（应用心理学专业论文）认知性监控作业心理工作负荷的多维度评估及影响因素研究.pdf

摘要 随着计算机技术的广泛应用，现代人机系统中以认知性监控任务为主的作业 越来越普遍，此类作业中的心理工作负荷问题也越来越得到人们的关注。本研究 在前人研究基础上，采用主作业测量、次作业测量、主观评定三种评估方法，对 认知性监控作业中的心理工作负荷进行了多维度评估；同时探讨了事l 牛率、信号 率对认知性监控作业的作业绩效和心理负荷主观评定的影响。本研究由两个实验 组成： 实验一：认知性监控作业心理工作负荷的多维度评估 实验二：认知性监控作业中事件率、信号率对作业绩效和心理负荷主观评定 的影响 本研究主要得到以下结论： 1 、 主作业测量、次作业测量、主观评定三种评估方法在认知性监控作业心 理工作负荷的评估中都有显著的测评敏感性，各评估方法之间也存在显著的相关 关系，说明在心理r 工作负荷的评估中各方法具有较好的可靠性。 2 、在认知性监控作业心理工作负荷的评估中，主作业击中率、主作业正确 反应时、次作业正确反应时变化率及其两个协变量修正值、主观评定n a s a - - t l x 加权主观负荷值等指标都有显著的测评敏感性。 3 、 认知性监控作业中，事件率、信号率对作业绩效有显著影响，高事件率、 高信号率作业条件下的绩效水平高于低事件率、低信号率作业条件下的绩效水 平。事件率对认知性监控作业心理负荷主观评定有显著影响，高事件率作业条件 下的心理负荷主观评定水平高于低事件率作业条件下的心理负荷主观评定水平； 信号率对心理负荷主观评定的影响不显著。本实验条件下，客观绩效测量与心理 负荷主观评定之间出现了某种程度的分离现象。 关键词：认知性监控 心理工作负荷多维度评估 事件率信号率 a b s t r a c t w i mt h ed e v e l o p m e n to fc o m p u t e rt e c h n o l o g y , m o r ea n dm o r e c o g n i t i v e m o n i t o r i n gt a s k sh a v ea p p e a r e di nm a n yf i e l d s t h em e n t a lw o r k l o a di ns u c ht a s k s h a sa t t r a c t e dm o r ea n dm o r ea t t e n t i o n t h i sp a p e re v a l u a t e dt h ew o r k l o a di ns u c h t a s k sb yu s i n gp r i m a r yt a s km e a s u r e ，s u b s i d i a r yt a s km e a s u r ea n ds u b j e c t i v em e n t a l w o r k l o a de v a l u a t i o n t h ee f f e c t so fe v e n tf r e q u e n c ya n ds i g n a lp r o b a b i l i t yo nt h e p e r f o r m a n c ea n ds u b j e c t i v em e n t a lw o r k l o a di ns u c ht a s k sw e r ea l s oi n v e s t i g a t e d t h e w h o l es t u d yw a sc o m p o s e do f t w oe x p e r i m e n t s ： t l l ee x p e d m e n t1 ：t h em u l t i d i m e n s i o ne v a l u a t i o no ft h em e n t a lw o r k l o a di n c o g n i t i v em o n i t o r i n gt a s k s t h ee x p e r i m e n t2 ：t h ee f f e c t so fe v e n tf r e q u e n c ya n ds i g n a lp r o b a b i l i t yo nt h e p e r f o r m a n c ea n ds u b j e c t i v em e n t a lw o r k l o a di nc o g n i t i v em o n i t o r i n gt a s k s t h er e s u l t ss u g g e s t e dt h a t ： ( 1 ) t h ep r i m a r yt a s km e a s u r e ，s u b s i d i a r yt a s km e a s u r ea n ds u b j e c t i v em e n t a l w o r k l o a de v a l u a t i o na l lh a ds i g n i f i c a n ts e n s i b i l i t