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试验2反应时和运动时测试

人机工程学课程

实验指导书

曾孟雄

三峡大学机械与材料学院

前言

人机工程学是工业工程专业的必修课，主要研究人及其与人相关的物体、系统及其环境，使其符合于人体的生理、心理学特征，从而改善工作与休闲环境，提高舒适性和效率的边缘学科。

通过该课程的系统学习，学生不仅能掌握设计领域有关“人—机—环境”最优化的科学知识，提升专业学习的科学性，还能够养成科学、先进的设计理念，从而真正把握现代设计以人为本的精神所在。

并学会将其与设计相结合，使设计符合人机工程，提高学生的设计理论素质。

人机工程学涉及面广，应用领域宽，具有较强的实践性。

实验课是教学的重要组成部分，通过课程实验，可以使学生巩固和加深课堂理论教学知识，熟悉有关人机工程实验装置的操作方法，培养学生的基本技能和动手能力。

本实验指导书是根据人机工程学课程教学大纲的要求进行编写。

以我校人因工程实验室设备为实验平台。

本实验指导书共包含14个实验项目，完成全部实验共需约16学时。

本实验指导书由机械与材料学院曾孟雄编写。

由于编者水平有限，本书难免有错误与疏漏，欢迎读者批评指正。

编者

2012年2月

实验1反应时和运动时测试……………………………………………………………………（3）

实验2深度知觉测试……………………………………………………………………………（7）

实验3空间知觉测试……………………………………………………………………………（9）

实验4注意分配能力测试

（一）………………………………………………………………（11）

实验5注意分配能力测试

（二）………………………………………………………………（14）

实验6运动稳定性测试………………………………………………………………………（18）

实验7注意力集中能力测试…………………………………………………………………（20）

实验8数字记忆广度测试……………………………………………………………………（22）

实验9动觉方位辨别测试……………………………………………………………………（24）

实验10手指灵活性测试……………………………………………………………………（25）

实验11双手协调能力测试…………………………………………………………………（26）

实验12劳动强度与疲劳测定………………………………………………………………（27）

实验13人体测量实验………………………………………………………………………（28）

实验14环境照明与环境噪声测量实验……………………………………………………（30）

实验1反应时和运动时测试

【准备知识】

反应时指的是从刺激呈现到外部反应开始所用的时间，运动时间指的是从开始运动到运动完成所用的时间。

反应时间反映的是知觉过程所需要的时间，它和刺激呈现以前被试的准备状态有关；而运动时间反映的是运动过程所需要的时间，它和运动的距离以及要击中目标的难度有关。

因为知觉和运动是两种性质不同的过程，所以反应时间和运动时间不应该有显著的相关。

这个观点已被P.M.Fitts等人的实验研究证明。

P.M.Fitts等人用来和运动比较的是选择反应时间，且被试者只有6人，严格地说，只用6人地实验结果求相关是恨不可靠地。

北京大学杨博民等人曾用80名被试，对简单反应时间和运动时间做了对比研究，结果表明，二者的相关系数如果用手反应为0.21，用脚反应为0.29，虽然都达到了显著水平，但因相关系数太小，对于预测来说还是没有多大意义。

【实验目的】

检验优势手反应时和运动时是否相关，学习测量运动时的方法。

【实验仪器】

实验采用BD-II-512（FYII）型反应时运动时测试仪。

仪器由控制器、被敲击板二部分组成。

控制器由微电脑控制，主试面板有四位数码管左显示器。

1.主试面板（见图1）

图1仪器主试面板

在面板的上面，有五个指示灯和四位数码管。

指示灯指示当前数码管显示的什么内容，例如反应时灯亮，表示数码管显示的是反应时的时间。

面板的下部是功能键，用户可按照实验要求进行选择和操作。

其中“显示”键用来改变显示内容，在做任何一实验时，只要按一下“显示”，显示内容灯就改变一次，数码管显示的内容也相应改变，究竟亮哪个灯，这与按显示的次数和实验内容有关，不断地按“显示”键，显示内容也相应改变，并产生循环。

