Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Психологический анализ профессионального обучения операторов 15
1.1. Определение понятий 17
1.2. Структура и организация учебного процесса 21
1.3. Системный анализ факторов, влияющих на процесс обучения и тренировки 28
1.4. Основные методы профессиональной подготовки операторов 37
1.5. Обучение на тренажерах 45
Глава 2. Экспериментальное изучение психологической системы деятельности и способностей оператора химического производства 52
2.1. Описание диагностических средств и характеристика экспериментальной выборки 52
2.2. Психограмма деятельности оператора химического производства 57
2.3. Особенности деятельности оператора в аварийной ситуации 78
2.4. Анализ функционирования системы «оператор-тренажер» 87
Глава 3. Система оценки эффективности обучения оператора химического производства 91
3.1. Инженерно-психологическое обоснование программы обучения оператора 92
3.2. Разработка алгоритма контроля обученности оператора 103
3.3. Организация учебных занятий и форма их проведения 109
3.4. Специфика обучения операторов-технологов для деятельности в аварийных ситуациях 116
Заключение 120
Библиография 124
Приложения 136
- Структура и организация учебного процесса
- Описание диагностических средств и характеристика экспериментальной выборки
- Особенности деятельности оператора в аварийной ситуации
- Разработка алгоритма контроля обученности оператора
Введение к работе
Тенденция усложнения информационно-технологического содержания профессиональной деятельности оператора, компьютеризация производства, характерная для современного производства принципиально меняет взгляд на проблему профессионального обучения. Широкое внедрение в практику подготовки операторов новых учебных программ и технологий предъявляет особые требования к научно обоснованной организации этого процесса. Современный подход к анализу системы «человек-машина» включает исследование больших автоматизированных комплексов и разработку практических рекомендаций для повышения их эффективности. Не составляет исключения в этом случае химическое производство, где научно-обоснованные капитальные вложения не только оправдывают, но и определяют перспективы развития. Современное химическое производство — это сложная организационно-техническая система, работающая без остановок длительные периоды в силу специфики технологических процессов. Каждая вынужденная остановка сопряжена со значительными материальными и моральными потерями и затратами. В последние двадцать пять лет существенно изменилась функция, выполняемая человеком в системе управления химическими комплексами. С созданием новых автоматизированных систем управления в химическом производстве, фактически потребовалось проектирование нового вида деятельности человека-оператора, новые инженерно-психологические разработки. Экономический эффект от внедрения инженерно-психологических разработок за последние годы составляет в среднем 10-12%. Это обусловлено оптимизацией общей структуры деятельности, процесса обучения, режимов труда оператора; разработкой принципиально новых подходов к проблеме надежности, достижениями в области изучения аварийности и т.д. Однако в большинстве исследований анализ и практическое внедрение сосредоточено в основном на работе с техническими, технологическими и эргономическими факторами. Особенности нового разделения трудовых функций между техникой и машиной предъявляют повышенные требования именно к функциям работника, к «человеческому фактору». Таким образом, на передний план выступают вопросы, связанные с подготовкой операторов. Этот общий вопрос ранее рассматривался в традиционном плане: научение оператора необходимому, с точки зрения нормативного способа деятельности, объему знаний, умений и навыков. Изменившиеся информационные технологические условия требуют принципиаль-
но других подходов к обучению операторов. Создание новых, более гибких учебных систем, направленных на эффективное построение психологической системы деятельности оператора-технолога химического производства, должно учитывать когнитивные особенности формирования ориентировочной основы деятельности, построение адекватных информационных моделей, характеристику профессионально-важных качеств. В современной инженерной психологии эффективными являются методы моделирования деятельности. Широкое использование нашло программированное обучение и обучение на тренажерах. Чаще всего эти методы применяются комплексно и позволяют оптимизировать процесс обучения, где достигается необходимый уровень профессиональной подготовленности оператора.
Процесс обучения представляет собой активное взаимодействие обучаемого и обучающего. Это взаимодействие бывает более эффективным при использовании автоматизированных обучающих систем (АОС), где процесс обучения и поведения человека-оператора принимает целевой и организованный характер.
