第9章-人的信息处理系统 1

1、第九章 人的信息处理系统,第九章 人的信息处理系统,随着科学技术的进步，特别是电子计算机的飞跃发展，人在系统中的作用发生了根本性的转变。系统中的操作人员正在逐步地从直接控制人员转变成监视人员和决策者。生产过程中信息在时间和空间上密集化，对作业者劳动过程产生很大影响，作业者面临着大量的信息加工要求，必须保持注意力高度集中，并具有较高的反应速度和准确性。因此,了解人的信息处理系统构成，掌握信息处理过程和特征不仅对系统设计人员更好的完成系统设计，提高系统效率有重要作用，同时也是脑力负荷研究的基础。,信息: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。 信息量:人机系统中设计

2、时考虑的重要参数。如果信息源输出N个等概率出现的消息，等概率出现的消息之一的信息量H应等于消息数的对数，,为了解释人的认知活动，认知工效学家将人模拟成一个与计算机类似的信息处理系统。人的信息处理系统的基本组成部分如图9-1所示。 ?,第一节 人的信息处理系统模型,一、人的信息处理系统结构,图9-1 人的信息处理系统的结构图,（一）感觉系统：人的信息处理的第一个阶段是感觉。在这一阶段，人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。 根据人的感觉系统，信息可以分为5类： 视觉信息、听觉信息、触觉信息、嗅觉信息、本体觉信息。 （二）中枢信息处理系统：人的认知系统接收从感知系

3、统传入的经过编码后的信息，并将这些信息存入本系统的工作记忆中，同时从长时记忆中提取以前存入的有关信息和加工规律，进行综合分析后做出如何反应的决策，并将决策信息输出到运动系统。 （三）反应（运动）系统：它执行中枢信息系统发出的命令，产生人的信息处理系统的输出。,第一节 人的信息处理系统模型,人在执行简单任务的时候，认知系统的功能是把感知系统输入信息与运动系统合适的输出行为连接起来。然而人类面临的系统任务是困难或复杂的，往往要涉及学习、记忆提取、问题解决等过程，因而认知系统的加工器活动也比其他系统的加工器活动更为复杂。,第三节 中枢（认知）系统的信息加工,认知系统的信息储存有两种方式：一种是为当前

4、信息加工的需要而短时储存信息，一般称为工作记忆；另一种是为以后信息加工的需要而储存信息，即所谓的长时记忆。 （一）工作记忆 1.工作记忆的含义及特点 短时记忆和操作记忆，是感觉记忆和长时记忆的中间阶段。 工作记忆有以下特点： (1)信息保持时间很短。 (2)记忆容量小。 (3)对中断的高度敏感。 (4)短时记忆中的信息可被意识。,第三节 中枢（认知）系统的信息加工,一、中枢（认知）系统的信息储存,（一）工作记忆,第三节 中枢（认知）系统的信息加工,一、中枢（认知）系统的信息储存,2. 工作记忆的编码及影响因素 听觉编码和视觉编码是工作记忆的主要编码方式。研究表明，工作记忆的编码通常是以听觉的声

5、音符号方式进行的，但在工作记忆的最初阶段存在视觉形式编码，之后逐渐向听觉形式过渡。 工作记忆编码效果的影响因素： （1）觉醒水平； （2）工作记忆的组块； （3）认知加工深度。,（一）工作记忆,第三节 中枢（认知）系统的信息加工,一、中枢（认知）系统的信息储存,3. 工作记忆信息的存储和遗忘 （1）复述:工作记忆信息存储的有效方法。 机械复述或保持性复述：将工作记忆中信息不断简单重复 精细复述：将工作记忆中信息进行分析，使之与已有的经验 建立起联系。 （2）遗忘：记忆的内容不能保持或者提取时有困难就是遗忘。工作记忆的容量有限，储存时间也很短。在没有复述的情况下，工作记忆可保持1530s。图9-

6、3为阻止复述后工作记忆遗忘速率。,第三节 中枢（认知）系统的信息加工,图9-3阻止复述后工作记忆遗忘速率,第三节 中枢（认知）系统的信息加工,一、中枢（认知）系统的信息储存,（二）长时记忆 （1）存储时间在一分钟以上、数月、数年乃至终身不忘的信息。 （2）长时记忆的编码就是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。 （3）长时记忆编码的主要影响因素：编码时的意识状态和加工深度 。研究表明，有意编码的效果明显优于自动编码的效果；加工深度不同，记忆效果也是不同的。,（二）长时记忆,第三节 中枢（认知）系统的信息加工,一、中枢（认知）系统的信息储存,（二）长时记忆

