3.1 面向人机界面监控心理的设计

人机界面设计是人机工程设计的核心问题，对人机界面的监视和控制过程就是人的信息处理过程。它可用行为心理学提出的带有普遍意义的公式来表示，即信息输入、信息处理、行为输出3个过程：刺激（S）→意识（O）→反应（R）。人在操作活动中的基本功能如图3-1所示。

人既受当前刺激（如仪表的显示、机器运转的声音等）的直接影响，又受过去刺激（如学过的知识、回忆起发生过的事故和排除事故的经验等）的影响，而且往往是当前刺激与过去刺激影响的结合。人的心理活动既调节当前的动作（如马上操作控制器，做出反应等），又调节以后的动作（如等一段时间，判断准确后再操作控制器等），甚至调节很久以后的行为活动（如有些思想观点可能会对人产生长远的影响等）。

3.1.1 感觉与知觉

感觉是最简单和基本的认知过程，如视觉、听觉、触觉等，它是通过人的感觉器官对客观事物的个别属性的反应，如光亮、声音、硬度等。知觉是在感觉的基础上对客观事物的各种属性及其相互关系的整体反应，如控制器的形状、大小，显示器的类别等。感觉和知觉统称感知觉。

人传递信息的通道称为信道，在人机界面上人感知的信号有以下3类。

（1）视觉信号：用亮度、对比度、颜色、形状、大小或设备排列所传达的信息。它是由眼睛通过视觉显示器所觉察的信号。

（2）听觉信号：由声音的音调、频率和间隔所传达的信息。它是由耳朵通过听觉显示器所觉察的信号。

（3）触觉信号：用表面的粗糙程度、轮廓或位置所传达的信息。它是由皮肤通过触觉显示器所觉察的信号。

这3类信号所传递的信息特征见表3-1。在人机工程设计中，有效地利用人的感知觉特性是有实际意义的。例如，利用红色光波在空气中传播距离较远，且易于辨别的特点，将红色作为危险信号；在报警系统设计中，恰当运用视觉、听觉和触觉信号的互补作用，提高报警信号的感知效率和减轻视觉通道过重的负荷。

人对信号的感知是人体对信号的感受、传递和加工，以致形成整体认识的觉察、识别、解释过程。系统或过程的情况（事物及其变化）以信号的方式作用在人体的感受器上，通过神经系统把信号刺激引起的神经冲动传入大脑进行加工，产生比较完整认知的心理、生理过程。觉察、识别、解释则是信号感知程度的3个层次。

（1）觉察。操作者仅仅是发现了信号的存在。

（2）识别。操作者辨别出所觉察的信号，这是把所觉察的信号与其他信号进行区别或辨认的过程。

（3）解释（或译码）。操作者理解了所识别信号的内容和意义，译码是将信息从信号载体上分离出来，恢复信息原来意义的过程，译码是编码的逆过程。

3.1.2 注意与记忆

1.注意

注意指人的心理活动对一定对象的指向和集中。它不是独立的心理过程，而是存在于感知、记忆、思维等心理过程中的一种共同的特性。

1）无意注意和有意注意

（1）无意注意是指注意某一事物时，事先既没有预定的目的，也不要求做意志的努力，主要是由外围环境中刺激物本身的特点和人的主观状态所引起的。例如，工作环境中的一些突发事件（如突然发生的声响、艳丽的色彩）会引起人的注意。

（2）有意注意是指有预定目的，必要时还需要做一定意志努力的注意。例如，人在从事单调作业或出现疲劳时，仍必须凭意志努力去“注意”。

2）注意的分配和转移

注意的分配是指人在同时进行两种或几种活动时，把注意力指向不同的对象。注意的转移是指人主动地将注意力从一个对象转移至另一个对象上。

3）注意的稳定性

注意的稳定性是指人在同一对象或同一活动上注意力所能持续的时间。例如，人在监视作业中注意的稳定性一般不超过30min。

在人机系统设计中，应充分考虑和利用人的注意特点，尽量消除或避免人的无意注意，加强作业人员的培训，在作业中建立牢固的动力定型，以便将大部分的注意力集中到最主要的活动中去，并能在短时间内对新的刺激做出迅速反应。为解决作业中注意的稳定性问题，一方面可通过作业内容丰富化、定期转换作业内容的方式来解决；另一方面，可设置“预警”信号，以提醒作业人员的注意。