Важным звеном в процессе обучения является оценка деятельности и подготовленности оператора. Это обязательное звено в системе управляемого обучения на тренажере, так как замыкает связь между оператором и объектом управления, между оператором и руководителем обучения. В решении проблемы обучения операторов химического производства с помощью АОС большое преимущество дает алгоритмическое описание деятельности. Обучение с помощью алгоритмов представляет собой в настоящее время наиболее эффективный путь. Он позволяет добиться не только высокого качества знаний, умений и навыков и сделать процесс усвоения более легким и быстрым. Особенно эффективен этот метод при подготовке операторов, в деятельности которых могут возникнуть аварийные и стрессовые ситуации. Алгоритмический метод позволяет расчленить деятельность на элементарные действия, находить их временные и надежные характеристики, и определять звенья, которые способствуют возникновению аварийной ситуации. Таким образом, можно определить основные критерии оценки деятельности операторов и разработать способы их диагностики и оптимизации. Из этих мероприятий наибольший эффект дает оптимизация процесса обучения операторов сложных технологических систем. На данном этапе эффективность и надежность функционирования комплексной системы «человек - машина» обусловлена надежностью работы, как технических звеньев, так и человека - оператора. В современной инженерной психологии надежность работы оператора обуславливается в основном нижеследующими факторами:
индивидуально-психологическими и личностными свойствами и особенностями оператора;
уровнем обученное и тренированности оператора;
-инженерно-психологическим соответствием техники, ее элементов, задачам и возможностям человека в системе принципов отображения информации.
В аварийных ситуациях сложность взаимодействия оператора с машинной системой заключается во внезапном воздействии на человека комплекса факторов: потока информации, дефицита времени, высокой степени ответственности и т.п.
Это воздействие вызывает два уровня ответных реакций:
защитные реакции;
сложные интеллектуальные действия, связанные с оценкой обстановки, с формированием стратегии поведения и обеспечением процесса распределения внимания в экстремальной ситуации.
По своей природе аварийная ситуация это психогенное воздействие направленное, главным образом, на психику человека. Это значит, что сила и продолжительность воздействия зависят от психического состояния человека, т.е. аварийная ситуация по своему содержанию может быть одной и той же, но формы ее отражения в сознании индивидуума будут самые разнообразные, дефицит времени может вызвать, а может и не вызвать стрессовые состояния. Поэтому, оператору в аварийных ситуациях нужно поддерживать не ожидание, а состояние готовности действовать, мобильности и активности, что не только ослабит действие внезапности, но и будет способствовать быстрейшему включению в борьбу с аварией. Психическая готовность во многом зависит от объема и полноты информации, от эффективности своих действий, от выраженности нарушения стереотипа действий.
Аварийные ситуации связаны с весьма высокими эмоциональными нагрузками, возникающими по причине жесткого дефицита времени, ответственности оператора при устранении аварии, последствий неправильных действий и т.д. В итоге возникает состояние повышенной напряженности в деятельности оператора. Основным следствием напряженности деятельности оператора является понижение профессиональной работоспособности и надежности. Очень часто напряженность появляется из-за ошибок в методике обучения операторов, где главным элементом обучения операторов химических производств должна быть отработка задач управления технологической автоматизированной системой в аварийных условиях.
Базовыми понятиями для рассмотрения указанных проблем являются понятия аварийная ситуация, надежность оператора, стрессустойчивость, психологиче-
екая система деятельности, информационная основа, когнитивные способности. Актуальность разрабатываемой в диссертации проблемы определяется потребностями общества в современных, психологически обоснованных системах профессиональной подготовки. Становится очевидным актуальность и значимость эффективной организации процесса обучения операторов и особенно тренировка состояния профессиональной готовности к внезапным аварийным ситуациям.
Итак, из многих факторов, влияющих на эффективность и надежность деятельности оператора, особую роль необходимо отвести обучению операторов-технологов по управлению автоматизированной химико-технологической системой. Притом, обучению не только теоретическим знаниям, как было принято традиционно, которые, безусловно, необходимы, но не достаточны, а формирование в ходе научения эффективной психологической системы деятельности.
