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第2章 人因工程的研究方法与工具 人机主要任务是把与 人的能力和行为有关的信 息及研究结果应用于产品 、设施、程序和周围环境 的设计中去。这些知识主 要来源于实验和观察。 定性研究与定量研究 定量研究：主要用观察、实验、调查、统计等 方法，研究现象是要寻求将数据定量表示的方法 ， 定性研究：定性研究是探索性研究的另一主要 方法。调研者利用定性研究来定义问题或寻找处 理问题的途径。常常用于制定假设或是确定研究 中应包括的变量。 定性和定量是会结合在一起的。定性主要 是为了发现问题所在，定量则主要是为了 验证定性中所发现的问题各自所站的比重 ， 2.1 人因工程的研究方法研究方法概述 1. 定量研究是演绎法，从目标设定，调查， 推理验证；定性研究是归纳法，访谈，体 验，总结。 2. 定量研究以目标为导向，以结论导向，以 数据来保障；定性研究以过程导向，以过 程的可靠性来保障。 3. 定量研究自上而下，定性研究自下而上。 2.1 人因工程的研究方法研究方法概述 p 从研究结果看可分为描述性研究、实验性研究、评价研究 。 描述性研究： 2.1 人因工程的研究方法研究方法概述 就是通过一定程序收集资料，根据某些重要属性，来描述某一母群 体(事物、現象或人員)的特征。 例：人体尺寸調查， 测量人们如何使用某种型号的ATM； 观测某一制造工厂的工人，看他们不安全行为的类型与频次； 虽然学問不大，但其所提供的数据为许多设计决策的基础。另外 在解決方案尚未探索与建议之前往往需先進行描述研究，以衡量问题的 轻重和范围。主要重视的是各群体的平均数，标准差和百分位數。 常用：观察法、访谈法 2.1 人因工程的研究方法研究方法概述 p从研究手段看：研究方法可以分为实验性和非实验性两大 类，即实验法与非实验法 . 非实验法则是通过调查法、观测法（ 行为观测）、测试法（心理测试、感 觉评判法；身体测量、生理指征测量 ）等方法开展研究的。 实验法是基于人为控制 某些因素，通过实验测试 特定因素的影响； 观察法的要点 1. 研究者首先要明确观察的目标，也就是观察 什么的问题。因为观察时研究者的注意范围和 思考能力有限，不可能同时注意多种现象. 2. 第二个问题相对更有趣些：我们如何保证观察 本身不会对观察结果产生影响？这涉及到观察过 程中被观察对象的反应（反应性）问题。 2.2 观察法 因为观察法是描述性的，这种特性必定为其带来如 下限制： 观察法无法让研究者对各因素间的关系作出推论。 有时，观察法所提供的资料并不充分。 观察法的描述性限制常常被忽略。 观察法本身并不一定客观无偏。 l 观察法的局限性 2.2 观察法 问卷法：是否式、选答式、等级排列式、等距式 1. 是否式 2. 选择式，即列出多种答案，由被调查者自由选择一项或多项的回答方式,如： 您认为您所在的城镇亟须解决的社会问题是什么？（请在您选择的项目后打， 可任选3项） 住房紧张 交通拥挤 空气污染 水源不足 人口膨胀 社会秩序不好 这种回答方式，适用于有几种互不排斥的答案的定类问题. 3. 等级式 您对您所在社区的社会治安工作是否满意？（请按您的感受在下列适当的空格 内打） 很满意 比较满意 无所谓 水满意 很不满意 不知道 适用于要表示意见、态度、感情的等级或强烈程度的定序问题。 2.2 观察法 4。等距法：5点或7点量表 ，又称利克特量表，是由美国心理学家利克特提出 的 您认为当前最严重的社会问题是什么？（请在适当的方格内打） 非常严重 比较严重 一般 不太严重 不严重 下岗失业问题 社会治安问题 贫富分化问题 国民素质问题 官员腐败问题 社会公德问题 适用于同类问题、同类回答方式的一组定序问题。 2.2 观察法 访谈法 通过访问从访问对象那里获得信息, 即：通过交谈来收集资料 特点：灵活 方法： 结构式访谈：指导性的、正式的，回答相同的问题； 非结构式访谈：非指导性的、自由式的，聊天 1。你对xx公司的汽车设计风格有什么看法？ 2。你认为xx公司的汽车设计风格属哪种风格？ 豪华 运动 越野 2.2 观察法 实验性研究： 是为了检测一些变量对人的行为的影响。通常根据实 际问题、预测理论来决定需要调查的变量和检测的行为。 