TITLE: 人類工效學-第五章 人的資訊處理系統 AUTHOR: QUENCY DATE: 07/09/2013 10:16:20 PM CATEGORY: 人因工程設計 STATUS: publish ---- BODY:
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第五章 人的資訊處理系統
隨著科學技術特別是電子技術的飛躍發展, 從事腦力勞動或准腦力勞動的人已越來越多. 提高這些人的勞動效率, 已具有越來越重要的地位. 為了提高從事腦力勞動的工作效率, 我們應當對人的資訊處理系統的特性有一個瞭解.
第一節 人的資訊處理系統模型
一. 唐德斯的減法模型和斯特伯格的加法模型
一個多世紀以前, 心理學家唐德斯發現人的選擇反應時間大於簡單反應時間. 他因此提議通過用選擇反應時間減去簡單反應時間就可能得到人的資訊處理過程作出一個選擇的時間. 同樣的, 用這種方法也可以算出人的資訊處理過程中其他階段的時間. 這就是唐德斯的減法模型, 他是建立一種最古老的心理學的假定之上的: 人的資訊處理系統包括幾個連續的, 具有相對獨立功能的階段. 唐德斯的模型很簡明, 直觀, 但是除了對簡單反應到選擇反應這一情形外, 把這個模型用到更複雜的資訊處理過程很少能獲得成功.
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┃ 感 覺 ┠───────────┨ 反應 ┃ 簡單反應時間
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┃ 感 覺 ┠──┨ 選 擇 ┠──┨ 反 應 ┃ 選擇反應時間
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圖5-1. 唐德斯的減法模型
二. 威爾福德的單通道模型
單通道模型假定人在某一時刻只能做一件事. 嚴格的單通道模型是由威爾福德根據心理不應期試驗的結果提出的. 在心理不應期試驗中, 在一定的時間內連續地向被試者顯示兩個刺激信號. 通過試驗發現當兩個刺激信號的時間間隔非常短時, 被試者對第二個信號的反應比對第一個信號的反應要長, 就像是人對第一個信號做出反應之後才來處理第二個信號.
威爾福特認為被試者對第二個信號的反應時間可以用下面的公式來預測:
RT2=RT1+DT2-ISI
式中ISI是兩個刺激信號之間的時間間隔, DT2是處理第二個刺激需要的時間, RT1和RT2是分別是被試者對第一個和第二個刺激信號的實際反應時間.
但是, 在試驗中被試者對第二個刺激信號的反應時間大於上式預測的結果. 威爾福特解釋道這是因為在第一個反應作出之後, 被試者需要一點時間來檢查第一個反應是否作對了, 即在被試者作出反應之後有一個回饋階段, 只有當回饋階段也完成之後, 被試者才開始處理第二個信號. 換句話說, 試驗中的時間值大些是因為中間包括一個上面模型沒有考慮的回饋時間.
當兩個刺激信號之間的時間間隔非常短, 即小於100微秒時, 被試者對第二個刺激信號的反應就一點也沒有被耽擱, 有時對第二個刺激信號的反應在第一個刺激信號的反應之前發生. 威爾福特解釋道這是由於組合效用的存在, 即被試者把兩個刺激信號當作一組, 因此對兩個信號作出了不分先後的反應.
威爾福特單通道模型的核心內容是當人的資訊處理系統已經開始處理某一信號之後, 後來的資訊就不能夠進入這個系統直到前一個信號被處理完了以後. 威爾福特模型的理論基礎是心理不應期. 但是作為一個關於人的資訊處理系統的基本模型, 威爾福特的模型太絕對了. 許多研究結果推翻了關於後來的資訊不能進入人的資訊處理系統這一假定. 例如, 卡林等人發現第二個刺激信號的困難程度影響被試者對第一個刺激的反應時間, 這表明第二個刺激信號在第一個信號被處理之前已經進入了人的資訊處理系統.
三. 布若苯特的過濾模型
一九五八年, 英國著名心理學家布若苯特在他的<<感覺與交流>>一書中, 根據他自己的雙耳聽力試驗的結果提出了一個關於人的資訊處理系統的理論, 這個理論被稱為過濾理論模型. 見下圖. 布若苯特認為在人的資訊處理系統中, 在資訊到達人的工作記憶之前, 它們是被平行處理的, 即人可以同時處理一個以上的資訊,但是在通過了工作記憶之後, 人在某一時刻就只能處理一個資訊. 為此人就要對資訊進行選擇, 以決定哪個資訊被繼續處理. 資訊的選擇主要是根據資訊的物理特性, 如聲音的音調, 頻率, 位置等, 這種選擇就像是一個過濾用的篩子一樣, 所以這種理論被稱為過濾模型. 沒有被選上的資訊被暫時貯存在短期記憶裡, 若短期內得不到處理,就很快被人忘記.
