人的心理认知特征

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1、人机工程学,航空学院 栾义春 2012年10月19日,篇章总汇,总论 第1章 人机工程学概论应用篇 第5章 人机系统 第6章 工作研究（肌肉骨骼失调及预防） 第7章 作业空间设计 第8章 人与环境的界面设计,基础篇 第2章 人体生理特征 第3章 人体测量与数据应用 第4章 人的心理认知特征扩展篇 第9章 人因安全 第10章 可用性 第11章 脑力负荷,第4章 人的心理认知特征,4.1认知心理学概述 4.2信息加工模型 4.3记忆和学习 4.4思维、推理与决策 4.5注意和持续警觉 4.6群体认知心理,4.1认知心理学概述,第4章 人的心理认知特征,认知心理学（Cognitive Psychol

2、ogy）是以信息加工为核心的心理学，是研究人与外界交互以及人认知外界的科学。 进入20世纪以后，尤其是在二战期间，随着人因工程的迅速成长，认知心理学有了更快的发展和更广阔的应用。随着信息论的问世，人们开始用信息加工过程来研究和解释人的心理过程和复杂行为，这便是现代认知心理学。 对人的认知行为的研究、测量、分析和建模等也称为认知人机工程学。了解并遵循认知心理学的原理是进行人机界面设计的基础。,第4章 人的心理认知特征,认知心理学研究内容 知觉与信息处理过程 记忆和学习 思维与决策 注意和持续警觉 群体心理与群体认知,第4章 人的心理认知特征,认知心理学常用研究方法 任务绩效度量法 问卷法 心理生

3、理指标法 投射法,第4章 人的心理认知特征,任务绩效度量法 通过度量人在执行各种认知任务时的绩效来研究人的认知能力和特点。主要研究参数包括：人在执行任务的反应时、正确率以及在一些特定任务中的绩效度量。 任务绩效度量法的优点 发展历史悠久，方法成熟完备。 指标测量简便，数据精确，易于处理，结果清晰。 客观指标，可以避免一些主观或者不可控因素带来的对结果的争议；同时它们也能在很大程度上代表人的认知能力。 很多比较复杂的认知任务，可以对其进行分解和简化，最终转化为可用反应时与正确率来度量的指标体系。,问卷法 使用方便，对仪器、度量条件、场所等没有特殊要求。 可以大量发放以进行调查。 对被试无特殊要求

4、、无伤害等。 问卷的设计要考虑信度、效度、被试的接受程度等诸多因素，对研究者的经验和能力要求很高。 问卷发放、回收的有效性易受干扰。,第4章 人的心理认知特征,第4章 人的心理认知特征,心理生理指标法 采用人体生理指标的变化来反映心理认知的过程和努力。 近30年以来随着计算机技术的飞速发展和各种新型精密仪器的引入，心理生理指标法在认知心理学领域取得了巨大成就。 常用的生理指标包括：心率及心率变异性、血压、眨眼率、瞳孔大小。 脑事件相关电位、功能性核磁共振成像和正电子断层显像技术是近年兴起的新技术，可以更为深入地用于研究人在各种认知过程中的脑机制 。,第4章 人的心理认知特征,心理生理指标法研究

5、的结论 心率会随着人的认知过程而变化，但是其敏感度不是很高。 心率变异性对认知过程较为敏感。 血压变化对认知过程不敏感。 人在执行较高强度的认知任务时，眨眼频率会明显降低。 瞳孔会随着人的兴趣和认知难度的增加而变大。 脑事件相关电位对脑力认知任务很敏感。 从脑成像技术获得的结果来看，人的不同大脑皮层脑区域对应不同的认知任务，可认为是不同的任务模块。,第4章 人的心理认知特征,投射法及其特点 投射法（Projective Technique）是一种极为特殊的心理学研究方法，主要结合人格来研究人的某些特定认知活动。其特点是以间接的方式揭示人们无意识的心理活动，如：欲望、隐性的心理倾向和思维过程等。

6、有一些心理活动是被试自己都无法意识到的，而分析者则可能通过投射技术分析出来。 投射法的主要缺陷是效度很低，在统计学上难以找到强大的支持；不同心理专家对测验结果进行分析得到的结论也缺乏客观性和信度。 投射法主要包括： 罗夏墨迹测验 填句测验 自由联想测验 画人测验,第4章 人的心理认知特征,4.2信息加工模型 信息加工模型概述 人的信息输入 人的信息处理 人的信息输出,第4章 人的心理认知特征,信息加工模型概述 信息及其度量 信息分类 信息加工模型,第4章 人的心理认知特征,信息及其计量 信息：客观世界的所有事物通过物质载体所发出的一切传递与交换的知识内容。信息论中信息定义为“不确定性的减少。”

