所示。7/20/20238SWAT描述的变量及水平维度水平描述时间负荷努力程度压力负荷1经常有空余时间，各项活动之间很少有冲突或相互干扰很少意识到心理努力，活动几乎是自动的，很少或不需注意力很少出现慌乱、危险、挫折或焦虑，工作易容易适应。2偶尔有空余时间，各项活动之间经常出现冲突或相互干扰

需要一定的努力或集中注意力。由于不确定性，不可预见性或对工作任务不熟悉，工作中有些复杂由于慌乱、挫折和焦虑而产生中等程度的压力，增加了负荷。为了保持适当的业绩，需要相当的努力3几乎从未有空余时间，各项活动之间冲突不断

需要十分努力和聚精会神。工作内容十分复杂，要求集中注意力由于慌乱、挫折和焦虑而产生相当高的压力，需要极高的自我控制能力和坚定性7/20/20239第二节脑力负荷的测量

2）使用方法三个因素及每个因素的三个状态，共形成3×3×3=27个脑力负荷水平。这27个脑力负荷水平被定义为在0～100之间。在三个因素都为1时，其脑力负荷对应的水平为0，当三个因素都为3时，脑力负荷水平为100。其他情况下的脑力负荷的确定方法为：用27张卡片分别代表27种情况，操作人员首先对这27张卡片根据自己的主观观点进行排序，然后研究人员根据数学中的合成分析方法把这27种情况分别与0～100之间的某一点对应起来，如(1，1，1)对应于0；(1，2，1)对应于15.2等。操作人员完成某一任务后给出这项任务的时间负荷、努力程度、压力负荷的程度，根据这三个指标就可以确定脑力负荷的状态，然后根据前面确定的对应表查出脑力负荷的对应值。7/20/202310第二节脑力负荷的测量

（3）NASA-TLX主观评价法

美国航空和宇宙航行局下属AMES研究中心的Hart等人建立起来的。1）主要观点：认为脑力负荷是一个多维的概念。Hart等对飞行员进行调查，拟从中找出脑力负荷的影响因素。经过大量调查研究之后，确定了六个影响脑力负荷的因素。分别为：

a.脑力需求b.体力需求c.时间要求d.努力程度e.操作成绩f.挫折水平7/20/202311第二节脑力负荷的测量

NASA-TLX主观评价法：脑力需求：这项工作是简单还是复杂，容易还是要求很高？完成工作需要多少脑力或知觉方面的活动（如：思考、决策、计算、记忆、寻找等）？

体力需求：需要多少体力类型的活动（推、拉、转身、控制活动等）？这项工作是容易还是要求很高，是快还是慢？悠闲还是费力？时间需求：工作速度使你感到多大的时间压力？工作任务中的速度是快还是慢，悠闲还是紧张？7/20/202312第二节脑力负荷的测量努力程度：在完成这项任务时，你在脑力和体力方面做出了多大的努力？

业绩水平：你认为你完成这项任务是多么成功？你对自己业绩的满意度如何？

受挫程度：在工作时，你感到是没有保障还是有保障，很泄气还是劲头十足，恼火还是满意，有压力还是放松？每个影响因素在脑力负荷形成中的权数不同，且随着情境的变化而显示出差异。7/20/202313第二节脑力负荷的测量NASA—TLX法的使用过程分三步：1）确定因素权重采用两两比较法，对每个因素在脑力负荷形成中的相对重要性进行评定。六个因素的权数之和等于１。在对权数进行评估时，自相矛盾的评估(即A比B重要，B比C重要，C比A重要)是允许的，这种情况出现时，说明被评估的因素的重要性非常接近。2）针对实际操作情境，对六个因素的状况分别进行评定

NASA—TLX主观评价方法要求操作人员在完成了某一项任务之后，根据脑力负荷的六个因素在0～100之间给出自已的评价。除业绩这一因素之外，其他五个因素都是感觉越高，给分值也越高，而对业绩，感觉到自己的业绩越好，则所给的分值越低。3）确定了各个因素的权数和评估值之后，进行加权平均就可以求出脑力负荷。7/20/202314二、主任务测量法（同一工作不同方法比较）第二节脑力负荷的测量主任务测量法：是通过对操作者在工作中的表现结果来推算这一工作强加于操作者的脑力负荷。这种方法假定:当脑力负荷增加时,这增加的对操作者能力的要求将改变操作者在系统中的表现。7/20/202315第二节脑力负荷的测量（1）单指标测量法-是用一个业绩指标来推断脑力负荷。

