《人机系统与人机交互》-第二章

2.1人的特征概述2.1.1人的功能模型从医学的、生物学的角度来看，完整的人体从形态和功能上可划分为运动系统、消化系统、呼吸系统、泌尿系统、生殖系统、循环系统、内分泌系统、感觉系统和神经系统共九个子系统。各个系统的功能系统相互联系、相互制约，在神经和体液的支配和调节下，构成完整统一的有机体。而从人机系统的观点来看，人作为人一机系统的子系统，可看成由四个有机联系在一起的子系统组成：信息感知系统、信息处理系统、执行系统和维持系统（见图2-1）。信息感知系统的功能主要由感觉系统完成，信息处理系统的功能由神经系统完成，执行系统的功能主要由运动系统完成。作为一个完整的子系统，其各特征的研究对人机系统设计有极其重要的意义。下一页返回2.1人的特征概述2.1.2

人的特征从人机系统设计的角度出发，人的特性主要是人一机关系、人一环境关系以及人一人关系三个方面，具体地可以把作为人机系统子系统的人的因素归纳为以下几个方面：（1）人的结构尺度特征。人的结构特性包含人体解剖和人体尺寸测量两个方面，是设计人机系统的操作者的作业空间、显示及控制布局、座椅等和人体尺寸相关因素的前提。下一页返回上一页2.1人的特征概述（2）人的物理特性。固体的三个重要物理特性为其质量、重心和转动惯量。人的身体每一部位都有自己的质量和、中心和对某一轴的转动惯量，各部位的值可集合以求得整个身体的合成值。然而，合成的重心和转动惯量并非定值，而是随着身体姿态的变化而变化。对于假肢和机械替代关节的人工装置的设计师，这些人体物理参数是至关重要的。同时，这些参数还有助于汽车安全气囊及安全带的主动性和被动性的保护系统的设计。人体的振动特性和环境振动控制研究相关，因此人体的振动问题作为环境因素讨论。下一页返回上一页2.1人的特征概述（3）人的生理特征。人体的维持系统虽然不直接参与效能的实现，但这个子系统供给其他子系统营养物质和氧，并把代谢废物一一乳酸和二氧化碳等排出。它由心脏、肺及循环系统、消化系统的其他内部器官组成，并由自律神经控制。自律神经系统及维持系统的状态指标可作为人机系统的评价标准。例如代谢率、心率、呼吸、耗氧量等生理参数，可作为人的工作强度的度量，这些指标普遍应用于工作及操作的设计标准，也是很多人因实验研究的实验效标。人的情绪和身体状况的周期性变化，即生理节律也是要考虑的因素。下一页返回上一页2.1人的特征概述（4）人的功能特征。人机系统中的人的信息感知、信息处理、效能输出、记忆和学习等特性是人机系统设计的基础，对这些特性的了解有助于人机系统的界面设计、功能分配、作业设计等方面的设计；人的生物力学特性是人机系统中人的主要效能特性，是操纵机构的设计和操纵力、操纵速率、操纵位移、操纵节拍以及操纵准确度的合理确定的依据。另外，人的失误和可靠性问题也是人机系统中设计时必须考虑的问题。（5）人的环境适应性。考虑噪声、光与色、温度、湿度、气压、空气成分、振动、射线、运动、加速度等物理和化学环境因素对人的生理和心理影响，是控制有害环境因素以及环境设计的基础，有利于人的健康、舒适，提高人机系统综合效能。下一页返回上一页2.1人的特征概述（6）人的心理特征。人的心理特征是指除人的信息感知、传递、处理以外的非功能性心理特征的总称，如人的气质与性格、情感与情绪、意志与动机、文化背景、空间的行为心理等，这些因素对系统的安全性、可靠性都有着不可忽视的影响。有研究表明，有遇事优柔寡断、缺乏自制、神经质等个性特征的驾驶员有较高的事故率。有些国家已经开始了驾驶员适宜性的研究和应用。返回上一页2.1人的特征概述2.1.3人机特性对比在第8章和第10章讲述的人机系统和产品设计过程中，有一个人机功能分配的步骤，显然对人和机的特性进行比较是非常有必要的。表2-1对人和机的特性进行了简单的对比。在人的结构特征中，人的基本构造在解剖学中已有深人研究，本节将就人体测量与应用问题进行探讨，主要是可以直接测量的长度数据，人的质量、身体表面和体积等数据在有些特定情况下也需要考虑。返回上一页2.2人体尺寸测量及应用2.2.1

人体尺寸测量人体的尺度特征是通过测量得到的，为保证人体尺寸的可比性及有效性，必须按照一定的标准要求进行测量，必须对测量项目、名词、测试条件、工具和方法，以及测试数据的处理方法进行规范。下一页返回2.2人体尺寸测量及应用1.测量标准及方法我国国家标准GB3975-1983《人体测量术语》规定，只有在被测者姿势、测量基准面（见图2-2）、测量方向、支撑面和衣着等符合标准要求的前提下，测量数据才是有效的。GB3975-1983中还规定了人体测量参数的测点和测量项目，其中头部测点6个，测量项目12项；躯干和四肢部位的测点2个、测量项目69项(包括立姿40项，坐姿22项，手和足部6项，体重1项）。测点是指人体表面上的测量标志点，以骨骼和软体部为基准。测量项目定义应明确指出所需测量的两个部位、测点或经过点、测量方向。GB5703-1985《人体测量方法》中规定了适用于成年人和青少年的人体参数测量方法，对各个测量项目所使用的仪器都作了详细说明。在人体尺寸测量中，所采用的人体测量仪器有人体测高仪、人体测量用直脚规、弯脚规、三角平行规、坐高椅、量足仪、角度计、软卷尺以及医用膀秤等。下一页返回上一页2.2人体尺寸测量及应用从技术发展来看，人体测量技术可分为普通测量技术和三维数字化人体测量技术。采用普通的人体测量技术，需要用人体测高仪、直角规、软尺等量具或仪器，其数据处理采用人工处理或人工输人与计算机处理相结合的方式。这种测量方式费时费力，数据处理容易出错，数据应用不灵活，但量具或仪器成本低廉，具有一定的适用性。从仪器本体的原理来讲，三维数字化人体测量分为手动接触式、手动非接触式、自动接触式、自动非接触式等。接触式三维数字化扫描仪扫描系统用探针感觉被测物体表面并记录接触点的位置；非接触式三维数字化扫描仪扫描系统是近几年发展起来的，用各种光学技术检测被测物体表面点的位置获取三维信息的输入。下一页返回上一页2.2人体尺寸测量及应用2.人体尺寸的统计学特征人体的解剖特征除性别差异外基本相同，但人体尺寸却有着个体差异。对于一般工程设计来说，人机系统的人不是某一个人，而是某一特定人群，有意义的是相关人群的群体特征即统计学特征，如汽车驾驶员就是法定有驾驶资格的成年人，设计必须依据某一年龄段的群体人体尺寸特征。由于群体数量庞大，不可能一一测量，但人体尺寸的测量值是离散的随机变量，因而可采取抽样测量的方法，根据概率论和数理统计理论对测量数据进行分析，从而获得特定群体尺寸的统计规律和特征参数。一定样本量的人体尺寸测量数据可以绘制成概率分布曲线（见图2-3），X轴向右为正，表示测量项目的尺寸；Y轴是出现的概率，向上为正。这种光滑的曲线一般呈对称的钟形（正态分布或普通分布曲线），如人体身高就呈正态分布。但也有一些测量项目的曲线不是对称图形，如脊背长度、臀部宽度、腹部宽度等，矮个女性之间的臀围的差别就比高个女性之间的差别大。下一页返回上一页2.2人体尺寸测量及应用人体尺寸的标准大多用百分位的形式给出对应的尺寸，如P5对应的身高数值表示有5%的人的身高小于此值，有95%的人身高大于此值。常用的百分位有1%，5%，50%，95%和99%，对应尺寸记为P1，P5，P50，P95和P99。对于近似符合正态分布的人体尺寸，可用均值、方差、标准差等特征参数确定其分布规律。根据均值和标准差可计算某一百分位的尺寸数值，反之，也可计算某一尺寸对应的百分位。下一页返回上一页2.2人体尺寸测量及应用3.