在工程心理学中的应用

在工程心理学中的应用：在工程心理学中的应用

工程心理学（engineeringpsychology）研究人与机器相互作用的过程中，人机功能相互适应与配合的心理学问题。随着生产技术的日益发展，人与机器间的相互关系也愈显重要。在复杂的人机关系中，警戒操作是工程心理学中的一个重要问题：操作者需要在相当长的一段时间里检测信号，而信号是间歇性的，无法预测的，发生频率很低。诸如雷达操作员监测偶然出现的飞机信号，复杂工业系统的操作人员监测偶然发生的系统故障，流水线上的质量检测员监测次品等操作都可以看作是警戒操作。日常生活中，文字的校对也和人的持续注意有关。


警戒（vigilance）是指操作者在相当长的一段时间内，对环境中偶然出现的某种信号的察觉并做出反应的持续准备状态。它是心理学领域中持续注意概念在工程心理学中的应用。对警戒问题的研究兴趣起源于第二次世界大战。当时，军事上需要高水平的雷达操作员，理想的雷达操作员应始终保持对显示屏的注意。可是，实际情况常常是，尽管重要的战备任务使操作员保持高度良好的动机和责任心，可是他们的工作成绩总是不能令人满意，或是漏报信号，或是虚报，而且往往随着工作时间的延续，检测出的信号越来越少。很显然，不是操作员的主观愿望或其他主观因素直接决定他们的工作成绩，而是由于雷达监测工作的特点降低了操作员的警戒能力，从而使他们的工作成绩随时间的持续而下降。

为了探明其中的原因，心理学家们曾经做了大量的研究工作。麦克沃斯（Machworth，1948）以经典的“钟表任务”来观测人的警戒行为。在这个任务中，让被试监视一个钟表的指针，规定指针跳动某一角度为标准角度，而把偶尔跳动标准角度的两倍的刺激称为信号事件。实验结果发现，被试正确检测信号的数量随着时间呈下降趋势，在连续注意钟表达30分钟后，就只能检测到很少的信号了。以后，研究者们又设计了多种警戒任务，以此来研究人的警戒行为。这些任务具有如下一些共性：（1）被试的任务长，且有连续性；（2）被试的反应与信号发生的可能性无关；（3）信号的清晰度较高；（4）信号是随机发生的，且概率较低。

根据这些任务所作的警戒操作研究的结论是：（1）人们的操作远非“最佳操作”，尤其是漏检率P（M）很高（或者是很长的延迟后才反应）；（2）以击中概率衡量，某些情况下警戒操作在半小时内就会开始恶化，这种情况称为警戒衰退（vigilancedecrement，指操作随时间延续而衰退）。它不同于警戒水平（vigilancelevel），警戒水平是指警戒操作的稳定水平，通常用P（H）作为指标。警戒衰退与警戒水平的影响因素有所不同。一般说来，当信号较短、能量较低、复杂程度高、信号概率降低时，警戒水平将降低；但当信号概率稳定而仅仅事件频率（单位时间里的信号和噪音事件）发生变化时，警戒水平不受影响。对警戒衰退来说，信号较短、能量较低、信号概率下降或信号概率稳定但事件频率上升都能导致警戒衰退的增加。

进一步的研究将警戒操作粗略地分成两类：自由反应式（freeresponseparadigm）和检验式（inspectionparadigm）。在自由反应的警戒操作中，目标事件（信号）可能在任何时候发生，但非目标事件（噪音）没有明确定义，它的信号概率就是单位时间内的目标数P（S）。由于自由反应式警戒操作中没有明确的非目标事件，因此在用信号检测论进行分析时，对虚惊必须另外作定义。在实验室实验中，通常在每个信号后规定一个恰当的反应间隔，操作者在此间隔内作出的反应指定为击中，剩余的时间划分为几个与反应间隔相等的“虚惊间隔”P（FA），就指定为虚惊数除以虚惊间隔数。对检验式警戒操作来说，事件通常以稳定的概率发生，事件中有一部分是目标事件（信号），其余为非目标事件（噪音）。这样，检验式警戒操作中，信号频率可以指单位时间内发生的目标事件数，也可以指目标事件与总事件数之比例，这两者可以独立变化。

对警戒衰退所作的信号检测论分析表明，击中概率P（H）降低的原因既有敏感性下降（d′降低），也有反应偏向的变化（β增高），或者两者兼而有之。因此，在评价操作警戒能力时，不能单一地采用击中概率为指标，而


