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1、北大工程心理学2004年北大“工程心理学”听课笔记第一章概论1.1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。它以人机系统为对象，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。任何人机系统都处于一定的环境之中，人的工作效能和人机关系都受环境因素的影响，因而有人把人机系统的概念扩大为人机环境系统。“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。工程心理学人类工程学人类因素学人类因素工程学工程心理学是一门以心理学为核心内容的综合性学科。它以实验心理学

2、和认知心理学的理论和方法为基础。从事工程心理学的研究，必须熟悉心理学的理论和方法。2.怎样解决好人机环境三者之间的关系？首先必须对人在系统中的地位有一个正确的认识。对这个问题有两种对立的观点。一种是机器中心论，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。另一种观点与此相反，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。1.2工程心理学的内容1.工程心理学的主要内容：人体生理心

3、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。要处理好这两方面的关系，就要对人的身心特点，特别是对人在各种情况下的工作能力和行为特点进行研究。人机相互作用过程和人机界面的设计要求。在人机系统中，人机相互作用是通过信息显示装置和控制装置实现的人机信息交换的过程。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，都会地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。异常因素包括超重、失重、高压、低压、缺氧的情况。人工智能。人工智能是通过计算机等技术对

4、人的智能活动的模拟。1.3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器各自的效率，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。创造健康和舒适的工作条件。健康舒适是评价生活、工作质量的重要内容。随着社会的进步，人们对身心健康和舒适度的要求越来越高。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。1.4人机环境系统1.人机系统：在劳动或工作中人与使用的机器以一定的方式相结合而构成的系统，称为人机系统。2.工程心理学研究人机系统的目的：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。3.人机系统按人机连接的方式，可

5、区分为串联式人机系统合并联式人机系统。4.在自动化系统中，人机之间多采取并联的形式。在大型人机系统中，人机之间往往采用串联、并联相结合的方式。5.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。6.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。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，因而在手控系统中，人的活动与作用主要是体力的，整个系统的效率直接取决于人对机具施力的方式和施力的大小。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。在

6、自动化人机系统中，机器本身是一个闭环系统，它能自动实现包括信息接受、加工和执行等功能。自动化人机系统也称为监控式人机系统。7.机器的发展会使人的作用变小吗？随着电子计算机的发展和自动化程度的不断提高，现在由人做的工作无疑将来越来越多的由机器去完成，但人的作用不会减少，更不必担心有朝一日会出现机器人统治世界的局面。不管机器的自动化程度多高，它都不可能离开人而独立存在。任何机器都是由人设计和制造出来的，机器运转发生故障时也需要人去维修。机器越复杂，制造和维修过程越需依靠人的智慧。因此机器的发展不会使人的作用变小，人在创造了一种新的机器后，就使自己有可能从这种机器所替代的劳动中解放出来，去从事更重要

7、更富有创造性的工作。人用自己的力量推动着技术的发展，人在推动技术发展的过程中也使自己得到了发展。8.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交换的过程。人和机器是两种性质不同的系统，但两者在功能上有相似的地方。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SOR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。人的眼、耳、鼻、舌、皮肤等是接收刺激输入的器官，称为感觉器官。手、脚、口等是运动反应器官，称为效应器官。9.控制器、加工器或运算器、显示器是机器系统的三个环节。10.人机配合包括两方面的含义：一是人机功能分配；二是人机在

8、构形与性能特点上的匹配。11.机器的优点：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；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。12.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。13.人机匹配应符合的原则：要选用最有利于发挥人的能力，提高人的操作可靠性的匹配方式，不要为图便宜，或为了容易设计，而选用不利于发挥人的能力特性的匹配方式。匹配方式要有利于使整个系统能够达到最大效率，但要避免对人提出能力所不及的要求。要使人操作起来方便、省力，避免选用在大部分工作时间内

9、，都要求人高度用力的匹配方式。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。不要采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，避免使人产生自己的工作是为机器服务的感受。1.5工程心理学的发展1.FW泰勒被认为是最早对人与工具匹配问题进行科学研究的学者。2.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”,迈开了劳动心理学和工业心理学研究的第一步。3.闵斯特伯格首先把实验心理学应用于工业生产。用实验心理学的方法为

10、企业选拔、培训工人和改善工作环境。在1912年前后，他出版了心理学与工业效率、心理技术原理等书。4.心理学对人机关系的研究，大致可以以第二次世界大战为界划分为两个历史阶段：战前是一个阶段，主要是研究解决人对机器的适应问题；战后是一个阶段，主要研究使机器适应人的问题。5.为什么有人称五十年代是工程心理学的“开关表盘”时代？工程心理学兴起后的最初10年，主要集中于研究开关、按钮、操纵杆等控制器和表盘指针式仪表设计中的人的因素的问题，特别是研究仪表、控制器与人的感知觉特性及手足运动器官的反应特性相适应的问题。因而有人称五十年代是工程心理学的“开关表盘”时代。6.在现代大型人机系统中，人由操作者转为监

