第九章 人的信息處

第九章人的信息處理系統(tǒng)

9.2感知系統(tǒng)的信息加工

9.3中樞系統(tǒng)的信息加工

9.1人的信息處理系統(tǒng)模型

9.4人的信息輸出

9.5腦力工作負(fù)荷9.1人的信息處理系統(tǒng)模型9.1.1人的信息處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

人的處理信息系統(tǒng)的基本組成

——感知系統(tǒng)

——認(rèn)知決策系統(tǒng)

——運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)（1）感知系統(tǒng)是人的信息處理的第一個(gè)階段，主要通過各種感覺器官接受外界的信息，然后把這些信息傳遞給中樞信息處理系統(tǒng)。主要由感覺器官及其相關(guān)的記憶存儲器組成。（2）中樞信息處理系統(tǒng)也稱認(rèn)知系統(tǒng)或決策系統(tǒng)。人的認(rèn)知系統(tǒng)接收感知系統(tǒng)出入的編碼信息，并將其存入工作記憶，根據(jù)長時(shí)記憶中的相關(guān)信息和加工規(guī)律，進(jìn)行綜合的分析，最后做出決策并傳到運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。（3）運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)

執(zhí)行認(rèn)知系統(tǒng)發(fā)出的命令，完成人的信息處理系統(tǒng)的輸出。9.1人的信息處理系統(tǒng)模型9.1人的信息處理系統(tǒng)模型9.1.2信息、信息量與信息傳遞模式（1）信息——是能消除事先不能確定的情況的信號或知識，它存在于一切事物中，是一種抽象量。（2）信息量——是人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)考慮的重要參數(shù)。通常選用對數(shù)單位對其進(jìn)行度量（如二進(jìn)制、八進(jìn)制等）。（3）信息傳遞模式

——信息源發(fā)出的信息被信宿完全接收。（理想的）

——信息源發(fā)出的信息在傳遞過程中消耗殆盡。

（人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中必須避免的）

——從信息源發(fā)出的信息雖然有些消耗，而且混有某些噪聲成分，但仍有部分信息被有效傳送到信宿。人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的任務(wù)：合理設(shè)計(jì)，減少信息損耗；通過提高信噪比、降低混淆度，提高信息傳遞質(zhì)量。9.2感知系統(tǒng)的信息加工9.2.1感覺和知覺系統(tǒng)（1）感覺器官及其信息接收能力感受器可分為視、聽、觸、味和膚覺，每種通常只能對一種能量形式的刺激（適宜刺激）特別敏感。

人的感官除了要求“適宜刺激”信號的載體外，感官還對信息載體的能量要求也有一定的限度。9.2感知系統(tǒng)的信息加工（2）韋伯定律

差別感覺閾限——?jiǎng)倓傄鸩顒e感覺的刺激間的最小差別，也稱最小可覺差別。

差別感受性——對最小差別量的感受能力。

韋伯定律——各種感官刺激的差別感覺閾限隨最初刺激能量大小而變化，但兩者之比是常數(shù)。僅適用于中等強(qiáng)度的刺激，而對能量極?。ń^對感覺閾限下限）和能量極大（絕對感覺閾限上限）的信號刺激不適用。9.2感知系統(tǒng)的信息加工（3）知覺

定義——人們通過感官得到外部世界的信息，這些信息經(jīng)過頭腦的加工，產(chǎn)生的對事物整體的認(rèn)識。

分類：

主導(dǎo)作用——視知覺

——聽知覺

——觸知覺

——味知覺

——嗅知覺

認(rèn)識事物的特性——空間知覺

——時(shí)間知覺

——運(yùn)動(dòng)知覺9.2感知系統(tǒng)的信息加工9.2.2感知過程中的信息儲存（1）感覺儲存——又稱感覺記憶（瞬時(shí)記憶），是外界輸入刺激后人對信息加工的第一個(gè)模塊，儲存時(shí)間大約為0.25-2s。（2）感覺儲存的編碼——主要依賴于信息的物理特征，具有鮮明的形象性。（3）感覺儲存和工作記憶的交互作用