yt ot h ec h a n g e so f w o r k l o a dl e v e li n c o g n i t i v em o n i t o r i n g t a s k s t h e r ew e r e s i g n i f i c a n t r e l a t i o n s a m o n gt h e s e m e a s u r e m e n t s ，w h i c hi m p l i e dt h a tt h e s et e c h n i q u e so fm e a s u r e m e n ta l lh a dg o o d r e l i a b i l i t y ( 2 ) i ne v a l u a t i n gt h em e n t a lw o r k l o a do fc o g n i t i v em o n i t o r i n gt a s k s ，t h ei n d e x e s o fh i tr a t ea n da c c u r a t er e a c t i o nt i m ei np r i m a r yt a s km e a s u r e ，a c c u r a t er e a c t i o nt i m e r a t ea n di t st w oc o v a r i a t ec o r r e c t e dv a l u e si ns u b s i d i a r yt a s km e a s u r e ，w e i g h t e d w o r k l o a ds c o r e ( w w l ) i ns u b j e c t i v em e n t a lw o r k l o a de v a l u a t i o na l lh a ds i g n i f i c a n t s e n s i b i l i t yt ot h ec h a n g e so f w o r k l o a dl e v e li n t h i se x p e r i m e n t ( 3 ) i nt h ec o g n i t i v em o n i t o r i n gt a s k s ，b o t ht h ee v e n tf r e q u e n c ya n ds i g n a l p r o b a b i l i t yh a ds i g n i f i c a n te f f e c t so nt h ep e r f o r m a n c e t h ep e r f o r m a n c eu n d e rh i g h e v e n tf r e q u e n c ya n dh i g hs i g n a lp r o b a b i l i t yc o n d i t i o n sw a sb e r e rt h a nl o we v e n t f r e q u e n c ya n dl o ws i g n a lp r o b a b i l i t y t h ee v e n tf r e q u e n c yh a ds i g n i f i c a n te f f e c t so n t h es u b j e c t i v ew o r k l o a d t h ew o r k l o a dl e v e lt r a d e rh i g he v e n tf r e q u e n c yc o n d i t i o n s w a sh i g h e rt h a nl o we v e n tf r e q u e n c y t h es i g n a lp r o b a b i l i t yd i d n ta f f e c tt h e s u b j e c t i v ew o r k l o a ds om u c ha st h ee v e n tf r e q u e n c yd i d i t ，a sf o u n dt h a tt h e r ew a s s o m e d i s s o c i a t i o n b e t w e e nt h eo b j e c t i v ep e r f o r m a n c em e a s u r e m e n ta n dt h er e s u l t s o fs u b j e c t i v ee v a l u a t i o n k e y w o r d s ：c o g n i t i v em o n i t o r i n g ，m e n t a lw o r k l o a d ，m u l t i d i m e n s i o n a le v a l u a t i o n ， e v e n tf r e q u e n c 5s i g n a lp r o b a b i l i t y 2 前言 随着计算机和自动化技术的广泛应用，现代人机系统中人的作用和地位已 经发生了明显的变化，人机系统中所包含的含有更多信息加工成分的监控作业， 即认知性监控作业越来越多，其中的心理工作负荷问题相应地也变得越来越突 出。