Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Исследование невербальных репрезентаций в экспериментальной и инженерной психологии 9
1.1. Проблема формирования образа в системах отображения информации 9
1.2. Особенности переработки зрительной нев.ербальной информации 15
1.3. Гипотезы о механизмах зрительной образной памяти 18
1.4. Пространственные репрезентации: теоретические и прикладные аспекты исследования 25
Глава 2. Схематическая организация материала и когнитивные карты 31
2.1. Понятие схемы и когнитивно карты в современной психологии 31
2.2. Методы исследования когнитивных карт 35
2.3. Основные результаты исследования когнитивных карт 48
2.4. Формы репрезентации знания
о пространственном окружении 55
Глава 3. Экспериментальное исследование влияния пространственной организации на зрительную память 67
3.1. Общий замысел и план экспериментов .' 67
3.2. Эксперимент I. Исследование влияния условий ознакомления с материалом 70
3.3. Эксперимент 2. Исследование роли условий тестирования 86
3.4. Возможности использования невербальных кодов в системах отображения 97
Глава 4. Пространственные репрезентации в деятельности авиадиспетчера 100
4.1. Деятельность авиадиспетчера: основные понятия и проблемы 100
4.2. Проблема образа воздушной обстановки 107
4.3. Методика исследования когнитивных карт авиадиспетчера 114
4.4. Результаты исследования когнитивных карт у авиадиспетчеров различных зон 124
4.5. Методические возможности изучения образа воздушной обстановки 151
4.6. Особенности структуры образа воздушной обстановки по экспериментальным данным 155
Заключение 158
Литература 162
Приложение 178
- Проблема формирования образа в системах отображения информации
- Понятие схемы и когнитивно карты в современной психологии
- Эксперимент I. Исследование влияния условий ознакомления с материалом
- Деятельность авиадиспетчера: основные понятия и проблемы
Введение к работе
Ускорение научно-технического прогресса, расширение автоматизации производства приводят к созрастанию сложности той реальности, которую должен реконструировать и анализировать человек-оператор, к увеличению объема информации на системах отображения. В этих условиях особую актуальность приобретает оптимизация воздействия содержания и формы отображения информации на решения, принимаемые человеком, на его трудовую деятельность и поведение. Поэтому разработка психологической стороны проблемы отображения информации является одним из основных направлений инженерной психологии /18; 31; 37/.
На первом этапе развития инженерной психологии основным предметом исследований служило изучение отдельных характеристик и элементов информационных средств (форма шкал, конфигурация шрифтов, яркость сигнала и т.п.). На следующем этапе сравнительной оценке стали подвергаться приборы и индикаторы в целом. В дальнейшем с усложнением информационных комплексов перебор всех возможных вариантов и комбинаций внешних факторов, обусловливающих надежность и эффективность труда, стал все более и более затруднен и в настоящее время признан практически неосуществимым. Появилась необходимость анализа не только внешних, технических средств, но и внутренних, психологических средств трудовой деятельности. На первый план при этом выдвигается задача проектирования согласованных внутренних и внешних средств деятельности человека, в первую очередь согласованных концептуальных и информационных моделей, полностью использующих психологические возможности оператора по приему и переработке информации и принятию решения /25/.
Информационная модель представляет собой организованное в соответствии с определенной системой правил и выдаваемое на средства индикации отображение реальной обстановки. В основе создания адекватной информационной модели должен лежать не только учет системы взаимосвязей реального объекта, но и учет специфических психологических особенностей работы человека с данным объектом, соответствие информационной модели стратегии и психологической структуре решения оперативной задачи. Поэтому в качестве основных требований к информационным моделям выдвигаются такие требования, как абстрактность - сохранение только существенных свойств, отношений, взаимодействий; наглядность - возможность быстро и без кропотливого анализа воспринимать сведения; правильная организация структуры модели /26/.
Реализация перечисленных требований невозможна без психологического анализа деятельности человека-оператора, в том числе и ее невербальных компонентов, лежащих в основе формирования образно-концептуальной модели. Настоящая работа представляет вариант такого рода анализа, который направлен прежде всего на поиск дополнительных ресурсов познавательной деятельности оператора. На этом пути мы обратились к использованию достижений современной экспериментальной психологии, показавшей, что невербальные компоненты познавательных процессов обеспечивают возможность быстрой переработки и продолжительного сохранения сложной экологически естественной информации.