“平均人”问题所谓“平均人”，就是指一个所有尺寸都是第50百分位的人。美国的Hertz-bexy博士在讨论关于“平均人”时指出：“没有平均的男人和女人存在，或许只是个别一两项（如身高、体重或坐高）是平均值”。在对美国空军人员进行的调查中，两项尺寸同时为平均值的占7%，三项是平均值的占3%，四项是平均值的少于2%，因此“平均人”的概念有些像神话，是不存在的。所以，人体测量的每一个百分位的数据，只表示某项人体尺寸，如身高为50百分位只表示身高，并不表示其他部分。另外，绝对没有一个各项人体尺寸同时处于同一百分位的人。下一页返回上一页2.2人体尺寸测量及应用2.2.2人体尺寸数据人体尺寸包括两类：①静态尺寸即构造尺寸，例如身高、肢体长度等；②动态尺寸即功能尺寸，例如四肢的活动范围等。1.中国成年人人体结构尺寸国家标准GB1000-1988《中国成年人人体尺寸》按照人因工程学的要求提供了中国(不含香港、澳门和台湾地区）成年人人体尺寸的基础数据。共七类47项法定成年人（男18~60岁，女18~55岁）人体尺寸基础数据，并将该年龄范围分成三个年龄段，且分别给出这些年龄段的各项人体尺寸数据。人体主要尺寸、立姿人体尺寸、坐姿人体尺寸、人体水平尺寸、人体手部尺寸和人体足部尺寸等七大类47项尺寸的部位（见附录）。下一页返回上一页2.2人体尺寸测量及应用2.中国成年人人体功能尺寸在进行作业空间设计时需了解四肢的活动范围等动态人体尺寸，GB/T13547-92提供了我国成年人立、坐、跪、爬等经常采取的作业姿势的功能尺寸数据（见表2-2）。表列数据为裸体测量结果，使用时应增加修正量。3.人体尺寸的群体差异性由于地理环境、种族、民族、年龄、性别、生活条件等因素的不同，特定人群之间的人体尺寸有着较显著的整体差异性。就身高来说，我国东北、华北区成年男子身高均值为1693mm，而西南地区为1647mm，相差46mm；英国成年男子为1780mm，而日本成年男子为1651mm，相差129mm；中国成年男子为1678mm，女子为1570mm，相差108mm；身高随年龄的变化更为明显。下一页返回上一页2.2人体尺寸测量及应用因此，在设计时要明确系统的相关人群，并依据其群体特征进行与人体尺寸相关的一些结构尺寸的设计。在出口和进口各种与人体尺寸有关的产品或设备时，必须注意到进口国家的人体测量数据与产品出口国家的人体尺寸上的差异，避免盲目性。下一页返回上一页2.2人体尺寸测量及应用2.2.3人体尺寸应用人体尺寸的应用是人因工程在设计中的最基本应用之一，广泛地应用于服装设计、室内空间设计和作业空间设计等领域。1.人体尺寸的应用原则在具体的尺寸设计中，人体尺寸的百分位是按照一定的原则选取的，这些原则有以下四个：下一页返回上一页2.2人体尺寸测量及应用（1）取中原则。取50百分位的人体尺寸数据作为设计依据，如门把手的高度设计，这样会使两个极端的人不方便，但特定人群的大多数处于较合适的状态[见图2-4（a）]。（2）极限原则。使用较高（如95%）或较低（如5%）百分位的人体尺寸数据[见图2-4（b）（c）]，这是最常用的原则。如控制台下的膝空间高度的设计，取95百分位的坐姿膝高作为参考，那么膝高小于此值的人（占特定人群的95%）均能以正常姿势操作。（3）可调原则。使某些结构尺寸可调以适应特定人群的每一个人[见图2-4（d）]，在可能的情况下这是最好的选择，如可调整高度的座椅。（4）全范围原则。有些安全性要求较高的特殊场合，要求结构尺寸要适合所有人，如安全通道的尺寸[见图2-4（e）]。下一页返回上一页2.2人体尺寸测量及应用从本质上说，设计的原则就是为一个群体设计时，在经济、技术允许的情况下要让设计适合尽可能多的人。具体的方法有三种：同一产品，设计不同的尺寸，形成系列；设计可调机构，与人体尺寸相关的功能尺寸可按照不同的个体尺寸调整；采用极限原则或取中原则，选择一个合适的尺寸以适合尽可能多的人。为个人设计时，要按照个人的身体尺寸设计即可。国标GB/T12985-1991依据取值原则对产品进行分类：Ⅰ类产品需两个百分位数值分别作为上、下限，采用的是可调原则（双限值设计）；ⅡA类产品需一个百分位数值作为上限（大尺寸设计），ⅡB类产品需一个百分位数值作为下限（小尺寸设计），采用的是极限原则，又称为单限值设计；Ⅲ类产品只需第50百分位数值作为依据，采用的是取中原则，又称为平均尺寸设计。下一页返回上一页2.2人体尺寸测量及应用对于上述尺寸设计类型，标准又按产品的重要程度分为涉及人的健康、安全的产品和一般工业产品两个等级，不同的等级其满足度的要求不同，所选百分位也不同（见表2-3）。所设计的产品或工程系统，在尺寸上能满足的适合使用者的人数占特定使用群体的百分率，称为满足度。2.人体尺寸的应用方法在实际的设计中一般通过下面的步骤确定与人体尺度相关的设计尺寸：（1）确定设计项目和相关人群。指出需确定的相关人体尺寸的结构尺寸，如座椅的高度、显示器或控制器的位置尺寸等；确定使用者为特定个体或特定人群，如中国成年人（18~65岁）、成年女人（18~55岁）。（2）分析设计对象与人的关系。了解人员衣着、使用工具、使用频率、设计项目对人的重要程度等。下一页返回上一页2.2人体尺寸测量及应用（3）确定设计原则。依据GB/712985一1991选择产品类型，采用合适原则。（4）选取适当百分位人体尺寸数据。从特定人群的人体尺寸数据中选取数值，如缺乏此类数据，可参考群体特征相似其他人群的数值，并加以修正。在我国人体尺寸数据尚不十分完备的情况下，可参考其他亚洲国家的数据。（5）进行功能及心理修正。由于人体尺寸数值都是裸体或着单薄衣服测量的，因此需进行着装修正，如站姿身高需加上鞋底厚，坐姿眼高需加裤厚。同时，需考虑人的“空间压抑感”、“高度恐惧感”等心理感受，进行心理修正，修正量以人的主观评价为依据，如房间高度的确定就要考虑人的感受，而不仅仅是人的身高。下一页返回上一页2.2人体尺寸测量及应用（6）校核。模板、实体或计算机模拟校核。由于人体尺寸的个体差异以及工作姿势的不断变化，仅仅通过计算确定人与机的空间关系是有一定困难的，有必要采用人体两维模板（见图2-5）或三维实体模型或计算机模型辅助校核。模板是用透明板材，按照标准规定的功能设计基本条件、功能尺寸、关节功能活动角度、设计图和使用条件制作的两维人体模型，主要用于在设计图面上分析与人体有关的尺度关系。（7）确定设计变量。校核后确定设计变量，如有问题需再进行修正、校核。下一页返回上一页2.2人体尺寸测量及应用3.人因工程咨询系统目前，基于人体测量等技术而建立起来的人体数据咨询系统软件比较多。如英国OpenErgonomics公司开发的PeopleSize系统，包括英国儿童（从出生起）、成年人的尺寸以及其他国家的人体尺寸。这些数据是在1994-1995年间测量了13678~16443个样本得到的，基本覆盖了英国的各个阶层，包括人体全身尺寸、人体头部尺寸、手部尺寸、足部尺寸等。利用此人体测量数据库，他们还进行了一些人体姿势分析，座椅等的设计，为民航、铁路、汽车、国防、劳动安全等服务。美国的Transom公司开发的TransomJACK人因工程软件系统，包括了世界范围内大部分人体测量的数据，并且留有开放式的接口，便于添加和修改。与PeopleSize不同，TransomJACK中的人体模特是三维的，因为它不仅包括人体数据咨询系统，还包括人因工程评价系统和人因工程仿真系统（见图2-6）。下一页返回上一页2.2人体尺寸测量及应用有些大型的CAD/CAM软件也包含尺度及其他相关人因分析的功能，如CATI软件包含四个相关模块：（1）HumanBuilder2。