应把击中概率和虚报概率两者结合起来，还应把感觉敏感性和反应偏向分开处理，只有这样才能说明警戒下降的真正原因。

就敏感性下降而言，早期的研究集中于视觉信号的检测，并认为敏感性（d′）降低的原因是因为疲劳（Broadbent，1971）。到了近期，柏拉苏拉曼等人（Parasuramanetal.，1979）的研究开始注意听觉信号检测任务，并指出记忆因素在敏感性（d′）降低中的作用，因为信号的检测通常需要将当前刺激同保持在工作记忆中的标准刺激或“刺激模板”进行比较。例如，在一个听觉测验实验中，目标信号是音高、强度或时程与标准音调不同的声音，这时，非目标事件（标准音调）需要作为比较参照维持在记忆中，当时间延长，观察到了敏感性（d′）降低。但当实验条件改为声音成对出现时，测验任务无需记忆参与，因为此时比较参照与当前刺激同时呈现。结果，未观察到敏感性（d′）降低的现象。

在大部分警戒操作中，当击中概率P（H）降低时，虚报概率P（FA）经常也同时降低。在另一些情况下，虚报概率P（FA）的降低幅度足以提醒人们，操作者的反应敏感性（d′）并未变化，而且是反应偏向（β）发生了变化（Broadbent＆Gregory，1965）。据此，韦尔福得（Welford，1968）首先提出了警戒衰退的唤醒理论。他认为，在持续长时间的事件环境中，唤醒水平的降低将要导致神经系统整体活动的减少。这样，信号和噪音两者都偏向于减少，而噪音分布和信号加噪音分布的分离程度保持不变，其结果是既降低击中概率P（H），同时也降低了虚报概率P（FA）。这样，操作者之敏感性（d′）不变，只是反应偏向（β）增高。

韦尔福得的唤醒理论受到一些事实的支持。例如，随时间延续而发生的唤醒降低的生理表现与反应偏向（β）变化相一致；提高唤醒水平的药物能降低警戒衰退现象；提供背景噪音或任何新异的刺激都能降低警戒衰退。然而，唤醒理论无法解释所有的反应偏向（β）变化，某些变量显然影响了唤醒水平，但并未对反应偏向（β）产生预期的影响。例如，提高事件频率，能提高唤醒水平，但结果反而增加了警戒衰退。

贝克（Baker，1961）提出的期望理论，将警戒衰退归因于操作者对觉察到的（由此产生期望）信号概率的反应——调整反应偏向（增加反应偏向（β）。实验室中观察到的警戒衰退至少可以部分归因于实验前的训练：实验开始前通常以较高的频率呈现信号刺激以便让操作者熟悉需检测的信号。然后，信号概率降低到警戒状态下的低频条件。这样，操作者的警戒衰退仅仅反应了操作者试图建立最佳反应偏向（β）的努力：当信号概率低时，反应偏向（β）应提高。

但是，实验前训练的影响也同样无法解释所有随时间而发生的反应偏向（β）变化。因此，期望理论进一步提出，操作者是根据觉察到的主观信号概率PS（S）来确定反应偏向（β）的。这样，只要信号因任何原因发生漏检，主观信号概率PS（S）将会降低。因为操作者相信，刚才发生的是非目标事件；主观信号概率PS（S）又引起反应偏向（β）的上升，也将进一步降低主观信号概率PS（S），如此循环。柏拉苏拉曼（Parasuraman，1971）称此种循环为“恶性循环”，即反应偏向（β）螺旋上升，击中概率P（H）螺旋下降。在实际操作中，由于其他因素的影响，反应偏向（β）将大致维持在一个较高的水平之上。由于“恶性循环”开始于第一个信号漏检，也就


解释了降低反应敏感性的变量（如短、低强度信号）能增加警戒中期望效应这个事实。

借助信号检测论可以对警戒衰退现象进行更深入的分析，同时，它也能据此提出降低警戒衰退的措施。这些措施的作用在于提高反应敏感性，改善反应偏向（β），从而改善了警戒操作。