Таким образом, целью работы явилось изучение невербальных компонентов познавательных процессов в их связи с особенностями профессиональной деятельности оператора.
Реализация цели исследования предполагала решение следую-
щих задач. Во-первых, рассмотрение основных видов невербальных репрезентаций в памяти человека, прежде всего тех, которые выступают в виде зрительных схем или когнитивных карт окружения. Во-вторых, анализ связи тих репрезентаций с опытом деятельности человека, в том числе профессиональной деятельности оператора. В-третьих, параметрическое изучение условий отображения, обеспечивающих наиболее эффективную переработку сложной пространственной информации для их воссоздания и использования на устройствах отображения. В-четвертых, разработка методов изучения и представления образа воздушной обстановки, формирующегося у представителей одного вида операторской деятельности - диспетчеров службы управления воздушным движением.
В первой главе диссертации проведен теоретический анализ исследований невербальных компонентов познавательных процессов в инженерной и экспериментальной психологии. Анализ адекватных внутренних средств деятельности оператора связан с анализом формы и содержания пространственных репрезентаций в его памяти.
Вторая глава посвящена рассмотрению методов исследования и результатов, полученных в рамках нового направления экспериментальной психологии, которое изучает так называемые когнитивные карты. В частности, выделены две формы репрезентаций, лежащие в основе когнитивных карт, - обзорное и процедурное знание. В теоретическом плане исследование опиралось в первую очередь на идеи Ф.Н.Шемякина об ориентации в пространстве и их дальнейшую разработку в современной психологии.
В третьей главе изложено экспериментальное исследование переработки сложной невербальной информации при наличии адекватной пространственной организации материала, соответствующей опы-
~7-
ту индивида, и при нарушении адекватности пространственной организации. Выявлены конкретные зависимости эффективности переработки от параметров предъявления материала на стадиях его запоминания и тестирования. Обосновывается возможность приложения полученных экспериментальных данных при использовании невербальных кодов в системах отображения информации.
Четвертая глава посвящена экспериментальной разработке положения о том, что адекватная пространственная организация материала, необходимая для его эффективной переработки, может формироваться в ходе профессиональной деятельности человека. Исследование проводилось на материале профессиональной деятельности авиадиспетчера, важную роль в которой играет запоминание пространственных отношений объектов и оперирование ими. Теоретической основой этой части исследования послужила концепция образа воздушной обстановки В.Е.Дцриановой. Методически исследование опирается на применение методов изучения когнитивных карт; специально обоснована возможность и целесообразность рассмотрения образа воздушной обстановки как особой когнитивной карты. Установлена обусловленность внутренней репрезентации пространственного материала в памяти диспетчера опытом его профессиональной деятельности. Выявлены конкретные зависимости особенностей статической части образа воздушной обстановки от опыта диспетчерской деятельности, особенностей управляемого воздушного пространства, степени его знакомости для диспетчера и т.д. Практическая значимость этой части исследования состоит прежде всего в выделении показателей успешности усвоения образа воздушной обстановки, которые могут быть использованы при проектировании новых вариантов структуры управляемого воздушного пространства,
оценке успешности обучения диспетчеров и т.д.
Научная новизна работы определяется тем, что в ней впервые доказана связь возможности запоминания больших массивов сложной зрительной информации с ее пространственной организацией и установлены конкретные зависимости успешности переработки сложного зрительного материала от параметров его предъявления. В работе продемонстрирована адекватность использования экспериментальных методов изучения внутренних репрезентаций пространственной информации для анализа профессионально важных свойств операторской деятельности; дана конкретно-психологическая характеристика статической части образа воздушной обстановки авиадиспетчера; установлен характер зависимости свойств образа от особенностей управляемого воздушного пространства и опыта диспетчерской деятельности.