人体构造器——立标准数字化人体模型并对其进行第一层次的分析。（2）HumanMeasurementsEditor2。人体测量编辑器——建立详细的数字化人体模型，用于高级人体分析，并设工作范围。（3）HumanPostureAnalysis2。人体姿态分析器——通过检验与分析等工具，实现对人体舒适性及姿态对设计的影响进行分析。（4）HumanActivityAnalysis2。人体运动分析器——在虚拟的环境下对人体舒适性、安全性及性能进行最优化设计。返回上一页2.3人的信息感知特性人的眼、耳、鼻、舌等各种器官是接收信息的感受器，来自人体内外的各种信息通过一定的刺激形式作用于感受器，引起分布于感受器内的神经末梢产生神经冲动，这种神经冲动沿着神经通路传送到大脑皮层的相应感觉区域，从而实现人对信息的感知。下一页返回2.3人的信息感知特性2.3.1感觉和知觉的特征感觉是人脑对直接作用于感觉器官的客观事物的个别属性的反映。知觉是人脑对直接作用于感觉器官的客观事物和主观状况的整体的反映。如人听到一段话，首先听觉反映是频率、音量变化的声音，这只是感觉，是事物个别属性的反映，而经过大脑处理以后的知觉就是有一定含义的语言。又如人看见一只苹果，首先有绿色和形态的视觉，摸一下则产生光滑的触觉，闻一闻有芳香的味觉，然后根据以往的知识判断出这是一只苹果，这就是知觉了。下一页返回2.3人的信息感知特性感觉是知觉的基础，感觉到的事物个别属性越丰富、越精确，对事物的知觉也就越完整、越正确。但知觉不是感觉的简单相加，而是具有新的品质，表现为对事物整体的认识，或对事物综合属性的判别，或者对事物意义做出初步的解释。感觉和知觉是人对客观事物的两种不同水平的反映。在实际的工作和生活中，人都是以知觉的形式直接反映事物，而感觉只是作为知觉过程的组成部分存在于知觉活动中。由于二者密切相关，因此，在心理学中，把二者统称为“感知觉”。1.感觉的特征感觉可分为三类：接收外部刺激的外感受器，反映外界事物属性的外部感觉，如视觉、听觉、嗅觉、味觉和皮肤感觉；接收人体内部刺激的内感受器，反映内脏器官不同状态的内部感受器，如饥、渴等内脏感觉；在身体外表面和内表面之间的本体感受器，反映身体各部分的运动和位置情况的本体感觉，如运动感觉、平衡感觉等。下一页返回上一页2.3人的信息感知特性（1）适宜刺激。人体的各种感觉器官都有各自最敏感的刺激形式，这种刺激形式称为相应感觉器官的适宜刺激，刺激可以是不同形式的能量，也可以是物质（见表2-4）。（2）感觉阈限。刺激必须达到一定的强度范围或在一定的频率范围方能对感觉器官正常发生作用。刚刚能引起感觉的最小刺激强度或频率称为绝对感觉阈限下限；能产生正常感觉的最大刺激强度或频率称为感觉阈限上限，也称为最大忍受限（见表2-5、表2-6）。感觉器官不仅能感觉刺激的有无，而且能感受刺激的变化或差别。分辨逐一呈现的刺激为绝对分辨。刺激强度和频率的绝对分辨范围见表2-7。分辨同时呈现的刺激为差别分辨。刺激强度和频率的差别分辨范围见表2-8。下一页返回上一页2.3人的信息感知特性（3）适应性。感觉器官经持续刺激一段时间后，在刺激不变的情况下，感觉的敏锐性会逐渐降低，感觉会逐渐减小以致消失，这种现象称为适应性。如嗅觉器官经持续刺激后，将不再发生兴奋，通常说“久而不闻其臭”就是这个缘故。（4）感觉的相互作用。在一定条件下，各种感觉器官对其适宜刺激的感受能力都将受到其他刺激的干扰影响而降低，由此使感受性发生变化的现象称为感觉的相互作用。例如，同时输人两个视觉信息，人往往只倾向于注意其中一个而忽视另一个；同时输人两个相等强度的听觉信息，对其中一个信息的辨别能力将降低50%；当视觉信息与听觉信息同时输人时，听觉信息对视觉信息的干扰较大，视觉信息对听觉信息的干扰较小。此外，味觉、嗅觉、平衡觉等也都会受其他感觉刺激的影响而发生不同程度的变化。下一页返回上一页2.3人的信息感知特性（5）对比。同一感受器官接收两种完全不同但属同一类的刺激的作用，而使感受性发生变化的现象称为对比。感觉的对比分为同时对比和继时对比两种。几种刺激同时作用于同一感觉器官时产生的对比称为同时对比。同样一个灰色的图形，在白色的背景上看起来显得颜色深一些，在黑色背景上则显得浅一些，这就是无彩色的同时对比效应。而灰色图形放在红色背景上呈绿色，放在绿色背景上呈红色，这种图形在彩色背景上产生向背景的补色方向变化的现象称为彩色对比。几个刺激物先后作用于同一感觉器官时，将产生继时对比现象。吃了糖以后接着吃带有酸味的食品，会觉得更酸，这就是继时对比现象。下一页返回上一页2.3人的信息感知特性（6）余觉。刺激取消以后，感觉可以存在一极短时间，这种现象叫余觉。电影就是利用余觉使不连续的画面让人感觉不到间隔。在暗室快速转动一根燃烧的火柴，可以看到一圏火光，这就是由许多火点留下的余觉组成的。2.知觉的特征（1）整体性。知觉把由许多部分或多种属性组成的对象看做具有一定结构的统一整体，这一特性称为知觉的整体性。例如把由断续的虚线构成的圆，不是看成一段一段的线，而是看成一个完整的圆。在感知熟悉的对象时，只要感知到它的个别属性或主要特征，就可以根据累积的经验而知道它的其他属性和特征，从而整体地感知它。在感知不熟悉的对象时，则倾向于把它感知为具有一定结构的有意义的整体。下一页返回上一页2.3人的信息感知特性1）邻近性。在其他条件相同时，空间上彼此接近的部分，容易形成为整体[见图2-7（a）]。2）相似性。视野中相似的成分容易形成为整体[见图2-7（b）]。3）封闭性。由于封闭因素的作用，把两个距离较远的两列组合在一起，形成为两个矩形[见图2-7（c）]。4）连续性。在图2-7（d）中，具有较好连续性的线容易形成为整体，本图被看成一个半圆和一条直线。下一页返回上一页2.3人的信息感知特性（2）选择性。知觉把某些对象从背景中优先区分出来，并予以清楚反映的特性，叫知觉的选择性。图案对象与背景差别越大（包括颜色、形态、刺激强度等），越容易首先感知。从知觉背景中区分出对象来，一般取决于下列条件：1）对象和背景的差别。对象与背景的差别越大（包括颜色、形态、刺激强度等方面），对象越容易从背景中区分出来，并优先突出，给予清晰的反映；反之，就难予区分。例如，重要新闻用红色套印或用特别的字体排印就非常醒目，特别容易区分。2）对象的运动。在固定不变的背景上，活动的刺激物容易成为知觉对象。例如，航道的航标用闪光作信号，更能引人注意，提高知觉效率。下一页返回上一页2.3人的信息感知特性3）主观因素。人的主观因素对于选择知觉对象相当重要，当任务、目的、知识、经验、兴趣、情绪等因素不同时，选择的知觉对象便不同。例如，情绪良好，兴致高涨时，知觉的选择面就广泛；而在抑郁的心境状态下，知觉的选择面就狭窄，会出现视而不见、听而不闻的现象。（3）理解性。知觉用以往获得的知识经验来理解当前知觉对象的特征，称为知觉的理解性。正因为知觉具有理解性，所以在知觉一个事物时，同这个事物有关的知识经验越丰富，对该事物的知觉就越丰富，对其认识也就越深刻。对图形不同的理解可以形成不同知觉的结果。如图2-8（a）所示，这是一张双关图形，在知觉这种图形时，既可知觉为黑色背景上的白花瓶，又可知觉为白色背景上的两个黑色侧面人像。下一页返回上一页2.3人的信息感知特性语言的指导能唤起人们过去的经验和已有的知识，使人们对知觉对象的理解更迅速、完整。图2-8（b）也是一幅双关图，提示者可以把它提示为立体的东西，而这个立体随着提示者的语言可以形成向内凹或向外凸的立体。