11、控者，人的体力负荷减轻，心理负荷增大，系统对人的感知运动要求降低，对思维决策能力的要求提高，人机间的信息交换由机械式转变为对话式。7.二十世纪三十年代，清华大学开设了工业心理学课程。工业心理学概观(陈立，1935)是我国最早系统介绍工业心理学的著作。8.简述与信息高速公路有关的工程心理学研究。人计算机界面的研究；对语言理解过程和知识组织方式的研究；对人的视、听注意分配和信息综合特征的研究；远距离配合工作的信息加工的特征，以及不同技术手段的应用，对这类工作的影响。第二章工程心理学的研究方法科学研究就是在搜集材料、分析材料的基础上探索事物发展规律的过程，这一过程的最终目的，就是寻找事物之间的因果关

12、系，并进而对事物的发展加以预测与控制。在科学研究中，搜集材料的时候有三个问题需要注意：搜集什么材料？用什么方法搜集？想什么人搜集？对第一个问题的回答要根据研究的目的而定。2.1研究方法概述1.变量是心理学研究中的基本概念，其包括：自变量可以由人加以控制；因变量随着自变量的变化而变化。2.工程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。在工程心理学的研究中，我们往往需要先对一些行为变量定性，然后在定性的基础上作定量的比较。3.在工程心理学研究中，除了自变量和因变量有时还会遇到控制变量在实际的研究中我们往往对一些变量加以控制，试图使它的影响在不同的情境中变得恒

13、定，从而在对结果进行分析的时候，可以去除这些因素的影响。4.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。5.相关关系是指两个变量之间存在着一种系统的依赖性，但这种关系只能说明两个变量之间有依赖，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、负相关和零相关。6.在心理学研究中，两个变量之间相关的程度经常是用相关系数来衡量的，它的变化范围是-1.0+1.0，相关系数的绝对值越大，表明变量之间的相关程度越大。7.信度是指研究中所使用的工具（比如一个量表或是一个问卷）的可靠性，即它是否可以稳定地反映某种心理特征的能力。8.信度的种类包括

14、：重测信度。用同一个测验两次施测于相同的被试，两次结果的关联程度，相关越大，测验的信度越高。复本信度。用两个等同的测验或一个测验的平行复本施测于同一组被试，被试两次测验得分的相关系数就是复本信度。分半信度。用某个测验对被试加以施测，把测验分成对等的两部分（比如奇数和偶数题目），求这两部分得分的相关，这样计算出来的信度叫分半信度。9.效度是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。10.效度的种类包括：内容效度。测验所涵盖的内容能在多大程度上测量到所要测定的心理特征，涵盖的范围越广，内容效度越高。预测效度。用测验的结果去预测被试今后实际绩效的程度，预测效度越高，这种预测就越准

15、确。构想效度。测验结果与某种理论构思或概念相符合的程度。2.2观察与实验研究1.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。2.科学的观察与常识的观察的区别：科学观察是有目的、有计划的行为；常识观察往往是随机性的。3.观察的分类：直接观察。直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。4.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，正是因为有控制，使得实验法在解释变量之间的因果关系方面比其他方法更有效。5.实验法的两个最基本的要求：随

16、机分配被试。实验中试验组和控制组的被试必须是随机分配的，这样做的目的是要克服由于被试的不均等性而引起的结果差异。对变量有控制。对变量加以控制是试验研究最重要的特色，只有控制了影响实验结果的各种变量，实验法才能更好的找到自变量与因变量之间的因果关系。6.实验法的特性：主动性。它不必像观察法那样被动的等待观察现象的出现，可以按照研究者的需要主动地引起所研究的现象。准确性。实验研究可以排除其他无关因素对自变量和因变量之间关系的干扰，使人们对所研究的事物或现象之间的因果关系有更清楚完整的认识。重复验证性。实验研究产生的现象可以重复产生，供人们反复观测验证。由于可以反复验证，因此实验法具有较高的内部效度

17、，即一种现象在同样的条件下被反复验证的可能性大。7. 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。8.最大原则：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。满足最大原则的方法是注意样本的多层次性。9.最小原则：实验中对干扰变量的控制要遵循“最小原则”，即自变量以外的一切干扰变量的影响要控制在最小限度内。10.满足最小原则的方法包括：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