人机系统中的心理负荷问题具体表现为如下四个方面：第一，信息量急剧增 加工作者需及时和准确地处理日益增多的大量信息，对任何信息的延误、误操 作或遗漏都可能造成严重后果；第二，信息量无限增多与工作者空间有限之间的 矛盾日益突出，要求工作者必须具有感觉灵敏、思维清晰、反应迅速和动作敏捷 的工作能力；第三，现代人机系统中各部分之间错综复杂的联系，使得工作者对 机器的“失控感”日益增加，导致工作者的心理压力大大增加；第四，工作要求 的增高导致“剩余资源”减少，工作者处理突发事件的能力下降，发生事故的可 能性加大，从而也进一步增加了工作者的心理紧张程度。随着研究的深入，人们 发现，不仅高负荷状态会导致作业者的绩效下降，低负荷状态也会对操作者的作 业活动产生消极的影响【”，如在单调、疲劳或睡眠不足时。不适当的心理工作负 荷对操作者的绩效及健康水平、满意感等都有重要的影响作用，因此，为了优化 和改善系统的设计以及为了选拔和培训工作者，对人机系统中的心理工作负荷进 行综合评价和探讨就成为了研究的必然。 1 心理工作负荷的概念和模型 心理工作负荷( m e n t a lw o r k l o a d ) 是指单位时间内人所承受的心理工作量， 表现为认知、思维、判断或情绪等负荷。主要出现在追踪、监控和抉策等不需要 明显生理负荷的场合圈。心理工作负荷与人的作业效率、操作可靠性及工作满意 感等都有密切关系，是反映人机系统状况的重要指标口l 。但是，心理工作负荷是 一个十分复杂的概念，它受许多变量的影响和制约，并表现出显著的个体差异和 情境差异，至今人们对心理工作负荷的理解仍存在着一定的分歧。 1 1j a h n s 的心理工作负荷模型 1 1j a h n s 的心理工作负荷模型 j a h n s 认为，心理工作负荷是由功能上相互关联的三个部分组成，即输入负 荷、作业者努力和作业绩效。输入负荷涉及作业者外部的因素，包括环境、设计 和程序；作业者努力包括作业者内部的特点或变量，它们与输入负荷和作业绩效 的要求有关，可用如下关系式表示： 作业者努力_ - - f ( 负荷、作业者内部状态，内在绩效标准) 式中，作业者内部状态依赖于许多因素，如生理心理特征、背景、个性等较为稳 定的变量以及经验、动机、注意等容易波动的变量；内在绩效标准虽然由作业者 本人确定，但取决于操作者内部状态、作业要求和指导语等，并由此而影响绩效。 j a h n s 进一步指出，输入负荷是一个预定的因索，而绩效和努力水平需在人机系 统评价中加以测定。 1 2s h e r i d a n 的心理工作负荷模型 s h e r i d a n 从“控制”的角度对心理工作负荷加以解释，认为心理工作负荷来 源于六个方面，即作业要求、绩效标准、对作业者的信息加工要求、对作业者的 能耗要求、对作业者的情绪压力和系统总绩效。其中，作业要求和绩效标准是预 定的，它们独立于作业者本人；系统总绩效与其余五个方面均有关，因此只有信 息加工要求、能耗要求和情绪压力才与工作负荷有关。s h e r i d a n 进一步认为，能 量负荷与体力负荷的联系更为密切，真正属于心理工作负荷范畴的仅为信息加工 负荷和情绪负荷。 1 3 注意资源模型 注意资源模型可分为单资源模型和多资源模型。 单资源模型是由k a h n e m a n 等人在2 0 世纪7 0 年代提出的。单资源模型认为， 注意是人类可用于各种作业和过程的容量有限的通用资源。有效注意资源的数量 随唤醒水平和作业要求的变化而波动。只要注意资源没有超过有效资源容量，多 作业的操作并不困难。但是，一旦资源需求超出资源容量，则工作绩效将显著恶 化。这时，对多个作业的资源分配方案将直接影响到各作业的操作绩效，荷资源 分配策略的确定主要取决于当时的工作意图和个体对资源需求的评价 多资源模型认为，人类拥有多种不同的资源类型，这些资源均具有有限、功 用等性质。典型的多资源注意模型是w i c k e n s 提出的三维度资源系统 4 ( t h r e e - d i m e n s i o n a ls y s e mo f r e s o u r c e ) 。他认为，注意资源可从三个相当简单 的维度进行划分：输入通道、加工阶段、加工输出方式。输入通道分为视觉与 听觉通道，加工阶段分为知觉编码中枢加工与输出阶段，加工输出方式分为空 间加工手动输出与言语加工声音输出方式。 利用资源模型的概念和观点，可以很好地对心理工作负荷问题进行说明。已 知，人类具有一维容超有限、性质相似且带有功用性的注意资源，这些资源是从 事各种心理活动的基础。随着作业要求的增加，完成作业所需要的资源量也相应 增加。当作业难度增加或多个作业产生资源竞争而导致资源短缺时，系统的总绩 效将下降。资源容量与资源需求量的差异称之为“剩余资源”，它是产生心理工 作负荷的内在机制，即剩余资源的数量决定了心理工作负荷的大小。当作业要求 低于资源容量时，作业绩效基本可维持在较好的水平上，心理工作负荷的大小与 剩余资源成反比；当工作要求高于资源容量时随着作业要求的进一步提高，作 业绩效显著恶化，心理工作负荷与作业绩效成反比。