工程心理学串讲资料.docx

1、工程心理学串讲资料工程心理学第一章 概论第一节 工程心理学的研究对象1、工程心理学是二十世纪四十年代后期发展起来的一门新学科。工程心理学以人-机系统为对象，主要研究人的工作效能，人在系统中的行为特点，以及人机间的合理配合等。2、把人机系统概念扩大为人-机-环境系统，这里说的“机”是广义的，包括人在工作、学习、生活和休息中所使用的各种人造器物。“环境”不仅指各种物理环境因素，也包括劳动组织、工作制度等社会环境条件。解决人机关系问题，要恰当的处理人、机与环境的关系问题。3、怎样解决好人机环境三者之间的关系？1）机器中心论，认为机器在人机系统中处于中心地位，在系统设计中要求人去适应机器的特点。2）人

2、中心论，认为人是劳动的主体，机器是为人服务、供人使用的工具，机器的设计应首先考虑操作的利益和要求。 因此在人机系统的设计中，除了强调机器和环境的设计，应尽可能符合人的身心特点和满足人的要求外，同时也要考虑如何通过选拔和训练，使操作者适应机器与环境的问题。 4、工程心理学偏重于研究人机系统中的人的行为特点和工作效能。他的主要作用是为人机系统设计提供有关人的生理心理功能。5、工效学主要研究如何将有关人的数据资料，在人机环境系统的设计中得以有效的应用。6、工程心理学是一门以心理学为核心内容的综合性学科，它以实验学和认知心理学的理论和方法为基础。第二节 工程心理学研究的主要内容一、工程心理学研究的主要

3、内容人体生理心理特点和人的工作能力限度。在人机系统中，人机关系主要表现为两个方面：一是人机功能分配，二是人机特性匹配。工程心理学侧重于从工程技术设计的角度对身心因素进行研究。人机相互作用过程和人机界面的设计要求。人机信息交换的效率，在很大程度上，取决于显示器和控制器同人的感觉器官和运动器官的匹配程度。工程心理学为各类显示装置和控制装置的设计，提供心理学的原则和人机匹配的参数。工作空间的设计要求。在人机系统中，工作空间的大小、显示器与控制器的位置、工作台的高低、座位的尺寸、机具和加工件的排列、工作间的距离等，都会对操作人员的工作效率与系统的安全发生影响。 工作环境的要求。不利环境因素包括噪音、超

4、重、高压、低压、缺氧等情况，不仅会影响人的工作效率，还会危害人的健康。人工智能。人工智能是通过计算机等技术对人的智能活动的模拟，它将是工程心理学的一个重要的发展方向。第三节 工程心理学的作用 1.工程心理学的作用： 提高效率。人机系统的效率不仅取决于人或机各自的效率，同时也依赖于人、机、环境三者的配合和协调。 防止事故、保障安全。工程心理学的工作主要是防止事故的发生、保障安全。 创造健康和舒适的工作条件。一个好的系统，不仅要求效率高，事故少，而且还要无害于操作人员的身心健康，要尽可能使操作人员感到舒适、满意。第四节 人机环境系统一、人机系统一般概念人机系统：在劳动或工作中，人与使用的机器以一定

5、的方式相结合而构成的系统，称为人机系统。工程心理学研究人机系统，就是为了使人机间建立最合理的结合关系，使系统获得最好的效益。二、人机系统的分类：1、人机系统按人机连接的方式，可区分为串联式人机系统合并联式人机系统。串联式连接，人机任何一方停止活动或发生故障，都会使整个系统中断工作。例如死机开车、接通电话等。在大型人机系统中，往往采用串联、并联相结合的方式。 2、人机系统还可作闭环系统和开环系统的区分。两者的区别就在于人是否能够了解系统活动的结果，即有没有所谓结果反馈。闭环人机系统中有信息反馈回路。飞行员驾驶飞机就是闭环人机系统的例子。开环人机系统没有信息反馈回路，人机系统一般都采取闭环设计。三