理解还有助于知觉的整体性。人们对自己理解和熟悉的东西，容易当成一个整体来感知。在观看一些不完整的图形时，理解可以帮助人把缺少的部分补充起来（见图2-9）。（4）恒常性。知觉的条件在一定范围内发生变化，而知觉的印象却保持不变的特性，叫知觉的恒常性。知觉恒常性是经验在知觉中起作用的结果，也就是说，人总是根据记忆中的印象、知识、经验去知觉事物。在视知觉中，恒常性表现得特别明显。关于视知觉对象的大小、形状、明度和色彩等的映像与客观刺激的关系并不完全符合物理学的规律，尽管外界条件发生了一定的变化，但观察同一物体时，知觉的映像仍相当恒定。视知觉恒常性主要有以下几个方面：下一页返回上一页2.3人的信息感知特性1）大小恒常性。看远处物体时，人的知觉系统补偿了视网膜映像的变化，因而知觉的物体是其真正的大小。例如，在5m远和10m远处看一位身高1.8m的人，虽然视网膜上的映像大小是不同的，但人总是把他感知为一样高，即在一定限度内，知觉的物体大小不完全随距离而改变，表现出知觉大小的恒常性。2）形状恒常性。当看物体的角度有很大变化时，由于透视的关系视网膜上的映像会发生变化，但知觉的物体仍然保持同样的形状。形状的恒常性与大小的恒常性可能都依靠相似的感知过程。保持形状恒常性最起作用的线索是带来有关深度知觉信息的线索，如倾斜和结构等。例如。当一扇门打开时，视网膜上门的映像经历一系列的变化，但人总是知觉门是长方形的。下一页返回上一页2.3人的信息感知特性3）明度恒常性。一件物体，不管照射它的光线强度如何变化，它的明度是不变的。决定明度恒常性的重要因素是，从物体反射出来的光的强度与从背景反射出来的光的强度的比例，只要这一比例保持不变，明度也就保持不变。如在黑暗的环境里白纸的反光比在强光下弱，但仍被认为是白纸而不是灰纸。4）颜色恒常性。颜色恒常性是与明度恒常性完全类似的现象。因为大多数物体之所以可见，是由于它们对光的反射，反射光的这种特性赋予物体各种颜色。一般来说，即使光源的波长变动幅度相当宽，只要照明的光线既照在物体上也照在背景上，任何物体的颜色都将保持一定的恒常性。例如，无论在强光下还是在黑暗的光线里，一块煤看起来总是黑的。下一页返回上一页2.3人的信息感知特性（5）错觉。错觉是对外界事物的不正确的知觉。总的来说，错觉是知觉恒常性的颠倒。例如，在大小恒常性中，尽管视网膜上的映像在变化，而人的知觉经验却完全忠实地把物体的大小和形状等反映出来。反之，错觉表明的则是另一种情况，尽管视网膜上的映像没有变化，而人知觉的剌激却不相同。例如，表面颜色不同而造成同一物品轻重有别的错觉。错觉的种类有很多，有空间错觉、时间错觉和运动错觉等。空间错觉又包括大小错觉、形状错觉、方向错觉、倾斜错觉和形重错觉等，其中大小错觉、形状错觉和方向错觉有时统称为几何图形错视。下一页返回上一页2.3人的信息感知特性2.3.2视觉机能及特征视觉器官的功能是识别视野内发光和反光物体的轮廓、形状、大小、远近、颜色和表面细节等情况。自然界形形色色的物体及文字、图像等信息，主要通过视觉通道在人脑中得到反映。据估计，人脑获得的全部信息中，约有95%以上来自视觉输入（也有80%以上的说法）。因此，视觉器官无疑是最重要的感觉器官。1.视觉过程人的视觉系统是由一对眼睛、视神经和视觉中枢组成的（见图2-10）。两只眼各有一束视神经与大脑视神经皮层（视觉中枢）相连。连接两眼的两束视神经在大脑底部视交叉处相遇，并有部分交叠，然后再终止到大脑的视神经皮层上。这样就使两眼左边的视神经与大脑左边的视神经皮层相连，两眼右边的视神经与大脑右边的视神经皮层相连。下一页返回上一页2.3人的信息感知特性眼睛是外形近似直径21~25mm的球形，其构造和原理与照相机类似（见图2-11）。每只眼睛通过与其相连的六条肌肉的作用，可在一定范围内转动以追踪目标，在头不转动的情况下也可扩大可视范围。通过神经控制虹膜的舒张可改变曈孔的大小，以调整进入眼睛的光量，使眼睛适应外部环境的不同亮度，类似于照相机的光圈。晶状体相当于照相机的镜头，可视外界光线成像于视网膜上。神经控制的睫状肌可改变晶状体的曲率，以改变眼睛焦距保证清晰成像。同时，因视网膜感光层是一个曲面，能用以补偿晶状体屈光度的调节。返回下一页上一页2.3人的信息感知特性眼球内表面的2/3由视网膜覆盖，它是眼睛的感光装置，相当于照相机的胶片或CCD。视网膜的中央部分有一凹陷，称为中央凹。中央凹附近有一盲点，此处为视网膜的视神经汇集并离开的地方，也称为视盘，此处没有感光细胞。视网膜由色素上皮层和三层神经细胞组成，包括视细胞层、双极细胞层和解细胞层。最外层的视细胞是主要的感光细胞，包含视杆细胞和视锥细胞。视杆细胞和视锥细胞在视网膜上的分布是不均匀的（见图2-12），视锥细胞集中在中央凹附近，而中央凹处没有视杆细胞。视杆细胞对光剌激极为敏感，在低水平照明时起作用，主要用以区别明暗或黑白，对绿色光最敏感。视锥细胞对光线的敏感度较低，主要感受强光和颜色的剌激，对黄色光最敏感，在识别空间位置和要求敏锐地看物体时起作用:下一页返回2.3人的信息感知特性由上面分析可以看出人的视觉产生的全过程（见图2-13）。来自外界物体的反射光或光源产生的光线，首先通过瞳孔进入眼球，经折光装置到达视网膜，在视网膜上形成清晰的物像，由于视网膜上的视杆细胞和视锥细胞含有感光物质，在光的剌激作用下可发生光化学反应，从而使光能转化为生物电能，引起视细胞产生神经冲动。神经冲动沿相反方向传递至双极细胞层和节细胞层，最后由节细胞的轴突汇集成朿的神经传至大脑皮层的视觉中枢。经大脑皮层的加工处理，便形成视觉映像。下一页返回上一页2.3人的信息感知特性2.视觉特性（1）视力与视距。视角是确定被看物体尺寸范围的两端点光线射人眼球的相交角度，用α表示（见图2-13）。式中，D为被看物体上两端点的直线距离；L为眼睛到被看物体的距离。眼睛能分辨被看物体最近两点的视角，称为临界视角。临界视角的倒数称为视力，视力的大小随年龄、观察对象的亮度、背景的亮度以及两者之间的亮度对比的变化而变化。在各种设计中，视角往往是确定对象尺寸的根据。在视觉研究中，常常用视角表示物体与眼睛之间的关系。视距是指人在工作中人眼与观察对象之间正常的距离，不同精确程度要求的工作有不同的视距，一般精细作业的视距会小一些。返回下一页上一页2.3人的信息感知特性（2）色觉。人的视网膜上有三种视锥细胞，可分别产生三种视色素，三种视色素对光线的吸收特性不同，从而分别感知红、绿和蓝三种基本色光。红、绿和蓝三种视锥细胞分别占视锥细胞总数的74%、10%和16%，所以在光线充足的情况下，人眼对红色最为敏感。如果视锥细胞不能产生或较少产生某种视色素，就会成为色盲或色弱，最常见的是红色素。红色光、绿色光和蓝色光为光的三原色，其他色光都由这三种色光混合而成。某种颜色的光线在视网膜成像后，三种视色素分别产生光化学反应，分别引起三种视细胞产生神经冲动，神经冲动经三种神经纤维传人大脑皮层视区的不同神经细胞，不同色光的均由不同比例的三种基本色光混合而成，从而形成不同的色彩感觉。返回下一页上一页2.3人的信息感知特性（3）对比感度。为使眼睛能够很好地辨认某一背景上的某一目标，背景与目标间应有一定的对比度。这个对比度可以是颜色对比，也可以是亮度对比。人眼刚好能辨认目标时的对比亮度差叫做临界亮度差。临界亮度差与背景亮度之比叫做临界对比，临界对比的倒数叫做对比感度。对比感度与照度、目标大小、观察距离以及眼睛的适应情况等因素有关。