第04章-认知及其绩效课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第四章 认知及其绩效,本章运用认知科学的观点阐述在人机系统中，人所进行的脑力作业与技能作业的特征、方法及其基本规律，从而为提高人机系统的整体效率以及人机系统的设计提供理论依据。,认知心理学及人的信息加工模型,信号识辩与持续警觉,记忆学习和技能培训,思维,注意,人的信息输出,人的可靠性与人为差错,本章主要内容,第四章 认知及其绩效 本章运用认知科学的观点阐述在,1,第一节 认知心理学及人的信息加工模型,认知心理学,人的信息加工模型,信息和信息量,第一节 认知心理学及人的信息加工模型 认知心理学,2,第一节 认知心理学及人的信息加工模型,认知心理学从心理学的角度研究人与外界交互以及认知外界的原理，包括研究如何通过视觉、听觉等接受和理解来自周围环境信息的感知过程，以及通过人脑进行记忆、思维、推理、学习和问题解决等人的心理活动的认识过程。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。,认知心理学,第一节 认知心理学及人的信息加工模型 认知心理学从,3,第一节 认知心理学及人的信息加工模型,用信息的观点解释人的认知过程，人可以被看作是一个信息加工系统，而人在人机系统的特定作业活动中的作用，在一定意义上，又可以被看作是一种信息传递和加工。,人的信息加工模型,注意资源,反应的执行,知觉编码,决策和反应的选择,操作记忆,长时记忆,感觉存储,刺激,反馈,图 人的信息加工模型,第一节 认知心理学及人的信息加工模型 用信息的观点解,4,信息和信息量,第一节 认知心理学及人的信息加工模型,信息量是不确定性平均减小的量。,信息量的大小可用消除不确定性的多少来衡量，即消息中所含的信息量是出现该消息的概率的函数。消息出现的概率愈小，它所包含的信息量就愈大，反之亦然。,消息中所含的信息量,I,与该消息出现的概率,P,（,x,）,之间的关系式如下,：,通常广泛采用的信息量单位为bit，此时取对数的底,a,=2。1bit信息量为含有两个独立等概率可能状态的事件所具有的不确定性被全部消除所需要的信息，即,：,信息是能消除事先不能确定的情况（即先验不确定性）的信号或知识，它存在于一切事物中，是一种抽象量。,信息和信息量 第一节 认知心理学及人的信息加工模型,5,第二节,信号识辩与持续警觉,信号识辨机理,人的信息传递能力,持续警觉,脑力作业的生理变化特征,第二节 信号识辩与持续警觉 信号识辨机理,6,第二节,信号识辩与持续警觉,信号识辨机理,图像识别理论模型,声音的解释,例如“李四踢足球。”,信号识辨的研究内容很多，这里主要介绍图像识别理论模型和声音的解释。,模式匹配理论,原型匹配理论,泛魔识别模型,材料-驱动,概念-驱动,第二节 信号识辩与持续警觉 信号识辨机理 图像识别理论模型,7,人的信息传递能力,人的信息传递能力的理论估计,对视觉器官信息传递能力的估计,对听觉器官信息传递能力的估计,辛格,(Singer),估计,：,视神经共有大约,100,万根纤维，每根信息传递,1000bit/s,，总计视感觉器官的信息传递能力为,10,9,bit/s,，亦即每秒钟可以传递的信息量为,10,9,bit。,雅克布逊（,Jacobson,）,估计：,人的单耳每秒钟可以传递的信息量约为,8000bit。,人在实际活动中的信息传递能力，不仅取决于感觉器官的信息传递能力，而且更多地取决于中枢神经和动作反应系统的信息传递能力，因此，人的实际信息传递能力的水平远远低于上述理论估计的能力的水平。