第九章 人的信息处

第九章人的信息处理系统

9.2感知系统的信息加工

9.3中枢系统的信息加工

9.1人的信息处理系统模型

9.4人的信息输出

9.5脑力工作负荷9.1人的信息处理系统模型9.1.1人的信息处理系统结构

人的处理信息系统的基本组成

——感知系统

——认知决策系统

——运动系统（1）感知系统是人的信息处理的第一个阶段，主要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。主要由感觉器官及其相关的记忆存储器组成。（2）中枢信息处理系统也称认知系统或决策系统。人的认知系统接收感知系统出入的编码信息，并将其存入工作记忆，根据长时记忆中的相关信息和加工规律，进行综合的分析，最后做出决策并传到运动系统。（3）运动系统

执行认知系统发出的命令，完成人的信息处理系统的输出。9.1人的信息处理系统模型9.1人的信息处理系统模型9.1.2信息、信息量与信息传递模式（1）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。（2）信息量——是人机系统设计时考虑的重要参数。通常选用对数单位对其进行度量（如二进制、八进制等）。（3）信息传递模式

——信息源发出的信息被信宿完全接收。（理想的）

——信息源发出的信息在传递过程中消耗殆尽。

（人机系统设计中必须避免的）

——从信息源发出的信息虽然有些消耗，而且混有某些噪声成分，但仍有部分信息被有效传送到信宿。人机系统设计的任务：合理设计，减少信息损耗；通过提高信噪比、降低混淆度，提高信息传递质量。9.2感知系统的信息加工9.2.1感觉和知觉系统（1）感觉器官及其信息接收能力感受器可分为视、听、触、味和肤觉，每种通常只能对一种能量形式的刺激（适宜刺激）特别敏感。

人的感官除了要求“适宜刺激”信号的载体外，感官还对信息载体的能量要求也有一定的限度。9.2感知系统的信息加工（2）韦伯定律

差别感觉阈限——刚刚引起差别感觉的刺激间的最小差别，也称最小可觉差别。

差别感受性——对最小差别量的感受能力。

韦伯定律——各种感官刺激的差别感觉阈限随最初刺激能量大小而变化，但两者之比是常数。仅适用于中等强度的刺激，而对能量极小（绝对感觉阈限下限）和能量极大（绝对感觉阈限上限）的信号刺激不适用。9.2感知系统的信息加工（3）知觉

定义——人们通过感官得到外部世界的信息，这些信息经过头脑的加工，产生的对事物整体的认识。

分类：

主导作用——视知觉

——听知觉

——触知觉

——味知觉

——嗅知觉

认识事物的特性——空间知觉

——时间知觉

——运动知觉9.2感知系统的信息加工9.2.2感知过程中的信息储存（1）感觉储存——又称感觉记忆（瞬时记忆），是外界输入刺激后人对信息加工的第一个模块，储存时间大约为0.25-2s。（2）感觉储存的编码——主要依赖于信息的物理特征，具有鲜明的形象性。（3）感觉储存和工作记忆的交互作用

工作记忆——是感觉记忆和长时记忆的中间阶段，也称中时记忆，保持时间约为5s-2min。

两者关系——感觉记忆中只有个别的信息进入工作记忆，而与长时记忆无关的、没有转到工作记忆，很快消失。只有进入注意的信息，才进入到工作记忆。9.2感知系统的信息加工（4）感觉映像的衰退和储存容量感觉记忆（视觉映像和听觉映像）随时间的消逝而衰退。通常，视觉映像的储存容量为17个字母，而听觉映像一般为5个字母。

半衰期——感知记忆衰退50%所经历的时间，对于字母，视觉映像的半衰期约为200ms，而听觉映像的半衰期约为1500ms。9.2感知系统的信息加工9.2.3感知系统的信息加工（1）信息加工方式——自下而上：由较小的转向较大的知觉单元，或从较低水平的加工到较高水平的加工。

——自上而下：由有关知觉对象的一般知识开始的加工。由此形成的期望或对知觉对象的假设。主要体现在上下文效应中。一般来说，当非感觉信息越多，需要的感觉信息就越少，这时自上而下的加工占优势；相反，非感觉信息越少，需要的感觉信息就越多，这时自下而上的加工占优势。9.2感知系统的信息加工（2）模式识别

模式——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。模式识别——当人能够确认他所知觉的某个模式是什么时，将它与其他模式区分开来。是人的基本认知能力或智能。

模式识别的模型

——模板匹配模型：须事先存储相应的模板，缺少灵活性，不能完全解释人的模式识别过程。

——原型匹配模型：可减少记忆负担，更加灵活，能适应环境的变化。

——特征分析模型：通过特征和特征分析进行比较，可存在于其他模式中，极大减轻记忆的负担。9.2感知系统的信息加工（3）信息加工周期、单位知觉、感知加工的速率变化

加工周期——与刺激脉冲反应的时间有关。单位知觉——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当作一个刺激单位加以处理。