对比感度越大，越能辨别小的亮度对比，或者说在相同的条件下辨别目标越清楚。一般来说，对比感度是因人而异的，在理想的情况下视力好的人其临界对比约为0.01，也就是说其对比感度为100。（4）视野。视野是指人的头部和眼球固定不动的情况下，眼睛观看正前方物体时所能看得见的空间范围，常用角度表示。视野的大小和形状与视网膜上感光细胞的分布情况有关。正常人的双眼视野如图2-14、图2-15所示。返回下一页上一页2.3人的信息感知特性人眼视网膜的中央部位感色力强，同时能清晰分辨物体，用这个部位视物的称为中央视觉。而视网膜的边缘部位的感色力较差、分辨物体的能力也较差，但由于视野范围广，故能用于观察空间范围和正在运动的物体，称其为周围视觉。由于各种感光细胞的分布不同，造成人眼对不同的色光有不同的视野。图2-16是几种色光的不同视野。（5）双眼视觉和立体视觉。人的双眼由于和物体的相对空间位置不同，左右眼看到的同一物体的图像是有差别的，经由中枢神经系统的综合，而得到一个完整的立体视觉。同时，物体的反光、阴影以及空气透视和形体透视也增加了立体感。（6）暗适应和明适应。当人从亮处进人暗处时，刚开始看不清物体，需要经过一段时间后才能看清物体，这个适应过程称为暗适应。当人从暗处进人亮处时，也存在类似情况，称为明适应。视野内明暗的急剧变化会引起视力下降和视觉疲劳。返回下一页上一页2.3人的信息感知特性（7）视错觉。视错觉是最常见的错觉，研究错觉，可以消除错觉在设计中的不利影响，有时也可利用错觉为设计服务。图2-17（a）为长度错视，同样长度的线段，感觉竖直线比水平线长。在图2-17（b）中，由于受箭头方向的影响，感觉上面的线段比下面的短，也是长度错视。图2-17（c）为方位错视，由于受到两竖直线的干扰，斜线好像错位了。图2-17（d）中的竖直平行线由于受到其上的短斜线的干扰，产生了不平行的感觉。图2-17（e）为对比错视，中间的两个圆本是同样大小的，由于受到周围圆的影响，看起来被小圆包围的圆要大一些。图2-17（f）为对比错视，方块之间的阴影实际是不存在的。图2-17（g）为分割错觉，左右两个分别由横线和竖线组成的正方形看起来是长方形了。返回下一页上一页2.3人的信息感知特性2.3.3听觉机能及特征在人的感知系统中，听觉是除视觉以外最重要的感觉形式。听觉系统由人耳、听神经和听觉中枢组成，人耳的基本结构见图2-18。外界的声波通过外耳道传到骨膜，引起骨膜振动，然后振动经由锤骨、石占骨、镫骨和听小肌构成的杠杆系统传递到耳蜗，引起耳蜗中淋巴液及基底膜的振动，使基底膜表面的科蒂氏器中的毛细胞产生兴奋，基底膜下的听神经纤维将振动转化为神经冲动，并以神经冲动的不同频率和组合形式对声音信息进行编码，然后被传到大脑皮层的听觉中枢，从而产生听觉1.频率响应具有正常听力的青少年（12~25岁）的可听频率为16~20000Hz，一般人的可听频率为16~20000Hz。听觉灵敏度随年龄增加逐年下降，但1000Hz的低频范围，几乎不受年龄的影响。返回下一页上一页2.3人的信息感知特性2.动态范围可听声不但取决于声音的频率，还取决于声音的强度，以声强I（W/m2）描述。（1）听阈。在最佳的听闻频率范围内，一个听力正常的人刚刚能听到给定各频率的正弦式纯音的最低声强1min，称为相应频率下的听阈值。可根据各频率%与最低声强1min化绘出标准听阈曲线，见图2-19。800~1500Hz这段频率范围内听阈无明显变化，1000Hz听觉灵敏度为“标准灵敏度”；低于800Hz时，可听响度随频率明显下降，400Hz，灵敏度为标准值的1/10；3000-4000Hz间达到最大的听觉灵敏度，在该范围内，灵敏度为标准值的10倍；超过6000Hz，灵敏度再次下降，大约在17000Hz，减至标准值的1/10。返回下一页上一页2.3人的信息感知特性（2）痛阈。对于感受给定各频率的正弦式纯音，开始产生疼痛感的极限声强Imax，称为相应频率下的“痛阈值”。可根据各频率f与极限声强Imax，绘制出标准痛阈曲线，见图2-19。由图可见，除2000~5000Hz出之间有一段谷值外，几乎与频率无关。（3）听觉区域。语言和音乐的有效听觉区域介于听阈和痛阈曲线之间，见图2-19。返回下一页上一页2.3人的信息感知特性3.声源的方向和距离的辨别听闻声压级为50~70dB时，声音的方向感主要是以下两种效应产生：（1）双耳效应（立体声效应）。人根据声音到达两只耳朵的时间和强度的差异可判定声音的方向。（2）头部的掩蔽效应。到达远离声源的耳朵的声音的频率发生“畸变”（特别是中高频），而另一只耳朵听到的声音却较为完整，这是人判声源方向的又一机理。声源的距离主要靠人的主观经验来判断，如人已经有了近处听到火车汽笛的经验，那么根据汽笛的声音大小就可以大致判断火车的远近。4.掩蔽效应一个声音的听阈因另一个声音的掩盖而提高的效应，称为掩蔽效应。掩蔽声去掉后，掩蔽效应并不立即消失，这种现象称为残余掩蔽，其量值可表示听觉疲劳。返回下一页上一页2.3人的信息感知特性2.3.4其他感觉机能及特征1.肤觉：触觉、温度觉和痛觉从人的感觉对人机系统的重要性来看，肤觉是仅次于听觉的一种感觉。皮肤是人体上很重要的感觉器官，感受着外界环境中与它接触物体的刺激。人体皮肤上分布着三种感受器：触觉感受器、温度感受器和痛觉感受器。用不同性质的刺激检验人的皮肤感觉时发现，不同感觉的感受区在皮肤表面呈相互独立的点状分布。（1）触觉。触觉是微弱的机械刺激触及了皮肤浅层的触觉感受器而引起的；而压觉时较强的机械刺激引起的皮肤深部组织变形而产生的感觉，由于两者性质上类似，通常称为触压觉。触觉感受器能引起的感觉是非常准确的，触觉的生理意义是能辨别物体的大小、形状、硬度、光滑程度以及表面肌理等机械性质的触感。返回下一页上一页2.3人的信息感知特性在人机系统的操纵控制中，就是利用人的触觉特性，设计具有不同触感的操纵装置，以使操纵者能够靠接触准确地操控各种不同功能的操纵装置。对皮肤施以适当的机械刺激，在皮肤表面下的组织将引起位移，在理想的情况下，小到0.001mm的位移，就足够引起触的感觉。然而，皮肤的不同区域对触觉敏感性有相当大的差别，这种差别主要是由于皮肤的厚度、神经分布状况引起的。如果皮肤表面相邻两点同时受到刺激，人将受到只有一个刺激；如果接着将两个刺激分开，并使人感受到有两个分开的刺激点，这种能被感知的两个刺激点间最小的距离称为两点阈限。两点阈限因皮肤的不同而异，其中以手指的两点阈限值最低。返回下一页上一页2.3人的信息感知特性（2）温度觉。温度觉分为冷觉和热觉两种，这两种温度觉是由于两种不同范围的温度感受器引起的，冷感受器在皮肤温度低于30℃时开始发放冲动；热感受器在皮肤温度高于30℃时开始发放冲动，到47℃时为最高。人的温度觉对保持机体内部温度的稳定与维持正常的生理过程是非常重要的。温度感受器分布在皮肤的不同部位，形成所谓的冷点和热点。温度觉的强弱取决于温度刺激强度和被刺激部位的大小，在冷刺激或热刺激不断作用下，温度觉就会产生适应:（3）痛觉。凡是剧烈性的刺激，不论冷、热接触，或压力等，肤觉感受器都能接收这些不同的物理和化学的刺激，而引起痛觉。组织学的检查证明，各个组织的器官内，都有一些特殊的游离神经末梢，在一定刺激强度下，就会产生兴奋而出现痛觉。返回下一页上一页2.3人的信息感知特性这种神经末梢在皮肤中分布的部位，就是所谓的痛点。痛觉的中枢部分位于大脑皮层，机体不同部位的痛觉敏感度不同；皮肤和外黏膜有高度痛觉敏感性；角膜的中央具有人体最痛的痛觉敏感性。