6、、人在人机系统中的作用人机系统按人在系统中的作用特点，可以区分为三类，即手控式人机系统、机控式人机系统和自动化人机系统。 1、手控式人机系统以人力作为动力源，机器直接受人力驱动而工作，在手控系统中，人的活动与作用主要是体力的。例如用锄挖地、用割草机割草、用手锯锯木、用手摇钻控。2、机控式人机系统以电能、化学能等作动力，在这种系统中，人主要是依靠显示器来了解机器的。这种系统对人的体力要求相对降低，而对心理功能的要求提高，系统的效率和工作质量，更多的取决于机器的性能特点与人的信息加工能力的匹配。例如操作起重机、驾驶汽车、操作轧钢机、驾驶飞机等。 3、自动化人机系统中，机器本身是一个闭环系统，它能自

7、动实现包括信息接受、加工和执行等功能。只有在机器发生故障或需要改变机器工作程序时，才需要人进行干预，称为监控式人机系统。例如电站集中控制室、自动化生产车间、用自动驾驶仪操纵的飞机等，都属于自动化人机系统。在这类人机系统中，操作人员的责任很重，而操作负荷很低，出现所谓工作低负荷状态。在低负荷状态下，由于得不到强化而引起注意松弛，也容易造成信号的漏检。四、人机相互作用的基本模式人机系统中的人机相互作用过程就是人机进行信息互换的过程。人和机的活动都包括输入、加工和输出三个环节。人的这三个环节，通常用S-O-R表示。S表示刺激作用；O表示机体组织，主要是大脑中枢；R表示身体反应。感觉器官：人的眼睛、耳

8、、鼻、舌、皮肤等接受刺激输入的器官。效应器官：手、脚、口等运动反应器官。控制器、加工器或运算器、显示器是机器系统的三个环节。机器和人通过控制器、显示器进行信息交换，人们把他们叫做人机接口或人机界面。人机系统中人机的信息交换包含两方面的人机信息交换：一方面是人的输出信息转化成机器的输入信息；另一方面是机器的输出信息转换为人的输出信息。人从接收反馈信息到作出调整被控对象状态的操作反应,要经历一系列心理动作过程。信息模型：人从显示器中所感知的不是被控对象本身，而是代表被控对象变化状态的符号、标记或图像，显示器上所呈现的这些符号、标志、图像等叫做“信息模型”。观念模型：人感知到信息模型后，就要对它进行

9、解析或译码，即在大脑中把它转化成被控对象状态的映象，这种映象叫做“观念模型”。目标模型：人对机器进行控制或调整，是为了使它按照预期目标运转。大脑中以映象形式存在的预期目标称为“目标模型”。五、人机系统分析 首先，从分析系统中目标开始，即先要明确为什么设计这个系统。 系统总得目标要求明确后，就要进一步分析系统应具有哪些功能，并分析这些功能实现的途径，确定哪些功能由硬件设备实现，哪些功能通过软件实现，哪些功能由人承担，哪些功能需要由人与软件、硬件设备的结合来实现。人机系统的功能分析是多层次的，对软、硬件设备的功能分析，然后把两方面结合，才能设计出优良的人机系统。六、人机配合一个理想的人机系统应具有

10、可靠性高，跟踪反应快，抗干扰性强，操作符合轻，费用效益比较小等性能。人机配合包括两方面的涵义：一是人机功能分配；二是人机在构形与性能特点上的匹配。1）机器具有许多人所不及的功能特点：（机器）优点：强度大；速度快；精度高；具有某些人所缺少的感受和反应能力；具有独特的记忆功能；能够长时间地连续工作；能在人无法耐受的环境中工作。2）人也有一些机器所不及的功能：（人的优点）某些感受能力比较高；具有补偿的能力；具有高度的灵活性；具有多种潜能；具有总结经验，除旧创新的能力；具有主观能动性，因而能成为机器的支配者。人机匹配：人机系统只有当机器设计的与人的身心特点相匹配，系统才能效率高，安全可靠。人机匹配主要