工作記憶——是感覺記憶和長時(shí)記憶的中間階段，也稱中時(shí)記憶，保持時(shí)間約為5s-2min。

兩者關(guān)系——感覺記憶中只有個(gè)別的信息進(jìn)入工作記憶，而與長時(shí)記憶無關(guān)的、沒有轉(zhuǎn)到工作記憶，很快消失。只有進(jìn)入注意的信息，才進(jìn)入到工作記憶。9.2感知系統(tǒng)的信息加工（4）感覺映像的衰退和儲存容量感覺記憶（視覺映像和聽覺映像）隨時(shí)間的消逝而衰退。通常，視覺映像的儲存容量為17個(gè)字母，而聽覺映像一般為5個(gè)字母。

半衰期——感知記憶衰退50%所經(jīng)歷的時(shí)間，對于字母，視覺映像的半衰期約為200ms，而聽覺映像的半衰期約為1500ms。9.2感知系統(tǒng)的信息加工9.2.3感知系統(tǒng)的信息加工（1）信息加工方式——自下而上：由較小的轉(zhuǎn)向較大的知覺單元，或從較低水平的加工到較高水平的加工。

——自上而下：由有關(guān)知覺對象的一般知識開始的加工。由此形成的期望或?qū)χX對象的假設(shè)。主要體現(xiàn)在上下文效應(yīng)中。一般來說，當(dāng)非感覺信息越多，需要的感覺信息就越少，這時(shí)自上而下的加工占優(yōu)勢；相反，非感覺信息越少，需要的感覺信息就越多，這時(shí)自下而上的加工占優(yōu)勢。9.2感知系統(tǒng)的信息加工（2）模式識別

模式——由若干元素或成分按一定關(guān)系形成的某種刺激結(jié)構(gòu)，也可以說模式是刺激的組合。模式識別——當(dāng)人能夠確認(rèn)他所知覺的某個(gè)模式是什么時(shí)，將它與其他模式區(qū)分開來。是人的基本認(rèn)知能力或智能。

模式識別的模型

——模板匹配模型：須事先存儲相應(yīng)的模板，缺少靈活性，不能完全解釋人的模式識別過程。

——原型匹配模型：可減少記憶負(fù)擔(dān)，更加靈活，能適應(yīng)環(huán)境的變化。

——特征分析模型：通過特征和特征分析進(jìn)行比較，可存在于其他模式中，極大減輕記憶的負(fù)擔(dān)。9.2感知系統(tǒng)的信息加工（3）信息加工周期、單位知覺、感知加工的速率變化

加工周期——與刺激脈沖反應(yīng)的時(shí)間有關(guān)。單位知覺——如果在一個(gè)知覺加工器的工作周期里，有多個(gè)相類似的刺激發(fā)生，那么知覺加工器就會(huì)將它們當(dāng)作一個(gè)刺激單位加以處理。

感知加工的速率變化

——知覺加工器的單位加工周期并非一個(gè)固定的常數(shù)；

——不同的刺激條件下，加工周期可在一定范圍內(nèi)變化；

——知覺加工器的加工周期時(shí)間與刺激強(qiáng)度成反比。9.2感知系統(tǒng)的信息加工（5）人的信息傳遞能力

理論能力評估與人的實(shí)際能力

——在最理想條件下，傳信能力的實(shí)際上限處于25bit/s左右，至今無人聲稱最高值能達(dá)到40bit/s。感知覺的絕對辨認(rèn)能力

——是指當(dāng)單個(gè)的刺激呈現(xiàn)而不與其他刺激作比較的條件下，感覺器官所具有的辨認(rèn)能力（如表9-3）。

信息傳遞率

——指人在單位時(shí)間內(nèi)能傳遞的信息量；

——一般認(rèn)為，熱的通道容量約為7bit/s左右，實(shí)際上，人對信息傳遞率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于7bit/s，由于外界刺激往往都是多維度的。

9.2感知系統(tǒng)的信息加工9.2感知系統(tǒng)的信息加工（5）注意

定義——是心理活動(dòng)或意識對一定對象的指向集中。注意指向性——是指人在某一瞬間，他的心理活動(dòng)或意識選擇了某個(gè)對象，而忽略了另一些對象。