,第二节,信号识辩与持续警觉,人的信息传递能力 人的信息传递能力的理论估计 对视觉器官信息,8,感知觉的绝对辨认能力,感知觉,刺激维度,绝对辨认能力(bit/刺激),辨认的刺激数,研究者,视觉,在直线上,（在直线度盘上）,3.25,10,Hake、Garner(1951),点（指针）的位置,3.90,10,Coonan、Klemmen(in Miller,1956),颜色（主波长）,3.10,9,Eriksen、Hake(1955),明度,2.30,5,Eriksen、Hake(1955),简单几何图形的面积,2.20,2.60,5,6,Pollack(in Miller,1956),直线的长度,2.603.00,78,Pollack(in Miller,1956),直线倾斜度,2.803.30,711,Pollack(in Miller,1956),弧度（其弦不变）,1.602.20,45,Pollack(in Miller,1956),听觉,纯音强度（音响）,2.30,5,Garner(1953),纯音频率（音高）,2.50,7,Pollack(1952、1953),味觉,食盐水浓度,1.90,4,Beebe-Center、Rodgers、Connell(1955),振动觉,（胸部）,振动强度,2.00,4,Geldard(in Miller,1956),振动持续时间,2.30,5,Geldard(in Miller,1956),振动位置,2.80,7,Geldard(in Miller,1956),电击,电击强度,1.70,3,Hawker(1960),电击持续时间,1.80,3,Hawker、Warn(1961),表 不同感知觉的绝对辨认能力,第二节,信号识辩与持续警觉,感知觉的绝对辨认能力 感知觉刺激维度绝对辨认能力(bit/刺,9,信息传递率,上述利用绝对辨认来估计人们的信息传递能力，由于没有考虑辨认的速度这一因素，所以有一定的局限性。事实上，当允许辨认的时间发生变化时，绝对辨认能力也随之发生一定的变化,信息传递率是指人在单位时间内所能传递的信息量，也称人的通道容量，其单位为bit/s。,希克（,W.Hick,）于,1952,年和海曼,(Hyman),于,1953,年分别用实验证实，刺激的信息量与反应时间的相关是线性的。,一般认为，人的通道容量约为,7bit/s,左右，即人每秒最大可传递,7bit,左右的信息量。实际上，人的信息传递率远远高于,7bit/s,，这是因为作用于人的感官的外界刺激往往都是多维度的。,第二节,信号识辩与持续警觉,信息传递率 上述利用绝对辨认来估计人们的信息传递能力，,10,持续警觉,持续警觉通常是在刺激环境单调和脑力活动以注意为主的条件下，长时间保持的警觉状态。,持续警觉的提出,第二次世界大战,信号漏报,注视时间(min),第一个30min,第二个30min,第三个30min,第四个30min,信号漏报比(%）,15,26,27,28,表 注视时间与信号漏报之间的关系,第二节,信号识辩与持续警觉,持续警觉 持续警觉通常是在刺激环境单调和脑力活动以注,11,觉醒效能曲线,信号频率增加时，发现信号的百分比也随之增加，但信号频率增加到一定程度后，再继续增加，发现信号的百分比反而下降。,通常作业性质和作业内容不同，所要求的适合的觉醒水平也不同，如连续进行的内容单调、简单的作业，要求觉醒水平高，而难度大、需要进行复杂判断的作业，则要求觉醒水平低。,70,80,90,60,发现信号率（）,信号数/30min,10,100,1000,图 信号发现率,作业效能,觉醒状态,高,低,低,高,图 觉醒效能曲线,第二节,信号识辩与持续警觉,觉醒效能曲线 信号频率增加时，发现信号的百分比也随之,12,导致持续警觉作业效能下降的因素,信号出现时间极不规则，这是造成信号脱漏的重要原因。,不良的作业环境，如噪声大，温度高，无关刺激的干扰多等。,信号强度弱，信号频率不适宜。,个体主观状态，如过分激动的情绪，失眠、疲劳等。,第二节,信号识辩与持续警觉,导致持续警觉作业效能下降的因素 信号出现时间极不规则，这是造,13,改善持续警觉作业效能的措施,适当增加信号的频率和强度，增强信号的可分辨性。,根据持续警觉作业效能一般是在作业开始30min后逐渐下降的规律以及有意注意可维持的最长时间，科学安排作业时间。