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────┃ 感 ┠────┃ 过 ┃ ┃ ┃
────┃ ┃────┃ ┃ ┃ ┃
────┃ ┠────┃ 濾 ┃━━━━┃ 資訊處理中心 ┃
────┃ 觉 ┠────┃ ┃ ┃ ┃
┃ ┃ ┃ 器 ┃ ┃ ┃
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圖5-2. 布若苯特的過濾模型
布若苯特的過濾模型對研究人的資訊處理系統起過很大的推動作用. 但是後來的研究也發現了它的一些問題. 例如莫瑞在他的雙耳聽力試驗中發現. 讓被試者專心聽某一個耳朵的資訊, 如果另一隻耳朵裡的講話中提到他的名字, 哪麼他知道. 在另一項試驗中, 切斯曼發現如果沒有被注意到的耳朵裡的資訊在語義上與集中注意力的耳朵裡的資訊相關, 人們可以注意到這個耳朵裡的內容. 這些研究證明,在人的資訊系統中, 資訊通過了篩檢程式. 這些研究迫使布若苯特修改他自己的模型, 認為這沒有被注意到的資訊只是減弱了, 而不是完全地被擋住了. 也有些學者建議選擇發生在反應之前, 而不是在中樞處理之前.
雖然布若苯特的模型主要是根據雙耳聽力試驗的結果而提出的, 它也適用于其他的人的資訊處理方面的工作. 布若苯特的模型被認為是一種單通道的模型因為它假定人的資訊處理的中樞部分是單通道的. 但是布若苯特的過濾模型比威爾福德的模型適應性要廣泛的多, 實際上可以認為威爾福德的模型是布若苯特模型的一個特例.
四. 克尼曼的單資源模型
克尼曼認為人的資訊處理系統比過濾模型所假定的要靈活的多, 因此他提出了一個單資源模型作為過濾模型的一個補充. 單資源模型假定人的資訊處理系統的能力是一種資源, 有一定的限度的. 在這個限度之內, 人可以相當自由地分配自己的注意力,也可以同時幹一件以上的事情. 不同的腦力活動要求不同程度的注意力. 一個容易做的工作只佔用很少的注意力, 一個更困難的工作佔用更多的注意力.當注意力不能滿足工作的需要時, 人的行為的結果就受到影響或根本無法完成. 根據這個模型, 當人未完成某一任務時, 或者是由於這個任務超過了人的能力, 或者是人的注意力被集中到其他的事情上了.
五. 維肯斯的多資源模型
克尼曼的單資源模型對於解釋在資訊處理過程中由於瓶頸位置沒有確定而造成的矛盾有一定的説明, 它也能用來解釋一些試驗結果. 但是也有許多試驗結果表明, 有些工作與某些工作相衝突而不與另外一些工作相衝突, 或衝突很小. 例如,腦力計算任務與跟蹤任務的衝突就較小, 而與反應時間任務衝突就較嚴重. 而反過來, 反應時間任務與跟蹤任務和腦力計算任務的衝突都較嚴重. 這些結果就無法用單資源理論來解釋, 反過來說明有更多的資源的存在.
因此, 美國學者維肯斯根據雙重任務試驗的結果提出了多資源模型. 維肯斯認為人的資訊處理系統是一個多資源的系統. 這些資源可以按兩兩對應的關係分為三組. 第一組是階段資源, 對應于早期階段(如感覺)和晚期階段(如反應), 第二組為兩個通道資源, 對應于視覺和聽覺資源, 第三組是過程編譯資源, 對應于圖像和文字資源. 多資源理論認為, 人有多個不同的資源, 而不是一個中心的資源, 每一種資源有它自己的一些特性. 當不同的工作用到不同的資源時, 它們之間的干擾就小些, 如果它們所需要的資源相同或相近, 它們之間的干擾就大些. 例如, 同時聽兩個人說話, 就比一邊看, 一邊聽要吃力些.
從維肯斯多資源理論提出以來, 在人類工效學領域受到了廣泛的認同和支援. 最初多資源理論是用來解釋雙項任務中人的行為之間的干擾問題的, 現在已經被認為是人的資訊處理系統的一個基本模型. 但是, 模型中仍有些比較含糊的地方.例如, 一共有多少資源? 每一種資源的能量有多大? 各種資源之間有什麼關係?維肯斯曾試圖建立一個多資源之間的結構圖, 但沒有成功. 維肯斯模型的主要問題似乎不在理論方面, 而是在應用方面. 當前, 維肯斯正在試圖用一個干擾矩陣來把這個模型定量化, 但初步試驗結果的結論仍不太明顯.
六. 控制與自動過程
斯克雷德和雪佛瑞根據他們自己所做的一系列的斯特伯格試驗的結果提出人的資訊處理系統中有兩種基本的處理過程, 一種是控制過程, 一種是自動過程. 自動過程是一種快速的, 平等的資訊處理過程, 不受人的工作記憶能力的限制, 只需要人的很少的或根本不需要人的直接控制. 這種資訊處理過程需要大量的訓練才能獲得. 相反, 控制過程則是一種較慢的資訊處理過程, 受人的工作記憶能力的限制, 它需要人的大量的, 直接的控制行為, 因而施加給人的腦力負荷較重.