4）不注意

不注意并非注意的对立概念，也不是一种独立的心理现象，它始终是与注意同时存在的。不注意有下列几种类型。

（1）意识水平下降型：其特点是人的意识水平下降。多由于不良的工作环境（如照明不良、高温等）对人的心理、生理活动产生不良的影响，从而使人难以对周围环境保持注意。

（2）意识混乱型：其特点是意识混乱，思维难度增加。多由于人机系统存在缺陷而导致，如显示信号不能给作业人员一个简明、清晰的感知，控制器的操作方向不符合人的心理、生理习惯等。

（3）意识迂回型：多见于注意力过度集中时。表现为注意力的转移缓慢，甚至意识不到周围的情况。

为了预防不注意造成事故的可能，应认真分析导致不注意的原因。在人机系统设计中，应创造一个良好的工作环境，以防止不良工作环境因素对人的心理产生不良的影响。在机器设备设计时，应遵循人机工程学准则，使机器系统符合人的能力和特性，还需要考虑保证操作安全的设计（如安全联锁装置、预警信号）；积极培训，缓和作业人员的心理紧张也是一项有效的措施。

2.记忆

1）概念

（1）记忆是人脑对过去经验的保持和提取，包括识记、保持和再认（或回忆）3个基本环节。识记是识别和记住事物，从而积累知识和经验的过程；保持是巩固已获得的知识和经验的过程；再认（或回忆）是在不同情况下恢复过去经验的过程。此3个环节相互联系、相互制约。

（2）永久或临时识记的材料不能再认或回忆，或表现为错误的再认或回忆称为遗忘。遗忘过程是不均衡的，在识记的最初时间遗忘很快，后来逐渐缓慢。此外，遗忘还受识记材料和识记方法的制约。

2）记忆系统

（1）感觉记忆。感觉记忆也叫感觉登记或瞬时记忆，是指外界刺激以极短的时间一次呈现后，信息被迅速登记并保留一瞬间的记忆。这是未被意识和加工的信息，是记忆信息加工的第一阶段，主要包括图像记忆和声像记忆。其特点是具有鲜明的形象性；感觉记忆中的信息保存时间极短（约1s）；记忆容量较大；感觉记忆痕迹容易衰退，信息的传输与衰变取决于注意。

（2）短时记忆。短时记忆又称操作记忆或工作记忆，是指信息一次呈现后，保持时间在1min之内的记忆。这是操作性的、正在工作的、活动着的记忆。它在操作过后即被遗忘；如果有长期保持的必要，就需在加工编码后，存储在长期记忆中。其特点是信息保持的时间很短，记忆容量有限；信息可被意识到；信息通过复述可转入长时记忆系统。

（3）长时记忆。长时记忆是指学习的材料经过复习或精细复述之后，在头脑中长久保持的记忆。其特点是记忆容量无限大；信息保持的时间很长（在1min以上，甚至数年乃至终生）。长时记忆的提取属于信息的输出过程，有再认和回忆两种形式。再认是指识记过的材料再次出现，有熟悉之感，可以识别和确认；回忆是指过去识记过的材料在头脑中的重新复现。欲“忆”必先“记”，需对信息反复感知、思考，进行组织加工和编码。当信息提取不出来或提取出现错误时就是遗忘，克服遗忘最好的办法是加强复习。

在人机界面设计中，根据人的记忆特点对显示器、控制器进行编码是有效的。在设备使用培训中，应根据遗忘的原因和特点，选择适当的培训材料，注意运用有意义的识记方法，并根据遗忘的时间特点，及时安排适当的复习，强化记忆痕迹等。