感知加工的速率变化

——知觉加工器的单位加工周期并非一个固定的常数；

——不同的刺激条件下，加工周期可在一定范围内变化；

——知觉加工器的加工周期时间与刺激强度成反比。9.2感知系统的信息加工（5）人的信息传递能力

理论能力评估与人的实际能力

——在最理想条件下，传信能力的实际上限处于25bit/s左右，至今无人声称最高值能达到40bit/s。感知觉的绝对辨认能力

——是指当单个的刺激呈现而不与其他刺激作比较的条件下，感觉器官所具有的辨认能力（如表9-3）。

信息传递率

——指人在单位时间内能传递的信息量；

——一般认为，热的通道容量约为7bit/s左右，实际上，人对信息传递率远远高于7bit/s，由于外界刺激往往都是多维度的。

9.2感知系统的信息加工9.2感知系统的信息加工（5）注意

定义——是心理活动或意识对一定对象的指向集中。注意指向性——是指人在某一瞬间，他的心理活动或意识选择了某个对象，而忽略了另一些对象。

注意集中性——当心理活动或意识指向某个对象的时候，它们会在这个对象上集中起来，即全神贯注。注意的功能

——注意的选择功能；

——注意的保持功能；

——注意的调节及监督功能。

9.2感知系统的信息加工（5）注意注意的种类

——无意注意：指事先没有目的、也不需要意志努力的注意，其产生的原因主要是刺激的新异性、强度和运动变化等。

——有意注意：指有预定目的、需要一定意志努力的注意，是一种积极主动的形式。

——有意后注意：是注意的特殊形式，同时具有无意注意和有意注意的某些特征。学习专业知识需要就是有意后注意。

9.2感知系统的信息加工（5）注意注意的特性

——注意的广度：指在一个很短的时间内能知觉的注意对象的数目。

——注意的选择性：是个体在同时呈现的两种或两种以上的刺激中选择一种进行注意、而忽略另外的刺激。

——注意的持续性：指注意在一定时间内保持在某个认识的客体或活动上，也叫注意的稳定性。

——注意的分配：是个体在同一时间对两种或两种以上的刺激进行注意，或将注意分配到不同的活动中，如司机驾驶汽车。9.2感知系统的信息加工（5）注意注意的认知理论

注意的选择功能

——过滤器理论

——衰减理论

——后期选择理论

——多阶段选择理论

注意与认知资源分配

——认知资源理论

——双加工理论：自动化加工和受意识控制的加工。9.2感知系统的信息加工9.3认知系统的信息加工9.3.1认知系统的信息储存（1）工作记忆

定义——也叫短时记忆和操作记忆，是感觉记忆和长时记忆的中间阶段。

特点——信息保持时间很短（5s-1min）

——记忆容量小（5-9bit/s，平均为7bit/s）

——对中断的高度敏感（易受干扰）

——短时记忆中的信息可被意识

工作记忆的编码及影响因素工作记忆的编码通常是以听觉的声音符号方式进行的，其编码效果的影响因素——觉醒水平

——工作记忆的组块

——加工的深度9.3认知系统的信息加工（1）工作记忆

工作记忆信息的存储和遗忘

——复述：机械复述或保持性复述、精细复述

——遗忘：工作记忆可保持15-30s，造成遗忘的原因主要是工作记忆中的信息受到其他信息的干扰。工作记忆的信息提取工作记忆的信息提取方式为完全系列扫描，即对全部项目进行完全的检索，再做出判断。9.3认知系统的信息加工（2）长时记忆