11、通过两个方面的工作。一方面是通过选拔与训练，使操作人员能够与机器要求相适应。另一方面，人与机器相比，机器在构造和性能特点上，可以有很大的变化，而人的身体结构和功能特点，在很大程度上受生物遗传因素制约，具有较大的不变性。因此，人机匹配不能仅依靠人对机器的适应，应主要依靠把机器设计成符合人的特点来实现。人机相互作用，主要表现为人机双方通过显示器与控制器进行信息交换。3）人机匹配应符合的原则：要选用最有利于发挥人的能力和提高人的操作可靠性的匹配方式。匹配方式要有利于使整个系统能够达到最大效率。要使人操作起来方便、省力。要采用信息流程和信息加工过程自然的、使人容易学习的、差错少的匹配方式.(5)不要采

12、用需要人作高度精密的、频繁的、简单重复或过于单调的、连续不停的、作长时间精确计算的匹配方式。 匹配方式要使人认识到或感到自己的工作很有意义或很重要，不可把人安排作机器的辅助物。第五节 工程心理学的发展一、工程心理学的发展历史泰勒开创了“时间研究”，与吉尔布瑞斯始创的“动作研究”合称为“动作时间研究”。德国心理学家闵斯特伯格首先把实验心理学应用于工业生产。20世纪初，用实验心理学的方法为企业选拔、培训工人和改善工作环境。在1912年前后，出版了心理学与工业效率、心理技术原理等书。二十世纪三十年代，清华大学开设了工业心理学课程。工业心里学概观（陈立，1935）是最早系统介绍工业心理学的著作。工程心

13、理学兴起后的最初十年，主要集中于研究开关、按钮等控制器，因而，有人把五十年代称为工程心理学的“开关-表盘”时代。现代大型人机系统中，人由操作者转为监控者，体力负荷减轻，心理学负荷增大，系统对人的感知运动要求降低，对思维决策能力要求提高，信息交换由机械式变为对话式。二、与信息高速公路有关的工程心理学研究。1) 人计算机界面的研究；2) 对语言理解过程和知识组织方式的研究；3) 对人的视、听注意分配和信息综合特征的研究；4) 远距离配合工作的信息加工的特征。 第二章 工程心理学的研究方法第一节 研究方法概述一、变量科学研究的目的就是就是寻找事物之间的因果关系，并进而对事物的发展加以预测与控制。工程

14、心理学研究中的变量主要涉及行为变量，这种变量有两个主要的维度：定量维度和定性维度。工程心理学研究的目的在于寻求变量之间的关系，这种关系主要体现在两个方面：相关关系和因果关系。二、相关关系相关关系：指两个变量之间存在着一种系统的依赖性,而不能提供原因与结果的解释。心理学家通常把相关分成三种：正相关，两个变量之间的变化方向一致，一个增加，另一个也增加；负相关，两个变量之间的变化方向相反，一个增加，另一个减少；零相关，两个变量之间没有系统的关联，互不影响。三、研究的信度和效度 信度：指研究中所使用的工具的可靠性，即它是否可以稳定地反映某种心理特征的能力。心理学研究中常用的信度有三种：1 重测信度。用

15、同一个测验两次施测于相同的被试，两次结果的关联程度。2 复本信度。用两个等同的测验施测于同一组被试，被试两次测验得分的相关。3 分半信度。把测验分成对等的两部分，求这两部分得分的相关效度：指测验或研究的有效性和准确性，也就是测量或研究达到目的的程度。效度有三种：1 内容效度。测验的内容能在多大程度上测量到所要测定的心理特征。2 预测效度。用测验的结果去预测被试今后实际绩效的程度。3 构想效度。测验结果与某种理论构思或概念相符合的程度。第二节 观察与实验研究一、观察法观察是指通过感官或借助仪器感知客观对象的过程，通过观察获得感性材料是心理学研究最基本的方法之一。观察有两种：直接观察和间接观察。直

16、接观察。以人的感官对客观对象的直接感知为基础。间接观察。人借助仪器或其他手段的观察叫做间接观察。二、实验法实验法是在控制条件下观察事物变化，获取事实材料的方法。实验法与观察法的最主要区别就在于对实验条件的控制。心理学研究中有两个最基本的要求：随机分配被试；对变量有控制。实验法的特性：主动性；准确性；重复验证性。影响实验效果的干扰因素包括：环境因素；主试因素；被试因素；测量方法与仪器方面的因素。在研究中对自变量的控制要遵循“最大原则”，即使自变量的变化范围尽量增大，只有自变量变化范围大，才能更容易的看出它与因变量之间的关系。实验中对干扰变量的控制要遵循“最小原则”,在研究中要想满足最小原则，需要