实验性的研究更关心变量是否对行为有影响以及将如 何影响的问题。 描述性研究则更关心所描述对象的统计结果，如平均 值、标准偏差和百分比等。 2.3 实验法 1.占座 改变桌上的环境 2.椅子的舒适性 不安宁的身体移动 ”改变”（包括对环境的改变和可能由它导致的行为改变）， 然后”比较”，是实验研究最基本的逻辑和基本特征 实验研究 2.3 实验法 实验研究 是在实验室条件下观察事物变化，获得事实 材料的方法。 实验就是寻找自变量和因变量之间的关系 各种变量的操纵、控制、观察和比较等的过程。 变量是使实验运转的齿轮。 好实验与差实验的区别就在于变量的有效选择和操纵。 因此，变量是实验研究最基本的问题，是实验研究的根基。 座椅舒适性比较： 不安宁的身体移动，头部、躯干的移动 2.3 实验法 在实验中实验者所操纵的、对被试者的反应产生在实验中实验者所操纵的、对被试者的反应产生 影响的变量称为影响的变量称为自变量自变量； 1)1)、自变量、自变量 实验法 2)、因变量 因为自变量的变化而产生的现象变化（因为自变量的变化而产生的现象变化（ 行为表现），称为因变量。行为表现），称为因变量。 自变量的结果自变量的结果 2.3 实验法 凡是对因变量产生影响的实验条件都称为凡是对因变量产生影响的实验条件都称为相关变量相关变量 ；对因变量不产生影响的实验条件称为对因变量不产生影响的实验条件称为无关变量无关变量（或（或 无关变项无关变项）。）。 由于在实验中额外变量是必须加以控制的，所以额外变量也由于在实验中额外变量是必须加以控制的，所以额外变量也 被称为被称为控制变量控制变量。 评价一项实验设计的好坏的一个重要依据就是看研评价一项实验设计的好坏的一个重要依据就是看研 究者能否成功地控制那些额外变量。究者能否成功地控制那些额外变量。 3 3）控制变量）控制变量 可能影响自变量的变量保持恒定 尽量消除被试个体间差异对实验的影响 2.3 实验法 因变量的要求 基本要求: 客观存在；数量较多；无突变；容易收集； 不需要特别的数据收集技术；消耗尽可能少的财力 和实验者的精力。 可靠性: 是指对一个变量测量多次结果保持稳定的特性。 正确性： 如方向正确性、内容正确性、体系正确性。 防止干扰因素的影响：因变量不能受那些与体系无关的 变量的影响。 敏感性 2.3 实验法 变量命名练习 因为理解自变量、因变量和控制变量非常重要，所 以我们在这里再举一些例子以便你检查自己是否真的理 解了。对于每一个例子都要说出三种变量。 2.3 实验法 变量命名练习 汽车制造者想知道刹车灯多亮可最大程度地减少 后面司机意识到前方正在停车的时间。 实验就是回答这一问题。对变量命名。 答案 自变量(被操纵变量)： 刹车灯的明度 因变量(被观察变量)： 刹车灯亮到尾随车司机踩刹车踏板之间的时间 控制变量(恒定变量)： 刹车灯颜色、刹车板的形状、刹车所需力气、 额外照明度等 2.3 实验法 变量命名练习 训练鸽子绿灯亮时啄键、红灯亮时停止。对作出 正确反应的鸽子给予玉米的奖励。对变量命名。 答案 自变量 灯的颜色(红或绿) 因变量 啄键次数 控制变量 食物剥夺时间、键的大小、红灯绿灯的强度等 2.3 实验法 变量命名练习 答案 自变量 用于奖励的语言种类。 因变量 语言数量(或频率) 控制变量 办公室情境、治疗者 治疗者试图改善患者的自我形象。每次患者描 述自己积极的一面时，治疗者就以点头、微笑 和额外注意予以奖励。对变量命名。 2.3 实验法 变量命名练习 社会心理学家做了一个实验，为了发现当六个人 挤在一个电话亭里时是男人还是女人感到更不舒 服。对变量命名。 答案 自变量 参与者性别 因变量 不舒服的程度 控制变量 电话亭的大小、挤在电话亭的人数(6)、个体的大小等 2.3 实验法 变量命名练习 1、观察不同形状和颜色时眼运动的顺序性 因变量：了解顾客注视广告时的先后顺序 注视时间,注视次数,眼跳距离,瞳孔直径(面积)变化 自变量：不同形状和颜色的图面 3. 网页色彩搭配 自变量：背景色与文字颜色 因变量：产生不同的注意效果 注视时间,注视次数,眼跳距离,瞳孔直径(面积)变化 2、开车时使用手机对驾驶的影响 使用手机、不使用手机交通事故 交通量大、小 停车、转弯、道路、高速公路 组间设计 自变量不同水平是用不同的被试组来考察的。 