优点：结果比较简单明了。

缺点：有时候不够准确。例如：利用考试成绩评价考试的难易。（2）多指标测量法-用多个业绩指标来测量脑力负荷

优点：结果更准确

缺点：数据比较难处理例如：利用考试成绩和交卷时间评价考试的难易。7/20/202316第二节脑力负荷的测量

(一)辅助任务测量法的原理

应用辅助任务测量法时，操作人员被要求同时做两件工作。操作人员把主要精力放在主任务上。当他有多余的能力时，尽量做辅助任务。

主任务的脑力负荷是通过辅助任务的表现来进行的。主任务脑力负荷越大，剩余资源越少，操作者从事辅助任务的能力就越弱。

三、辅助任务测量法（不同工作的比较）

7/20/202317（二）用辅助任务法测量脑力负荷步骤第一步：测量单独做辅助任务时的业绩指标；第二步：在做主任务的同时，在不影响主任务的情况下尽量做辅助任务。测出此时做辅助任务时的业绩指标。

脑力负荷的评价：用两者的差来决定的。差越大脑力负荷越大，反之，脑力负荷就越小。第二节脑力负荷的测量7/20/202318第二节脑力负荷的测量注：辅助任务测量法是建立在某些假设的基础上的。第一：人的能力是一定的，就像一个瓶子的容积一样。第二：人的能力是单一的，即不同的任务使用相同的资源。7/20/202319第二节脑力负荷的测量(三)常用的辅助任务

不同的任务使用不同的资源，因而使可使用的辅助任务也有很大的不同，下面是常用的辅助任务。

(1)选择反应。(2)追踪。(3)监视。(4)记忆。(5)脑力计算。(6)复述。(7)简单反应。(8)时间估计。7/20/202320选择反应时间选择反应时间一般是向被试者在一定的时间间隔或不相等的时间间隔显示一个信号，被试者要根据信号的不同做出不同反应。选择反应时间有两个业绩指标，一个是反应时间，另一个是反应率。在主任务的脑力负荷较轻时，反应时间要可靠些。当主任务的脑力负荷较高时，反应率能更好的反映出来。第二节脑力负荷的测量7/20/202321简单反应时间除了选择反应任务之外，简单反应任务有时也用来作为测量脑力负荷的辅助任务。简单反应任务就是要求被试者一发现某一出现的目标，就尽快地做出反应，目标和反应方法都是唯一的。相对于选择反应任务，简单反应不需要做出选择判断，因而减轻了被试者信息处理中枢的负荷，这样对主任务的干扰也小些。第二节脑力负荷的测量7/20/202322追踪在用辅助任务测量法测量脑力负荷时，追踪是经常用到的辅助任务。显然，在单独做追踪时，临界值会高些，当与主任务一起做这项任务时，临界值会下降。通过临界值的变化就可以了解主任务的脑力负荷。第二节脑力负荷的测量7/20/202323监视监视任务一般要求被试者判断某一信号是否已经出现，业绩指标信号侦探率。在单独完成监视任务时，信号侦探率会等于1或接近于1。当被试者在完成主任务之后，监视任务的信号侦探率就会下降，下降的幅度就是大脑被占用的情况，即主任务的脑力负荷。第二节脑力负荷的测量7/20/202324记忆用记忆作为辅助任务来测量脑力负荷的研究特别多。这些研究大都使用短期记忆任务。值得注意的是，记忆任务本身脑力负荷较高，这可能会影响主任务的业绩或人对主任务困难程度的判断。第二节脑力负荷的测量7/20/202325脑力计算各种各样的算术计算也被用来作为测量脑力负荷的辅助任务。一般人们用简单的加法运算，但也有用乘法和除法的。第二节脑力负荷的测量7/20/202326复述复述任务要求被试者重复他所见到或听到的某一个词或数字。通常不要求被试者对听到的内容进行转换。第二节脑力负荷的测量7/20/202327时间估计时间估计辅助任务就是在完成主任务的同时，对时间进行估计。一般采用等时间间隔法，这种方法是让被试者每隔一固定时间就做出一个反应。第二节脑力负荷的测量7/20/