Настоящая диссертация выполнена в рамках программы изучения функциональной структуры познавательных процессов, проводимой на факультете психологии МГУ под руководством Б.М.Величковского. Экспериментальное исследование диспетчерской деятельности проводилось на базе Научно-экспериментального центра автоматизации управления воздушным движением (НЭЦ АУВД ГА) в соответствии с договором о творческом научно-техническом сотрудничестве между факультетом психологии МГУ и НЭЦ АУВД. Автор признателен сотрудникам НЭЦ АУВД В.Ф.Карлову, В.П.Батищеву, Е.Н.Зайцевой, Л.В.Слеповой за содействие в организации исследования; студентам факультета психологии МГУ И.В.Блинниковой и Е.А.Лапину, принявшим участие в обработке ряда экспериментов. Автор благодарит сотрудников кафедры психологии труда и инженерной психологии Ю.К.Стрелкова и Б.И.Беспалова, сделавшим полезные замечания по тексту диссертации.
Проблема формирования образа в системах отображения информации
Исследование психического отражения в сознании оператора управляемого объекта в виде образа является одной из важнейших задач инженерной психологии на современном этапе. В последние годы отступили на второй план исследования скорости отдельных информационных процессов, характеристик восприятия знаковой и буквенно-цифровой информации и т.п. Усложнение управляемых объектов делает необходимым анализ процессов интеграции воспринимаемых характеристик системы управления в целостную образно-концептуальную модель.
Понятие образно-концептуальной модели (ОКМ) разработано в исследованиях В.П.Зинченко /20; 25; 51/. ОКМ представляет собой результат осмысления оператором сложившейся ситуации с учетом стоящих перед ним задач. В ее содержание входят набор (алфавит) образов реальной и прогнозируемой обстановки, а также знание совокупности возможных управляющих и исполнительных действий и свойств системы. ОКМ характеризуется огромной информационной избыточностью, но в тот или иной момент осознаются лишь образы и схемы поведения, связанные с решаемой задачей. Различается постоянная (или медленно меняющаяся) ОКМ, хранящаяся в долговре- [ менной памяти, и оперативная ОКМ, хранящаяся в кратковременной и оперативной памяти. Если ситуация знакома оператору, информационная модель "провоцирует" адекватную ситуации оперативную ОКМ. При незнакомой ситуации оперативная ОКМ формируется в про цессе управления; в ее содержание входит информация, извлекаемая оператором как из информационной модели, так и из постоянной ОКМ.
Д.А.Ошанин /35/ подчеркивает такое свойство концептуальной модели, как отражение заданной динамики объекта, представление о структуре процесса, какой она должна быть или стать в представлении оператора. В этом ее коренное отличие от восприятия информационной модели, представляющей собой отражение действительно совершающегося процесса. В.Ф.Венда /18/ выделяет психическую (концептуальную) модель реального объекта и формируемые на ее базе ситуативные оперативно-психические модели. К основным свойствам оперативно-психической модели он относит: неполное отражение объекта, вероятностная связь с оперативно-информационной моделью, системное многоуровневое отражение, вероятностная природа, гетерогенность, разнообразие и адекватность форм отражения объекта.
Важнейшим средством формирования и функционирования концептуальных моделей служат оперативные единицы восприятия и памяти (см. /23; 25/), которые представляют собой семантически целостные образования, формирующиеся в результате обучения и создающие возможность одномоментного восприятия и запоминания объектов внешнего мира независимо от числа содержащихся в них признаков. Формирование оперативных единиц обеспечивает не только целостность и предметность восприятия, но и возможность мысленного реконструирования ряда особенностей объекта, не нашедших отражения в информации, предъявленной оператору.
Наиболее полно концепция оперативности отражения и ее применение в инженерной психологии развивались Д.А.Ошаниным /28;
Этот автор выделяет когнитивные образы, в которых организована вся потенциально потребная информация об объекте, и оперативные образы, формирующиеся в процессе выполнения конкретного действия (группы действий) с объектом и приспособленные специально для данной группы действий. Применительно к деятельности оператора АСУ оперативный образ определяется как психический информационный комплекс, в котором сосредоточена и организована адекватно задачам и условиям операторской деятельности вся информация об объекте управления, могущая стать значимой при решении операторских задач. К числу основных свойств оперативного образа относятся: прагматичность - подчиненность образа решаемой задаче; адекватность - наилучшее соответствие решаемой задаче; специфичность - пригодность только для конкретных задач; лаконичность - "отвлеченность" от тех особенностей объекта, которые не используются для решения. При управлении динамическими объектами формируется динамический оперативный образ, отражающий совершающийся процесс. Особый интерес представляет такое свойство оперативного образа как функциональная деформация, которая заключается в приписывании разным особенностям объекта различных относительных весов и таким образом является нарушением нейтральности и беспристрастности отражения. Однако деформация не исключает правильного отражения метрических и прочих характеристик объекта, что делает образ внутренне противоречивым: отражая объект "зеркально", испытуемый в то же время воспринимает особенности объекта соответственно их функциональной значимости.