启动后第一次显示，是由程序安排的。

2．被试敲击板：

（见图2）

图2敲击板示意图

敲击板分左三块，编号为123，右三块，编号为456。

左输入和右输入是互锁的，例如当你敲击左击板时，只接受第一次敲击信号后就被锁定，并开放右击板，当敲击右击板的第一下后，也被锁定，并开放左击板。

所以必须轮流敲击，而第一次先敲击左边还是右边，这由主试老师决定。

【实验内容】

先把敲击板上的插头与仪器后面板上的插座插好，接通～220V电源。

（一）实验I

1．把互锁键“实验I”按下，调整好敲击板上的左右距离，并选择好声或光的刺激源，即声/光按键按下为光刺激，弹起为声刺激。

2．被使用优势手拿好敲击棒，把敲击棒点在中央测板上等待，如选择声刺激，注意听蜂鸣器发出的声响，如选择光刺激，注意看中央小板上的红色信号灯。

主试按下“启动”键。

测试开始。

3．被试受声或光刺激后立即抬起敲击棒，并用敲击棒敲旁边的金属板，要求反应和动作又快又准。

（究竟去敲左边的1－3号或右边的4－6号的哪一块板左右任敲一块板，这由主试规定）。

此时，被试者已做完了一次实验I，仪器也记录了反应时和运动时的时间，起测笔到测笔敲击到旁边的金属板上所用的时间。

a）重复以上2、3步骤做多次实验，次数由主试决定。

显示的反应时和运动时均为平均值：

反应时平均值＝反应时累次和/实验总次数

运动时平均值＝运动时累计和/实验总次数

b）显示：

第一次按启动键时，由程序把“反应时”灯点亮，表明数码管显示的是反应时的平均值。

如想看其它内容，请按一下“显示”键，此时“运动时”灯亮，数码显示器的最高位为板号，此时板号为0，表明当前显示的是实验总次数，再按一下，板号为1，表示1号板的敲击次数，再按一下“显示”，板号加1，直到板号为6，显示敲击6号板的次数，再按“显示”，又回到初始显示状态。