这一关系对于心理工作负荷 的测囊和评价具有十分重要的意义。 2 心理工作负荷评价的意义 到目前为止，系统购设计者和作业的操作者都已经认识到，对于一个好的 系统来说，绩效并不是唯一重要的问题，作业对操作者有限资源的要求也同样重 要，即心理工作负荷的问题。具体来说，可从三个方面来考察心理工作负荷的重 要性：工作负荷预测、设备施加的工作负荷的评价以及操作者体验到的工作负荷 的评价。对系统的工作负荷迸行评价和比较，其目的是使系统最佳化：对操作者 体验到的工作负荷进行评价。其目的是选拔操作者和对操作者提供进一步的训 练。 在过去的几十年里，研究者对心理工作负荷这领域的问题显示出相当大 的兴趣。诸如操作者的忙碌程度、操作作业的复杂程度、操作者可同时从事的作 业数量、以及操作者感受到的作业难度等闯题都得到了研究者的极大关注。已经 知道，当操作者的作业难度增大时，作业对操作者心理资源的需求大大增加。当 心理资源的需求超过个体能够提供的能力时，即出现“心理超负荷”的现象。该 现象的存在对于操作者的作业绩效以及对于操作者本身的满意感和健康状况都 会产生不利影晌。但是，如果作业对心理资源的需求非常低。操作者处于“心理 低负荷”的状态，同样会对作业造成不利影响。因此，对心理工作负荷进行评价 以了解操作者或系统的心理工作负荷的实际状况，以便对人机系统的设计和改 造、以及对操作者进行训练或选拔等方面提供科学的依据。 3 心理工作负荷的评价技术 目前，心理工作负荷的评价技术种类繁多。这些技术在敏感性、有效性和 可靠性等方面存在相当大的差异，可分成四个比较广泛的类别，分别是主作业测 量、次作业测量、生理测量和主观评价。 3 1 主作业测量 主作业测量技术通过直接考察操作者或整个系统的绩效来评价特定作业的 工作负荷要求。它的基本假设是，随着作业难度的提高，加工资源需求增加，当 心理工作负荷要求超出有效资源的容量对。作业绩效将出现下降。主作业测量的 主要绩效指标包括作业准确性、反应时、击中率和虚报率等。研究者可通过对这 些绩效指标的测定来直接评估心理工作负荷的状况。有研究发现，主作业测量在 负荷水平较高的条件下反应敏感【4 ，5 1 。 3 2 次作业测量 次作业测量技术采用双作业测量情境，要求作业者除操作主作业外再增加 一项额外的作业( 次作业) ，通过考察双作业情境下次作业恶化的程度( 相对于 单作业情境) 来间接评价主作业的心理工作负荷。由于次作业绩效与主作业的资 源需求成反比，所以次作业可反映主作业难以反映的资源需求、自动化或练习的 差异。该技术在负荷技术领域内已有较长的应用历史。 次作业测量一般可应用两种范式。一种是次作业蒲式( s u b s i d i 日- yt a s k p a r a d i g m ) ，要求操作者尽可能优先保证主作业操作，同时将所有剩余的资源投 向次作业。这样，随着主作业难度的增加，主作业占用的资源越来越多，可分配 给次作业的剩余资源越来越少，次作业绩效水平随之下降。在应用该范式进行测 量时，研究者主要关心的是次作业绩效降低( 相对于单作业而言) 的程度，根据 这一变化值来推测主作业资源需求的差异。工作负荷大小常通过以下公式计算： 工作负荷= ( 单作业时的次作业绩效一双作业时的次作业绩效) 单作业时 的次作业绩效 次作业技术的另一种范式是负荷作业范式( l o a d i n gt a s kp a r a d i g m ) ，要求 作业者尽可能优先保证次作业操作，通过检验次作业对不同主作业绩效的干扰程 度的差异来比较不同主作业之间的差异。已有研究表明，难度较大的主作业其绩 效恶化的程度大于难度较小的主作业。 3 3 生理测量 心理工作负荷评定常用的生理测量指标包括瞳孔直径、心率和事件相关电 位等。因为瞳孔尺寸变化较小，所以瞳孔直径测量要求测量仪器具有较高的敏感 性。该测量一般只能用于对心理工作负荷做一般性评价，对具体资源类型的诊断 性较差。心率测量的较好的也是应用较多的生理指标是心率变异( h e a r tr a t e v a r i a b i l i t y ) ，不少研究采用心率变异作为心理工作负荷的测量指标，结果都证明 该指标对心理负荷的变化有较高的敏感性陋一0 1 。研究表明，在正常情况下个体的 心率具有较大的变动性，但随着心理努力的提高，这种心率变异的程度显著下降 【1 1 ，1 2 】。事件相关电位测量是心理工作负荷评价中最具潜力的生理测量，其中p 3 0 0 被认为是反映认知加工负荷的有效指标。生理测量的优点是敏感性较高，容易为 被试接受，但测量复杂，费用高，且易与其他效应相混淆。 3 4 主观评定 主观评定指根据操作者的主观判断来评价心理工作负荷，通常涉及个体知 觉到的心理努力、时间负荷和应激负荷等。为评价操作某项作业所需的主观努力， 研究者已开发了大量的相关技术，它们大多把主观心理工作负荷看成与资源概念 一样，具有多个维度【1 3 ，1 4 1 。 常用的主观心理工作负荷评定量表有主观工作负荷 评定技术( s u b j e e t i v e w o r k l o a d a s s e s s m e n t t e c h n i q u e ，s w a t ) 、美国航空航天局 一作业负荷指数( n a s a t a s kl o a di n d e x ，n a s a - t l x ) 等。 