自動過程形成的一個主要先決條件是在刺激信號和反應之間有一個固定不變的對應關係. 如果某一刺激總是對應于某一反應, 那麼經過大量的訓練, 人的資訊處理系統就會產生一個程度很高的平行處理過程. 相反, 如果刺激信號與反應之間的關係在不斷地變化, 那麼這種平等處理過程就很難建立. 在自動處理過程中, 有一條繞開人的中樞處理系統, 把感覺與反應直接聯起來的通道.
自動過程是一個重要的概念, 它可以用來解釋日常生活中許多同時進行的活動, 如走路, 說話, 讀書, 開車等. 斯克協德和雪佛瑞認為, 他們的自動和控制過程可以解釋許多雙項任務時的試驗結果.
七. 人的資訊處理系統的基本結構
以上我們介紹了幾個關於人的資訊處理系統的基本模型, 從這些模型中我們對人的資訊處理系統有一個初步的瞭解, 我們把這些模型中的主要觀點綜合起來,可以得到以下關于人的資訊處理系統的基本組成部分的結構圖, 如圖5-3所示. 圖中的每一個方框分別代表資訊處理的各個階段, 箭頭表示資訊流通方向. 下面先對圖中的各個元素給一個簡單的說明:
人的資訊處理的第一個階段感覺. 在這一階段, 人通過各種感覺器官接受外界的資訊, 然後把這些資訊傳遞給中樞資訊處理系統. 感覺內部有存貯器, 以便在中樞資訊處理系統未接受感覺資訊之前, 把這些資訊先暫時存貯一段時間, 通常在1-2秒鐘之內, 若在這段時間內, 資訊還無法進行中樞資訊處理系統, 則資訊就在這裡消失掉. 在感覺之後是人的中樞資訊處理系統, 也被稱作認知系統, 或決策系統, 在這裡, 人對獲得的資訊進行編譯, 整理, 選擇, 決定採取什麼, 這期間, 要不斷地與人的記憶發生聯繫, 從記憶中取決相關的資訊, 把有用的資訊貯存到大腦中. 在中樞資訊處理系統之後, 是人的反應系統, 它執行中樞資訊系統發出的命令, 產生人的資訊處理系統的輸出. 在資訊經過感覺, 決策, 反應的三個階段時, 幾乎都離不開注意. 人的注意資源量是有限的, 假如有些階段的資訊處理佔用了較多的資訊資源, 那麼其他階段能分配到的就比較少, 它們處理資訊的效率就會因此而降低. 人的注意能力可以隨著努力程度的提高而有一定的提高, 通過學習和訓練,資訊處理過程對注意的要求也可以降低. 例如我們能夠一邊走路一邊聊天, 這兩種活動之所以能順利進行, 就是因為我們對走路已經相當熟練, 只要給予少量注意資源就可以了.
第二節 感覺
人通過自己的感覺器官獲得關於周圍環境的各種資訊, 因此感覺是人的資訊處理系統的輸入子系統. 感覺器官中的感受器是接受刺激的專門裝置. 在刺激物的作用下, 感受器的神經末梢發生興奮, 興奮沿神經通道傳送到大腦皮層感覺區產生感覺. 一般來說, 一種感覺器只對某種形式的刺激特別敏感, 這種刺激就叫該種感覺器的適宜刺激. 除適宜刺激外, 感覺器對其他刺激不敏感或根本不反應. 例如可見光是眼的適宜刺激, 一定頻率範圍的聲波是耳的適宜刺激. 電或機械刺激雖然也能在眼內引起感覺, 但需要較大能量, 而且這種感覺是相當粗糙的.
人的感覺有視覺, 聽覺, 膚覺, 嗅覺, 味覺, 動覺等多種, 其中視覺和聽覺是資訊輸入的主要感覺通道. 每種感覺通道都有其特殊的功能和作用, 但也都有其局限性. 這種局限性可能直接影響資訊輸入, 進而可能影響更高水準的資訊處理. 例如, 眼睛視網膜中視錐細胞和視杆細胞這兩類感受器的感光特性限制了資訊顯示中顏色編碼的使用範圍.
感覺器官可接受外界刺激的範圍被稱為感覺閾限, 感覺閾限有絕對閾限和相對閾限兩個概念.
外界刺激必須達到一定強度才能引起人的感覺. 剛剛能引起感覺的最小刺激量, 叫絕對感覺閾限的下限. 強度比這個值低的刺激不能引起人的感覺. 感覺器官不僅有下限, 而且還有上限. 能產生正常感覺的最大刺激量, 叫絕對感覺閾限的上限. 作用於感覺器官的刺激強度若超過這個上限, 就會引起痛覺, 嚴重時甚至於造成感覺器官的損傷.
人借助于感覺器官不僅能夠確定刺激的有無, 而且能覺察刺激的變化或差別. 剛剛能引起差別感覺的刺激之間的最小差別量, 叫差別感覺閾限, 也叫最小可覺差. 每一種感覺器官的差別感覺閾限不是一個絕對數值, 它隨 最初的刺激強度而變化, 並且兩者之比是一個常數. 這一關係被稱為韋伯定律, 可用下式表示:
△I/I=K
式中I是初始刺激強度, △I為引起差別感覺的刺激強度的增量, K為常數. 韋伯定律只適用于中等強度的刺激, 而不適用於極弱或極強的刺激. 下表給出了人的感覺系統對幾種刺激物的韋伯分數, 括弧中的資料為最初刺激的強度. 從表中我們可以看出, 對於不同的刺激, 韋伯分數是不同的, 也就是相對敏感程度不同.