注意集中性——當(dāng)心理活動(dòng)或意識指向某個(gè)對象的時(shí)候，它們會(huì)在這個(gè)對象上集中起來，即全神貫注。注意的功能

——注意的選擇功能；

——注意的保持功能；

——注意的調(diào)節(jié)及監(jiān)督功能。

9.2感知系統(tǒng)的信息加工（5）注意注意的種類

——無意注意：指事先沒有目的、也不需要意志努力的注意，其產(chǎn)生的原因主要是刺激的新異性、強(qiáng)度和運(yùn)動(dòng)變化等。

——有意注意：指有預(yù)定目的、需要一定意志努力的注意，是一種積極主動(dòng)的形式。

——有意后注意：是注意的特殊形式，同時(shí)具有無意注意和有意注意的某些特征。學(xué)習(xí)專業(yè)知識需要就是有意后注意。

9.2感知系統(tǒng)的信息加工（5）注意注意的特性

——注意的廣度：指在一個(gè)很短的時(shí)間內(nèi)能知覺的注意對象的數(shù)目。

——注意的選擇性：是個(gè)體在同時(shí)呈現(xiàn)的兩種或兩種以上的刺激中選擇一種進(jìn)行注意、而忽略另外的刺激。

——注意的持續(xù)性：指注意在一定時(shí)間內(nèi)保持在某個(gè)認(rèn)識的客體或活動(dòng)上，也叫注意的穩(wěn)定性。

——注意的分配：是個(gè)體在同一時(shí)間對兩種或兩種以上的刺激進(jìn)行注意，或?qū)⒆⒁夥峙涞讲煌幕顒?dòng)中，如司機(jī)駕駛汽車。9.2感知系統(tǒng)的信息加工（5）注意注意的認(rèn)知理論

注意的選擇功能

——過濾器理論

——衰減理論

——后期選擇理論

——多階段選擇理論

注意與認(rèn)知資源分配

——認(rèn)知資源理論

——雙加工理論：自動(dòng)化加工和受意識控制的加工。9.2感知系統(tǒng)的信息加工9.3認(rèn)知系統(tǒng)的信息加工9.3.1認(rèn)知系統(tǒng)的信息儲存（1）工作記憶

定義——也叫短時(shí)記憶和操作記憶，是感覺記憶和長時(shí)記憶的中間階段。

特點(diǎn)——信息保持時(shí)間很短（5s-1min）

——記憶容量小（5-9bit/s，平均為7bit/s）

——對中斷的高度敏感（易受干擾）

——短時(shí)記憶中的信息可被意識

工作記憶的編碼及影響因素工作記憶的編碼通常是以聽覺的聲音符號方式進(jìn)行的，其編碼效果的影響因素——覺醒水平

——工作記憶的組塊

——加工的深度9.3認(rèn)知系統(tǒng)的信息加工（1）工作記憶

工作記憶信息的存儲和遺忘

——復(fù)述：機(jī)械復(fù)述或保持性復(fù)述、精細(xì)復(fù)述

——遺忘：工作記憶可保持15-30s，造成遺忘的原因主要是工作記憶中的信息受到其他信息的干擾。工作記憶的信息提取工作記憶的信息提取方式為完全系列掃描，即對全部項(xiàng)目進(jìn)行完全的檢索，再做出判斷。9.3認(rèn)知系統(tǒng)的信息加工（2）長時(shí)記憶

長時(shí)記憶的含義和編碼

——含義：指存儲時(shí)間在一分鐘以上、數(shù)月、數(shù)年乃至終身不忘的信息；

——編碼：把新的信息納入已有的知識框架內(nèi)，或把一些分散的信息單元組合成一個(gè)新的知識框架。主要有：語義類編碼、語言特點(diǎn)編碼和主觀組織

——編碼影響因素：編碼時(shí)的意識狀態(tài)和加工深度長時(shí)記憶的信息儲存

——依賴于組織有效的復(fù)習(xí)；

——利用外部記憶手段；

——注意腦的健康和用腦衛(wèi)生。9.3認(rèn)知系統(tǒng)的信息加工

長時(shí)記憶的信息提取

——再認(rèn)：指人們對感知過、思考過或體驗(yàn)過的事物，當(dāng)它再度呈現(xiàn)時(shí)，仍能認(rèn)識的心理過程；

——回憶：是人們過去經(jīng)歷過的事物以形象或概念的形式在頭腦中重新出現(xiàn)的過程。長時(shí)記憶的內(nèi)容是不能全抹掉的，而隨意提取時(shí)也不是總能成功。9.3認(rèn)知系統(tǒng)的信息加工