s w a t 是近年来广泛使用的主观量表之一，由r e i d 等人在1 9 8 1 年提出a 其设计思想是将心理工作负荷看成是由时间负荷、心理努力负荷与心理应激负荷 三个维度组成的立体结构。n a s a t l x 是由h a r t 等人在1 9 8 8 年开发的，由六个 分项目组成。分别为心理要求、生理要求、时间要求、作业成绩、努力和挫折水 平，每一项均与心理工作负荷的某一独特维度相对应。测量时要求被试根据作业 情境对每个项目分别进行评定，同时评价在该作业情境下各个项目对心理工作负 荷的相对重要性( 权数) ，据此两点便可计算心理工作负荷的总加权评定值。这 两项技术都正式规定了将多个分量表的评价结果综合成一个单一指标的方法。虽 然在相同情境时两者趋向于有类似的结果，但t l x 技术有较多的分量表且每个 分量表有较大的分辨率，即能传递更多的信息，因此可能是一种更可靠的测量 。 综上所述，四种心理工作负荷测量技术都具有各自的特点。主作业测量无 干扰但在低负荷时不敏感；次作业测量诊断性好但干扰性大；生理测量敏感性高 但测定复杂；主观评价施测简便但易发生混淆。以往有研究结果表明，在某些作 业条件下，有时会出现单个评价指标对作业负荷变化不敏感的现象；另外，还有 人发现，在一些作业条件下可能会发生各测量方法之间结果不一致的现象，尤其 是主作业测量和主观评价之间更容易出现这种现象【l6 1 。结合各种评价方法各自 的特点及采用单个指标可能出现的各种问题，有研究表明，采用多种评估技术进 行多维度综合评估，可显著提高心理工作负荷的评估敏感性【1 7 ，1 8 1 。也有研究者 提出，建立多维评估体系是克服心理工作负荷评估技术局限性的重要途径【4 】。 4 心理工作负荷评价的以往研究 关于心理工作负荷的评价，很多研究者采用不同的评价方法从不同的角度进 行了大量的研究。m i y a k e ( 2 0 0 1 ) 将生理指标和主观评价指标结合成个综合指 数来评价心理工作负荷。实验中采用了拼图、追踪、数字逻辑作业等三种不同的 心理作业，共有1 2 名男性被试参加了实验；其中，生理指标采用了心率变异、 手指体积描记振幅和排汗量等三种，主观评价采用了n a s a - - t l x 量表六个维 度中的心理要求、时间要求和努力等三个维度作为评价指标。这些参数先在每个 被试内进行标准化，然后采用主成分分析的方法综合成一个多元的心理工作负荷 评价指数。实验结果表明，该综合指数有很好的评估敏感性u 州。 m o o r l 等( 2 0 0 2 ) 采用模糊算法( f u z z ys y s t e m s ) 对e e g 和e c g 信号在心 理工作负荷评价中的敏感性进行了探讨。实验对核电站操作人员在涡轮操作中的 e e g 和e c g 信号进行了记录，将心率变异和a l p h a 波频率、b e t a 波频率结合起 来共同对心理工作负荷进行测评。结果表明，用非线性的模糊算法得出的结果比 用线性函数得出的结果可以更清晰地反映出负荷的变化口0 1 。 金惠红( 1 9 8 8 ) 的研究采用主作业测量、次作业测量、主观评价和生理测量 等四种方法，通过对监控作业和追踪作业的心理工作负荷的测量，比较了各评价 指标的敏感性。研究采用六个被试的被试内设计，主作业即为监控作业和追踪作 业，次作业是选择反应时。所测内容为被试的主作业水平、次作业水平、主观负 荷体验、心率和窦性心率不齐、血压及尿中筒甲肾上腺素含量以及a 型行为模 式。结果表明，主作业水平、次作业水平、主观评价指标、心率和血压都是心理 工作负荷评价的良好指标，而窦性心率不齐和筒甲肾上腺素则不够敏感吼 张智君等( 1 9 9 7 ) 所做的研究在模拟追踪作业情境下，对主作业测量、主观 评价和若干生理测量在心理工作负荷评估中的敏感性进行了评价。实验采用重复 测量的被试内设计，2 0 名被试在六档负荷下分别从事五分钟追踪作业。所选用 的评价指标有追踪作业平均误差距离、追踪警告次数、主观负荷评定、心率、心 率变异和血压。结果发现，主作业绩效在评估追踪作业心理工作负荷中具有最高 的敏感性，主观评价次之，心率变化率和心率变异变化率也随负荷发生变化，血 压指标随负荷变化的趋势不明显；除血压指标外，其余各个指标之间均存在明显 的相关i z ”。 5 心理工作负荷影响因素的以往研究 关于监控或警戒作业中心理工作负荷的影响因素有不少学者做过相关研究。 比如，很多研究都发现，主观心理负荷水平随作业复杂性即作业难度的增加面上 升。也有研究发现，给操作者提供充分的信号线索可减少作业对操作者的要求， 从而相应减少其心理工作负荷【2 2 】。b e c k e r ( 1 9 9 1 ) 的研究发现，给操作者提供反 馈信息可降低其负荷水平1 ”】。v t e n s e 等人( 2 0 0 3 ) 在研究中给操作者提供了听 觉、触觉、视觉等三种反馈。用n a s a - - t l x 量表作为主观心理负荷的评价量表， 他们在实验结果中发现，提供双反馈既可提高作业者的绩效，又可降低其负荷水 平【2 4 】。个体人格特征与心理工作负荷的关系也得到了不少研究者的关注。