17、采用以下方法：消除法：就是将干扰变量排除在实验之外。限定法：通过使某种干扰因素保持恒定状态，从而控制那些无法消除的干扰因素。纳入法：是指把某些可能对实验结果产生影响的因素也当作自变量来处理，使其按研究者的要求发生变化。配对法：配对法常常用来控制与被试有关的干扰因素。随机法：就是把参加实验的被试按照随机化的原则分配到实验组和控制组，这种方法也被用来控制由于被试原因对实验结果的干扰。三、准实验研究准实验研究：也叫现场实验，它是在实际情境中研究自变量与因变量关系的方法。由于准实验是在实际工作环境中进行的，有许多条件无法控制，因此在实验设计方面与实验室研究不同。 准实验设计的种类：不相等实验组控制组设

18、计。要求在实验现场中选取两个条件尽可能相同的作业组，然后随机把它们命名为实验组和控制组。实验组接受实验处理，控制组不接受实验处理。通过两组前后测定的结果的变化就可以计算实验处理的效果。等时间取样设计。要求在同一组被试作业过程中取两个时间相等的时间段，在一个时间段内让被试接受实验处理，而在另外的时间段内不接受实验处理。时间系列设计。是在作业过程中按一定的时间间隔进行一系列的测定，在时间系列的中间对被试组进行某种实验处理，然后从整个时间系列结果中分析实验处理前后结果的变化，以判定实验处理的效果。四、模拟研究模拟研究是实验研究的一种特殊形式，它是以物质形式或观念形式对实际物体、过程和情境的仿真。 使

19、用物理模型来研究人-机关系，模拟装置的逼真度对研究结果有很大的影响。模拟的逼真度越高，得到的结果越接近实际情景。为了提高模拟的逼真度，模拟研究常常采用多因素的动态模拟，而不采用单因素的定态模拟。一般来说，模拟的逼真度包括三个方面：设备的逼真度.指模拟物的外观特点和操作装置的功能特性,同真实装备的相似程度。环境的逼真程度.指模拟实验的内外环境因素与被模拟现象的实际环境的相似程度。心理的逼真程度.模拟实验中,被试在心理上把模拟过程看成同真实情境相似的程度。第三节 测量与测验法一、工程心理学研究中的测量法一般包括：物理量测量；因变量测量；心理特性测量。工程心理学研究有关的心理测量有四类：类别测量。就

20、是要求被试将事物按一定的规则或标准进行归类。顺序测量。指使用顺序量表或等级量表进行的测量，要求被试对评价的事物排出顺序或排出等级，通常采用等级排列法或对偶比较法。等距测量。常常被用来研究物理刺激与心理感受之间的关系。比例测量。指既有相等单位，又有绝对零点的测量量表，不仅能反映差别大小，还可以反映它们之间的比例关系。二、工程心理学中的测验法1) 智力测验，比如比内-西蒙智力测验、斯坦福-比内测验、韦克斯勒智力测验。2) 能力测验，如综合能力测验和特殊能力测验，如一般能力成套测验。3) 人格测验，也叫个性测验，是全面了解一个人的整体性的主要方法。如：EPQ、16PF、MMPI。人格测量通常采用三种

21、方式：量表法、投射法、情境测验。第三章 人的感觉和知觉系统第一节 感觉和知觉概述 在人与外部世界的联系中，感觉器官接受的信息，有的直接来自客观事物本身，有的间接来自各种显示装置。信息来自显示装置时，负载信息的刺激物有两类情形：一类是经过编码的刺激物，如显示器所呈示的各种符号、信号等；另一类是复制的刺激物，如通过电视播放的画面，或通过广播传送的言语声等。一、感觉感觉是人脑对直接作用于感觉器官的事物的个别属性的反映。感受性是感觉器官对适应刺激的感觉能力，它是用感觉阈限的大小来度量。1) 绝对感觉性和绝对感觉阈限:产生感觉需要达到一定强度的适宜刺激,刚刚能引起感觉的最小刺激量，称为绝对感觉阈限的下限