Цель исследования:
Целью работы является решение проблемы оптимизации профессиональной подготовки на основе выявления психологических особенностей когнитивного освоения деятельности на примере изучения подготовки операторов-технологов химического производства. Достижение поставленной цели потребовало решения следующих задач:
Системный анализ психологических теорий и концепций, репрезентирующих проблему обучения операторов СЧМ.
Разработка методической базы для анализа когнитивной основы психологической системы деятельности оператора.
Анализ психологических регуляторов деятельности операторов-технологов в процессе системогенеза.
Исследование особенностей психологической системы деятельности операторов химического производства в нормальных и аварийных режимах работы.
Построение системы информационной оценки эффективности обучения операторов-технологов химических производств.
Разработка и обоснование состава курса обучения операторов химических производств.
Успешное решение данного комплекса задач связано с рассмотрением методологических основ информационно-психологического моделирования операторской деятельности, изучением особенностей формализации и оценки операторской деятельности.
Объектом исследования является деятельность операторов-технологов химического производства в нормальных и аварийных режимах работы.
Предметом исследования являются психологические особенности и закономерности когнитивного и информационного уровней психологической системы деятельности оператора-технолога химического производства, формирование ориентировочной основы деятельности.
Основные гипотезы исследования состоят в предположении, что целенаправленное формирование информационной модели деятельности оператора-технолога с определением четких самооценочных критериев существенно повышает эффективность его обучения и деятельности, как в нормальной, так и в аварийной ситуации. , В процессе системогенеза соответственно особенностям режима работы, будет происходить трансформация когнитивных функций, в направлении наиболее адекватном для данных условий.
Практические потребности химической промышленности обусловили проблему факторов взаимодействия на всех уровнях регуляции деятельности оператора, характеристики информационных и концептуальных моделей, системы обучения.
Прямое практическое следствие решения этой проблемы - создание оптимальной системы обучения операторов химических производств. При этом отметим, что выявлению путей наиболее эффективного обучения данных специалистов будет способствовать сравнительный анализ деятельности опытного мастера и динамики формирования психологической системы деятельности молодого работника. В том и другом случае необходимо выделить характерные психологические структуры личности профессионала и сопоставить их между собой для того, чтобы определить, насколько процесс формирования молодого специалиста соответствует тем требованиям, которые предъявляются профессией к квалифицированному специалисту.
Методологической основой диссертационного исследования явились фундаментальные работы отечественных психологов (Б.Г. Ананьев, Б.Ф. Ломов, П.Я. Гальперин, А.А. Крылов, В.Ф. Венда, В.А. Бодров, А.В. Брушлинский, В.П. Зинченко, Г.М. Зараковский, Ю.М. Забродин, А.В. Карпов, В.Д. Шадриков и др.), раскрывающие механизмы системы «человек-машина», анализ психологической системы деятельности, профессионального обучения, процессы информационного взаимодействия оператора с техникой, применение антропоцентрического
подхода к проектированию автоматизированных комплексов и обучение операторов управлению этими комплексами.
Планируя наши исследования, мы исходили из их междисциплинарной направленности. Это определило базовую систему принципов, на которых строится наша работа. Основными методологическими принципами были принцип деятельности и принцип детерминизма в рамках системного подхода. Применительно к практике профессионального обучения реализация данных принципов означает разработку задач психологической системы деятельности операторов, теоретическое обоснование онтологических механизмов изменения этой системы в ходе профессионализации, осознание концептуальных положений информационной основы операторской деятельности.
В диссертации использованы теоретические положения и концепции психологии программированного обучения, системный анализ операторской деятельности, оценки обученное и надежности работы оператора.