比如， s a t o 等人( 1 9 9 9 ) 使用n a s a t l x 量表对a 型女性和b 型女性在追踪作业中的主观 心理工作负荷进行了测评分析。结果发现，a 型女性在心理要求、生理要求、作 业成绩、努力和挫折水平等五个维度的得分明显高于b 型女性，其中在挫折水平 这一维度上，二者差别最显著口5 1 。周俊( 1 9 9 6 ) 在对监控作业中的心理负荷和 操作绩效的研究中发现，改变信号间隔的时间可显著影响操作者的主观心理负荷 和操作绩效；信号间隔时间越长，操作者的心理负荷水平越低，操作绩效也越差 【2 6 】。 1 0 研究的构思和意义 如前文所述，有众多的研究者对追踪、监控等作业中的心理工作负荷的评 价问题进行了大萤而深入的探讨。但迄今为止，国内外对包含更多信息加工要求 的认知性监控作业中心理工作负荷问题的研究还比较少见，目前还缺乏对认知性 监控作业心理工作负荷综合测评的系统研究。 本研究以s h e r i d a n 的心理工作负荷模型为依据，针对认知性监控作业的特 点，从主作业测量、次作业测量、主观评价等三个方面，对此类作业的心理工作 负荷进行多维度评估，以期确定认知性监控作业心理工作负荷的各个评估指标的 敏感性资料，迸一步确定它们之间的相关关系；同时探讨在作业内容不变的情况 下，事件率、信号率对认知性监控作业的客观作业绩效和心理负荷主观评定的影 响作用。 本研究可为实际部门测量监控人员的心理工作负荷，从而相应地改进认知性 监控作业和人机系统的设计以及为选拔和培训监控人员提供一定的参考依据。 实验一认知性监控作业心理工作负荷的多维度评估 1 实验方法 1 1 实验装置 实验作业在p 4 计算机上呈现，计算机终端显示器为1 7 v g r 彩显，屏幕分 辨率为1 0 2 4 7 6 8 象素。实验过程中严格控制噪音和温度等无关变量。实验时被 试与屏幕之间的视距为6 0 c m 。 1 2 被试 共1 2 名，男女各半，均为在校大学生生，年龄在2 2 岁2 4 岁之间，视力 或矫正视力正常，优势手均为右手。 1 3 作业内容 1 3 1 主作业 本实验采用的主作业为包含加法和除法运算的认知性监控作业，按作业中记 忆负荷的不同分为“无记忆负荷”、“单记忆负荷”和“双记忆负荷”三种条件。 在无记忆负荷作业中，通过计算机自动控制，在显示屏中央相距2 c m 的两个位 置上一左一右同时呈现两个数字，每个数字的值域为0 9 。当两数之和为3 的 倍数时，由它们构成一个有效事件，也称信号，要求被试用右手尽快地做出按键 反应，否则不做任何反应。在单记忆负荷作业中，在计算机屏幕的中央相继呈 现单个数字，其值域为0 9 。当前后呈现的两个数字的数值之和为3 的倍数时， 称作信号，要求被试用右手尽快地做出按键反应，否则不做任何反应。双记忆负 荷作业也在计算机屏幕上相继呈现单个数字，但每个数字呈现的位置有三种可 能，分别为屏幕正中、屏幕中心偏左2 c m 、屏幕中心偏右2 c m 。当前后呈现的两 个数字其数值之和为3 的倍数，且呈现的位置相同时，才被称作信号。 在三种不周记忆负荷的主作业中，均按2 0 次分钟的速率呈现事件，并将信 号率保持在o 2 ；信号和无效事件随机呈现：要求被试在信号呈现后的1 2 0 0 m s 内做出按键反应，否则记为漏报。 1 3 2 次作业 次作业为一个选择反应时作业，作业内容是数字的奇偶性判断。屏幕的中间 位置随机呈现一个数字，其值域为o 9 ，要求被试对该数字的奇偶性做出判断， 然后根据判断结果用左手做出相应的按键反应。 次作业中，数字的呈现速率为9 次分钟。数字呈现后，被试根据判断结果 做出按键反应，数字消失；若被试一直没有做出按键反应，则数字一直呈现，直 到2 0 3 s 后自动消失，然后马上呈现下一个数字。 1 3 3 双作业 三种记忆负荷条件下的主作业分别和次作业进行结合，相应地形成了三种记 忆负荷条件的双作业。在双作业中，次作业呈现在主作业的中下方，距离主作业 的中心位置3 c m 。双作业对主、次作业的反应方式均与单作业时相同。 1 4 实验设计和指标 主作业的三种记忆负荷条件之间采用单因素被试内设计，三种记忆负荷条件 分别为无记忆负荷、单记忆负荷和双记忆负荷。主作业绩效测量采用三个指标： 击中率( h r ，) 、虚报率( f a r ，) 和正确反应时( a r t ) 。次作业绩效测 量采用次作业正确反应时变化率( a r t r ，) 作为指标，正确反应时变化率的 计算方式为： 脚r - - 监必鼍鬻蔫盖糍攀燮煳。 主观评价采用n a s a - - t l x 各分量表加权主观负荷值( w w l ) 作为测量指标。 1 5 实验程序 实验开始前先向被试说明实验基本程序和要求，具体的指导语在每次操作前 呈现在计算机屏幕上。分别进行三次主作业、一次次作业和三次双作业操作，备 操作的次序提前随机确定，每次操作的正式实验时间均为1 0 分钟，总共的正式 实验时间为7 0 分钟。每次正式实验前都有3 分钟的练习时间，两次操作之间安 排适当休息。由于次作业测量应用的前提条件是双作业情境下的主作业绩效必须 与单作业情境下的绩效相刚2 7 1 ，因此在双作业情境下时，指导语反复强调要求 被试务必优先完成主作业，尽量保证单、双作业条件下主作业的绩效一致。