一组：交通拥挤的情况下边打手机边开车； 另一组：交通畅通的情况下边打手机便开车； 比较不同组的被试开车作业的绩效 组内设计 让同一被试参与实验中的各种条件实验，比较同样 的人在比同条件下的作业绩效。 获得不同实验条件之间的显著差异 自变量a:材料难度,两个水平(难,易) 自变量b:呈现方式,三个水平(无插图, 黑白插图,彩色插图) 因变量:阅读理解成绩 23实验设计 因素设计： 比如：考察驾驶绩效 自变量1: 手动拨号、语音拨号、不使用手机 自变量2：城市道路和高速公路 因变量：驾驶绩效 32 因素设计 增加一个变量：年轻司机和年老司机 232的因素设计三因素设计 优点： 能更好的控制无关变量的影响 更为经济 局限性： 离不开描述性方法的支持 实验情境下得到的结果，其推广受到限制 实验法的评价 2.3 实验法 实验效度 实验效度实验效度是指实验方法能达到实验目的的程度。是指实验方法能达到实验目的的程度。 由于不同的实验者在设计上和在对额外变量的控制程度由于不同的实验者在设计上和在对额外变量的控制程度 上极不相同，实验的效度也会有很大的不同。上极不相同，实验的效度也会有很大的不同。 每种实验都有几个不同的组成部分，其中每一部分也会每种实验都有几个不同的组成部分，其中每一部分也会 影响整个实验的效度。影响整个实验的效度。 了解影响实验效度的诸因素，将有助于我们评价实验设了解影响实验效度的诸因素，将有助于我们评价实验设 计的质量，提高实验设计的科学性。计的质量，提高实验设计的科学性。 实验效度主要包括实验效度主要包括内部效度内部效度和和外部效度外部效度。 2.2 实验法 1 1）前测的影响）前测的影响 在一般正常情况下，前后两次测量的结果在一般正常情况下，前后两次测量的结果 会有一定的差异，后测的分数将比前测的高。这会有一定的差异，后测的分数将比前测的高。这 中间包括练习因素、临场经验、以及对实验目的中间包括练习因素、临场经验、以及对实验目的 的敏感程度，从而提高了后测的成绩。特别是前的敏感程度，从而提高了后测的成绩。特别是前 后两次测量时间较近，这一因素的影响就更显著后两次测量时间较近，这一因素的影响就更显著 。 2 2）被试者的选择偏性）被试者的选择偏性 在对被试者进行分组时，如果没有用随机取在对被试者进行分组时，如果没有用随机取 样和随机分配的方法，在实验处理之前，他们在样和随机分配的方法，在实验处理之前，他们在 各方面并不相等或有偏性，从而造成实验结果的各方面并不相等或有偏性，从而造成实验结果的 混淆，降低了内部效度。混淆，降低了内部效度。 3 3）被试者的缺失）被试者的缺失 如果是一项长期的实验，要保持原实验被试如果是一项长期的实验，要保持原实验被试 者的人数不变是相当困难的。即使开始参加实验者的人数不变是相当困难的。即使开始参加实验 的被试者样本是经过随机取样和随机分配的，但的被试者样本是经过随机取样和随机分配的，但 由于被试者的中途缺失，常常使缺失后的被试者由于被试者的中途缺失，常常使缺失后的被试者 样本难以代表原来的样本。这就降低了内部效度样本难以代表原来的样本。这就降低了内部效度 。 4 4）实验程序的不一致）实验程序的不一致 在实验过程中，在实验过程中，实验仪器实验仪器、控制方式的不控制方式的不 一致一致，测量程度的变化测量程度的变化，实验处理的扩散和交流实验处理的扩散和交流 等都可能混淆实验变量（即自变量）的效果。实等都可能混淆实验变量（即自变量）的效果。实 验者知道实验目的所产生的验者知道实验目的所产生的“实验者效应实验者效应”以及以及 被试者知道实验目的或其自己正被研究所产生的被试者知道实验目的或其自己正被研究所产生的 “霍桑效应霍桑效应”和和“安慰剂效应安慰剂效应”等都将混淆实验等都将混淆实验 变量（即自变量）的效果，从而降低了内部效度变量（即自变量）的效果，从而降低了内部效度 。 5 5）统计回归）统计回归 统计回归现象统计回归现象是，第一次测量平均值偏高者，第是，第一次测量平均值偏高者，第 二次测量平均值有趋低的倾向（向常态分布的平二次测量平均值有趋低的倾向（向常态分布的平 均数回归）；第一次测量平均值偏低者，第二次均数回归）；第一次测量平均值偏低者，第二次 测量平均值有趋高的倾向（也向常态分布的平均测量平均值有趋高的倾向（也向常态分布的平均 数回归）。