7、,第三节 中枢（认知）系统的信息加工,一、中枢（认知）系统的信息储存,长时记忆中信息的遗忘 （1）人的遗忘过程。19世纪末，德国心理学家艾宾浩进行实验研究，得出了人的遗忘发展进程规律艾宾浩斯遗忘曲线,图9-6艾宾浩斯遗忘曲线,（二）长时记忆,第三节 中枢（认知）系统的信息加工,一、中枢（认知）系统的信息储存,（2）遗忘原因：干扰理论 实验表明，干扰理论是解释遗忘原因的重要理论。干扰理论认为，遗忘是因为在学习和回忆之间受到其他刺激的干扰所致。一旦干扰被排除，记忆就能恢复，而记忆痕迹并未发生变化。,1.大脑信息处理能力的界限,第三节 中枢（认知）系统的信息加工,三、影响信息处理的因素,（1）大脑皮

8、质对连续接受的各种信息不可能全部确切地给以处理，其能力具有一定的限度。把从感觉器官得到的信息，在大脑皮质进行判断，决定采取什么样的行动时，人不可能同时处理两种以上的信息。 （2）在处理各种信息过程中，当时间十分充裕时，人们可以正确地进行处理；当信息时间短触信息又错综复杂时，就不能很好地处理，将出现以下各种情况：漏掉了未处理的信息。作了错误的处理。处理延迟。信息内容处理不全。信息处理的质量降低。使用了规定以外的处理方法。放弃处理。,2.内部因素,第三节 中枢（认知）系统的信息加工,三、影响信息处理的因素,（1）人的唤醒水平。唤醒水平指人的总体生理激活程度。它对工作效率有很大影响。在适宜的范围内，

9、唤醒能维持大脑的兴奋性，有利于注意的保持和集中。但是超出此范围过分激活，人将处于十分紧张状态，无法实现有效行为。 （2）工作任务因素。认知加工器的加工周期通常为10次/s左右，每次约70(25170)ms。认知加工器的加工周期变动性较大，不同的加工任务，其加工周期时间可在很大范围内波动。教材表9-5为不同认知系统的加工速度。,2.内部因素,第三节 中枢（认知）系统的信息加工,三、影响信息处理的因素,（3）学习。从学习曲线规律可知，如果反复的练习同种作业，随着练习次数的增加，工作质量和效率都将在一定程度上有所改善。并能减轻人的疲劳。 （4）疲劳。对信息处理过程来说，疲劳将带来与学习相反的效果。在

10、疲劳使信息处理能力降低的状态下，就会发生不能很好地处理刺激的反应模式。 （5）动力。人因具有动机才能对所给的刺激产生一定的行动，这种现象称为动力。人对作业形成动力是人处理信息时的基础条件之一，特别是在重新学习掌握信息处理方法时，动力具有更加重要的作用。,3.外部条件,第三节 中枢（认知）系统的信息加工,三、影响信息处理的因素,处理信息者的知识、技能 作业时间、时机 作业条件 例如，作业环境对作业者的生理和心理有直接和间接影响。在这些因素的影响下，信息的处理能力或者是增大或者是减少。,第四节 人的信息输出,操作者在接收来自系统的信息并对其进行中枢加工以后，便根据加工的结果对系统做出反应。这后一个

11、过程即称为操作者的信息输出。信息输出是对系统进行有效控制并使其正常运转的必要环节。例如，汽车驾驶员为避免撞上前方突然出现的行人而刹住汽车，飞行员将瞄准器对准欲攻击的目标，等等。此类行为都是信息输出的表现。信息输出的实际形式是多种多样的。各类信息输出的质量取决于反应时间、运动时间和准确性等因素。本节主要介绍人的信息输出的形式、反应时间和运动时间。,第四节 人的信息输出,在实际情境中，操作者的信息输出形式多种多样。 1、言语 2、运动（最重要的方式）根据操作活动的形式，人体操作活动可分为以下六种：? （1）定位运动 （2）重复运动 （3）连续运动 （ ）操作运动 （4）序列运动 （5）静态调节运动