痛觉具有很大的生物学意义，因为痛觉的产生，将导致机体产生一系列保护性反应来回避刺激物，动员人的机体进行防卫或改变本身的活动来适应新的情况，这对人一机一环系统的研究也具有很大的意义。返回下一页上一页2.3人的信息感知特性2.本体感觉人在进行各种操作活动的同时能给出身体和四肢所在位置的信息，这种感觉称为本体感觉，包括耳前庭系统（保持身体的姿势和平衡）和运动觉系统（感受四肢和身体不同部分相对位置）。前庭系统位于人的内耳，是直接感受身体运动和头部位置的感受器，它包括三个半规管、椭圆囊和球囊。其中，三个半规管主要感受角加速运动的刺激，而椭圆囊和球囊主要感受静止和直线加速运动的刺激，椭圆囊对水平方向的直线运动反应敏感，球囊对垂直方向的直线运动反应敏感。当人的体位变动或受到加速运动的刺激时，这种感受器就把感觉到的冲动传至脑，人脑立即有神经冲动传向四肢肌肉、躯干，以调整平衡。三个半规管基本互相垂直，恰好可以感知三维空间的位置和运动，它的作用类似航海和航空中使用的陀螺。返回下一页上一页2.3人的信息感知特性运动觉感受器有三类。第一类是肌肉内的纺锤体，它能给出肌肉拉伸程度和速度方面的信息；第二类是位于腱中各个部位的感受器，它能给出关节运动程度的信息，由此可以控制运动速度和方向；第三类是位于深部组织中的层板小体，这些小体对形变很敏感，从而能给出深部组织中压力的信息。这三种本体感受器分别感受肌肉被牵张的程度、肌肉收缩的程度和关节伸屈的程度，综合起来就可以使人感觉身体各部位所处的位置和运动，而无须眼睛观察。打字员的盲打、汽车驾驶员脚的控制动作利用的都是运动觉感受器。返回上一页2.4人的信息处理特性人们在日常生活中，不断地接收外界各种变化的信息，并根据这些信息自动调节自己的活动。人们操纵机器时，信息的交换是通过人机界面来实现的。所以人要正确地处理信息，首先要正确地接收来自人机界面的信息，然后通过人脑正确地分析、判断信息，最后通过人的行为正确地操纵机器。一般来说，信息处理的核心在于判断，就是一方面把通过知觉神经经过区别、识别或辨别的信息与记忆进行比较，一方面转化为反馈命令，观察操作结果如何，再进行判断。可见，判断既是利用已有知识与经验的过程，也是累积和增加新的知识与经验的过程。但是，仅有知识和经验这个前提条件，并不能说明就一定能正确地进行信息处理，还要受到生理和心理以及环境因素的限制或影响。返回下一页2.4人的信息处理特性认知心理学可以作为了解人的信息感知和处理特性的有力工具。认知心理学研究我们如何获得各种信息；这种信息又怎样表征并转化为知识；它怎样存储；知识又是怎样来指导我们的注意和行为。它涉及心理过程的全部范围一一从感觉到知觉、模式识别、注意、学习、记忆、概念的形成、思维、表象、回忆、语言、情绪和发展过程，而且还贯穿于行为的各个领域。认知心理学以信息加工的观点研究人的认知过程，它将人看做一个信息加工系统，认为认知就是信息加工过程，包括感觉输人的变换、简约、加工、储存和使用的全过程。按照这一观点，认知可分为一系列阶段，每个阶段是一个对输人信息进行某些特定操作的单元，而反应则是这一系列阶段和操作的产物。信息加工系统的各个组成部分之间，都以某种方式相互联系。人的认知心理过程和计算机的工作过程非常类似。返回下一页上一页2.4人的信息处理特性2.4.1人的信息处理模型生理学常识告诉我们，人体是一个由许多器官组成的复杂有机体。其中中枢神经系统是人体的总司令部，其最高中枢是人的大脑，大脑皮层控制、指挥、协调全身的各个部分的工作。在认知心理学研究中，我们可以把人看做信息处理系统，人的信息处理模型见图2-20。在日常工作和生活中，人们有目的的作业活动可分解为下述三个过程。第一是信息的接收过程，人通过感觉器官来获取外部信息；第二是对获取的信息加工处理的过程；第三是将加工的信息通过运动器官和相应器具传递到外部的信息传递过程。人在人机环境系统中的基本功能可以看成是这样一个信息处理系统。返回下一页上一页2.4人的信息处理特性具体地说，人要进行一项作业，必须依赖于外界信息，即感觉器官接收外界条件（如声、光、颜色、温度等）刺激，这种刺激通过神经系统传至大脑；然后在大脑中进行分析、判断和决策；最后发出指令，通过输出神经纤维的神经末梢，传给运动器官，转化为人的作业活动。例如驾驶汽车时，不断地从车外和仪表上获取路况及车况信息，根据这些信息做出决策，然后操纵方向盘和脚踏板等。上述各信息过程可以说是一个识别（认识）、判断（决策）和操纵（控制）的过程。人要正确、有效地进行作业活动，首先要准确地接收外界信息，然后仔细地分析、判断，最后正确地进行作业动作。研究人的信息处理的目的，是尽量减少或不产生错误判断和错误操作，提高作业效率。影响信息处理效率的因素很多，主要是人接收、加工和传递信息的能力、速度和准确性，此外还受身体状态、意识水平和环境条件等因素的影响。返回下一页上一页2.4人的信息处理特性2.4.2神经系统机能及特征1.神经系统神经系统是最主要的机能调节系统，人体各器官、系统的活动，都直接或间接地在神经系统的控制下进行。神经系统可分为两部分：（1）中枢神经系统。中枢神经包括脑和脊髓。大脑皮层是调节人体活动的最高中枢，控制脊髓和脑的其余部分，大脑皮层的不同区域有不同的功能。脊髓是初级中枢所在部位。（2）周围神经系统。周围神经系统是指中枢神经以外全部神经的总称，它起始于中枢神经，分布于周围器官，其基本功能是在感受器与中枢神经之间以及中枢神经与效应器之间传导神经冲动。返回下一页上一页2.4人的信息处理特性2.神经系统活动方式（1）反射弧。神经系统对内、外环境刺激做出一定的应答反应，称为反射。反射弧都具有五个基本环节，即感受器、传人神经元、中间神经元、传出神经元、效应器。（2）信息键。人机系统中的信息在人的神经系统中的循环过程为：感受器从外界收集信息，传人中枢神经适当部位经过处理、评价并与储存信息相比较，必要时形成指令，并经过传出神经到效应器而作用于运动器官。返回下一页上一页2.4人的信息处理特性2.4.3记忆记忆与学习一直是心理学研究中独具魅力的研究领域。实验法在高级心理过程研究中的首次应用，便是以德国心理学家艾宾浩斯1885年的著作《记忆》为代表的；而行为主义的学习研究，更是心理学实验史上的经典。记忆与学习紧密联系，始终位居心理学实验研究最活跃的领域，诞生了众多理论和方法成果。记忆是对经验所学并保留的行为，在需要时不必再加练习即可重现的心理历程。人类记忆并不是单一系统，而是各有特征的数个相关记忆系统，是一种多历程、多模式的记忆观点。记忆的早期研究停留在总体的框架式描述，而此后的研究发展逐渐深人到记忆的多重系统和形式这一层面。简言之，研究者开始考察不同记忆类型的各自特征及相互关系。返回下一页上一页2.4人的信息处理特性关于记忆，目前大多数学者认为可以把记忆分为感觉记忆、短时记忆和长时记忆。信息在这三种记忆之间的流动和转化是认知过程的基础，下面看一下信息的流动和转化过程。1.感觉记忆感觉记忆（SensoryMemory）指感觉刺激停止之后所保持的瞬间映。由于它的作用时间极其短暂，似乎只有瞬间的储存，因而又可以称为瞬时记忆。例如，人们在观看电影、电视时，可以将相继出现的静止画面看成运动的图像，人们在看东西时可以不受眨眼和眼动的干扰而保持知觉的连续等，这些都有赖于感觉记忆。返回下一页上一页2.4人的信息处理特性研究者认为，感觉记忆最突出的特点在于，它的容量几乎容纳了所有进人感觉器官的信息，但是保持时间只有0.5~3s。这一特征是由斯波林（Sperling，1960）的部分报告法实验揭示出来的。