Понятие схемы и когнитивно карты в современной психологии
Понятие схемы введено в психологию Ф.Бартлеттом /57/, который связывал его с активной организацией прошлого опыта, которая обеспечивает ориентацию организма по отношению к тому, с чем он действует в настоящем, и намечает линии его поведения в будущем. В последнее время этот термин получил широкое распространение, особенно в применении к запоминанию зрительных сцен.
Дк.Мендлер /105/ рассматривает схемы как один из ДЕух видов организации материала в памяти. Категориальная организация определяет запоминание объектов и слов, схематическая - событий (временная организация структур) и зрительных сцен (пространственная организация). Схема понимается Мэндлер как внутренняя структура, развивающаяся с познанием мира, и организующая поступающую информацию в соответствии с опытом. Схема представляет собой бессознательный набор ожиданий об объектах и их отношениях. Существует несколько уровней схем, которые характеризуются различной степенью общности. Информацию, соответствующую схеме, индивид запоминает лучше, чем информацию, не соответствующую схеме. (По данным других экспериментов - /75; 79/ - если наличие объекта на картине соответствует схеме, то лучше сохраняется информация о его присутствии, но хуже - о его признаках и атрибутах).
Роль схем в познавательной активности человека подчеркивает У.Найссер /34/. Он рассматривает схему как внутреннюю сторону перцептивного цикла. Схема, с одной стороны, ассимилирует информацию, являясь как бы планом сбора информации об объектах и событиях. С другой стороны, она сама изменяется под влиянием информации, постепенно формируясь по мере накопления опыта. Схема направляет движение и исследовательскую активность, благодаря которым открывается доступ к новой информации, в свою очередь далее меняющей схему.
Таким образом, можно выделить следующие функции схем в познании (см. /59/): схемы образуют внутреннюю когнитивную структуру, обеспечивающую эффективное восприятие и запоминание; создают набор взаимосвязанных ожиданий относительно конкретных характеристик событий и сцен; определяют селективность внимания; направляют процесс поиска хранящейся в памяти информации, в силу чего этот процесс приобретает характер реконструкции по схеме (припоминания).
Термин "когнитивная карта" был впервые употреблен Э.Тол-меномД4/, понимавшим под ним особую структуру, в которую интегрируется информация, поступающая от внешних стимулов, и которая указывает маршруты, линии поведения и взаимосвязи окружающей среды и определяет ответные реакции животных или человека. В своем первоначальном значении когнитивная карта представляла не статичную структуру хранимой информации, но скорее план действий для решения определенной задачи или класса задач, не обязательно связанных с ориентацией в пространстве; речь шла скорее о процессе, чем о продукте; само слово "карта" являлось в значительной степени метафорой.
Интенсивные исследования по релевантной тематике проводились советскими психологами /33; 47-50/. Полученные результаты сохранили свое значение до настоящего времени, но долгое время оставались неизвестными для зарубежных исследователей, поэтому среди западных психологов началом активного исследования когнитивных карт считается I960 год, когда появилась книга К.Линча "Образ города" /104/. За последние 20 лет исследования, связанные с пространственным познанием человеком окружающей среды, получили широкое распространение. Их результатом являются когнитивные карты, называемые также мысленными картами, образами, схемами и установками. В отличие от Толменовского понимания, когнитивная карта в современном значении этого термина обозначает скорее репрезентацию, продукт некоторого процесса, являясь в меньшей степени метафорой и в большей - аналогией, хотя многие исследователи подчеркивают условность этой аналогии. Например, Дауне и Сти /68/ отмечают, что когнитивная карта лишь выполняет функцию топографической карты, но не обязательно обладает физическими свойствами, присущими ей. Тем не менее, когнитивная карта рассматривается часто как некая схематическая картинка, которая тем лучше, чем больше похожа на обычную топографическую карту. Другим отличием современного понимания этого термина от Толменовского является сужение понятия когнитивной карты до охвата лишь пространственных аспектов среды.