如主试想监视实验次数，请按“显示”键，使次数灯亮，并使板号＝0。

（二）实验II

1．将互锁按键“实验II”按下，调整好敲击板的距离。

2．选择定时1分钟或0.5分钟，即将“定时”键按下为0.5分钟，弹起为1分钟。

3．选择声/光刺激源，“声/光”键按下为光刺激，弹起为声刺激。

4．主试规定好左右敲击程序。

例如规定左边敲1号板，右边敲4号板，或左右任意敲等等。

5．被试把敲击板点在中央测板上等待。

6．主试喊预备后，再按启动键。

7．被试在声或光的刺激下，按照主试规定的程序尽快敲击，直到定时时间到，响一次蜂鸣，工作灯灭，停止敲击。

8．启动后总计时灯亮，显示定时1分钟（60秒）或0.5分钟（30秒），并开始计时。

定时时间到，总计时灯灭，次数灯灭，此时板号＝0，显示出六块板的敲击总次数。

9．观察结果：

按“显示”键，显示规律如下：

┌─→定时（倒计时）─→敲击总次数（板号=0）─→1号板次数（板号=1）─┐

││

└6号板次数（板号=6）←─···············←─2号板次数（板号=2）←┘

（三）实验III

1．把互锁按键“实验III”按下，调整好左右敲击板的距离。

2．选择好声或光刺激。

3．被试熟悉敲击编码：

153426或514262（参看敲击板示意编号），从两种编码中选择一种，请记住。

4．被试把敲击棒点在中央测板上等待。

5．主试喊预备后，按下启动键。

被试在声或光的刺激下尽快操作，一次敲击一组编码。

如果敲错，可以随时改正改正方法：

如果选择一组编码153426，先敲左后敲右，发现击错时，必须右边敲一下，再从左开始纠正。

如选择第二组编码，先敲右后敲左，纠错方法：

必须右边敲一下，才能从右往左纠错。

例如：

敲击153426时，发现“3”敲错，纠错时必须敲完“4”或再右击板敲一下，再重敲“34”或“1534”。

6．当正确地敲完一组编码，计时立即停止，工作灯灭，蜂鸣响一下。

此时可观察被试的成绩：

反应时、运动时、运动完成时、总计时和敲击总次数。

反应时——被试接到声或光刺激信号，到抬起测笔的时间。

运动时——从抬起测笔到敲击第一块板的时间。

运动完成时——从敲第一块板到正确敲完一组编码的时间。

总计时——

7．启动后总计灯亮，数码显示为总计时，实验结束时停止计时。

8．按显示键，数码显示内容顺序如下：

┌─→总计时─→反应时─→运动时─→运动完成时─→总次数─┐

││

└───────────────────────────────———─┘

9．测试完一组编码后，记下成绩后可再启动，重新测试或换另一编码，方法同上，可不按复位键。

【实验记录】

要求每位同学除记录自己的实验数据外，至少尽可能多收集其他同学的实验数据。

实验I数据记录表

被试姓名

优势手（左/右）

刺激源（声/光）

敲击次数

反应时平均值

运动时平均

【思考题】

1．你认为一个人的工作效率与他的反应速度是否有关？

为什么？

如何用实验来检验？

2．一个优秀的短跑运动员是他的起跑快还是跑的速度快，还是二者兼有？

3．如果要了解反应时RT和运动时MT的关系是否随年龄而变化，应如何设计实验进行讨论？

实验2深度知觉测试

【准备知识】

深度知觉是指人的眼对物体三维空间远近距离的感知能力。

人眼能够在上下左右二维光学映象的基础上看出物体的深度，主要是双眼视差和单元线索的作用。

驾驶（飞机、火车、汽车）、精密加工等工作，对人的深度知觉要求较高。

深度知觉是后天形成的，并代有条件反射的性质。

【实验目的】

测量人的深度知觉能力，验证双眼视差在深度知觉的能力，学习测定深度知觉差异的简易方法。

【实验仪器】

实验采用北大青鸟天桥仪器设备有限责任公司生产的深度知觉仪。

该仪器主要组成：

1.垂直的竖棒，位于两侧的固定的六根的标准刺激，位于中间可前后移动的一根为变异刺激。

2.一台可驱动中间竖棒的电机。

3.一个操作竖棒移动的手键，手键上有“前进”、“后退”两个按键。

4.仪器各部分均放在一个长方形的箱子内。

箱子顶部有一支荧光灯照明，在箱子前端有一个供被试用的观察窗。

5.子的左侧有一个标尺，与可移动的竖棒相连接的指针随着竖棒的移动在标尺上做同步运动。

【实验内容】

1.要求被试坐在离观察窗2m处，使之只能看到三根竖棒的中部。

实验时被试头部不能移动，可以用适当高度物体支撑下巴。

2.接通电源。