18、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，同时分析这种变化与因变量之间的关系。配对法：配对法常常用来控制与被试有关的干扰因素。具体做法是把条件相等或相近的被试对等的分配到实验组和控制组。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。11.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。12.准实验设计的种类：不相等实验组控制组设计。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

19、它们命名为实验组和控制组。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。13.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。14.模拟通常有物理和数学模拟。其中物理模拟要通过与实体类似的物理模型来实现；数学模拟则是一种较抽象的模拟方式。在工程心理学研究中，我们用得较多的是物理模拟，其中，模拟

20、装置的逼真度对研究结果有很大的影响。15.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以及实现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。指模拟实验中内外物理环境因素与被模拟现象的实际环境因素的相似程度。心理的逼真程度。指在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，心理的逼真度在很大程度上取决于设备逼真度和环境逼真度。2.3测量与测验法1.工程心理学中的测量一般针对以下几个方面：物理量测量；因变量测量；心理特性测量。2.与工程心理学研究有关的心理测量有四类：类别测量。就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。是指使用顺序量表或等级量表进

21、行的测量，这种测量要求被试对评价的事物排出顺序或排出等级，顺序测量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。是指既有相等单位，又有绝对零点的测量量表。3.斯蒂文森定律：心理量S与物理量I之间存在着对数关系。公式：S心理量；B常数；I物理量；A指数4.亮度、长度、电击三类物理量与相应的心理量之间的关系：电击的感觉强度比引起电击的物理强度增长快得多（a 1）；主观亮度感觉量比光刺激的增长慢得多（a 1）；线段长度的主观感觉量与物理量几乎成等比例关系（1）。5.比奈测验：智商（智力年龄实际年龄）1006.韦克斯勒智力量表：引入了离差智商概念。公式

22、：IQ100+15Z7.典型的人格测验：艾森克人格问卷；卡特尔的16PF；明尼苏达多相人格量表（MMPI）。8.人格测量通常采用的三种方式：量表法；投射法；情境测验。9.在投射测验中，罗夏墨迹测验和主题统觉测验使用最为广泛。 第三章人的感觉和知觉系统3.1感觉和知觉概述1.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。人们对任何事物的认识都是从感觉开始的。人的感觉包括：视觉、听觉、本体感觉、化学感觉（嗅觉和味觉）及皮肤感觉等。2.适宜刺激：人体的一种感觉器官只对一种能量形式的刺激特别敏感，能引起感觉器官有效反应的刺激称为该感觉器官的适宜刺激。感觉类型 感觉器官 适宜刺激视觉 眼 可见光

23、听觉 耳 一定频率范围的声波嗅觉 鼻腔顶部嗅细胞 挥发的和飞散的物质味觉 舌面上的味蕾 被唾液溶解的物质皮肤感觉 皮肤及皮下组织 物理和化学物质对皮肤的作用深部感觉 机体神经和关节 物质对机体的作用平衡感觉 半规管 运动刺激和位置变化3.感受性是感觉器官对适宜刺激的感觉能力，用感觉阈限的大小来度量。人的各种感觉都有两种类型的感受性和感觉阈限：绝对感受性和绝对感觉阈限：刚刚能引起感觉的最小刺激量，称为绝对感觉阈限的下限，感觉出最小刺激量的能力称为绝对感受性。差别感受性和差别感觉阈限：当两个不同强度的同类型刺激同时或先后作用于某一感觉器官时，它们在强度上的差别必须达到一定程度才能引起人的差别感觉。

24、差别感觉阈限即为刚刚能引起差别感觉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。4.韦伯定律：差别阈限与最初刺激的强度之比为一常数。公式：差别感觉阈限；I最初的刺激强度；K常数（韦伯比例）5.感觉的适应：在同一刺激物的持续作用下，人的感受性发生变化的过程称为感觉的适应。视觉适应中的暗适应约需45分钟以上，明适应约需1-2分钟。听觉适应约需15分钟。味觉和轻触觉适应分别约需30秒和2秒。6.知觉是指大脑中对客观事物的各种属性、各个部分及其相互关系的综合的整体的映象。知觉的特性包括：知觉的整体性；知觉的理解性；知觉的恒常性；知觉的选择性。3.2视觉系统1.在人们认知世界的过程中80

25、以上的信息是通过视觉系统获得的，因此视觉系统是人与世界相联系的最主要的途径。2.物体依赖于光的反射进入眼睛，所以光、对象物、眼睛是构成视觉现象的三个要素。3.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，即借助于各种视觉显示装置，如CRT屏幕、雷达、电视机等。4. 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，即：视力1/临界视角5.人眼能感受的光波是380nm780nm的电磁波，通常把此段电磁波称为可见光波。紫色：标准波长420nm ；红色：标准波长700nm 。3.3听觉系统1.耳包括外耳、中耳和内耳三部分。2.人耳的听觉过程有以下三个阶段