表5-1. 最優條件下各種感覺的韋伯比例
感覺 韋伯比例
音高(2000赫) 0.0003
重壓(400克) 0.013
明度(1000光量子) 0.016
舉重(300克) 0.019
響度(1000赫, 100分貝) 0.088
橡皮氣味(200嗅單位) 0.104
皮膚壓覺(5克/毫米) 0.136
鹹味(3克分子/公升) 0.200
感覺的第二個階段是把感受到的外界刺激與貯存有大腦中的資訊進行比較, 也即是對外界刺激進行編碼, 使它成為人的資訊中心能夠識別的形式. 心理學把這一階段的感覺叫知覺. 例如, 當有人的眼睛看見了字母"A"之後, 把它與大腦中貯存的"A"對應起來. 對外界刺激的編碼仍然是按感覺通道進行的, 在編碼完成之後, 各感覺器官的特徵就消失了. 例如, 在經過的編碼階段之後, "A"是以什麼方式書寫的, 或是以什麼聲音說出的就沒有差別了, 當然, 在編碼的過程中, 這些差別是重要的, 它影響人的編碼速度和準確性.
第三節 中樞資訊處理
在對資訊進行了內部編碼之後, 資訊就進入了人的資訊處理的下一階段, 中樞資訊處理階段, 也叫決策階段, 在這裡, 人要對即時收到的資訊和記憶中保存的資訊進行分析, 綜合, 作出決斷. 決策是人的資訊處理過程中最複雜, 最富有創造性的工作, 也是人的資訊處理系統的瓶頸. 正是它極大地限度了人的資訊處理能力.我們平常所談到的"想", "思維", "思考"都發生在這裡. 一般認為, 人的中樞資訊處理系統是單通道的, 即人在這個階段, 在某一時刻只能做一件事.
決策是人為了達到一定目標選擇行動方案的過程. 根據決策理論我們知道, 在進行決策時, 我們首先要確定目標, 找出可達到這個目標的各種方案, 比較各種方案的優缺點, 然後選出一個最優的(或滿意的)方案. 我們都知道在人進行決策時, 受到了決策者的感情, 性格, 價值觀等許多主觀因素的影響. 在這裡, 我們來談談人的資訊處理能力對人的決策能力的限制.
(1) 人的計算能力是十分有限的, 例如很少有人能在不用筆的情況下可以準確地算出3456*3456等於多少. 超出人的能力範圍在沒有其他説明的情況下就需要進行猜測. 由於在許多情況下不得不依賴于人的猜測, 為此一些學者對人的猜測能力進行了研究.
試驗結果表明, 人對平均值的估計是比較准的, 但對均方差的估計誤差非常大. 人在用外推法進行預測時, 其值一般偏小. 人在估計各種事件的概率時, 儘量避免給極端值. 總的來講, 人的估計是偏保守的.
(2) 工作記憶的限制. 在人進行決策的過程中, 有大量的資訊需要臨時貯存起來, 它們只能被存放在工作記憶, 也被稱為短期記憶裡, 人的短期記憶的能力是非常有限的, 這就造成大量的資訊的丟失, 也影響人的決策.
(3) 長期記憶的限制. 在進行決策的過程中, 人需要從長期記憶中取出必要的資訊. 雖然人的長期記憶的容量是無限的, 但這並不能保證人的記憶中已經有決策需要的一切資訊. 例如在解決某一問題時, 解的空間的大小對結果有十分重大的影響, 如果人根本就不知道某一方法的存在, 他顯然是不會用這種方法解決問題的.
(4) 速度很慢. 心理學試驗表明, 人的大腦進行一個單位的運算, 大約需要0.1秒. 這個速度顯然是非常慢的. 在時間壓力比較緊迫的情況下, 大腦只能通過"偷工減料"來完成任務, 這也影響人的決策效果.
正是因為人的決策系統有這麼多局限性, 所以我們提倡電腦輔助決策. 電腦的發展, 為人提供了一個有力的決策工具, 但最好的電腦也不能完全替代人的決策. 在人機系統中, 人是系統的決策者, 人的決策水準對確保系統安全而有效地工作具有重大的作用. 要想提高系統的決策水準, 一方面要根據系統的要求, 通過選拔和訓練提高操作人員的素質, 培養他們的決策能力, 另一方面, 應在系統的設計上充分考慮人的決策行為的特點和決策能力的局限性, 要為操作人員提供決策所必需的條件和決策輔助工具.
第四節 反應
在決策做出之後, 人的資訊處理的下一個階段是反應, 也就是人的資訊處理系統的輸出. 人的主要的資訊執行器官有手, 腳, 口等.
一般認為, 人的反應是多管道的, 即同時可以做一件以上的反應. 如我們可以邊走路邊說話. 但是如果反應需要中樞處理系統進行回饋控制, 則反應就變成單通道了, 這主要是受中樞資訊處理系統的限制.