此前的研究传统，通常要求被试在短暂刺激呈现后，尽可能多地报告出先前呈现过的刺激。此类整体报告研究认为人的感觉记忆容量仅为4~5个项目，而斯波林认为这个数值被大大低估了，因为或许有很多信息在被试尚未来得及报告以前便从感觉记忆中消退了。为此，斯波林变更传统研究程序，设计了部分报告法实验。返回下一页上一页2.4人的信息处理特性实验中，用速示器呈现3×4的字母卡片，呈现时间为50ms。与传统方法不同的是，部分报告法并不要求被试努力报告所有12个字母；而是在每次刺激呈现完毕后给出随机的声音提示，指定被试报告某一行的字母。斯波林认为，由于被试在观察字母时根本不知道接下来必须报告哪一行，所以被试还是需要记忆12个字母；因此从部分报告法对单行项目的平均报告率，可以无偏地估计被试对所有12个项目的记忆容量。这一研究结果表明，感觉记忆容量远远超过了此前整体报告法的结论，而达到平均9.1个项目。而鉴于部分报告法中报告过程仍然占用时间，信息消退的影响仍不可避免，实际的感觉记忆容量恐怕还要大得多。此外，后来的研究还发现，感觉记忆中的信息储存形式可能与其输人形式是一样的（Atkinson&Shiffrin，1968），即信息的编码完全依据物理特性，具有鲜明的形象性和单一性。返回下一页上一页2.4人的信息处理特性2.短时记忆在瞬间记忆中被注意到的极少量信息会进人到信息加工的第二阶段一一短时记忆（Short-TermMemory，STM）。短时记忆是指在刺激作用终止后，对信息保持到十几秒直至一分钟左右的记忆。例如，当我们打电话时，从电话簿上查到所需要的电话号码后，能立即根据记忆在电话机上拨出这个号码，但事过之后，对这个号码就记不清了。这种记忆现象就属于短时记忆。短时记忆是信息从感觉记忆通往长时记忆的一个中间环节或过渡阶段。短时记忆对信息的储存具有暂时性、动态性和操作性的特点：相对于感觉记忆来说，短时记忆的容量十分有限，一般为7±2个组块（chunk）。所谓组块，是指将若干小单位（如字母）联合而成熟悉的、较大的信息加工单位（如单词）。返回下一页上一页2.4人的信息处理特性组块的大小既受到材料性质的制约，又与个体的知识经验相关。例如，同样是8位数字，如果是相互独立的8个数字，则是8个组块，而如果是自己家的电话号码，则只有一个组块，数字材料本身的意义特性和个体对自己家电话号码的已有经验决定了组块的大小。和感觉记忆的另一个不同点在于，短时记忆编码并非按照刺激的原有物理属性进行，而是依据听觉形式进行编码。研究发现，在短时记忆阶段，两个记忆项目读音相似时比外形相似时更易发生混淆。有关短时记忆的编码，最初研究者普遍认为应以听觉编码为主，更确切地说，是听觉的（auditory）、口语的（Verbal）、言语的（Linguistic）联合编码，或称单元的编码。这一观点的主要实验依据是：在字母短时记忆任务中，被试的提取错误往往发生在音似字而非形似字上，如将B误认为V或P，将M误认为N等（Conrad，1963；1964）。返回下一页上一页2.4人的信息处理特性不过后来的研究者发现，短时记忆并不完全以听觉方式编码，例如莫雷（1986）的实验就证明了汉字短时记忆具有明显的视觉编码机制。在莫雷的研究中，记忆材料为汉字，实验自变量为字型复杂程度、字义的使用频率以及噪声类型，因变量采用信号检测论指标。结果发现，形近字的干扰作用较大，这证明了汉字短时记忆中的视觉编码机制。3.长时记忆短时记忆的保存时间一般只有一分钟左右。要使信息保持更长的时间，必须通过复述，使信息进入长时记忆（Long-TermMemory）。长时记忆和短时记忆的首要区别在于：它的容量几乎是无限的，其记忆痕迹最长可以保持一生。其次，长时记忆和短时记忆的干扰因素也有所不同。沈德立等（1985）曾以中小学生为被试，对长时记忆和短时记忆的不同影响因素进行了比较研究，结果发现：返回下一页上一页2.4人的信息处理特性（1）识记材料的语义性对长时记忆影响大，而对短时记忆的影响不明显；（2）每个项目呈现时间的长短，不影响短时记忆，只影响长时记忆；（3）分心任务（实验中为四则运算任务）对长时、短时记忆都有影响，对短时记忆的不利影响大于对长时记忆的不利影响；（4）识记材料的系列长短对长时、短时记忆都有影响。最后，研究者们基本认为短时记忆是一个单一的系统，而长时记忆则可以分为不同的类型或系统。塔尔文（1972）依据所储存信息的类型，将长时记忆划分为两种类型：第一类是情景记忆，情景记忆接收和储存关于个人的特定时间的情景或事件以及这些事件的时间、空间联系的信息；第二类是语义记忆，语义记忆是运用语言时所必需的记忆，它接收和储存各种知识。返回下一页上一页2.4人的信息处理特性换句话说，情景记忆是对个人在一定时间发生的事件的记忆，如“我昨晚看了一场电影”，“我上个月去了北京”等，它总是与个人生活中特定的时间或地点相联系。语义记忆则不同，它是对词语、概念、规则等抽象事物的记忆，如数学公式、物理定理等。此外，佩威奥（1975）从信息编码的角度将长时记忆分为两个系统，即表象系统和言语系统。表象系统以表象代码来储存关于具体的客体和事件的信息，它构成了非言语思维的表征方式；言语系统以言语代码来储存言语信息，具有听觉运动性质。返回下一页上一页2.4人的信息处理特性4.错误记忆与真实记忆按照提取的准确性，可以将记忆划分为错误记忆和真实记忆。错误记忆（FalseMemory）是指，错误地声明一个以前未呈现过的词或从未发生过的事曾经出现过。而真实记忆（VeridicalMemory）则是指正确地报告出曾经呈现过的词或发生过的事。从记忆研究的历史上看，长期以来的记忆研究只局限于真实记忆的侧面，而普遍忽略了对错误记忆的分析。事实上，早先巴特莱特（1932）的工作已经证明了人类记忆的重构特征，部分地触及到了错误记忆的概念，然而这些研究在当时并没有进一步深人系统地开展下去。直到罗迪格和麦克德莫特（1995）提出了错误记忆的经典研究范式一一DRM范式之后，错误记忆才开始真正作为一个与传统的真实记忆相对的独立领域被探讨。越来越多的研究者认为，错误记忆中包含了许多关于人类记忆本质的重要信息，因而对错误的分析有助于人们理解潜在的记忆过程。返回下一页上一页2.4人的信息处理特性5.三种记忆的比较许多实验指出，长时记忆是以比较高水平的语义的编码形式来存储信息的，而短时记忆则是在感觉记忆的基础上主要以语音听觉的编码形式来储存信息的。当然这种区分是相对的，短时记忆和长时记忆都可以有语义编码，但长时记忆的遗忘机制主要是干扰，而短时记忆的遗忘机制主要是迅速的衰退；从长时记忆中提取信息需要有较长的搜索时间，而从短时记忆中提取信息则只需要极短的时间。短时记忆中的信息或者经不断地反复而进人长时记忆，或者迅速衰退而遗忘，而长时记忆中的项目能经久不衰，甚至终生难忘。两种记忆的这些明显的区别，使人们更倾向于接受记忆的双重论。返回下一页上一页2.4人的信息处理特性在设计中要尽量减少必须学习的信息总量，当学习无法避免时，应该用记忆线索来帮助回忆。我们用规则和分类来处理世界上的复杂事物，设计师应该在设计中利用结构性来支持这一过程，这是人机交互的基本原则之一。把复杂的事物用分级的方法分解成较简单的组成部分，可以帮助我们理解和记忆复杂的信息。通过存储在不同层次上组成和描述对象的若干事实，并与我们一开始用来分析和理解对象间联系的存取通道相结合，我们就能记住许多复杂的现象，从而理解这些现象。我们能够对一批信息赋予的分类和结构性越多，信息也就越容易学习。返回下一页上一页2.4人的信息处理特性2.4.4学习学习是与长时记忆密切相关的，学习来的信息必须存储在长时记忆内作为经验积累。