长时记忆的含义和编码

——含义：指存储时间在一分钟以上、数月、数年乃至终身不忘的信息；

——编码：把新的信息纳入已有的知识框架内，或把一些分散的信息单元组合成一个新的知识框架。主要有：语义类编码、语言特点编码和主观组织

——编码影响因素：编码时的意识状态和加工深度长时记忆的信息储存

——依赖于组织有效的复习；

——利用外部记忆手段；

——注意脑的健康和用脑卫生。9.3认知系统的信息加工

长时记忆的信息提取

——再认：指人们对感知过、思考过或体验过的事物，当它再度呈现时，仍能认识的心理过程；

——回忆：是人们过去经历过的事物以形象或概念的形式在头脑中重新出现的过程。长时记忆的内容是不能全抹掉的，而随意提取时也不是总能成功。9.3认知系统的信息加工

长时记忆中信息的遗忘

——遗忘曲线

人们对熟悉的、形象的、有意义的材料遗忘慢；材料数量多，忘得快。

——遗忘原因：衰退理论、压抑理论、提取失败理论、干扰理论（前摄抑制和倒摄抑制）。9.3认知系统的信息加工（3）影响信息处理的因素

大脑信息处理能力的界限

——单通道机制：人不可能同时处理两种以上的信息。

内部因素

——人的唤醒水平（人的总体生理激活程度）

——工作任务因素

——学习（反复训练）

——疲劳

——动力：因具有动机才能对所给的刺激产生一定的行动

外部条件

——作业时间、时机和作业条件等因素9.4人的信息输出

在人－机系统中，人的信息输出通常表现为效应器官（例如手、足、口、眼）的运动，通俗地讲，就是作业过程。效应器官运动的速度和准确度直接关系到人－机系统的效率和可靠性。在作业中，人的信息输出主要表现为：

言语输出——简单、方便而且实用

操作运动输出

——定位运动（视觉定位运动和盲目定位运动）

——重复运动

——连续运动

——操作运动

——序列运动（操作规程）

——静态调节运动9.4.1信息输出形式

定位运动——定位运动时间随目标距离的增加而增加，随目标宽度的增加而缩短。本结果不仅适用于手的定位运动，而且也适用于脚的定位运动。右图显示了手向各方向作定位运动的时间差异。

9.4人的信息输出

重复运动——重复运动是在速度上有较高要求的一种运动形式。9.4人的信息输出盲目定位运动——盲目定位运动的准确度以人的正前方为最高，右方稍高于左方；同一方位下方高于上方。

连续运动——在垂直面和水平面内，手臂的前后运动的准确度明显低于垂直面内上下运动和水平面内左右运动的准确度。9.4人的信息输出手的运动的一般规律

一般右手较左手运动速度快，故称右手为优势手。右手由左向右运动又比自右向左运动速度快。手朝向身体的运动比离开身体的运动速度快。前后往复运动比左右往复运动速度快。从上往下运动比从下往上运动速度快。水平面内的运动比垂直面内的运动速度快。旋转运动比直线运动速度快，而且顺时针运动比逆时针运动速度快。向下按的按钮比向前按的按钮操作准确；水平安装的旋钮比垂直安装的旋钮操作准确。手操纵旋钮、指轮、滑块的准确度，以操纵旋钮为最佳，指轮次之，滑块最差。圆柱状手柄，直径10mm左右的比30mm以上的操作准确；L形的柄头比圆形柄头操作准确。设置手臂支撑的手柄操作比无手臂支撑的准确。9.4人的信息输出9.4人的信息输出9.4.2反应时（1）定义——是指刺激呈现到反应开始之间的时间间隔记忆的中间阶段。

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，而有一个反应过程，反应过程所需时间：

——感觉器官将刺激转化为神经冲动传至大脑（3-138ms）

——神经中枢进行信息加工处理为70-300ms——传出神经将冲动传至肌肉激发肌肉收缩40-90ms

在实践中往往利用反应时指标来近似说明人对信息处理过程的效率及影响因素。根据刺激-反应情景可分为简单反应时和选择反应时。9.4人的信息输出9.4人的信息输出（2）简单反应时——如果呈现的刺激只有一个，被试者只在刺激出现时作出特定的反应，这时获得的反应时。

特点——单一

——不必费时间识别、判断

——不易出错

——反应时间短（3）选择反应时——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，要求作出不同的反应，这时获得的反应时。特点恰好与简单反应时相反。9.4人的信息输出（3）影响反应时的因素

①

刺激信号

——刺激的强度（感觉阈限）

——刺激的空间特性（大字）

——刺激的持续时间

——刺激的清晰度（与背景有关如：灯光信号、标志信号、声音信号）②人体

——人体对环境的适应状态；

——精神准备程度

——年龄因素

——训练程度

——感觉通道的类型9.4人的信息输出（4）反应时应用实例

对于特殊工种（如飞行员、火车、汽车等）、特殊设备操作员（如：吊车司机）和检查、监视、跟踪危险等需要快速反应的作业人员，需要进行定期感官检查。实践证明，系统中发生的差错、事故和低效，其中重要因素往往是由于人对突然出现的信号来不及识别，以及错误地领会和判断某些信息，或反应动作延迟和失误。因此，应该把反应时作为选择、设计或管理机器设备系统必须作为考虑的因素之一。9.5脑力工作负荷9.5.1脑力工作负荷定义及影响因素（1）定义——脑力负荷是体力负荷相对应，也可称为心理负荷、精神负荷、脑负荷、脑力负担等，表示人在工作中的心理压力。目前对脑力负荷的定义没用严格统一的描述，以下几种是比