柏拉苏拉曼对警戒衰退作了归因分析，提出两类措施：改善操作者对信号特征的记忆和降低其记忆负荷的措施，将减少警戒衰退。同时，这将进一步有助于减少因期望因素产生的警戒衰退。有关研究者据此提出了许多可以改善操作者对信号特征记忆的措施。例如，反复训练操作者对目标信号的反应将大大降低警戒衰退。因为反复训练能使操作者形成自动化的刺激加工，而自动化的反应较少依赖于工作记忆。研究发现，当操作者的任务是检测一个目标而不是几个目标中的一个时，警戒操作得到了改善。此外，告诉操作者目标刺激“是什么”的效果，要优于告诉他们目标刺激“不是什么”。例如，对流水线上的质量检验人员来说，提供次品明确的视觉形象要比仅仅要求他们提出“与正品不同的产品”效果好得多。第二类措施为降低记忆负荷的措施，又称为信号增强技术（signalenhance-menttechniques）。若仅仅简单地增强信号事件的物理能量，往往难以收到改善操作的效果。因为，信号增强的同时，噪音强度也增加了，结果并未得到改善。因此，信号增强技术经常赋予信号事件以区别于噪音事件的特征，这通常可以通过改进信号呈现系统来达到。例如，在雷达监测任务中，若信号事件的呈现方式与噪音事件的呈现方式非常相似，监测任务将非常困难，但若雷达系统在接收到目标信号时的呈现方式有显著区别（如亮点有独特的运动方式），则操作将大为改善。有些信号增强技术甚至采用转换感觉通道的方法，例如，在工业系统的故障监测中，一旦系统发生故障，原先稳定的视觉呈现（信号灯）改为闪烁方式，同时信号转变为听觉呈现（警铃），这将大大提高信号被检测的概率。

从反应偏向这一角度同样可以提出改善警戒操作的措施。一般来说，能够提高唤醒水平的措施有助于降低警戒衰退。这些技术甚至包括生物反馈技术。贝蒂等人（Beattgetal，.1974）曾报告说，训练操作者抑制θ波（the-tawave）（频率为3～7赫的脑电波，指示低唤醒水平）亦将减少警戒衰退。

贝克指出，在可能的情况下引入假信号将使反应偏向（β）维持在较低水平。因为引入假信号能将主观信号概率PS（S）提高，同时也能提高唤醒

水平。更进一步，若假信号与真实信号物理上非常相似，它还能恢复操作者对信号特征的记忆，这将减少由d′降低引起的警戒衰退。例如，在流水线质量检测任务中，混入若干“预定的”次品（即使未被检验员发现最后也会被检出）将使检验员的主观信号概率PS（S）维持在较高水平，从而降低反应偏向（β）。当然，引入假信号的方法存在一定的危险，首先，操作者绝不能意识到存在假信号，若人们意识到存在假信号，他们将试图避免检测这些假信号，结果使反应偏向（β）反而提高。其次，在操作者检验到信号后可能导致严重后果的场合，例如，在工业系统故障监测任务中，虚假的故障信号可能导致操作者将整个系统关机，这将会对生产带来一定的损失。

从上述介绍中可见，信号检测论不仅使我们弄清了警戒下降的原因，而且也使我们找到了防止警戒下降的某些方法，原因和预防措施是紧密相联的。对此，我们可作出如下归纳：


第一，警戒下降可单纯地是由反应标准的提高而引起，表现为操作者报告某个刺激是否为信号变得愈来愈慎重。在上述信号检测论模型图上，报告轴向右移，即反应偏向（β）值变大，这时，操作者的正确检测概率和虚惊概率都随时间而下降。众多的研究表明，警戒的下降大多数表现为反应偏向β的提高。

第二，警戒下降也可单纯地由感觉敏感性的下降而引起。这种下降具体表现为操作者愈来愈不能把信号从噪音中分辨出来。在信号检测论模型图上，可看到信号分布和噪音分布之间距离变小，即敏感性（d′）值变小。在此情况下，操作者的击中概率随操作时间而不断下降，而且虚惊概率则保持原水平。

第三，警戒下降还可由感觉敏感性和反应指标的双重变化而引起。这种情况一般表现为操作者愈来愈不能把信号从噪音中分辨出来。同时操作者报告一个刺激是否是信号也变得愈来愈慎重。在信号检测论模型图上，一方面报告标准轴向右移，即反应偏向（β）值变大；另一方面信号和噪音二分布之间的距离缩小，即敏感性（d′）值变小。当然，这两个因素所起的作用是不同而多变的。