选择移动速度。

选定一个位置的标准刺激。

3.主试将变异刺激置于前或后限位位置。

4.被试手持控制变异刺激的手键，按动“前进”或“后退”按键，调节变异刺激的位置，直到认为变异刺激和两个标准刺激排成一条水平线时，松开按钮，变异刺激停止移动。

5.主试从标尺上读出变异刺激和标准刺激的实际距离误差，就是被试深度知觉的误差。

6.捂上一只眼睛，重复上述实验步骤，测量单眼的“深度知觉误差”。

【实验结果】

【思考题】

1．一个单眼失明的人在生活中分辨远近有困难吗？

为什么？

谈谈自己在实验中的体会。

2．查阅资料，说明立体电影的科学原理。

3．根据试验结果，归纳深度知觉的产生条件。

4．深度知觉除了对从事运输、精密制造的工人很重要外，对球类运动员、电脑美术创作员是不是也很重要？

谈谈你的看法。

实验3空间知觉测试

【实验目的】

通过测定辨别复杂图形的反应时，来测试被试的空间知觉能力。

【实验仪器】

采用BD－Ⅱ－112型空间知觉测试仪。

该仪器的灯光显示器可以随机显示条形、块形、不规则形三种图案，每种图案有两大类，每类有四种图形。

见图1。

测试中，被试者应尽快确定刺激类型A、B、C、D和被试键上1、2、3、4的对应关系。

【实验内容】

1.支好折叠的灯光显示器。

将被试键盘的五芯插头插入仪器侧面的相应插座中。

2.接通并打开电源。

被试手握键盘，坐在灯光显示器前。

3.主试按面板（见图2）的“图案”键，选择实验采用的灯光剌激类型。

每按一下，对应键上方的指示灯将变化一个，亮灯的位置表示选择的如图1所示的那一行灯光剌激类型。

4.按开始键，实验开始。

仪器将随机确定一种被试键对应灯光类型的方式。

即确定这次实验的被试键中的①②③④将对图1所示的A、B、C、D那列图案进行反应。

5.每次实验时，被试面上方的灯先亮黄色，提示预备。

灯灭后，图案刺激呈现，开始记时，被试应迅速确定按下被试键的某一个，如符合确定的反应方式，反应正确，被试面上方灯将亮绿色，记时停止。

如不符合确定的反应方式，反应错误，被试面上方灯将亮红色，被试应马上按其它键，直到反应正确，亮绿色为止，记时这时才停止。

反应错误将计一次错误次数。

被试应该努力确定此图案为那键正确反应的。

6.稍休息后，又将亮黄灯预备后，出现图案，被试进行反应。

仪器显示实验的次数。

7.按“打印/结束”键，实验结束。

如选配微型打印机，应联接好打印电缆，并打开打印机专用电源。

打印出的实验数据见图3。

仪器将显示最后出现错误的次数及此次后的平均反应时。

通常，至少连续3次反应正确才能表明被试对这类图案的空间位置与结构已经掌握。

最后一次错误表示被试从不清楚结构特点到发现结构特点的“临界点”，这与图案的复杂程度有关。

8.按“图案”或“开始”键，将进行新的实验。

按“复位”键可以在任何时候中断实验，并清除数据

【思考题】

1.思考本实验的实验原理？

2.假如你是幼儿的家长或老师，根据你掌握的知识，如何去培养孩子的空间知觉和想象力？

实验4注意分配能力测试

（一）

【准备知识】

注意分配就是人在同时完成两个不同的任务时，注意力在两个任务之间的分配，注意分配要有熟练的技巧和技能。

本实验将给被试者提供两个任务情境，促使被试者主动积极的分配自己的注意力。

如果注意分配不当，被试者将不能圆满完成任务，在这种情况下，被试者必然会试图改变注意的分配方式，以期出色的完成所在任务。

人在同一时间内把注意分配到不同的对象上，就称为注意分配，又称时间分配。

注意分配是可能的，而且是有效的，它需要个体具有熟练的技能技巧。

许多职业都对注意分配能力有较高的要求。

这种能力可以通过专门的训练来提高。

【实验仪器】

采用BD-II-507型动作判断仪进行试验。

该仪器组成如下：

1.转动圆盘：

圆盘上有１０个矩形目标、１０个圆目标及１个周边目标（图１）。

目标随圆盘以恒定速度转动。

2．操作手轮：

操作手轮可驱动左、右二检测头沿转动圆盘水平中线往复移动以避开目标（图２）。

检测头位于圆盘上方滑杆上，松开检测头端部螺丝，可使检测头沿滑杆左右移动，以调节检测头的起始位置。

3．控制面板：

触膜开关面板。

８位数字显示，依次显示主试已输入的实验时间、实验次数、正在运行的次数及被试操纵左、右检测头接触目标的总次数即失败次数；面板右下方设有“定时”、“次数”、“设置”、“测试”、“打印”、“复位”键（图３）