一. 跟蹤
在我們的日常工作中一種常見的執行活動是跟蹤. 跟蹤是指人在系統控制中為達到預定的目的, 不斷調節自己的控制反應, 使系統輸出輸入相匹配, 或將它們之間的誤差減到最小的過程. 例如, 司機駕駛汽車, 飛行員駕駛飛機, 射擊手用槍瞄準運動靶子, 都屬於跟蹤. 跟蹤是一種連續性的控制活動, 它往往需要高度的心理運動能力. 下面簡單地介紹一下有關跟蹤的一些基本概念和影響跟蹤效績的某些因素.
根據顯示方法的不同, 跟蹤可分為尾隨跟蹤和補償跟蹤兩種. 尾隨跟蹤採用尾隨顯示, 在顯示幕上, 靶子和受控元素都移動, 它們表明了自己的位置和彼此的關係. 因此, 操作者能直接看到指令輸入 與系統輸出的實際狀態, 也可以看到它們的誤差. 操作者的作用就是操縱控制器使輸出 與輸入一致. 補償跟蹤採用補償顯示, 靶子與受控元素中有一個是固定的, 另一個作相對移動, 一般是固定靶子, 作為參照物, 它們之間的差異代表誤差. 因此, 操作者只能看到系統輸出與指令輸入的差異, 他的作用就是操縱控制器消除誤差, 或是將誤差減至最小. 在汽車駕駛上, 司機能從前窗直接觀察到行駛路線和汽車的實際位置, 因此屬於尾隨跟蹤.
尾隨跟蹤與補償跟蹤哪一種更好呢: 比較研究表明尾隨跟蹤優於補償跟蹤, 這是因為: 第一補償顯示只提供誤差資訊, 操作者不能辨別這些誤差是由於指令輸入還是外界干擾輸入產生的. 尾隨顯示可以區分誤差原因, 操作者可通過觀察靶子與受控元素在空間的實際位置, 運動路線和速度等, 預測將來的情況, 作出最佳的運動計畫. 一般在輸出複雜和高速運動時, 尾隨顯示更有用. 第二是尾隨顯示的運動相容性. 在跟蹤作業中, 如果指令輸入突然移到受控元素的左側時, 對於尾隨顯示要求作向左的矯正運動, 而對於補償顯示則相反, 即向左運動的指令輸入將顯示向右的誤差, 這樣就出現刺激向右和反應向左的不相容關係. 補償顯示雖然有以上缺點, 但它也有很大的實用價值, 它與尾隨顯示相比, 不需要呈現靶子與受控元素的可能資料或位置的總範圍, 可以節省顯示空間. 特別當誤差只有一個來源, 例如飛機飛向固定跑道, 由於跑道不移動, 因此誤差只能來自干擾輸入, 在這樣的情況下, 用補償顯示提供資訊就能減少模糊性, 滑翔斜率指示器就採用補償顯示.
在跟蹤任務中, 機械裝置的特性對人的跟蹤的結果的好壞影響很大. 這些特性是: 系統增益, 即系統輸出與輸入的振幅比率; 系統滯後, 和系統的控制階. 控制階指操作者直接控制的系統變數與最終所要控制的系統變數之間的導數關係. 人的跟蹤結果是隨著控制階的增加, 時間滯後的增加而下降, 而腦力負荷則隨之而提高.
2. 人的反應時間---希克-海曼定律
在選擇反應試驗中, 希克發現反應時間與可供選擇的反應的數目和它發生的概率有關, 可供選擇的反應的數目越多, 人的反應就越慢, 某一反應發生的概率越低, 當它發生後人的反應也就越慢. 而反應的選擇數目和概率可以用資訊理論來測量, 這樣就可以建立起反應時間與資訊量之間的關係. 希克發現反應時間與反應中所包含的資訊量有下列關係:
RT=K*I
式中, RT是反應時間, I是反應中所傳遞的資訊量, K是一個常數, 約為0.15, 可以用來評估人的能力.
幾乎與希克同時, 海曼提出了一個相似的公式:
RT=A+K*LOG(N)
這時A是一個參數, 這個參數反映人的感覺和運動反應時間, 大量實驗結果表明這個參數值在0.1-0.2秒之間, N是可供選擇的反應的數目, RT和K與希克公式中的意義相同, 按海曼公式, K約為0.1秒.
海曼模型的一個優點是他把反應時間分成了兩部分. 一部分取決於中樞資訊處理, 另一部分涉及到自動的反應時間. 希克模型的優點是它採用了資訊理論, 也可以應用於其他工作. 但是兩個模型都未能解釋當信號與反應的相容性改變或熟練程度增加後人的反應時間的變化.
卡德對上面的結論及其它研究成果進行了總結, 提出了一個MHP模型. 根據MHP, 人的感覺時間為0.1秒左右, 人的一個單位資訊的決策時間為0.07秒左右, 一個運動反應時間為0.07秒左右. 因此一個簡單的反應時間應為0.17秒左右, 一個選擇反應(含兩項選擇)的時間為0.24秒左右. 按一個鍵的時間為0.14秒左右, 兩手同時按鍵, 最快可達0.07秒/鍵.