Антропоцентрический подход к анализу и оптимизации системы «человек-машина», разработанный в 1960-е гг. (Б.Ф. Ломов, К.К. Платонов, Б.Г. Ананьев, А.А. Крылов) служит обоснованием объекта изучения человеческого фактора системы «человек-машина» как определяющей стороны взаимодействия. Системный подход к решению инженерно-психологического аспекта нашего исследования, представлен фундаментальными работами отечественных психологов (Б.Ф. Ломов, В.Ф. Рубахин, А.А. Крылов, В.А. Пономаренко, Г.В. Суходольский, Г.М. Зараков-ский, В.Д. Шадриков, А.В. Карпов, В.П. Зинченко и др.). Использование системного подхода позволило нам решить определяющие задачи нашего исследования. Раскрытие специфики деятельности операторов химических производств в разных режимах работы, особенностей психологической системы деятельности операторов, построение системы информационной оценки эффективности обучения проведено нами в рамках системного подхода. Обоснование системной методологии для анализа проблемы профессионализации оператора невозможно без учета деятель-ностного принципа. В основу были положены работы Б.Г. Ананьева, Б.Ф. Ломова, А.Н. Леонтьева, К.К. Платонова, Ю.М. Забродина, В.П. Зинченко, В.А. Бодрова, Е.А. Климова, Л.Г. Дикой и др. Конкретные проблемы оптимизации профессиональной подготовки операторов химического производства теоретически обоснованы разработкой принципов алгоритмизации мыслительной деятельности человека (Г.М. Зараковский, В.Н. Пушкин, Ю.А. Голиков, А.Н. Костин), исследованием профессиональной надежности человека-оператора (В.А. Бодров, Б.Ф. Ломов,
Г.С. Никифоров, В.А. Пономаренко), теоретическими положениями о формировании личности в период профессионального становления (В.А. Бодров, Е.А. Климов, Ю.П. Поваренков, В.Д. Шадриков, А.В. Карпов).
Для исследования проблемы нами был использован широкий методический арсенал: включенное наблюдение, хронометраж, тестовая диагностика отдельных способностей, экспертные оценки, оригинальный опросник и анкета, разработанные нами для решения конкретных исследовательских задач. На основании данных тестов и опросника мы выделили ряд характеристик операторской деятельности, которые могут с достаточным основанием считаться профессионально-важными качествами. С помощью комплекса методов проведена эргономическая оценка рабочего места оператора энерготехнологической системы производства аммиака.
С помощью хронометража изучены характеристики поступающей в цепи информации, ее динамика, реакция операторов на эти изменения, время реакции и слежения (3-5 сек), время выполнения конкретных действий (5-15 сек). В этих исследованиях применялись электронные и механические секундомеры, кино и фотокамеры. Хронометраж и тесты позволили определить основные психические функции оператора: двигательные, речевые реакции операторов переключения внимания, эмоциональная напряженность и оперативная память. В результате получена характеристика системы деятельности оператора, выявлены связи между отдельными действиями.
Основным методом в нашем исследовании был профессиографический метод. После изучения производственного процесса деятельности операторов (исследователь работал с ними и в дневные, и в ночные смены, имел стандартный план наблюдения и план беседы), нами была составлена оригинальная анкета, узко направленная на специфику деятельности операторов в конкретных условиях химического производства аммиака и серной кислоты. Анкета была подвергнута экспертному анализу технологами, операторами экстра-класса в Новгородском ПО «Азот» и в лаборатории инженерной психологии Ереванского государственного университета. После апробации и предварительной беседы с операторами, нами было проведено анкетирование. Полученные данные проанализированы и отображены в таблицах, по которым определены задачи обучения и временные характеристики для их решения, составлен алгоритм контроля обученности операторов. Для обработки результатов эмпирического исследования применялись ме/годы математической статистики.
Надежность и достоверность исследования обеспечена использованием сис
темного и антропометрического подходов, обоснованных исходными методологи-
i| ческими принципами активности и деятельности, адекватным подбором методиче-
ского блока, математической обработкой полученных данных, апробацией результатов в реальном процессе обучения операторов химического производства.
Достоверность результатов исследования обеспечивалась всесторонним анализом проблемы при определении исходных теоретико-методологических позиций, применением обоснованных и корректных методов психодиагностического плана, сочетанием количественного и качественного анализа материалов.