3.1.3 思维与联想

思维是在感知觉的基础上产生和发展起来的复杂的高级心理活动。它是指人脑对察觉到的信息加以分析、综合、比较、抽象、概括、系统化和具体化的过程。

思维是一个信息加工的过程，简单的信息加工过程有3个重要的组成部分：①信息存储（记忆）：保存信息；②信息加工：按照一定指令，从记忆中提取信息，对它进行解释和运用，一个信息在不同的指令下可以有不同的意义；③信息输入—输出。从思维机制来看，这其中存在一个思维（加工）和记忆（存储与记忆）之间的转换、交替关系。

当操作人员直接注意到显示时，就会察觉到信息，并对信息进行处理或按其特征进行分类，这时就产生联想，通过中枢处理器发出相应的指令，运动系统根据这一指令做出相应的反应。但是，联想并不是一个简单的、明确的过程，至今，心理学家对其定义都尚有争议。在本书中，联想在某种意义上与思维同义，是人的高级的、复杂的心理过程。在人机界面上，操作人员即使非常谨慎，有时也有可能不能完全察觉到所有的信息，甚至对信息做出不准确的、错误的联想。例如，人机界面上的刺激如果缺乏变化或缺少多样性，则容易引起不注意，或不注意出现频繁、时间长。变化的信息、信息的编码和成组布置等均有助于提高思维与联想的效率。

3.1.4 学习与动力定型

1.概述

学习是一种十分复杂的心理现象，它不仅与感知觉、注意、记忆、思维等认知过程直接相关，而且还涉及人的情绪、动机、个性和社会化等问题。学习者必须凭借反复经验（联系、训练或指导），才能有行为或行为潜能的持久变化。

构成学习活动的主要要素：①学习者；②刺激情境：对人感官施加影响的事件，刺激可来自外部，也可来自内部，这是产生学习活动的动因；③感官反应。

学习是一个极其复杂的过程，涉及面广，形式多样，分类困难。心理学在传统上把学习划分为记忆学习、思维学习、技能学习和态度学习4类。

2.心理学的学习理论

心理学中有关学习的理论很多，总的来说可分为以下两大类。

（1）联结论。认为学习就是刺激情境和反应之间的联合，影响联结强弱（即学习成绩）的因素有3点：练习次数的多寡；个体自身的准备状态；主体（学习者）反应后所得到的效果。

（2）认知论。认为学习成绩好坏取决于对符号的知觉与认识能力，认为领悟是指“得到要领”“理解关系”，是“对学习中的整体情境做出反应”。

综合来说，目前，许多心理学家都认为，两种学派各有其优点，必须根据不同的培训目的兼收并蓄、灵活应用。联结论学者强调学习是一种简单的习惯联合，机体的行为反应可以用刺激—反应的联结来解释；认知论学者强调主要的、全部的领悟较部分的累积更为有效，他们认为认知和领悟是环境的刺激发展了知觉、目的、关系和了解。这两种学说均可应用于培训上，如根据培训内容选用不同的学习理论，来设计培训计划，以增进培训效果。

3.动力定型的建立

动力定型是指在学习技能过程中使条件反射系统化。动力定型的建立可分为以下3个阶段（以安全技术为例）。

（1）泛化阶段。训练初期，人的大脑皮层对外界刺激所致的各种条件反射处于一种不稳定的、暂时性的状态，表现为操作缓慢，且有时动作不协调，无效动作较多，易于紧张，失误率可能较高。

（2）分化阶段。在反复训练之后，在一定程度上掌握了技术的内在规律性，条件反射由泛化转入分化，初步建立了操作动力定型。表现为操作的动作程序已逐步连贯为完整的操作系统，失误率降低，但遇到特殊情况仍会不知所措。