長時(shí)記憶中信息的遺忘

——遺忘曲線

人們對熟悉的、形象的、有意義的材料遺忘慢；材料數(shù)量多，忘得快。

——遺忘原因：衰退理論、壓抑理論、提取失敗理論、干擾理論（前攝抑制和倒攝抑制）。9.3認(rèn)知系統(tǒng)的信息加工（3）影響信息處理的因素

大腦信息處理能力的界限

——單通道機(jī)制：人不可能同時(shí)處理兩種以上的信息。

內(nèi)部因素

——人的喚醒水平（人的總體生理激活程度）

——工作任務(wù)因素

——學(xué)習(xí)（反復(fù)訓(xùn)練）

——疲勞

——?jiǎng)恿Γ阂蚓哂袆?dòng)機(jī)才能對所給的刺激產(chǎn)生一定的行動(dòng)

外部條件

——作業(yè)時(shí)間、時(shí)機(jī)和作業(yè)條件等因素9.4人的信息輸出

在人－機(jī)系統(tǒng)中，人的信息輸出通常表現(xiàn)為效應(yīng)器官（例如手、足、口、眼）的運(yùn)動(dòng)，通俗地講，就是作業(yè)過程。效應(yīng)器官運(yùn)動(dòng)的速度和準(zhǔn)確度直接關(guān)系到人－機(jī)系統(tǒng)的效率和可靠性。在作業(yè)中，人的信息輸出主要表現(xiàn)為：

言語輸出——簡單、方便而且實(shí)用

操作運(yùn)動(dòng)輸出

——定位運(yùn)動(dòng)（視覺定位運(yùn)動(dòng)和盲目定位運(yùn)動(dòng)）

——重復(fù)運(yùn)動(dòng)

——連續(xù)運(yùn)動(dòng)

——操作運(yùn)動(dòng)

——序列運(yùn)動(dòng)（操作規(guī)程）

——靜態(tài)調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)9.4.1信息輸出形式

定位運(yùn)動(dòng)——定位運(yùn)動(dòng)時(shí)間隨目標(biāo)距離的增加而增加，隨目標(biāo)寬度的增加而縮短。本結(jié)果不僅適用于手的定位運(yùn)動(dòng)，而且也適用于腳的定位運(yùn)動(dòng)。右圖顯示了手向各方向作定位運(yùn)動(dòng)的時(shí)間差異。

9.4人的信息輸出

重復(fù)運(yùn)動(dòng)——重復(fù)運(yùn)動(dòng)是在速度上有較高要求的一種運(yùn)動(dòng)形式。9.4人的信息輸出盲目定位運(yùn)動(dòng)——盲目定位運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確度以人的正前方為最高，右方稍高于左方；同一方位下方高于上方。

連續(xù)運(yùn)動(dòng)——在垂直面和水平面內(nèi)，手臂的前后運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確度明顯低于垂直面內(nèi)上下運(yùn)動(dòng)和水平面內(nèi)左右運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確度。9.4人的信息輸出手的運(yùn)動(dòng)的一般規(guī)律

一般右手較左手運(yùn)動(dòng)速度快，故稱右手為優(yōu)勢手。右手由左向右運(yùn)動(dòng)又比自右向左運(yùn)動(dòng)速度快。手朝向身體的運(yùn)動(dòng)比離開身體的運(yùn)動(dòng)速度快。前后往復(fù)運(yùn)動(dòng)比左右往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度快。從上往下運(yùn)動(dòng)比從下往上運(yùn)動(dòng)速度快。水平面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)比垂直面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)速度快。旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)比直線運(yùn)動(dòng)速度快，而且順時(shí)針運(yùn)動(dòng)比逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)速度快。向下按的按鈕比向前按的按鈕操作準(zhǔn)確；水平安裝的旋鈕比垂直安裝的旋鈕操作準(zhǔn)確。手操縱旋鈕、指輪、滑塊的準(zhǔn)確度，以操縱旋鈕為最佳，指輪次之，滑塊最差。圓柱狀手柄，直徑10mm左右的比30mm以上的操作準(zhǔn)確；L形的柄頭比圓形柄頭操作準(zhǔn)確。設(shè)置手臂支撐的手柄操作比無手臂支撐的準(zhǔn)確。9.4人的信息輸出9.4人的信息輸出9.4.2反應(yīng)時(shí)（1）定義——是指刺激呈現(xiàn)到反應(yīng)開始之間的時(shí)間間隔記憶的中間階段。