数回归）。 研究地点选择 研究地点的选择是第一个需要决定的问题，其内容就是选择实地研 究，还是选择在实验室中进行研究。对于不同的研究方法有不同的选 择规则。 p具体研究的基本过程 现实中一个具体的研究往往涉及多个类别。虽然每一类都有不同的目标，使用 不同的方法，但它们全都有同样的基本决策过程：选择研究地点、选择变 量、选择采样主体、收集数据、分析数据。 2.4 研究过程 l描述性研究 代表性的抽样 、随即抽样 样本空间大小 被测者选择 2.4 研究过程 试验性研究 为试验性研究选择被测对象就是要选择那些 具有代表性的、 一般化的个体。 评价研究 评价研究中选择个体与描述性研究和试验性 研究考虑的因素一样。被测对象必须能够代表最 终用户群体。 被测者选择 2.4 研究过程 （4）数据收集 描述性研究： 可以在实地或实验室中进行,观察法、问卷法、访谈法 ； 试验性研究： 所以常采用计算机辅助的方法； 评价研究： 通过研究人员观察或访问使用者来收集数据； 2.4 研究过程 评价研究 类似于试验性研究，但它的目的多是为了评价一个 系统或产品，并希望事先了解人们在使用系统或产品时 的行为表现。 2.4 研究过程 描述性研究 这里常采用基本的统计方法进行。如计算频率分 布、平均值、中位数、标准偏差、相关系数、百分位 数等。 实验性研究 实验性研究中的数据常用一些较为复杂的数理统 计方法进行分析，比如方差分析、回归分析等。 评价性研究 评价性研究中的数据也常用一些较复杂的数 理统计方法进行分析。 （5）数据分析 2.4 研究过程 2.4 研究过程 数据分析方法 运用基本的统計量予以比较 方差、标准差(s) 相关系数(r) 百分位數 2.4 研究过程 常用统计指标 集中量 算术平均数 中位数 众数 加权平均数 几何平均数 调和平均数 差异量 全距 平均差 方差与标准差 相对差异量 差异系数 偏态量 峰态量 2.4 研究过程 集中量 集中量（measures of central tendency） 是代表一组数据典型水平或集中趋势的量。 它能反映频数分布中大量数据向某一点集中 的情况。 集中量包括算术平均数、加权平均数、几 何平均数、调和平均数、中位数、众数等。 2.4 研究过程 算术平均数 算术平均数（arithmetic mean）是所有观察值的 总和除以总频数所得之商，简称为平均数或均数。 2.4 研究过程 2.4 研究过程 算术平均数的优点 反应灵敏； 严密确定，简明易懂，计算方便； 适合代数运算； 受抽样变动的影响较小； 样本算术平均数是总体平均数的最好估计值 2.4 研究过程 差异量 差异量（measures of dispersion）用于 表示数据的变异程度或离散程度。 常用的差异量有全距、平均差、方差、 标准差和差异系数等。 2.4 研究过程 方差和标准差 方差（variance）样本中各数据与样本平均数的差的 平方和的平均数叫做样本方差；样本方差的算术平方根叫做 样本标准差。样本方差和样本标准差都是衡量一个样本波动 大小的量，样本方差或样本标准差越大，样本数据的波动就 越大。 定义公式和计算公式： 2.4 研究过程 标准差 标准差（standard deviation）是指离差 平方和平均后的方根。即方差的平方根。 定义公式和计算公式： 2.4 研究过程 方差分析是检验两个总体或多个总体的均 值间差异是否具有统计意义的一种方法。 得到标准差的值, 才能完整地表述被测群体的特征。 2.4 研究过程 标准差能反映一个数据集的离散程度。平 均数相同的，标准差未必相同。 例如，A、B两组各有6位学生参加同一次语 文测验，A组的分数为95、85、75、65、 55、45，B组的分数为73、72、71、69、 68、67。这两组的平均数都是70，但A组 的标准差为17.08分，B组的标准差为2.16 分，说明A组学生之间的差距要比B组学生 之间的差距大得多。 相关分析 用离差来判别 2.4 研究过程 回归分析 相关系数双向关系 回归方程单向关系 一元线性回归 一元线性回归方程的检验 一元线性回归方程的应用 多元线性回归简介