22、。感觉出最小刺激量的能力称为绝对感受性。2) 差别感受性和差别感觉阈限：差别感觉阈限即为刚刚引起差别感受的刺激之间的最小差别量。对最小差别量的感受能力则为差别感受性。韦伯定律：差别感觉阈限与最初刺激强度成正比，用公式表示为：I/I=K。 感觉适应：同一刺激物的持续作用下，感受性发生变化的过程。二、知觉的特性知觉的整体性：把知觉对象的各种属性、各个部分知觉成一个统一的有机整体；知觉的理解性：依据已有的知识经验去理解当前感知对象；知觉的恒常性：当知觉的条件在一定范围内变化，知觉映像仍然相对不变；知觉的选择性：人们按照某种需要和目的，主动选择外界少数刺激作为知觉对象，对其他刺激不给于知觉。第二节 视

23、觉系统 人们认知世界的过程中，大约有80以上的信息是通过视觉系统获得的。视觉系统是人与世界相联系的最主要的途径。构成视觉三要素是：光、对象物和眼睛。 人们得到视觉信息有两种途径：一是直接的，如直接看到周围的人和物；二是间接的，借助于视觉显示装置。视角是被看目标物的两点光线投入眼球时的交角。视力是眼睛分辨物体细节能力的一个生理尺度，用临界视角的倒数来表示。视野：是当人的头部和眼球不动时，人眼能觉察到的空间范围，通常用角度表示。视距：人在操作系统中正常的观察距离，。一般应根据观察目标的大小和形状，以及工作要求确定视距。人眼刚刚能辨别到物体时，背景与物体之间的最小亮度差称为临界亮度差。临界亮度差与背

24、景亮度之比称为临界对比。视觉适应：人眼随视觉环境中光量的变化感受性发生变化的过程。视觉适应有暗适应和明适应两种。暗适应：由明亮的环境转入暗环境，在暗环境中使视觉感受性逐步提高的过程。明适应：由暗的环境转入明亮的环境，视网膜上的锥细胞感受强光刺激，使视觉阈限由低提高到正常水平的过程。眼球运动规律：1) 先看到水平方向，后看到垂直方向；2) 视线习惯从左到右和从上到下，看圆形沿顺时针方向看的迅速；3) 人眼对左上方的观察优于右上方；4) 两眼球的运动时协调的、同步的。第三节 听觉系统人的听觉过程包括三个阶段：声波引起鼓膜机械振动；鼓膜机械振动引起淋巴液的液体振动； 淋巴液振动引起科蒂氏器官发放神经

25、冲动。听觉中由于干扰声的存在， 致使声信号的听觉清晰度阈限升高，这种现象称为掩蔽效应。第四节 肤觉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。 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，而压觉是较强的机械刺激引起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。温度分为冷觉和热觉两种。冷感受器在皮肤温度低于30开始发放冲动，热感受器在皮肤温度高于30第五节 本体感觉 平衡觉是人对自己头部位置的各种变化及身体平衡状态的感觉。感受器位于耳内的前庭器官半规管和耳石器中。 运动觉是人对自己身体各部位的位置及其运动状态的一种内部感觉。感受器有三种：肌梭、

26、肌腱和关节。第四章 人的信息加工第一节 人的信息加工模型信息加工系统结构包括感受器、效应器、记忆和加工器。感受器接受外界信息，效应器作出反应。信息加工系统的功能是输入、输出、储存和复制。 一、人的信息加工模型阶段感觉储存，又叫感觉登记或感觉记忆。感觉记忆内容是人意识不到的。视觉记忆保持的时间不足1秒，听觉记忆约能保持2秒。知觉译码，在知觉时，人把当前刺激登记中的信息与以前储存在长时记忆中的有关信息进行匹配，从而赋予刺激一定的意义。记忆与决策，一旦某个知觉的对象被归入一定范畴后，个体需要决定对它作出什么行动。决策以反应选择的形式表现出来。执行，决策信息以指令形式传输到效应器官，支配效应器官作出相