12、 上述各种运动形式，经常按一定的关系并行或连续出现，例如，静态调节运动与其他各种运动同时存在；连续运动与操作运动穿插进行，重复运动往往在序列运动中出现等。,一、信息输出形式,第四节 人的信息输出,（一）反应时的概念 外界刺激出现到操作者根据刺激信息完成反应之间的时间间隔称为反应时。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，而是有一个反应过程。,二、反应时与运动速度,第四节 人的信息输出,根据刺激反应情境的不同，可分为简单、选择反应时 （二）简单反应时与选择反应时间 1.简单反应时。呈现的刺激只有一个，被试只在刺激出现时做出特定的反应，这时获得的反应时间称为简单反应时。可利用反应时

13、测定仪进行实验测定。 2.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，要求做出不同的反应，这时获得的反应时称为选择反应时。利用选择反应时测定仪进行实验测试。,二、反应时与运动速度,第四节 人的信息输出,（三）各种感觉通道的反应时 感觉通道不同，反应时不同 同一个感觉通道，刺激部位不同，刺激不同，反应时也不同,二、反应时与运动速度,第四节 人的信息输出,（四）影响简单反应时的因素 1.刺激信号性质的影响： 1)刺激的强度 (图例）。 2)刺激的空间特性 。空间累计效应：强度和面积互相代替 3)刺激的持续时间。时间累计效应 4)刺激的清晰度。应注意信号的

14、清晰与背景环境有关 2.人的机体状态的影响： 1)机体对环境条件的适应状态。 2)精神准备程度。 3)年龄因素。,二、反应时与运动速度,第四节 人的信息输出,二、反应时与运动速度,（五）影响选择反应时的因素 影响选择反应时的因素，除上述讨论的各种因素外，还有如下一些因素有特别重要意义。 (1)刺激物数量 (2)刺激物间差别 (3)作业时间长短 (4)信号间隔与发生频度：0.5s,第四节 人的信息输出,二、反应时与运动速度,（六）降低反应时应注意的问题 (1)合理选择感觉通道 (2)确定刺激信号特点 (3)合理设计显示装置 (4)进行职业选择和适应性训练,第四节 人的信息输出,三、运动时间 （完

15、成反应动作的时间）,1.定位速度 （1）早期进行的研究表明，定位运动时间依赖于运动距离和运动精度两个因素。 （2）关于定位运动时间和运动方向的关系，施密特克(HSchmidtke)对此做了实验研究。 实验结果见教材图9-9 。 （3）定位运动时间与空间介质有关。 （4）定位运动时间还受操作者年龄的影响。 （5）1964年费兹的进一步研究结果表明，定位运动的反应时间和运动时间是相互独立的。,运动时间随距离与方式而改变 （一）运动速度,第四节 人的信息输出,三、运动时间,2.重复运动的速度 许多操作都包含一组效应器(如手指)的重复运动，例如打字、键盘输入、手书写等。各效应器的重复运动速度大小，对诸

16、如打字等操作的速度有明显影响。 （1）手指敲击速度。教材中表9-14列出了被试在15 s内各手指的最大敲击速度。 （2）不同效应器的敲击速度。教材表9-15列出了2545岁被试不同效应器的平均敲击速度。 （3）不同效应器的重复运动速度之间的相关。研究发现，各效应器的重复敲击速度之间存在很高的相关(见教材表9-16)。,第四节 人的信息输出,三、运动时间,1.盲目定位运动的准确度。盲目定位运动主要借助于对运动轨迹的记忆及动觉反馈来完成。费兹对盲目定位运动的准确性进行过研究。如图9-9 所示：,（二）操作运动的准确度,图9-9 盲目定位运动的准确度 a)研究情境 b)研究结果,第四节 人的信息输出,三、运动时间,1.连续运动的准确度。 连续运动是在运动的全过程中要求准确控制的运动，但是，由于手臂的颤动，往往使运动偏离设计的轨迹，从而导致操作运动的准确度下降。试验表明，手臂的前后运动准确度明显低于上下运动和左右运动。 操作运动的速度和准确度之间的关系，可用如图9-10所示的速度、准确度操作特性曲线表示。,（二）操作运动的准确度,第四节 人的信息输出,四、反应时的应用示例,1.对产品和设备的检查作业，可以采用物理的或化学的测定方法，但是目前还特别重视感官检查。 2.在工业及其他许多领域，大量存在着需要集中注意力监视信号的作业。如监视雷达上的飞机踪迹，发现机器上的异常