Эксперимент I. Исследование влияния условий ознакомления с материалом
Как отмечалось в первой главе настоящей работы, среди существующих теоретических подходов к проблеме зрительной памяти ни один не может претендовать на однозначное и исчерпывающее объяснение данных о ее поразительных возможностях в отношении запоминания сложного перцептивного материала. Между тем, получение такого объяснения является необходимым условием использования возможностей долговременной зрительной памяти при проектировании перспективных средств отображения информации. Предположим, например, что гигантский объем этого вида памяти обусловлен многомерностью субъективного пространства дифференциальных признаков визуальных картин (гипотеза Д.Грина и А.Пуроита /80/). Тогда воссоздание на экране индикатора всякой последовательности конфигураций, отличающихся друг от друга по достаточно большому числу перцептивных измерений, должно вести к их успешному сохранению и последующему узнаванию. Если допустить, что верна теория двойного кодирования А.Пайвио (см. гл.1.3), то главным фактором долговременного сохранения оказывается возможность избыточного ("двойного") перцептивно-вербального кодирования материала. Однозначное дифференциональное обозначение визуальных объектов, очевидно, возможно в случае их осмысленности и достаточного семантического (категориального) несходства. В некоторых других теориях, например, теории специфического кодирования
Э.Тулвинга /143; 144/ основным условием эпизодической эк;фории считается совпадение условий кодирования (интерпретации) материала на стадиях ознакомления и тестирования. Следует отметить также, что независимо от того, какая из перечисленных или дополнительных гипотез имеет большие права на существование, важным в прикладном аспекте является поиск параметрического сочетания условий, обеспечивающего наилучшее (в терминах точности и/или скорости) узнавания элементов больших массивов сложного зрительного материала.
Одним из возможных подходов к анализу роли обобщенного схематического опыта в узнавании предметных пространственных сцен является варьирование числа перцептивных признаков и деталей изображения. В работе Т.Нелсона, Дж.Метцлер и Д.Рида /114/ сравнивалось узнавание фотографий, подробных контурных рисунков и контурных изображений главного фрагмента сцены. Во всех трех случаях успешность узнавания оказалась примерно одинаковой. Правда, при этом она была весьма высокой, что позволяет объяснить отсутствие различий "потолковым эффектом". В более поздней работе /100/ было установлено преимущество фотографий. В хронометрических экспериментах Б.М.Величковского (см. /24, стр.182-183/), напротив, получены известные аргументы в пользу роли обобщенного схематического знания: функции времени опознания цветных слайдов и условных черно-белых изображений оказались очень похожими, хотя и отличались друг от друга в отношении некоторых количественных показателей. Учитывая трудности, возникающие при этом подходе к проблеме, мы решили экспериментально менять не число признаков изображения, а его общее соответствие имеющимся у субъекта схемам зрительного пространственного опыта.
Исследование влияния привычной пространственной организации сложного зрительного материала на его запоминание и опознание проводилось на материале фотографий естественной среды обитания человека - современных городских кварталов. Пространственная ориентация в ней и пространственная организация зрительных впечатлений о городской среде являются неотъемлемой частью жизненного опыта каждого горожанина, необходимой для его повседневного поведения. Использование цветных фотографий обеспечивало достаточно высокую степень соответствия зрительного опыта в эксперименте и в реальной жизни. Основным методическим приемом, использовавшимся в эксперименте, служило нарушение естественной пространственной организации материала и сравнение успешности опознания при нормальной и нарушенной пространственной организации в зависимости от таких экспериментальных переменных, как время предъявления материала, интерстимульный интервал, отсрочка тестирования опознанием.
Приемом нарушения пространственной организации служил переворот стимульных слайдов на 180 по вертикали ("вверх ногами"). Известно, что такой переворот приводит к изменению перспективы и других пространственных характеристик восприятия. Очевидно, что при восприятии современной городской среды именно отношение предметов по оси "верх-низ" определяет ее осмысленную пространственную структуру. Это подтвердил эксперимент Дк.Мэндлер и Дж.Ритчи /108/, показавших, что перестановка элементов стилизованного рисунка по вертикали в случайном порядке приводит к разрушению зрительной схемы и нарушению адекватного запоминания элементов картины.