,改善不良作业环境，减少无关刺激的干扰。,培养和提高作业者良好的注意品质。,第二节,信号识辩与持续警觉,改善持续警觉作业效能的措施 适当增加信号的频率和强度，增强信,14,脑力作业的生理变化特征,脑组织对于缺氧、缺血高度敏感，但总摄取量明显提高时，并不表示脑力作业效率的提高。,作业类型,RMR,作业类型,RMR,操作人员监视面板,0.41.0,记帐、打算盘,0.5,仪器室作记录、伏案办公,0.30.5,一般记录,0.4,电子计算机操作,1.3,站立（微弯腰）谈话,0.5,用计算器计算,0.6,坐着读、看、听,0.2,讲课（站立）,1.1,接、打电话（站立）,0.4,表 不同类型的脑力作业和技能作业的RMR实测值,脑力作业生理变化的特征，表现在窦性心律不齐（心脏搏动的频率不规则性）的变化上。实验证明，窦性心律不齐随脑力作业负荷的增加而减少，即脑力集中，心率变化减少；脑力分散，心率变化增大。但脑力作业特别紧张时，尤其是由于心理紧张而造成精神负担时，则可引起舒张期缩短而使心跳加快、血压上升、呼吸频率提高、脑部充血等。,第二节,信号识辩与持续警觉,脑力作业的生理变化特征 脑组织对于缺氧、缺血高度敏感，,15,第三节,记忆学习和技能培训,记忆,遗忘,学习,技能培训,第三节 记忆学习和技能培训 记忆,16,第三节,记忆学习和技能培训,记忆,两个基本过程：,记,：体现为识记（信息的输入和编码过程）和保持（信息的贮存）,忆,：,体现为再认和回忆,（,信息的提取,）,记忆三个阶段,：,瞬时记忆,短时记忆,长时记忆,第三节 记忆学习和技能培训 记忆 两个基本过程：记：体现为,17,遗忘,间距(h),重学节省()（保存量）,遗忘数量(%),间距(h),重学节省()（保存量）,遗忘数量(%),0.33,58.2,41.8,48,27.8,72.2,1,44.2,55.8,624,25.4,74.6,8.8,35.8,64.2,3124,21.1,78.9,24,33.7,66.3,19,世纪末期，德国心理学家,H.,艾宾浩斯,(H.Ebbinghaus),以其本人为主试和被试，对记忆和遗忘进行了大量系统的实验研究。,表 不同时间间隔的保持成绩,保持与遗忘曲线,第三节,记忆学习和技能培训,遗忘 间距(h)重学节省()（保存量）遗忘数量(%)间距(,18,由该曲线可知，遗忘发展的进程是不均衡的，在识记后的短时间内，遗忘速度很快，以后逐渐缓慢，一定时间后，则处于停滞状态而几乎不再忘记。,图 艾宾浩斯保持和遗忘曲线,记忆保持时间：,动作记忆,形象材料和有意义的材料,识记的材料数量越多，识记后保持量越少,第三节,记忆学习和技能培训,由该曲线可知，遗忘发展的进程是不均衡的，在识记后的短,19,遗忘的原因,干扰,是产生遗忘的重要原因,前摄干扰,（也称前摄抑制），即先前学习的材料对识记和回忆后学材料的干扰。,倒摄干扰,（,也称倒摄抑制），即后面学习的材料对保持和回忆先学材料的干扰。,对于两种学习材料：,前摄干扰的强度随先学材料的数量以及先后两种材料内容相似程度的增加而增加。,倒摄干扰受先后两种材料相似程度、后学材料的难度以及先学材料保持程度等因素的制约。,对于同种学习材料：,首尾部分容易记住，而中间部分容易遗忘，因为首部无前摄抑制的干扰，尾部无倒摄抑制的干扰，而中间部分则既有前摄干扰又有倒摄干扰。,克服遗忘最好的办法是复习（按照遗忘规律复习）,第三节,记忆学习和技能培训,遗忘的原因 干扰 是产生遗忘的重要原因 前摄干扰（也称前摄抑,20,学习,学习程度,学习曲线,学习程度（%）,4h回忆出的百分数,学习程度（）,4h回忆出的百分数,学习程度（）,4h回忆出的百分数,150,81.9,100,64.8,33,42.7,表 学习程度对记忆的影响,表示在技能形成过程中练习次数（或练习时间,）与练习成绩之间的关系的曲线，可用于研究知识和技能形成规律。,第三节,记忆学习和技能培训,学习学习程度 学