【实验步骤】

1．将仪器外接电源接通，如选用微型打印机，连好打印机电缆及电源。

2．调整好检测头位置，使转动手轮时其左、右各限位于转盘边缘，并且不出转盘。

此步骤不必每次进行。

3．按下左侧电源开关，圆盘转动。

通知被试手握手轮，两眼注视圆盘。

4．进入练习状态。

被试练习转动手轮，控制检测头左、右往复移动以避开目标，如操作错误，则实时显示其失败次数，并且仪器上面板两发光二极管分别亮。

当被试熟悉后可令被试准备正式测试。

练习状态下，运行次数显示“００”。

图1转盘、目标与俯视图

图2手转与侧视图

图3控制面板

5．练习状态下，主试可根据实验需要，设定的实验条件。

按“定时”键1次，定时时间加1分钟，超过9分钟，回到1分钟定时；按“次数”键1次，实验次数加1次，超过19次，回到实验１次；按“设置”键，键上灯亮或灭变化，灯亮表示“设置”键按下状态，需在每次实验中使被试有8秒休息时间，否则每次间无休息。

仪器显示设定的实验时间及次数。

6．主试按下“测试”键，键上灯亮，随着一短声，表示实验开始。

运行次数显示“01”。

被试操纵手轮转动，使左、右检测头避开目标，实时显示失败次数。

7．到设定时间后，如“设置”键按下状态，则一长声告诉被试可稍休息一会，8秒钟后，一短声下次又开始；否则为连续状态，一短声告诉一次完毕，马上重新开始下一次。

休息时“测试”键上灯灭。

每次开始时实时显示运行次数，并且失败次数从零开始。

8．到设定次数后，随着一长声，测试结束。

显示这次测试的总失败次数。

9．如需重新开始实验，则按下“复位”键，回到第“4”步。

【实验结果】

【思考题】

1．设计一个测试注意分配的简单试验。

（提示：

能够测试人同时做两件或两件以上事情的能力）

2．不少人能够一边听音乐，一边做其它事情，而也有一些人，在听音乐时，无法顺利做其它事情。

这说明了什么？

实验5注意分配能力测试

（二）

【准备知识】

注意分配指人在同一时间内把注意指向两种或两种以上的活动或对象的能力。

它是人根据当前活动需要主动调整注意指向的一种能力，与注意分散有本质区别。

其实现主要取决于是否具有熟练的技能技巧，即同时进行的两种或两种以上的活动中，只能有一种是生疏的、需要加以集中注意的，而其余的动作则必须是相当熟练的处于注意的边缘即可完成的。

