人因工程-人的心理认知特征

人因工程人的心理认知特征认知心理学概述

记忆和学习

思维、推理与决策

注意和持续警觉

群体认知心理

人类所有有目的的活动总是身体操作与心理认知过程的一种结合，这种心理认知过程包括信息的处理、记忆和学习、决策和计划等。设计、生产计划、计算机程序、医学诊断、过程控制、航空调度以及设备的故障诊断等都是典型的认知任务。本章将介绍与人因工程领域密切相关的认知心理学的一些基本知识和概念，并从认知心理学的角度探讨在人机系统中，人所进行的脑力作业与技能作业的特征、方法及其基本规律，从而为提高人机系统的整体效率以及人机系统的设计提供指导和建议。

5.1认知心理学概述

认知心理学（CognitivePsychology）是以信息加工为核心的心理学，是研究人与外界交互以及人认知外界的科学。 进入20世纪以后，尤其是在二战期间，随着人因工程的迅速成长，认知心理学有了更快的发展和更广阔的应用。随着信息论的问世，人们开始用信息加工过程来研究和解释人的心理过程和复杂行为，这便是现代认知心理学。对人的认知行为的研究、测量、分析和建模等也称为认知人机工程学。了解并遵循认知心理学的原理是进行人机界面设计的基础。5.1.1认知心理学的研究内容

知觉与信息处理过程记忆和学习思维与决策注意和持续警觉群体心理与群体认知5.1.2认知心理学常用研究方法任务－绩效度量法问卷法心理－生理指标法投射法5.1.2认知心理学常用研究方法任务－绩效度量法

通过度量人在执行各种认知任务时的绩效来研究人的认知能力和特点。主要研究参数包括：人在执行任务的反应时、正确率以及在一些特定任务中的绩效度量。任务－绩效度量法的优点发展历史悠久，方法成熟完备。指标测量简便，数据精确，易于处理，结果清晰。客观指标，可以避免一些主观或者不可控因素带来的对结果的争议；同时它们也能在很大程度上代表人的认知能力。很多比较复杂的认知任务，可以对其进行分解和简化，最终转化为可用反应时与正确率来度量的指标体系。问卷法

在认知心理学中，问卷法的应用历史悠久，地位重要。问卷法的特点使用方便，对仪器、度量条件、场所等没有特殊要求。可以大量发放以进行调查。对被试无特殊要求、无伤害等。问卷的设计要考虑信度、效度、被试的接受程度等诸多因素，对研究者的经验和能力要求很高。问卷发放、回收的有效性易受干扰。

5.1.2认知心理学常用研究方法5.1.2认知心理学常用研究方法心理－生理指标法采用人体生理指标的变化来反映心理认知的过程和努力。近30年以来随着计算机技术的飞速发展和各种新型精密仪器的引入，心理－生理指标法在认知心理学领域取得了巨大成就。常用的生理指标包括：心率及心率变异性、血压、眨眼率、瞳孔大小。脑事件相关电位、功能性核磁共振成像和正电子断层显像技术是近年兴起的新技术，可以更为深入地用于研究人在各种认知过程中的脑机制。5.1.2认知心理学常用研究方法心理－生理指标法研究的结论

心率会随着人的认知过程而变化，但是其敏感度不是很高。心率变异性对认知过程较为敏感。血压变化对认知过程不敏感。人在执行较高强度的认知任务时，眨眼频率会明显降低。瞳孔会随着人的兴趣和认知难度的增加而变大。脑事件相关电位对脑力认知任务很敏感。从脑成像技术获得的结果来看，人的不同大脑皮层脑区域对应不同的认知任务，可认为是不同的任务模块。

5.1.2认知心理学常用研究方法投射法及其特点

投射法（ProjectiveTechnique）是一种极为特殊的心理学研究方法，主要结合人格来研究人的某些特定认知活动。其特点是以间接的方式揭示人们无意识的心理活动，如：欲望、隐性的心理倾向和思维过程等。有一些心理活动是被试自己都无法意识到的，而分析者则可能通过投射技术分析出来。投射法的主要缺陷是效度很低，在统计学上难以找到强大的支持；不同心理专家对测验结果进行分析得到的结论也缺乏客观性和信度。投射法主要包括罗夏墨迹测验填句测验自由联想测验画人测验内容提要