反應(yīng)時(shí)又稱反應(yīng)潛伏期，反應(yīng)不能在給予刺激的同時(shí)立即發(fā)生，而有一個(gè)反應(yīng)過程，反應(yīng)過程所需時(shí)間：

——感覺器官將刺激轉(zhuǎn)化為神經(jīng)沖動(dòng)傳至大腦（3-138ms）

——神經(jīng)中樞進(jìn)行信息加工處理為70-300ms——傳出神經(jīng)將沖動(dòng)傳至肌肉激發(fā)肌肉收縮40-90ms

在實(shí)踐中往往利用反應(yīng)時(shí)指標(biāo)來近似說明人對信息處理過程的效率及影響因素。根據(jù)刺激-反應(yīng)情景可分為簡單反應(yīng)時(shí)和選擇反應(yīng)時(shí)。9.4人的信息輸出9.4人的信息輸出（2）簡單反應(yīng)時(shí)——如果呈現(xiàn)的刺激只有一個(gè)，被試者只在刺激出現(xiàn)時(shí)作出特定的反應(yīng)，這時(shí)獲得的反應(yīng)時(shí)。

特點(diǎn)——單一

——不必費(fèi)時(shí)間識別、判斷

——不易出錯(cuò)

——反應(yīng)時(shí)間短（3）選擇反應(yīng)時(shí)——有多種不同的刺激信號，刺激與反應(yīng)之間表現(xiàn)為一一對應(yīng)的前提下，呈現(xiàn)不同刺激時(shí)，要求作出不同的反應(yīng)，這時(shí)獲得的反應(yīng)時(shí)。特點(diǎn)恰好與簡單反應(yīng)時(shí)相反。9.4人的信息輸出（3）影響反應(yīng)時(shí)的因素

①

刺激信號

——刺激的強(qiáng)度（感覺閾限）

——刺激的空間特性（大字）

——刺激的持續(xù)時(shí)間

——刺激的清晰度（與背景有關(guān)如：燈光信號、標(biāo)志信號、聲音信號）②人體

——人體對環(huán)境的適應(yīng)狀態(tài)；

——精神準(zhǔn)備程度

——年齡因素

——訓(xùn)練程度

——感覺通道的類型9.4人的信息輸出（4）反應(yīng)時(shí)應(yīng)用實(shí)例

對于特殊工種（如飛行員、火車、汽車等）、特殊設(shè)備操作員（如：吊車司機(jī)）和檢查、監(jiān)視、跟蹤危險(xiǎn)等需要快速反應(yīng)的作業(yè)人員，需要進(jìn)行定期感官檢查。實(shí)踐證明，系統(tǒng)中發(fā)生的差錯(cuò)、事故和低效，其中重要因素往往是由于人對突然出現(xiàn)的信號來不及識別，以及錯(cuò)誤地領(lǐng)會(huì)和判斷某些信息，或反應(yīng)動(dòng)作延遲和失誤。因此，應(yīng)該把反應(yīng)時(shí)作為選擇、設(shè)計(jì)或管理機(jī)器設(shè)備系統(tǒng)必須作為考慮的因素之一。9.5腦力工作負(fù)荷9.5.1腦力工作負(fù)荷定義及影響因素（1）定義——腦力負(fù)荷是體力負(fù)荷相對應(yīng)，也可稱為心理負(fù)荷、精神負(fù)荷、腦負(fù)荷、腦力負(fù)擔(dān)等，表示人在工作中的心理壓力。目前對腦力負(fù)荷的定義沒用嚴(yán)格統(tǒng)一的描述，以下幾種是比