单作 业情境下的三次主作业结束后，马上让被试根据刚才作业中的主观体验回答 n a s a t l x 量表上的问题。 2 实验结果 2 1 主作业测量 2 1 1 信号击中率 被试在单作业三种记忆负荷条件下和双作业三种记忆负荷条件下的击中率 平均值见表1 1 。由表中可见，无论在单作业还是双作业中，随记忆负荷的升 高，信号击中率均呈下降趋势。方差分析的结果表明，被试在单作业三种记忆负 荷条件下的击中率之间存在显著差异：在双作业三种记忆负荷条件下的击中率之 间也存在显著差异i f f 值分别为2 8 8 4 5 和3 0 4 0 2 ) 。 表1 一l 单、双作业中三种记忆负萄条件下的击中率、虚报率及正确反应时 进一步的s n k 多重比较结果表明( 见图1 - - 1 ) ，不管是在单作业还是 在双作业中，三种记忆负荷条件下的击中率均存在显著差异。 1 4 且 晤 橱 一 鬟 记忆负荷 圈1 1 单、双作业中三种记忆负荷条件下的倍号击中率比较 2 1 2 信号虚报率 被试在单作业三种记忆负荷条件下和双作业三种记忆负荷条件下的虚报率 平均值见表1 一l 。由表中可见，无论在单作业还是双作业中，随记忆负荷的升 高，信号虚报率都呈上升趋势。方差分析结果表明，单作业中三种记忆负荷条件 下的虚报率和双作业中三种记忆负荷条件下的虚报率均无显著差异( 见图1 2 ) 。 岛 姑 嘲 更 v 记忆负荷 圈1 2 单、双作业中三种记忆负荷条件下的信号虚报率比较 2 1 3 正确反应时 被试在单作业三种记忆负荷条件下和双作业三种记忆负荷条件下的正确反 应时平均值见表1 1 。由表中可见，无论在单作业中还是双作业中，随记忆负 荷的升高，正确反应时都呈上升趋势。方差分析的结果表明，被试在单作业三种 记忆负荷条件下的正确反应时之间存在显著差异；在双作业三种记忆负荷条件下 的正确反应时之间也存在显著差异( f 值分别为1 2 3 8 7 和4 7 5 9 ) 。 进一步的s n k 多重比较结果表明，不管是在单作业还是在双作业中， 被试在无记忆负荷条件与单记忆负荷条件、无记忆负荷条件与双记忆负荷条件下 的正确反应时都存在显著差异，而单记忆负荷条件与双记忆负荷条件之间的差异 均不显著( 见图1 - - 3 ) 。 帛 罄 河 离 置 景 记忆负荷 圈1 3 单、双作业中三种记忆负荷条件下的正确反应时比较 2 2 次作业铡量 次作业测量要求单、双作业情境下的主作业绩效保持不变，因此，首先分别 对单、双作业情境下的主作业击中率、正确反应时进行配对样本t 检验。结果表 明，单、双作业情境下的击中率及正确反应时都有显著差异( t 值分别为5 0 4 3 和6 1 2 8 ) ，这说明次作业的加入改变了主作业的绩效。为假设三种记忆负荷条 件下的主作业绩效在单、双作业情境时的变化率相同，分别采用主作业击中率变 化率( h r r ，) 、主作业正确反应时变化率( a r t r ，) 作为次作业正确反应时 变化率的协变量，进行协方差分析。其中，主作业击中率变化率、主作业正确反 应对交化率的计算方式如下： h r r + = a r t r = 坚垦圭= ! 二旦垦圭= 型1o o 坚曼= 翌二坚圣= 垫1 0 0 a r 珏一g 注：h r r 主为主作业击中率变化率：h r 主一单为单作业中的主作业击中率；h r 主取 为双作业中的主作业击中率；a r t r 主为主作业正确反应时变化率：a r l 一寝为双作业中 的主作业正确反应时：a k 一* 为单作业中的主作业正确反应时； 主作业三种记忆负荷条件下的次作业正确反应时变化率及其协变量修正值 见表1 2 及图1 4 。方差分析和协方差分析的结果表明，在主作业三种不同的 记忆负荷条件下，次作业正确反应时变化率及其两个修正值均达到了显著的差异 水平( f 值分别为6 2 4 7 、5 4 3 1 和6 0 1 2 ) 。进一步的两两配对比较结果表明，次 作业的三个绩效指标在主作业的无记忆负荷条件下与单记忆负荷条件下，无记忆 负荷条件下与双记忆负荷条件下均存在差异显著；而在主作业的单记忆负荷条件 下与双记忆负荷条件下则差异不显著。 表1 2 次作业正确反应时变化率及其协变量修正值 注：协变量修正值1 是次作业正确反应时变化率以主作业击中率变化率为协变量的修正值 协变董修正值2 是次作业正确反应时变化率以主作业正确反应时变化率为协变量的修 正值 潜 呻寄 礴静 罨蚕 渖 鬟料 。擎 擞 记忆负荷 图l 一4 主作业三种记忆负荷条件下的次作业a r t r 及其协变量修正值 2 3 主观评价 n a s a - - t l x 量表包括两个部分，第一部分要求被试对量表中心理工作负荷 的六个维度分别进行评分，分数范围为o 1 0 0 ；第二部分要求被试根据各个 维度对心理工作负荷的相对重要性，对六个维度的两两组合进行配对选择，六个 1 7 维度可组成1 5 个组合，各维度被选择一次记一分，之后计算某种记忆负荷条件 下所有被试某一维度的得分之和与所有维度的得分之和的比值，作为该维度在该 记忆负荷条件下的权重。某一记忆负荷条件下各维度的分数与其权重之积的和就 是该记忆负荷条件下总的加权负荷值。单作业中三种记忆负荷条件的心理工作负 荷各维度主观评定平均值及总的加权负荷值见表l 一3 及图1 5 。 