记忆遗忘学习技能培训5.2记忆和学习5.2记忆和学习记忆和学习是人类最基本的认知过程，是各种高级认知活动的基础。人们感知过、思考过、体验过、操作过的事物，都可以保留在头脑中，并且在需要的时候，又可以将它们重现出来，这一过程就是记忆。记忆是人们获取知识、积累经验、进行高级认识活动和发展个性心理特征的必要条件。

学习是人掌握知识和技能的主要手段。

记忆两个基本过程：记：体现为识记（信息的输入和编码过程）和保持（信息的贮存）忆：体现为再认和回忆（信息的提取）记忆三个阶段：瞬时记忆：外界刺激信息在感觉通道内迅速被登记并保持一瞬间的过程，保持时间一般为2s以内，信息容量较大。短时记忆：信息呈现后，保持时间在约1min以内的记忆，容量很小，对中断高度敏感。长时记忆：是记忆发展的高级阶段，它是保持时间1min以上乃至数月、数年，甚至终身不忘的记忆，容量很大。5.2记忆和学习遗忘

间距(h)重学节省(％)（保存量）遗忘数量(%)间距(h)重学节省(％)（保存量）遗忘数量(%)0.3358.241.84827.872.2144.255.86×2425.474.68.835.864.231×2421.178.92433.766.3

19世纪末期，德国心理学家H.艾宾浩斯(H.Ebbinghaus)以其本人为主试和被试，对记忆和遗忘进行了大量系统的实验研究。

表不同时间间隔的保持成绩

保持与遗忘曲线5.2记忆和学习

由该曲线可知，遗忘发展的进程是不均衡的，在识记后的短时间内，遗忘速度很快，以后逐渐缓慢，一定时间后，则处于停滞状态而几乎不再忘记。

图艾宾浩斯保持和遗忘曲线

记忆保持时间：动作记忆>形象材料和有意义的材料

识记的材料数量越多，识记后保持量越少

5.2记忆和学习遗忘的原因

干扰是产生遗忘的重要原因

前摄干扰（也称前摄抑制），即先前学习的材料对识记和回忆后学材料的干扰。倒摄干扰（也称倒摄抑制），即后面学习的材料对保持和回忆先学材料的干扰。对于两种学习材料：前摄干扰的强度随先学材料的数量以及先后两种材料内容相似程度的增加而增加。倒摄干扰受先后两种材料相似程度、后学材料的难度以及先学材料保持程度等因素的制约。对于同种学习材料：首尾部分容易记住，而中间部分容易遗忘，因为首部无前摄抑制的干扰，尾部无倒摄抑制的干扰，而中间部分则既有前摄干扰又有倒摄干扰。克服遗忘最好的办法是复习（按照遗忘规律复习）