Деятельность авиадиспетчера: основные понятия и проблемы
Изучение роли пространственных репрезентаций в профессиональной деятельности проводилось на примере деятельности диспетчера в системах управления воздушным движением (УВД) - авиадиспетчера. Прежде чем перейти к рассмотрению основной проблематики настоящей главы, необходимо вкратце охарактеризовать задачи УВД на современной этапе, функции человека в системах УВД, основные особенности внешних и внутренних средств его деятельности.
Под воздушным движением понимается перемещение потоков летательных аппаратов любых видов в воздушном пространстве (см. /I/). Для осуществления движения воздушное пространство структурировано следующим образом. По горизонтали выделяется аэродромная (аэроузловая) зона, которая охватывает пространство радиусом около 100 км вокруг аэропорта и в свою очередь делится на зону взлета и посадки радиусом несколько десятков километров, и воздушные коридоры, ведущие от зоны взлета и посадки к границам аэродромной зоны. Коридоры бывают с односторонним (коридоры прилета и коридоры вылета) и двусторонним движением самолетов. Вне аэродромной зоны коридоры переходят в трассы, по которым осуществляется движение самолетов. Воздушное движение может осуществляться только по трассам и коридорам (кроме зоны взлета и посадки аэропорта). На границах коридоров, местах пересечения трасс, в других точках, играющих важную роль в воздушном движении, расположены пункты обязательного донесения (ПОДы), проле тая над которыми пилот обязан сделать доклад диспетчеру. Наиболее важные ПОДы оборудованы радиомаяками, по сигналам которых ведется управление самолетом. По вертикали выделяются верхнее и нижнее воздушное пространство, которые делятся на эшелоны - интервалы высоты (100-200 м), в каждом из эшелонов может находиться только один самолет. Как правило, воздушное пространство управляемой зоны разделено на несколько секторов, внутри которых управление ведется одним из нескольких диспетчеров, сидящих в эбщем зале: диспетчер осуществляет управление всеми самолетами, заходящимися в его секторе.
Состояние воздушного движения летательных аппаратов и их ззаиморасположение по вертикали и горизонтали в определенный момент времени характеризует воздушную обстановку.
Основной задачей системы УВД является обеспечение безопасности полетов, которая достигается за счет соблюдения установ-іеннБЕх безопасных интервалов горизонтального и вертикального разделения между самолетами или между самолетами и землей. В случае )шибки системы происходит опасное сближение самолетов, которое южет привести, а иногда и приводит к катастрофе. Другими зада-іами системы УВД являются обеспечение экономичности полетов (воз-южности осуществить все фазы полета в экономически выгодных режима) и их регулярности.
Современная система УВД является сложным человеко-машинным :омплексом, где диспетчеру принадлежит центральная роль. Он вы-[олняет следующие основные функции. 1. Получение информации о самолете, прибывающем на управле не, согласование условий его входа в зону управления. полета 2. Выработка плана самолета в управляемом секторе (с учетом задач полета, метеоусловий, временных ограничений и т.п.). 3. Прием самолета на управление, контроль условий входа в зону, идентификация самолета, проверка возможности осуществления выработанного плана полета, его коррекция, назначение программы движения. 4. Контроль выполнения программы движения и осуществление коррекционных воздействий. 5. Согласование условий передачи самолета в смежный сектор управления. 6. Передача самолета в смежный сектор, получение информации о его приеме. 7. Проверка планов полета нескольких самолетов на воздушные конфликты. 8. Прогноз динамики развития воздушной обстановки.
В деятельности диспетчера по осуществлению каждой из описанных функций обычно выделяют следующие этапы, являющиеся инвариантными структурными единицами операторской деятельности /29/. 1. Сбор информации. 2. Обработка информации и принятие решения. 3. Реализация решения. 4. Контроль реализации. 5. Координация с другими диспетчерами и службами. Очередность этих этапов не является жеско фиксированной, но варьирует в зависимости от стоящей задачи.