В психологических исследованиях последних лет особо обращается внима
ние на важность и необходимость решения проблем профессионального обучения
операторов сложных технологических систем, повышение эффективности и на-
дежности их деятельности.
Исследование этих проблем в основном концентрируется в области изучения
общих закономерностей и механизмов системы «человек - машина», анализа пси
хологической системы деятельности оператора, динамики профессионализации. В
теоретическом и методологическом плане наработан достаточно мощный концеп
туальный и категориальный аппарат. Актуальным становится переход на практиче-
* ский аспект исследовательских задач. Конкретные практические разработки в ос-
новном обеспечивают потребности военной сферы, авиации, космонавтики, энергетики. Однако очень важная и особо опасная сфера операторской деятельности — химическое производство - еще недостаточно обеспечена научно-практическими разработками. Психологическая оптимизация деятельности оператора химического производства является важнейшим компонентом общей тенденции технологических преобразований промышленности в целом. С этих позиций научная новизна исследования определяется как самой постановкой проблемы, так и характером ее решения.
Научная новизна данной работы состоит в том, что:
1. Проведено комплексное исследование процесса обучения операторов-
технологов конкретных химических производств. Теоретически и практически ис
следовано психогенное воздействие аварийного сигнала, надежность работы в экс
тремальных условиях, готовность оператора-технолога включиться в борьбу с ава
рией, возникновение состояния эмоциональной напряженности или инертности,
' понижающей работоспособность.
2. Выявлены психологические особенности деятельности оператора на
уровне структурно-функционального анализа в нормальных и аварийных режимах
работы по управлению химико-технологическим комплексом. Определены количе
ственные характеристики деятельности оператора-технолога в аварийных режимах,
в частности:
время слежения в аварийных ситуациях сокращается в среднем в 8 раз и составляет 10% от времени рабочего цикла;
время выполнения действий в аварийных ситуациях возрастает примерно в 4,5 раза, что свидетельствует о моторном характере деятельности;
время принятия решений в аварийных ситуациях сокращается в 3 раза, т.е. увеличивается нагрузка оперативного мышления.
Составлен и обоснован конкретный курс обучения операторов-технологов установки производства аммиака, на основе информационной модели деятельности разработана схема формализации и конкретизации целей обучения, определено содержание обучения - задачи управления в аварийной ситуации, их решения. Эти задачи рассматриваются как элементы программы обучения на тренажере, расположенные по принципу «от простого к сложному».
Построена система оценки эффективности обучения операторов по параметрам времени, точности, быстродействию, надежности.
Разработан алгоритм контроля обученности оператора на тренажере. Выделен психологический параметр контроля «информационная емкость оперативного мышления».
Составлена психограмма деятельности оператора химического производства. Выделены основные психические функции, определяющие когнитивную основу деятельности оператора-технолога в аварийной ситуации: качество внимания (объем и темп переключения), оперативное мышление, профессиональная память, наблюдательность, эмоциональная устойчивость. Эти компоненты определяют функцию оператора системы «человек-машина» в аварийных ситуациях и зависимы от профессионального обучения.
Теоретическая значимость исследования определяется вкладом в анализ проблем психологии труда в области изучения системы «человек-машина», психологических основ профессиональной подготовки операторов, психологических особенностей деятельности в аварийных ситуациях.
Изучены системогенетические взаимосвязи некоторых компонентов когнитивной основы деятельности оператора-технолога, что дополняет общую картину
теоретических представлений о формировании психологической системы деятельности.
Подтверждена основная теоретическая посылка, что структура когнитивных функций трансформируется в зависимости от условий деятельности и существенно влияет на эффективность обучения операторов.
Работа дополняет научное понимание стрессустойчивости операторской деятельности, проблему оценки и параметризации результативности оперативного мышления в операторской деятельности.
Разработка алгоритма обученности операторов-технологов выступает частным, но важным случаем общего алгоритмического подхода к профессиональному обучению.