学习程度将记忆材料刚刚学到就能一次正确背诵的程度，称为适度学习，即学习程度为100%。学习程度超过100%的学习，则称为过渡学习。例如，学习某一材料用60s的时间恰好达到能一次正确背诵，则称该608达到的学习程度为100%，若将该材料再继续学习30s，过渡学习程度即达到150%。实验表明学习程度达到150%效果最佳，若低于此限度，记忆效果不理想，如表2-9所示；若高于此限度，记忆效果也不再继续上升。在学习与使用学习来的知识或技能之间，人的活动会极大地影响遗忘。与学习迁移造成的对记忆的干扰可以分为两类：返回下一页上一页2.4人的信息处理特性1.先学的干扰先学的干扰是指某人先学A事物，后学B事物，另一个人只学B事物，结果后者做B事物的成绩要优于前者，这叫做先学干扰，即先学的事物阻碍了后学事物的学习。例如，会骑自行车的人去学蹬三轮车，比不会骑自行车的人学起来要困难些。也可以说，人们先学A事物后学B事物时，趋向于遗忘与事物A有联系的事物B的一部分，并可能以A事物代替B事物。例如，某人在甲厂学会了红灯作为水压过高的信号，后来到乙厂工作，但乙厂红灯表示有水通过管道，即管道在正常工作。出现紧急情况时，该工人就可能重新把红灯当做指示水压过高而关掉水管，而这时也需要水来冷却某系统。这种现象在诸如核电站一类的高度安全系统的设计中是绝对不允许的。返回下一页上一页2.4人的信息处理特性2.后学的干扰后学的干扰是指后学事物对先学事物的干扰。在后学干扰中，人们先学事物A，后学事物B，但做事物X的成绩不如只学了事物A的人。后学的干扰与先学的干扰虽然干扰方向不同，但都不利于作业在设计中，设计师必须了解作业的性质，控制技能学习的过程，防止学习迁移的干扰，即负迁移以外，还有相互促进的正迁移。一种改型产品如果其操作技能可以受原产品的正迁移，就可以大大提高操作者的学习速度和作业效率。返回上一页2.5人的生物力学特性研究人的效能输出特性的主要工具是生理学和生物力学。人的新陈代谢的能力，决定了他是否能够维持像骑自行车这样的有氧工作。然而，操作时的体力负荷若只是针对某一特定的肌肉群，则肌力就成为了限定的因素。当然，对于某些工作动作的频率有时也会成为限定的因素。对于特定的作业，运动的准确性也是需要关注的。下一页返回2.5人的生物力学特性2.5.1人的运动机理人的运动系统是效能系统的主要部分，它由骨、关节和肌肉组成[见图2-21（a）]。神经系统控制肌肉的收缩与放松，从而使由骨和关节形成的杠杆产生运动，完成各种操作。1.骨杠杆在骨杠杆中，关节是支点，肌肉是动力源，肌肉与骨的附着点称为力点，而作用于骨上的阻力（如自重、操纵阻力等）的作用点称为阻力点。人体的活动主要有三种骨杠杆的形式：下一页返回上一页2.5人的生物力学特性（1）速度杠杆。力点在阻力点和支点之间，阻力臂大于力臂。虽然不省力，但可获得较大的运动速度，例如手臂抛物的动作[见图2-21（a）]。（2）平衡杆杆。支点位于阻力点和力点之间，类似天平称的原理，例如通过寰枕关节调整头的姿势的运动[见图2-21（b）]。（3）省力杠杆。阻力点位于支点和力点之间，力臂大于阻力臂，可省力，例如支撑脚起步抬足跟时踝关节的运动[见图2-21（c）]。下一页返回上一页2.5人的生物力学特性2.肌肉的工作机理使人完成各种动作的主要是横纹肌，简称肌肉。肌肉是由蛋白质组成的活机器，其功能是将化学能直接转化为机械功和力，化学能是由磷酸肌酸水解而来。每块肌肉都由肌纤维构成（肌纤维又由肌原纤维组成），具有一定的形态，并有一定的辅助装置及其自身的神经和血管，故每块肌肉都是一个器官。肌肉的收缩和放松都是由神经系统的支配而产生的，两者都是因肌纤维接受刺激后所发生的机械性反应。其机理是因为肌原纤维是由许多肌微丝构成的（见图2-22：肌微丝又因其形态和化学成分不同分为两种，一种是粗而短的肌球蛋白微丝，另一种是较为细长的肌动蛋白微丝。肌肉的收缩就是由于两种肌微丝的蛋白之间不断地结合或分离，从而使肌动蛋白微丝在相邻的肌球蛋白微丝之间滑动而向肌节中心靠拢，使肌节缩短;放松时则相反。下一页返回上一页2.5人的生物力学特性3.肌电图肌肉活动的状况可用肌电图（Electromyagram，EMG）来分析，也就是肌电随时间变化的曲线图。图2-23为肱二头肌的肌电图。量测时，把电极贴于要量测肌肉外之皮肤，当肌肉收缩时，所造成的电位改变即会由电极接收，此电位变化再经由增幅器放大后加以分析。电极贴在皮肤表面来量测肌肉活动，特别适用于靠近表体的肌肉活动。对于深层的肌肉，则应该使用针状电极剌人肌肉测量，然而因多数受测者一般不愿意参加以针状剌人肌肉的实验，因此针状电极不常用。EMG除了可分析肌肉活动状况外，也可以用来分析肌肉疲劳的程度。下一页返回上一页2.5人的生物力学特性2.5.2人的运动输出特性1.肌力肌肉收缩时产生的力称为肌力。肌力的大小取决于以下几个生理因素：单个肌纤维的收缩力；肌肉中肌纤维的数量与体积；肌肉收缩前的初长度；中枢神经系统的机能状态；肌肉对骨骼发生作用的机械条件。另外，人的肌力的大小还和人的年龄、性别、施力姿势、施力部位、施力方式和施力方向等因素密切相关。只有在这些综合条件下的肌肉出力的能力和限度才是操纵力设计的依据。在直立姿势下臂伸直时，不同角度位置上拉力和推力的分布如图2-24所示，最大拉力产生在180°位置上，最大推力产生在0°位置上。下一页返回上一页2.5人的生物力学特性坐姿时下肢不同位置上的蹬力大小见图2-25，图中的外围曲线就是蹬力的界限，箭头表示用力的方向。最大蹬力一般在膝部弯曲160°时产生[见图2-25（a）]。脚产生的蹬力也与体位有关，蹬力的大小与下肢离开人体中心对称线向外偏转的角度大小有关，下肢向外偏转约10°时的蹬力最大，如图2-25（b）所示。肌肉施力时其收缩和舒张交替改变的施力方式称为动态施力。肌肉施力时其收缩持续保持的施力方式称为静态施力。其判断标准为：肌肉施大力，持续10s以上。设计中应优先采用动态施力方式。应避免操作或维修过程中的静态施力。应防止作业中人体姿势不自然引起的局部肌肉静态施力。作业中的人体姿势和施力方式尽量与产生最大肌力所要求的姿势和施力方式一致，以便用较强壮的肌肉群施力。下一页返回上一页2.5人的生物力学特性2.关节活动范围全身的骨与骨之间都通过关节连接，有的连接是不可以活动的或活动范围很小，称为不动关节；有的连接是可以活动的，称为关节。骨与骨之间除了由关节连接外，还由肌肉和韧带连接在一起。因韧带除了有连接两骨、增加关节的稳固性的作用以外，它还有限制关节运动的作用。因此，关节的活动有一定的限度，超过限度将会造成损伤。人体重要关节的活动范围和身体各部位舒适姿势调节范围见图2-26。下一页返回上一页2.5人的生物力学特性人身体的基本动作都对应关节转动角度的变化，身体的基本动作包括：屈曲一一减少身体两部位间夹角的动作；伸展一一增加身体两部位间夹角的动作；内收一一肢体移向身体中线的动作；外展一一肢体远离身体中线的动作;内转一一下臂由手掌心朝上转至手掌心朝下的动作；外转一一下臂由手掌心朝下转至手掌心朝上的动作；旋转一一以肢体的纵向轴为圆心转动，可分为内侧与外侧旋转；侧偏一一肢体向身体外侧偏移；桡偏一一手掌向桡骨（或大拇指）方向的偏移；尺偏一一手掌向尺骨（或小指）方向的偏移。3.动作速度和频率肢体的运动速度和频率与肌肉的收缩速度和收缩力、阻力大小、动作方向、动作轨迹和动作特点有关。肢体动作速度的大小，在很大程度上取决于肢体肌肉收缩的速度。肌肉的收缩速度的变化是通