三. 費茨定律
費茨用資訊理論來決定人的手運動的時間, 他認為人的手的運動與人的其他的資訊處理系統是一樣的, 也遵循一定的規律. 他從試驗中發現人的手的運動時間與運動距離, 要求的準確程度有關, 可以用下式表示:
MT=K*LOG(2*D/W)
式中MT是手的運動時間, 單位是秒, D是運動距離, W是目標的寬度, K 是一個常量, 約為0.1. 費茨定律從提出以來經過了廣泛的驗證, 證明是準確的.
第五節 記憶
大量心理學研究的結果表明, 人有三種不同的記憶.
一. 暫態記憶
暫態記憶是在各感覺器官的後面, 貯存人感覺到的資訊, 所以也被稱為感覺資訊存儲. 暫態記憶是最短暫的記憶, 保持時間一般以毫秒計. 容易證明, 感覺資訊存儲最初包含的資訊, 比以後分析階段所能用的資訊更多. 假定在短暫時間內呈現一個複雜的視覺圖像, 觀察者只能從這一圖像中看出其中包含的少量資訊. 他們會說, 他們沒有足夠的時間看清整個圖像. 但是, 如果告訴他們只看圖像的某一特殊部分, 他們就能集中注意這一部分, 並且作出非常精確的報告. 這一基本現象表明, 處理感覺輸入信號能力的限制產生于分析過程中.
人的暫態記憶是通過下列試驗發現的, 在一張卡片上按三行三列寫九個字母. 顯示給人很短一段時間(如50微秒)後, 讓人回憶這張卡片的內容, 由於受短期記憶的限制, 人們一般只能回憶四五個字母. 如果我們在卡片消失後很短的時間間隔內提醒被試者, 只用記某一行的字母. 在這種情況下, 被試者基本上可以把這一行的三個字母都說出, 這說明, 在提示符顯示時, 九個字母都已經被人接受了, 被裝在我們命名為暫態記憶的地方. 人有兩個最重要的暫態記憶, 一個是視覺資訊存儲, 一個是聽覺資訊存儲. 資訊在聽覺存儲內可保留的時間要明顯的長些.
二. 短期記憶
1954年, 美國印地安那大學的兩位心理學家作了一個非常簡單的實驗, 但結果卻令人驚訝. 他們讓被試者識記三個字母, 過18秒鐘之後, 讓他們回憶這三個字母. 這個任務看來很平常. 有趣的是被試者記不信住這三個字母. 這是怎麼回事呢? 很簡單. 在呈現三個字母與他們回憶的時刻之間, 被試者進行了某種智力工作, 他們被要求以最快的速度作減三的運算. 人們用其他的刺激信號重複了上述試驗, 結果都大致相同: 在沒有時間複述的情況下, 在較短的時間內, 這些看起來可以記住的東西都給忘掉了.
什麼可能的機制能造成這樣一種記憶系統? 這種記憶看來只有很小的容量和很短的壽命. 但它的容量對於存儲單元的長度並不太敏感. 顯然, 這不是前面所說的感覺資訊存儲因為那種記憶只保持幾分之一秒. 但這也不是長期記憶系統, 因為那種記憶可使材料無限期保存. 這種記憶只持續很短時間, 所以被稱為短期記憶.
一般認為, 短期記憶的時間不超過20秒.
短期記憶的容量也是非常有限的. 1955年, 美國著名心理學家米勒寫了一篇著名的文章<<奇妙的7>>, 在文中, 他提出人的短期記憶的容量大約是7個元素左右.
在日常生活中, 我們有大量的關於短期記憶方面的經驗. 例如我們在一個晚會上被介紹給許多初次相見的人, 我們很快就會發現他們中大部分人的名字很快就被我們忘記了. 朋友給了我們一個電話號碼, 由於沒有用筆記下, 我們很快也忘記了.
短期記憶往往是人在即時活動中所要求的, 是操作性的, 因而也被稱為操作記憶或工作記憶. 例如, 打字員打字時要逐句或逐組記住所閱讀的字詞; 正在檢修機器的工人, 需要即時記住檢修了那幾個部件, 記住檢修時機器的變化狀態. 在現代化的自動控制系統中, 人所觀察到的系統的狀態指標等都存在人的短期記憶內. 在人機系統中, 若過分要求短期記憶就會加重人的心理負荷, 造成人為差錯. 因此設計人機系統時應對人的短時記憶的特點多加考慮.
儲存在短期記憶中的資訊如不被覆述, 就會很快遣忘. 對這個問題, 有幾種解釋. 一種解釋認為, 記憶是刺激在人腦中留下的一種痕跡, 如果對記憶中的材料不復述, 痕跡會隨時間而逐漸消退. 另一種假設認為, 遺忘是由於短期記憶中已有的專案受新輸入的專案干擾而造成. 新舊專案間相似性越大, 干擾就越大. 還有人提出折衷看法, 認為短時記憶發生遺忘乃是痕跡受新輸入的材料的干擾而消退的結果.