7、 信息定量化的意义：为比较操作者不同任务工作绩效提供有效方法。 只要事件具有某种不确定性，便包含一定信息量。信息量在某种程度上依赖于当时情况下可能发生事件的数目，假如某一事件在发生之前是可完全可以预料的话，则几乎不含任何信息量；假如同样的刺激在每次实验中均出现，传递的信息量为零。若两个事件出现的概率相同，其中一个事件发生时传递的信息量可用以2为底的对数表示，单位是比特。 两个事件 比特 四个事件 比特,第4章 人的心理认知特征,信息可以严格定量，bit（位）为最小单位，byte（字节）为基本单位。 1bit信息量的定义是：在两个均等的可能事件中需要区别的信息量。 信息论对句子、刺激、事件所传递

8、的信息数量进行了量化。这种量化受以下三个因素的影响： 1、可能发生的事件数目，用N表示； 2、这些事件的概率； 3、事件的顺序限制或事件发生时的背景。,第4章 人的心理认知特征,1、事件数目 传送信息的事件发生之前，人们对于事情某些方面的不确定性具有一定的知识。事件发生后，这种不确定性通常会变小。减少的不确定性的数量是那些为减少不确定性而提出的正误问题数目的最小平均数。 通常，当事件可能性相等时，以比特为单位的事件传递的信息量Hs可用以下公式表示：,注：信息论的基点是最佳绩效，即要求提的问题最少，在最短事件内解决问题。,第4章 人的心理认知特征,2、概率 稀有事件传递的信息量相对较多。事件i所

9、传递信息量：为事件i发生的概率。 随着时间出现的一系列不同概率的事件的平均信息量的度量,第4章 人的心理认知特征,若n=2，两种信息用二进制编码“0”、“1”表示，若出现“0”的概率是P，出现“1”的概率是1-P，则该信息量可由下式计算：当P=1/2时，则 若信号源S中有n个相互独立的不同信号，某个信号i出现的概率为Pi,且Pi之和为1，则所有信号的平均信息量为：当Pi=1/n时,H达到最大,第4章 人的心理认知特征,3、顺序限制和背景 概率反映将要发生事件在长时间内的频次或稳定状态的期望。顺序限值和背景反映了短时间内的顺序或瞬间期望的影响。用绝对频次来测量，某一事件发生几乎不可能。但在特殊背

10、景下，对它的期望会相当高，故该事件在这种背景下出现的信息量几乎为零。 比如“qu”，撒哈拉沙漠下雨 在特定背景下，某事件提供的信息量的计算，事件的绝对概率Pi应为条件概率Pi|x（特定背景x下事件i发生的概率）所代替。,第4章 人的心理认知特征,冗余度 如果全部可能事件是等概率的，事件数目N规定了信息量的上限，其他情况如事件概率不等、增加顺序限制都会减少信息量。冗余度指信息量有丢失的可能。用下式计算：冗余度是在考虑以上三个变量后得到的平均信息量；N个等概率事件可能传递的最大信息量。,第4章 人的心理认知特征,信息分类 根据人的感觉系统分为： 视觉信息 听觉信息 触觉信息 嗅觉信息 本体觉信息,

11、根据信息的表现方式，可以分为： 状态信息 警告与告知信息 展示性信息 数字、符号的简易信息 时间脉冲信息,第4章 人的心理认知特征,人的信息加工模型,图 人的信息处理系统,规划与调度,Rasmussen的技能-规则-知识模型,第4章 人的心理认知特征,第4章 人的心理认知特征,工作记忆,Wickens的信息加工阶段模型 Human information process stage model,第4章 人的心理认知特征,图中的各模块的机能 感觉储存：又称为感觉登记、感觉记忆或瞬时记忆，是外界输入刺激后人对信息进行加工的第一个模块。它储存输入感觉器官的刺激信息，保持极短时间记忆。瞬时记忆的容量较