5.2记忆和学习学习学习程度

学习曲线

学习程度（%）4h回忆出的百分数学习程度（％）4h回忆出的百分数学习程度（％）4h回忆出的百分数15081.910064.83342.7表学习程度对记忆的影响

表示在技能形成过程中练习次数（或练习时间

）与练习成绩之间的关系的曲线，可用于研究知识和技能形成规律。

5.2记忆和学习短期学习曲线长期学习曲线

高原现象5.2记忆和学习技能培训

技能形成过程

模仿学习阶段：视觉观察，指导；反映慢、注意范围窄提高阶段：反复练习；反应速度加快、动作协调技能成熟完善阶段：形成动作系统影响技能形成速度的因素

技能的性质不同，学习者掌握技能的速度也不同

技能结构的复杂程度不同，学习者掌握技能的速度也不同指导方法对于学习者掌握技能的速度有一定的影响

学习环境的优劣也是影响掌握技能速度的一个因素

人的主观状态，如动机、态度、能力、兴趣、文化程度、已有经验等对掌握技能的速度有明显影响

5.2记忆和学习技能提高的标志

工作速度的加快工作质量的提高工作失误率下降技能的迁移和干扰

技能的迁移

引起技能迁移的原因，是新学习的技能与已经掌握的技能之间，在刺激和反应方面存在着共同要素。

技能的干扰

新学习的技能与已掌握的技能之间，刺激相同或极为相似而又要求作出不同的反应时，就会发生干扰。

例学骑自行车、三轮车5.2记忆和学习技能培训

为了获得良好的培训效果，应采用科学的培训方法，如：

在整个培训过程中，自始至终都必须把培养用正确方法操作、养成良好的操作习惯，作为培训重点。

通常分散培训优于集中培训，这是因为分散培训有较多的时间间隔，可以消除大脑神经过程所产生的抑制。

对于结构复杂的技能培训，应在工作研究的基础上，将操作技能分解为若干个操作动作，利用图片和操作指导书，讲解操作动作，务必使学习者明白其中的道理。

在培训中，应充分利用电化教学手段如幻灯、录像、电影、计算机等

在整个培训过程中，应将学习者的练习结果进行反馈。

5.2记忆和学习5.3思维、推理与决策

思维、推理与决策属于较高级的认知过程，是人类活动的重要组成部分。思维和推理为决策提供依据和前提，决策是思维和推理过程的总结。思维是一种高级的认知活动，是个体对客观事物本质和规律的认识过程。在日常生活中，人们经常说到的“考虑”、“思考”、“想一想”等，都是思维活动。推理是指人利用逻辑法则对已掌握的信息进行推演，进而得到新的知识或信息的一种思维过程。推理有两类，即归纳推理和演绎推理。决策是人确定行动目标、选择行动方案并将方案付诸实施的过程。5.3.1思维思维的特征间接性和概括性是思维过程的两个重要特征间接性，是指人在思维中能根据已知的因素，通过中介而达到对未知因素的认识。概括性，是指反映的是同一类事物的共同特征、本质特性或事物间规律性的联系。思维的分类根据不同的标准，可以对思维进行不同的分类。按其表征方式，可以分为动作思维、形象思维和抽象思维；根据思维活动的方向性，可以分为聚敛思维和发散思维；按思维方法与其结果的新颖性，可区分为复制性思维和创造性思维。5.3.1思维思维的加工方式分析与综合：是思维活动最基本的认知加工方式，其他的思维加工方式都是由分析与综合派生出来的。分析就是将事物的心理表征进行分解，以把握事物的基本结构要素、属性和特征。综合是与分析相反的认知加工方式，是将事物的结构要素或个别的属性、特征联合成一个整体。比较：是将各种事物的心理表征进行对比，以确定它们之间的相异或者相同的关系。抽象与概括：是更高级的分析与综合活动。抽象就是将事物的本质属性抽取出来，舍弃事物的非本质属性。5.3.2推理推理有两类，即归纳推理和演绎推理。归纳推理类似于分类，它是通过观察许多事实，从而得到一个新事实来描述初始的断言。演绎推理从断言出发，通过逻辑地验证断言所描述的关系和性质来发现新事实。人在推理过程中经常使用不严密的逻辑以致结果偏失，但是这也恰恰赋予了人类在面对很多错综复杂和不确定信息时的超强、高效的模糊推理能力。5.3.3决策

决策是一种特殊而复杂的思维过程。人的行动是决策的执行，因此决策的优劣直接关系到行动的成败。决策的一般过程明确任务确定行动的目标分析达到目标的条件选择行动方案实施方案5.3.3决策决策存在明显的个体差异在人机系统的设计中，既要考虑通过选拔和训练提高决策人员的决策能力，同时也要看到人的决策能力的局限性，在具有较高要求的情况下，应为操作人员提供决策辅助工具。不确定情况下的决策行为决策者在随机不确定情况下进行决策，需采用好中求好、坏中求好、等概率、乐观系数、后悔最小等决策准则，选择其一作为选取方案的依据。人们最经常采取的行为模式叫做期望效用模式。在这种模式下，决策者的选择行为满足：优势原则、差异原则。5.3.3决策直觉决策直觉是人的一种特殊的心理活动，在很多情况下，人们做决策并不是都经过很精确的数学运算进行判决的，而是凭借直觉，拍脑袋决策的。一般说来，人的直觉判断是非常有用的，它们大大减少了推理过程的复杂性。直觉判断有时会导致严重的和系统的偏差。直觉决策相比理性推理具有以下优点：快捷、真实、创造、非清晰。在信息不完全的情况下，人们的决策是以直觉决策为主，推理判断为辅。5.4注意和持续警觉本节内容包括：注意的概念注意的种类注意的基本要素持续警觉

5.4.1注意的概念

注意是依附和伴随人的认识、情感、意志等心理过程而存在的一种心理现象，是心理活动对一定对象的指向和集中。注意的三个主要功能注意的选择功能：对同一时间作用于人的种种信息源传播的信息进行过滤、筛选，从而保证了少数进入门户之内的信息能得到充分的加工。注意的保持功能：在人类的信息加工过程中具有重要意义，能使心理活动的内容得以在意识中保持，使心理过程得以持续进行。注意的调节和监督功能：表现为排除和抑制来自内部和外部的干扰，使人所从事的各项活动，如学习活动、生产活动、军事活动等能朝着预定的目标和方向进行。