雖然短期記憶的內容人是意識到的, 但是從提取所希望的資訊要經歷一個逐項檢索的過程. 斯特伯格通過以他命名的斯特伯格的試驗發現, 短期記憶中的內容每增加一個, 取出短期記憶中的某一元素的時間增加40徽秒. 這也表明, 人在短期記憶中的搜索是逐項順序進行的.
三. 長期記憶
長期記憶是保持一分鐘以上到幾年, 甚至於更長時間的記憶. 人的知識經驗, 就是保持在長期記憶中的資訊. 長期記憶的內容是以往資訊加工的結果, 比較穩定, 具有備用的作用, 對人的活動不會增加過多的負擔. 人的長期記憶的容量很大, 幾乎是無限的.
長期記憶也許是最重要也是最複雜的記憶系統, 暫態記憶和短期記憶的能量都非常有限, 前者只有十分之幾秒, 後者只保存很少幾個單元, 然而長期記憶的能量似乎實際上不受限制. 凡保持到幾分鐘 以上的每件事情顯然必然存在於長期記憶之中. 一切後天獲得的經驗, 包括語言規則在內, 都必然是長期記憶的組成部分. 實際上, 實驗心理學有許多是關係到把材料引入長期記憶, 使材料得以保存, 提取並給予適當解釋的問題.
與長期記憶有關的真正困難主要導源于提取. 記憶中包含的資訊數量非常大, 要找到某種東西是一個主要問題. 但是東西很快能找到, 即使在如閱讀這樣普通的活動中, 印刷符號的意義必須通過直接立即進入長期記憶加以解釋, 有關從記憶中存儲的幾百萬或幾十億單元找到一個正確單元的問題, 決定著記憶系統各階段的整個結構的大部分.
四. 記憶單元
記憶中的元素並不是以基本物理形式存在的, 而是以有意義的最小單位存在的, 例如, 對於學過英語的人, RED是一個單元, 代表紅色的意思, 而不是以三個單獨的字母,R, E, D存在於記憶中, 記憶中的基本單元被稱為"槍克". 把需要記憶的東西先進行有效的分類, 化分成基本的元素, 然後按"槍克"來記憶對提高人的記憶能力是大有好處的. 例如, 如果一個朋友的電話號碼是5441919, 那麼把它變成1919544, 這是五四運動的日期後加一個四, 把原來的7個記憶元素變成了三個, (倒一次, 五四的日期, 還有一個四), 這樣顯然容易記多了, 而且這個記憶與長期記憶連在一起, 也不容易忘記. 學英語的人都知道, 根據詞根來記英語單詞可以大大地提高記憶效果, 這就是詞根成了記憶單元, 人們不再需要按字母來記了.
第六節 注意
注意是人的心理活動對一定物件的指向. 在人機系統中, 許多事故的發生都可以從注意上找原因. 例如, 飛行員在追擊敵機時可能由於沒有注意到高度表指示的變化而發生毀機事故; 汽車司機可能由於只顧前方道路變化而沒有注意到側旁情況而碰到路旁的行人或車輛; 一個打字員會由於與人談話而打錯了字, 等等. 注意也被認為是人的資訊處理的一個瓶頸. 注意主要從三個方面對資訊處理過程發生影響: 即選擇性, 集中性和注意分配.
一. 注意的選擇
在任何時候, 都有各種資訊源同時對人發生作用, 但人不可能對這些資訊源傳播的資訊同時進行加工. 人在一定的時間內, 只能從眾多的資訊源中選擇所需要的資訊源進行資訊加工. 既然有選擇, 就必然有漏失, 重要的是要選擇恰當, 使取樣的資訊正好是所需要的, 做到注意物件的最佳選擇或最佳取樣, 就是以最小的代價得到最大的價值. 例如, 在現代複雜的人機系統中, 控制室或主控台上往往有成千上萬百的資訊顯示器, 人的能力資源有限, 要時刻不停地注視每個資訊顯示器的變化是不可能的. 操作者要及時獲取有用的資訊, 就要從多種資訊源中最有效地選擇所需要的資訊. 要做到這一點, 操作者不僅要瞭解這些資訊的重要性, 而且必須瞭解在什麼時候這些資訊對操作是有用的, 注意或忽略這些資訊可得到多大的利益要付出什麼樣的代價.
由於人的能力資源是有限的, 人在觀察某一資訊源時, 能夠瞭解這個資訊源的最新動向, 這是他的所得, 但也有一個忽略其他資訊源的代價, 稱為機會成本,人的注意的選擇就是從這兩方面入手找出最優. 這可以從下面的例子中得到形象的說明.
假定有一位父親在照看孩子的同時要審閱一份重要的合同, 孩子還不會走路, 他在游泳池旁邊的地上爬動. 如果任孩子爬動, 不去注意爬動的情況, 小孩就有可能掉入池中, 而如果頻繁地去注意孩子的爬動情況, 就會使他對合同中的文字意義的理解受到影響. 父親用什麼樣的頻率去對孩子的爬動資訊進行注意取樣才能做到兩不誤呢? 根據孩子的重要性, 合同的重要性, 不注意時間與孩子掉入水中的概率我們就可以找到一個最佳的注意分配方法.