此外同时进行的几种活动必须是在人的不同加工器内进行信息加工的，否则不可能实现一心二用或多用。

注意分配的水平，依赖于同时进行的几种活动的性质复杂的程度和个体熟练程度。

通常同时进行的几种活动之间存在着内在联系，处于邻近空间内，复杂程度低，个体熟练程度高时的利于注意分配，否则注意难于分配。

【实验目的】

检验被试者同时进行两项工作的能力。

【实验仪器】

采用BD-II-314型注意分配实验仪。

本仪器由单片机及有关控制电路，主试面板、被试面板等部分组成。

主试面板设有功能选择拨码开关，三位数码显示器、音量调节旋钮等。

被试面板设有低音、中音、高音三个反应键、八个发光管和与其对应的八个光反应键。

1.主试面板说明：

（1）电源指示灯（红色）、工作指示灯（绿色）；

（2）启动键—主试开始测试键；

（3）复位键—开机或换新被试时数据清除；

（4）三位数码显示器—显示状态由拨码开关Ｄ值决定；

（5）音量控制旋钮—实验前由主试调整合适音量；

（6）三位拨码开关T、W、D—供主试选择测试时间、实验方式、显示方式；

2.拨码开关的功能：

（1）用“T”设置测试时间：

主试可根据实验需要设置某一工作时间或不限时间。

（2）用“Ｗ”选择工作方式：

测定注意分配值“Ｑ”的实验分为两组：

当一组实验结束，仪器自动计算注意分配量Ｑ。

（3）用“D”选择显示方式：

3.被试者操作面板说明：

3个声信号操作键：

听到低音按“低音键”；听到中音按“中音键”；听到高音按“高音键”；

8个光信号操作键：

依据红灯亮位置按下对应操作键；

光信号灯：

红灯亮为光刺激；

工作指示灯：

绿色。

灯不亮表示开机复位状态；灯亮表示开始工作；灯闪烁表示规定时间内完成了一项操作；灯灭表示一组实验完成；

启动键：

与主试面板一致，为开始测试键。

【实验步骤】

1.插好～220V电源插头，开“电源”开关，电源指示灯亮。

2.检测（试音，试光）：

主试设工作方式W＝6，按复位键后，让被试者分别按压三个声音按键，细心辨别三种不同音调并计牢；分别按压8个光按键，对应发光二级管亮；按启动键，操作指示灯亮。

则表示仪器正常，可进行测试实验。

3.注意分配实验过程：

（以实验一组操作为例）

（1）主试用拨码开关“Ｔ”设置测试时间，如T=1（1分钟）；用拨码开关“Ｗ”设置工作方式W＝1（三声）；用拨码开关“Ｄ”设置显示方式D＝1（D可与W相同或自动）。

（2）按复位键，置仪器为初始状态。

（3）被试者按启动键，工作指示灯亮，测试开始，被试用左手无明指、食指和中指分别对高、中、低三音尽快正确反应。

当工作指示灯闪烁，无声音，表示规定测试时间到，同组中第一种操作完成。

接下来做第二种操作。

（4）主试人设置工作方式：

W＝3（光）

（5）设置显示方式：

D＝3

（6）被试者按启动键，工作指示灯亮，测试开始。

被试者用右手食指尽快按压与所亮发光管相对应的按键，无发光管亮，且工作指示灯闪烁，表示测试时间到。

接着做第三种操作。

（7）主试人设置工作方式：

W＝5（三声＋光）

（8）设置显示方式：

D＝5

（9）被试者按启动键，工作指示灯亮，测试开始。

被试者应用左、右手分别对声、光两种刺激尽快地作出正确反应。

声光全无，工作指示灯灭表示测试时间到，一组实验结束。

4.记录被试测试成绩

主试人可将拨码开关分别拨到D＝6、7、8三个位置，记录注意分配值Q、各种操作的正确反应次数、错误反应次数，进行分析比较，决定被试是否需重新测试。

主试在选择工作方式时应注意：

做注意分配量的实验，每次只可选择两组中的一组，不允许组间混合操作。

5.对新被试测试时主试人应按下复位键，重新上述实验过程。

6.如果需要改做其他实验，主试人可根据仪器现有的功能自行决定实验过程。

【实验结果】

【思考题】

1．被试者多次测试，Q值有所提高，这说明注意分配能力是可以培养或训练的。

这种说法正确吗？

为什么？

2．“一心不能二用”的说法和注意分配是否矛盾，谈谈你的看法。

3．生活中常常出现这样的问题，如出门忘记锁门、“骑驴寻驴”等，这是否和注意分配有关。

4．列举一些对注意分配能力要求较高的职业。

实验6运动稳定性测试

【准备知识】

如果不用直尺让你任意画一条约30cm长的直线，你会觉得完成这个任务并不太难。

但是，如果固定画线的方向，而且在这个方向的两边规定一个较窄的宽度，要求直线不能画出这个范围，要画成这条直线就不太容易了。

因为它要求手的动作有较高的稳定性，画线时也要高度集中注意力。

T.L.Bolton曾按这种要求制成一种仪器，用这种仪器画线，就可测定手画线运动的稳定性。

前人在有关的实验研究中发现下列一些事实：

（1）手臂动作的稳定性随年龄增长而提高，尤其6－8岁最明显；

（2）右手的运动稳定性超过左手；（3）W.L.Bryan根据700个孩子的实验结果发现，男孩的两手稳定性都超过女孩的有51.5％，女孩超过男孩的只有35.3％，男女相等的有13.4％；（4）Bolton和H.B.Thompson发现运动的方向对稳定性有影响，画线从离开身体较远的地方开始向接近身体的方向画时稳定性较高，当向离开身体的方向画线时稳定性较低。

动作稳定性也是情绪稳定程度的外在表现。

【实验目的】

测试手臂保持稳定的能力，间接测定情绪的稳定程度。

【实验仪器】

图1仪器盒内部视图

采用BD-II-304A型动作稳定器