表l 一3 单作业中三种记忆负荷条件的主观评定平均值 7 0 6 0 卅5 0 耜 窳2 0 1 0 0 无记忆单记忆双记忆 记忆负荷 图1 5 单作业中三种记忆负荷条件下的主观负荷评定值 从表l - - 3 及图1 - - 5 可以看出，被试在六个维度上的主观负荷分数以及加权 主观负荷值都随负荷的上升而有所提高。对被试在六个维度上的负荷分数进行相 关分析的结果表明，除生理要求与作业成绩、时间要求与作业成绩、时间要求与 努力三对维度之外，被试在其他各维度上的主观负荷分数之间都存在显著的相关 ( 见表1 - - 4 ) 。 表1 4 主观评定各维度上的负荷分数之间的相关分析( n - 3 6 ) 注：”表示p o o l ，表示p o 0 5 ，下同 进一步的方差分析结果表明，三种记忆负荷条件下的加权主观负荷值存在显 著差异( f ( 2 ，1 1 ) = 1 9 2 0 8 ，p o 0 0 1 ) 。s n k 多重比较结果表明，加权主观负 荷值在无记忆负荷条件与单记忆负荷条件、无记忆负荷条件与双记忆负荷条件之 间差异显著，而在单记忆负荷条件与双记忆负荷条件之间差异不显著。对被试在 六个维度上的负荷分数分别进行方差分析，其结果显示，在心理要求、生理要求、 时间要求三个维度上，被试的负荷分数均有显著差异伊值分别为2 0 2 0 5 、4 5 9 4 和6 6 7 4 ) ，在作业成绩维度上，被试在三种记忆负荷条件下的负荷分数也表现出 较大的差异( f 值为3 2 7 9 ) 。 2 4 各评估方法之间的相关 主作业测量、次作业测量、主观评定三种心理负荷评估方法中的各指标之间 的相关见表l 一5 ( 由于单、双作业中，作为主作业绩效指标之一的虚报率在三 种记忆负荷条件下无显著的测评敏感性，因此未被列入相关表中) 。从表中可以 看出，双作业情境下时主作业测量中的击中率指标与主作业测量的其他几种指标 之间以及与次作业绩效指标、主观评定指标之间都存在显著相关。次作业正确反 应时变化率与主观评定的加权主观负荷值之间也存在显著相关。主作业测量、次 作业测量、主观评定三种心理负荷评估方法之闯的相关说明，在本实验的作业情 境下，这三种评估方法都有显著的测评可靠性。 表1 - - 5 三种评估方法中各评定指标之间的相关( n = 3 6 ) 注： h r 主一单为单作业中的主作业击中率；a r 。r 主一单为单作业中的主作业正确反应时 h r 主一取为双作业中的主作业击中率；a r k 一取为双作业中的主作业正确反应时 a r t r 主为次作业正确反应时变化率；w w l 为n a s a t l x 加权主观评定值； 3 讨论 3 1 心理工作负荷评估指标的标准 心理工作负荷具有多维度的特性【1 3 1 6 1 ，既可从输入负荷、操作者努力和绩 效等方面进行区分( j a h n s ，1 9 7 3 ) ；也可从信息加工负荷、情绪负荷等方面进行 区分( s h e r i d a n ，1 9 7 9 ) ：或者从输入通道、加工要求、输出方式等方面加以区分 ( w i c k e n s ，1 9 8 0 ，1 9 8 4 ，1 9 9 1 ) 。相应地，心理工作负荷可也从不同的翅度，采 用不同的技术进行评估。但是不论采用哪种技术，要想获得理想的评价结果都必 须满足一定的标准。0 d o n n e l l 和e g g e m e i e r ( 1 9 8 6 ) 1 1 4 j 为理想的工作负荷评价技 术制订了许多标准，可归纳如下。 ( 1 ) 敏感性。心理工作负荷测评技术应对作业难度或心理资源需要的变化 敏感，而对外界环境中与心理工作负荷无关的因素不敏感。 ( 2 ) 诊断性。心理工作负荷测评技术不仅能反映负荷水平的变化，而且能 揭示产生这种变化的原因。 ( 3 ) 非干扰性。心理工作负荷的测评应没有或很少对作业产生干扰 ( 4 ) 可靠性。心理工作负荷测评结果应具有较好的可重复性 5 ) 有效性。心理工作负荷测评技术应具有较高的表面效度、结构效度、 内容效度和预测效度。 ( 6 ) 可接受性。心理工作负荷测评技术应是作业者可接受的，不会因为抵 触情绪而影响测评准确性。 ( 7 ) 带宽。如果心理工作负荷的评价是在随时间变化的环境中进行的，则 足够快地提供工作负荷的可靠估计以反映其瞬时变化是非常重要的。 本次实验中采用了主作业测量、次作业测量、主观评价等三种评估方法。 其中，主作业测量直接评价了操作者对认知性监控作业的操作绩效，对正在进行 的操作作业无干扰，即无侵入性；主作业的信号击中率、正确反应时这两个绩效 指标在三种记忆负荷条件下有非常显著的测评敏感性；另外，主作业测量也具有 较高的可接受性，不会对操作者造成不良影响。次作业测量中，在认知性监控作 业之外再增加个数字奇偶性判断的选择反应时的次作业，对次作业在主作业三 种记忆负荷条件下的绩效变化进行评价，以此来间接地评价三种记忆负荷条件下 主作业的心理工作负荷。实验统计的结果表明，在认知性监控作业心理工作负荷 的评估中，次作业具有显著的测评敏感性。另外，实验中采用的次作业为数字的 奇偶判断，属于选择反应时作业，该作业主要影响的是中枢加工过程，在主作业 三种不同的记忆负荷条件下，该次作业的绩效恶化程度有明显差异。按照注意的