12、大，一般为9-20bit。外界信息输入感官后，只有受到格外注意的信息才能转换成一种较持久的形式而得到保持，否则，信息就会迅速消失。 知觉过程的信息加工：可分为“自下而上”和“自上而下”两种方式。“自下而上”的信息加工是由输入的信息（即刺激物的作用）所引起的加工，它主要依赖刺激物自身的性质和特性。“自上而下”的加工是从知识经验开始的加工，当外界刺激输入后，在注意的参与下进行编码，头脑中已储存的与刚输入的信息有关的知识经验，甚至有组织的结构图式被激活，其中适合于图式的信息被加工，而不适合于图式的信息则被忽略。“自下而上”和“自上而下”是大脑统一加工信息过程中的两种方式，互相联系、互相补充。,第4章

13、 人的心理认知特征,记忆和决策：作为人的信息加工过程的两个模块来看待。某个知觉对象一旦被知觉归类确定，个体将经选择决定对它做出某种行动。在有些情况下，人也可能对当前出现的刺激暂不做出反应，而是决定把这些刺激的信息或者存入短时记忆，暂时保持不超过1min的时间，或者存入长时记忆，永久储存起来，到需要时，再根据预定的检索计划和方法，由长期记忆中检索出信息输送到短时记忆，进行选择执行。在实际决策中，往往包含多种可能的行动方案。 反应执行：信息经上述加工后，如果人决定对外界刺激采取某种反应活动，这个决策将以指令形式输送到效应器官，支配效应器官做出相应的动作。效应器官是反应活动的执行机构（如手指），反应

14、执行就是信息输出的过程。,第4章 人的心理认知特征,反馈：实质上是被动系统对主动系统的反作用。将效应器官做出相应动作的结果作为一种新的刺激，反向传递给输入端，即构成反馈回路。人借助于反馈信息，加强或者抑制信息的再输入，从而更为有效地调节效应器官的活动。 注意资源：在人类信息加工模型中，注意作为一种重要的心理努力贯穿信息加工的全过程。注意的重要功能在于对外界大量信息进行过滤、筛选，即选择并跟踪需要的信息，避开和抑制无关的信息，使需要的信息在大脑中得到精细的加工。注意在一定条件下，还可以在同一时间内分配给两种或几种活动，如汽车司机在开车的过程中，既要注意周围的动态，又要注意掌握驾驶等。在现代复杂的

15、科学技术和生产活动中，只有具备较高的注意分配能力，才能提高工作效率，防止出现差错和发生事故。,第4章 人的心理认知特征,人的信息输入 信息输入，亦即信息的接收，是信息加工的第一阶段，各种感受器是接收信息的专门装置。 在信息输入过程中，信息首先需要经过感受器识别。狭义地讲，人的信息输入过程就是信号识别的过程。 人的感受器有视、听、触、味和嗅觉等多种。其中人类依靠视觉获得的信息占据所获得信息总量的80以上，听觉信息占信息总量的约10，视觉和听觉输入是外界信息输入人脑最主要的两种方式。,第4章 人的心理认知特征,视觉信息的识别和输入 对视觉信息识别和输入的整个过程目前还不是很清楚，现有的主要理论有模

16、式匹配理论、原型匹配理论和泛魔识别模型。 模式匹配理论认为需识别的视觉信息，必须与人脑长时记忆中已有的、完全一致的模式进行匹配。 原型匹配理论是模式匹配理论的发展，主张人在长时记忆中存储的是把从各类图像中抽象出来的相似性，以之为原型，拿它来检验所要识别的图像。 泛魔识别模型是从特征分析的角度来解释视觉信息的识别。该理论把视觉信息的识别过程分为不同的层次，每一层次都有承担不同职责的特征分析机制，被非常形象地称为魔鬼（Demon）。它们依次进行工作，最终完成对视觉信息的识别。,第4章 人的心理认知特征,听觉信息的识别和输入 听觉系统类似视觉系统，利用以前的经验来识别和接收听觉信息。 在接收听觉信息的过程中，听觉系统把声音输入分成三类：噪声和可以忽略的不重要的听觉信息；被赋予意义的非语言听觉信息（如鸟的叫声）；以及用来组成语言的有意义的听觉信息。 对人类来说，听觉信息输入的最重要方面是语言。 “材料驱动”和“概念驱动”是言语感知和理解中相辅相成的两个过程。 材料驱动指的是对言语材料在感知水平上进行的加工过程，它是由下而上（从最低的感觉材料开始）的分析过程。 概念驱动是在理解水平上进行的加工过程，它是由上而下（从最高的结构概念开始）的分析过程。,