（3）巩固阶段。经较长期的操作实践，可使条件反射巩固，表现为操作熟练并已达到“自动化”阶段，失误率极低，一旦遇到意外情况，也能采取有效对策。

3.1.5 定势与习惯

1.定势

定势是指一定的心理活动所形成的一种准备状态，并影响其后相类似的心理活动的现象。即人们常按照一种固定的心理倾向对客观事物做出反应，人的各种心理活动均存在定势，尤其对人的思维活动有着明显的影响，因此，定势也称思维定势。定势是倾向于凭自己的经验和习惯方式去考虑和处理问题。定势对思维活动有着积极的影响，也可产生消极的影响。其积极作用在于：它可反映心理活动的稳定性和前后一致性，可借助已有的经验迅速解决问题。其消极作用在于：妨碍人的思维的灵活性，心理活动表现出一种惰性，倾向于按常规方法去解决问题，其结果是因循守旧，甚至形成机械的习惯方式的倾向（习惯定向）。鉴于定势是一种长期学习积累而形成的心理倾向，因此，应充分利用定势的积极作用，并同时重视定势的消极作用，加强对作业人员的培训，有目的地培养思维能力，不仅要扩充思维的广度，还要增强思维的灵活性，能根据客观情况的变化，因时、因情境迅速改变思维的角度和解决问题的方法，以求以最优的方式去解决面临的问题。

2.习惯

习惯是指人在后天形成的一种自动化进行某种行动的特殊心理倾向。它是一种动力定型，是一种已形成的相对稳定的条件反射。人的习惯有生活习惯、工作习惯、安全习惯等，又可分为个人习惯和群体习惯。人们的工作习惯表达了人在工作中的一种特殊的心理倾向。人机工程学着重研究与运用有关的群体习惯。例如，顺时针旋转阀门是减少流量和关闭阀门；向右拨动电气开关或向上移动为接通或增量；顺时针旋动操作器表示增力，仪表指针顺时针移动表示增量等。在人机工程设计中，应注意机具、设备、仪表的设计要符合群体工作习惯，这样不仅可以提高工作效率，而且可以减少误判断、误操作。

3.1.6 技能与能力

人要想顺利地从事某种活动，就必须准确、熟练、可靠、灵活地运用整个躯体，尤其是整个骨骼肌肉系统，这就是技能。人要想准确地把握客观事物，掌握学习经验，解决问题，就必须具备起码的知觉、记忆、思维水平，这就是能力。

1.技能

技能是在活动中经过练习而获得的、赖以顺利完成活动的动作方式或动作系统。人们从事活动的行动是由一系列动作组成的，当人通过学习、练习掌握了其动作方式后，就形成了一种技能。由于日益熟练，这些动作就可由“有意识”转化为“自动化”。技能的形成过程一般有3个主要阶段：掌握局部动作阶段、动作的交替阶段、动作协调和技能完善阶段。技能动作水平一般可从动作反应时间和动作的准确性两方面进行衡量。

2.能力

（1）概念。能力是人完成某种活动所必备的个性心理特征，在心理学上也常称为才能。它是影响活动效果的基本因素，是符合活动要求的个性心理特征的综合。它直接影响活动效率，是人顺利完成某项活动的必需条件。人的能力主要是在后天学习和实践活动中通过个人努力发展起来的。能力在活动中得到表现、形成和完善。

（2）人的能力有一定的差异，也有不同的类型。例如，有的人视觉记忆力较强，有的人形象思维能力较强，有的人手足协调性较佳，有的人色彩敏感力较强，有的人善于分配注意力等。不同的作业内容对人的能力要求不尽相同，例如，对集控室操作员的能力要求是：操作必须绝对无差错，善于分配注意力，有足够的作业记忆容量，有处理紧急情况的能力，有高度的责任感。

（3）能力有一般能力和特殊能力之分。一般能力往往是指智力，是指符合许多基本活动要求的能力，如观察力、思考力、记忆力、判断力、想象力等；特殊能力是指完成某种专业活动所需要的能力，如美术能力、数学能力等。从心理与行为着眼，能力可分为认知能力、操作能力、社交能力等；从创造程度上看，可分为模仿、再造性和创造性能力。

（4）能力与知识、技能在概念上是不同的，但有联系，且能相互转化。能力是掌握知识和技能的必要前提，没有最起码的感受力、记忆力，感性知识便无从获得；没有一点比较、抽象、概括的能力，对理性知识也无法领会、理解。即使有了这些能力，其高低不同也会直接影响掌握知识技能的快慢、深浅、难易和巩固程度。另外，掌握知识、技能的过程也可以使能力得到提高。