5.4.2注意的种类注意一般可分为无意注意和有意注意两类。无意注意：是一种初级被动的注意，是一种既无预定目的也不需要付出任何意志努力的注意。它常常是由于周围环境的变化而引起的一种不由自自主的自然而然的注意。有意注意：是一种积极主动的较无意注意高一级的注意，是具有目的性，同时还需要付出意志努力的注意。有意注意受意识的自觉调节和控制，是人类所独有的一种心理现象。由于无意注意是自然而然引起的，维持这种注意并不需要付出意志的努力，所以不至于产生身心疲劳；有意注意需要付出意志的努力，长时间的坚持，又会引起疲劳，所以在生活、学习、工作过程中，通常需要两种注意交替进行。5.4.3注意的基本要素注意的基本要素包含注意的广度、稳定性、注意的分配和转移。注意的广度：也称注意的范围，是同一时间内，意识所能注意到的对象的数量。认知心理学认为，注意的广度是注视点来不及移动的一瞬间（0.1s），人所能接受的同时输入的信息量。注意的稳定性：亦称注意的持久性，是注意较长时间地保持在某特定事物上的能力，是注意在时间上的特征。注意的分配：是指人在同一时间内把注意指向两种或两种以上的活动或对象的能力。它是人根据当前活动的需要主动调整注意指向的一种能力。注意的转移：是人根据当前活动的需要，有目的地主动地把注意从一个对象转移到另一个对象上的能力。注意转移的快慢和难易，取决于注意的转移能力以及原来注意的紧张度和新的注意对象的特点和性质。5.4.4持续警觉持续警觉通常是在刺激环境单调和脑力活动以注意为主的条件下，长时间保持的警觉状态。在化工厂、发电厂、雷达站和自动化生产系统中的仪表监控工作以及舰艇、飞机的驾驶中，都要求作业者长时间地保持警觉状态。持续警觉的绩效一般受两个因素影响较大：信号频率和人的觉醒状态。警觉作业的绩效随着信号频率和觉醒程度先升高再降低。导致持续警觉作业绩效下降的因素包括：信号出现时间极不规则，这是造成信号脱漏的重要原因；不良的作业环境，如噪声大，温度高，无关刺激的干扰多等；信号强度弱，信号频率不适宜；个体主观状态，如过分激动的情绪，失眠、疲劳等。5.4.4持续警觉改善持续警觉作业绩效的措施适当增加信号的频率和强度，增强信号强度与背景噪音的对比度，增强信号的可分辨性。根据持续警觉作业绩效一般是在作业开始30min后逐渐下降的规律以及有意注意可维持的最长时间，科学安排作业时间。改善不良作业环境，减少无关刺激的干扰。培养和提高作业者良好的注意品质。在满足作业要求的情况下，使用尽量少的信号以免引起系统混乱。单独的预警信号发送器不得用于其它用途，以免引起系统冲突。5.5群体认知心理群体心理是群体成员对某群体存在的物质生活条件、社会关系、共同利益和群体活动等方面的共同反映，是每个成员个人心理特征的总和与概括，是成员间不断相互作用与相互影响的结果。

影响群体认知心理的主要因素群体大小群体成员的年龄构成群体成员的性格构成群体成员的性别构成群体成员的个人能力群体成员的文化背景

5.5群体认知心理个体和群体的关系群体心理：两个层次：一是不稳定的心理成分

二是表现为相对稳定而不易改变的心理成分

群体心理对个体的影响：归属感、认同感和支持力量群体心理与个体心理的关系：相互联系、相互制约5.5群体认知心理性质：系统性、合理性、重要性、复杂性、分权性优点：正确性高、可接受性强、一贯性缺点：浪费时间、冒险性大、从众现象及群体思维Groupthink：Janis于1972、少数人控制、群体空象症5.5群体认知心理群体大小：GallupeRB等（1992）

p（x）=f（x）+g（x）-h（x）这里p（x）为群体总体绩效；f（x）为个体绩效之和；g（x）为过程增益；h（x）为过程损失；x为决策群体的大小。成员年龄：同大小群体产出方案数量随群体年龄增加而下降，质量指标略呈上升趋势；随群体年龄的增加，决策活动的活跃程度下降；年龄大的规模较大的群体更容易分裂成小群体

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