27、应的动作。反馈，通过反馈，人能对自己的活动进行自我调节。注意，从第二阶段开始都有注意的参与。二、人的信息接收视觉和听觉是信息输入的主要感觉通道。信息量的多少，取决于信息的不确定程度。消息的不确定程度大，包含的信息就多，反之，包含的信息就少。用数学语言来讲，不确定性就是随机性。因此，一个消息的不确定程度与信息集合中所包含的消息数和各消息发生的概率有关。常用的信息测量单位叫比特。1比特就是两个相互独立的等概率事件之一发生时所提供的信息量。人在单位时间内所能传递的信息量，叫做人的信息传递率，也称人的通道容量。人的信息传递率是一个常数。在不同实验条件下，所得出的信息传递率并不完全一致。一般来说，人的信

28、息传递率变化范围为每秒310比特。希克-海曼定律：在做选择反应时，人传递信息所需要的时间（反应时）与刺激信号的平均信息量成线性关系。公式：RT=a+bHs或者RT=a+b2N;公式中RT为选择反应时，N为等概率出现的刺激信号数目，Hs为刺激信号的平均信息量，a、b为经验常数。三、信息的储存和提取记忆就是信息的存储和提取，它是人的信息加工过程的重要组成部分，是一切行为的基础。记忆分为瞬时记忆、短时记忆和长时记忆三种。瞬时记忆是最短的记忆，保持时间以毫秒计算；短时记忆保持时间以秒计算；长时记忆是保持时间在一分钟以上到几年，甚至更长时间的记忆。人接收的信息以一定的编码形式贮存在记忆中。对于语言材料的

29、短时记忆是以听觉形式进行编码的，即使以 呈现的材料，也是按刺激的听觉特征编码的。第二节 人的信息输出一、 运动速度人的信息加工的最后一个环节是效应器的反应。人的信息输出一般通过手、足等效应器官的运动来完成。人机系统工作的效率和可靠性在很大程度上取决于人的效应器输出信息的速度和准确性。从刺激呈现至反应动作完成的时间，称为反应时，它包括反应时和运动时间。潜伏反应时指刺激呈现至发动反应的时间；运动反应时指完成反应动作的时间。反应时按反应的类型可分为简单反应时（A反应时）、选择反应时（B反应时）和辨别反应时（C反应时）。简单反应时，指只有一个刺激并触发一种反应；选择反应时，指有若干种刺激，不同的刺激触

30、发不同的反应；辨别反应时，指有若干种刺激，但只需对其中一种刺激作出反应。影响简单反应时的因素：1) 感觉通道2) 效应器官3) 刺激强度4) 刺激出现时间的不确定程度；5) 练习。心理不应期：当两个刺激在时间上十分接近时，即使接受刺激的感觉通道和作出反应的效应器官都不同，大脑信息加工机制也将暂时对第二个刺激不起反应，这段时间称为心理不应期。费茨定律：费茨研究了定位运动时间与目标距离及目标宽度的关系，他要求被试尽可能快的将钢笔从起点移向目标区。结果发现，随着目标距离增加，定位运动时间加长；随着目标宽度增加，定位运动时间缩短。目标距离和宽度对定位运动时间的联合效应可用公式表示：MT=a+b2(2D

31、/W)这个公式称为费茨定律。二、运动准确性效应器官运动的准确性问题；速度/准确性操作特征曲线是以反应时间为横轴，以准确性为纵轴描绘的曲线。速度.准确性互换特性。运动准确性与所容许的运动时间有关。费茨定律表明，定位运动时间与目标宽度成反比。目标宽度越窄，定位运动的误差容限越大。反应时越长（即速度越慢），准确性越高，但速度慢到一定程度后，曲线渐趋平坦。定位运动模式是一个消除误差的过程。随着目标的接近，操作者不断对剩余误差取样，然后做出与误差成正比的矫正运动，直到最后达到目标。手的灵活性与操作的准确性：1) 旋钮操作比指轮操作更准确，指轮操作又比滑块操作更准确；2) 水平安装的旋钮比垂直安装的按钮操作更准确；3) 向下按的按钮比向前按的按钮操作更准确；4) 笔杆小的手柄比大手柄操作更准确；5) L形的柄头比圆的柄头能更准确地进行定位。盲目定位运动时一种开环控制行为，它要求人们在没有视觉帮助的条件下，根据对运动轨迹的记忆，凭