26、：将空气中的声波转变为机械振动；将机械振动转变为液体振动；将液体振动转变为神经冲动。3.掩蔽效应是指由于干扰声的存在，致使声信号的听觉清晰度阈限升高的现象。3.4肤觉1.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。2.皮肤的不同区域对触觉敏感性有相当大的差别，这种差别主要是由于皮肤的厚度、神经分布状况引起的。3.温度觉分为冷觉和热觉两种。冷感受器在皮肤温度低于30时开始发放冲动，到47时为最高。在冷刺激或热刺激不断作用下，温度觉就会产生适应。3.5个体感觉1.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。平衡觉感受器位于耳内的前庭器官半规管和耳石器中。2.运动觉是

27、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。 第四章人的信息加工1.信息加工系统的功能是输入、输出、储存和复制。4.1人的信息加工模型1.人的信息加工模型：感觉储存：又叫感觉登记或感觉记忆，是人的信息加工的第一阶段；知觉译码；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；执行；反馈；注意。2.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。3.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。4.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，人的信息传递率变

28、化范围为每秒310比特。被试接收信息的最大速度均接近55比特/秒。人的信息传递率并不高，可能是受到效应器信息输出能力和输入输出之间的中枢过程信息传递能力限制的缘故。5.记忆分为瞬时记忆、短时记忆和长时记忆三种。短时记忆也称为操作记忆或工作记忆。人的长时记忆的容量很大，几乎是无限的，而短时记忆的容量有限，一次只保持7个左右互不关联的项目。6.通过组块，就可以明显提高短时记忆的容量。4.2人的信息输出1.从刺激呈现到反应动作完成的时间称为反应时。它包括潜伏反映时和运动时间两部分。潜伏反映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。2.感官接收刺激1-38毫秒；神经传递至皮层2-1

29、00毫秒；中枢加工70-300毫秒；神经传递至肌肉10-20毫秒；肌肉潜伏和动作时间30-70毫秒。3.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）。.影响简单反应时的主要因素有哪些？感觉通道的特点。感觉通道由于加工速度不同而导致反应时有差别；效应器官的特点。不同效应器官由于发动反应的速度不同引起反应时的差别；例如手的反映比脚快；反应时随着刺激强度增大而缩短,并趋向一个渐近值。刺激出现时间的不确定程度越大，反应时越长；通过练习可以使反应时缩短。5.当两个刺激在时间上十分接近时，即使接收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

30、将暂时对第二个刺激不起反应，这段时间称为心理不应期。6.单通道理论如何解释心理不应期？这一理论假设中枢信息加工是单通道的，即一次只能加工一个刺激，它形成了人的信息通道的狭口。因此，在完成对S1的加工前，中枢不能开始处理S2，S2必须等候在这一通道门外，直到门打开。4.4注意和警戒1.注意是人的心理活动对一定对象的指向。注意主要从三方面对信息加工过程发生影响，即选择性、集中性和注意分配。2.最佳选择就是要以最小的代价得到最大的价值。3.注意取样受多种主客观因素的影响。信源刺激的物理特点，如刺激的数量、强度、作用方式、以及信源所处的环境条件等是影响注意选择的客观因素。4.注意分配不同于注意分散：是

31、指人在同一时候能把注意力分配到一个以上的对象上，即所谓一心二用或一心多用。注意分散是指需要集中注意而注意力不能集中的情形，它是消极的，而注意分配是人根据需要主动调整注意指向的能力，具有积极的意义。5.在警戒问题的研究中，有两类警戒模式：一类是自由反应模式。在这类警戒任务中，目标信号可以在任何时间出现。目标信号的频率用每单位时间出现的次数来定义。第二类是检查模式。在这一类的警戒任务中，目标信号以比较规则的间距出现。6.警戒理论包括：疲劳理论、感受性偏移理论和标准偏移理论。布罗德本特认为注视时钟指针或其它视觉信号需要持续保持注意，这会产生疲劳。正是由于这种疲劳，使信号观察者，在警戒作业中发生注意分散或注意松弛，从而导致漏报信号。帕瑞苏瑞曼提出与疲劳理论不同的看法，认为在某些特定条件下，无论在听觉和视觉警戒任务中，都可以发现感受性下降的现象。例如，当任务中的事件率很高，且需要将目标信号刺激与保存在记忆中的标准作