森德斯研究了操作員如何從多個資訊源中對資訊進行最佳選擇的問題. 這個實驗要求被試者監視四個分離的儀錶盤的指標的偏移, 要他們探察儀錶指標是否進入到危險區內. 每個儀錶受一個具有不同的最大頻率變異的隨機噪音進行控制,就能改變出現信號的概率. 實驗結果發現操作員的實際反應與按照資訊理論所確定的操作員應該作的最佳取樣頻率值是相當一致的. 隨著資訊量的逐漸增大, 操作 員注視的次數也相應地增多. 不過, 被試對很少出現的資訊源的選擇取樣頻次, 比資訊理論的最佳取樣次數要略高, 而對經常出現人資訊源的取樣頻率, 又比理論上的最佳取樣次數要少, 這被認為是由人的保守性決定的.
在現實生產中, 注意取樣受多種主客觀因素的影響. 資訊源刺激的物理特點, 如刺激的數量, 強度, 作用方式, 以及資訊源所處的環境條件等, 是影響注意選擇的客觀因素. 那些位於視野中央的明亮的, 響亮的, 動態的或具有其他突出特點的刺激, 一般容易引人注意, 容易成為注意選擇的物件. 在人機系統設計中, 視覺警告信號一般都安排在中央視野範圍內, 採用比其他視覺顯示刺激高得多的亮度, 或者採用特殊的聲音作為警告信號, 這些都是利用它們容易引人注意的特點.
與視覺相比, 聽覺與觸覺由於外周感受器沒有排除刺激進入感覺通道的自然方法, 它們對人具有較大強制接受的作用. 因此, 一般認為用聽覺刺激或觸覺刺激作報警信號有其優越性.
二. 注意的集中
人的注意, 可用探照燈作比喻. 探照燈聚焦後的光束投向一定方向, 投光區正中最亮, 被照物看得最清楚, 離開中心, 光線漸暗. 人集中注意時, 其注意範圍也有中心與邊緣的區分. 落在注意中心的刺激, 得到最有效的資訊加工, 鄰近注意中心的周圍刺激, 人也能知覺到, 並能對它進行一定程度的資訊加工, 落在注意邊緣外的刺激, 人一般意識不到, 不可能對它們進行資訊加工. 落在注意中心或落在注意邊緣的刺激, 可能是一個物體的某一種物理屬性, 例如物體的顏色, 形狀, 聲音等, 也可以是一個具有多種屬性的物件, 例如由鈀形, 義結合的一個字母, 一個字, 或一個物體. 注意中心也可能存在著多個獨立的物件, 例如, 排列在一定空間內的幾個字母, 字或幾何圖形, 或在同一位置發生的不同的聲音, 或同時發生作用的某種 視覺 刺激和聽覺刺激. 當注意範圍內只有一個刺激或資訊源存在時, 注意自然能夠集中在這個刺激或資訊源上面, 假如注意範圍內不只存在一個資訊源時, 不同的資訊源之間可能發生干擾, 使注意不能集中于一個資訊源上. 例如一個人在聽報告時, 若旁邊有人談話, 或者看書時旁邊有人看電視, 往往會千萬干擾, 使他不能集中注意.
在注意範圍內同時存在的資訊源之間, 互相干擾的程度受多種因素的影響, 其中最重要的是資訊源之間在空間上的接近程度, 內容特徵上的相似程度, 刺激強度和刺激的相容性等因素.
三. 注意的分配
注意分配是指人在同一時候能把注意分配到一個以上的物件上, 即所謂一心二用或一心多用. 許多工作都需要注意分配能力. 例如, 學生上課時要一邊聽講,一邊做筆記, 打字員要一邊擊鍵, 一邊要看材料. 注意分配是注意集中的對立物.一般來說, 不利於注意集中的因素, 都有利於注意分配. 刺激的空間位置, 相似程度, 刺激強度, 語義內容等, 既是影響注意集中的因素, 同時也是影響注意分配的因素. 例如, 假使有兩個資訊源都處於鄰近的空間範圍內, 當只需要集中注意于其一時, 另一個資訊源將會成為干擾刺激妨礙注意集中. 這時, 操作者要作出更大的努力才能保持相同的工作效率. 反之, 假使操作者的任務是需要對這兩種資訊源同時進行資訊加工, 則由於兩者處於鄰近空間內, 有利於注意分配, 無疑能夠提高工作效率. 再如, 用雙耳分別聽取雙語時, 若語義內容兼空 要想只集中注意于一種語文是很困難的. 但若工作上要求同時對這兩種語言進行監聽, 則用雙耳監聽無疑能取得更好的效果. 注意範圍有中心與邊緣的區別, 同時發生作用的資訊源, 處在注意中心與處於邊緣, 資訊處理的程度會有所不同. 處於注意中心的資訊源能夠感覺得更清楚清楚 資訊處理的效率也高些; 處於注意邊緣的資訊源, 感覺得模糊些, 資訊處理的效率也低一些. 此外, 對注意物件的熟悉程度, 學習, 訓練等都會影響人的注意分配能力.
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