Практическая значимость исследования определяется несколькими составляющими. Совокупность полученных экспериментальных материалов может найти успешное применение во многих сферах инженерно-психологического проектирования, в частности операторской деятельности в сложных системах «человек-машина». Полученные результаты, также могут быть использованы в проектировании технических средств обучения тренажеров.
На основе психологического анализа полученного материала можно осуществлять методическое планирование исследований операторской деятельности и составить курс обучения операторов разных СЧМ путем создания универсальных методик и принципов курса обучения.
Предлагаемая методика «Разработка алгоритма контроля обученности оператора» приемлема не только для оценки уровня обученности операторов-технологов химического производства, но и в других отраслях использования СЧМ.
Значимость таких работ обосновывается тем, что во время изучения и решения конкретных инженерно-психологических задач раскрываются новые аспекты функционирования системы «человек-машина».
Данная работа - результат сложившегося запроса практики. Созданная в результате система оценки эффективности обучения операторов и разработка конкретного курса обучения могут быть использованы для организации обучения операторов и в других отраслях промышленности.
Апробация и внедрение результатов исследования. Основные идеи, положения и результаты исследования докладывались и обсуждались, получили предварительную оценку на ряде семинаров и конференций. Материалы диссертационного исследования представлялись и докладывались автором на научно-
теоретических и методологических семинарах кафедры психологии и в лаборатории инженерной психологии Ереванского государственного университета (1981, 1982, 1983); на Всесоюзной конференции по инженерно-психологическим аспектам тренажеростроения в Ереване (Цахкадзор, 1981); на научно-методологической конференции по тренажеростроению, организованной в Ереванском ОКБА (1983); на методологическом семинаре кафедры психологии труда и инженерной психологии Ярославского госуниверситета им. П.Г. Демидова (2003); на научной конференции, посвященной творческому наследию А.В. Брушлинского и O.K. Тихомирова (Москва, 2003); на конференции «Системогенез учебной и профессиональной деятельности» (Ярославль, 2003).
Основные материалы диссертации использованы в разработке и создании тренажера для обучения операторов химических производств в Ереванском опытно-конструкторском бюро «Автоматика» (1981-1983). Тренажер и разработанная программа обучения операторов-технологов прошли успешное испытание в Севе-ро-Донецком Учебном центре, Новгородском Химическом комбинате (1984-1990).
Результаты исследования использованы при составлении учебника по курсу прикладной психологии (1985). Курс читается на физическом и математическом факультетах Ереванского государственного университета, включены в программу курса «Психология труда» факультета психологии Ярославского государственного университета им. П.Г. Демидова, использовались при разработке методических рекомендаций по спецкурсу «Личность в системе профессиональной подготовки» (2002—2003). Предлагаемая методика оценки оперативного мышления использовалась при изучении стрессустойчивости управляющих: заведующих магазинами, представителей администрации школ, директоров и начальников разного уровня предприятий г. Ярославля (1999-2001).
Содержание диссертации изложено в 8 публикациях.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Формирование психологически обоснованной информационной основы
деятельности оператора включает наряду с объективными и субъективно-
когнитивные регуляторы структурирования ориентировочной основы.
2. Целостные системы профессионально-важных качеств оператора-техно
лога химического производства качественно гетерогенны при обычных и экстре
мальных условиях, что требует учета при разработке специальной системы обрат
ной связи на основе оценки и самооценки результатов деятельности.
3. Формирование информационного и когнитивного уровней выполнения
деятельности в процессе ее освоения наиболее адекватно могут быть раскрыты как
М процесс системогенеза, поскольку подчиняется основным, характерным для него
принципам.
4. Адаптивное управление системой обучения должно рассматриваться как
формирование информационной модели оперативной задачи на основе оценки ин
формационной емкости оперативного мышления.
Структура диссертации отражает логику исследования и его результаты.
Диссертация состоит из Введения, трех глав, заключения, списка использованной
литературы, приложения. Работа иллюстрирована графиками, схемами, таблицами.
Список литературы включает 184 наименования, из них 11 - на английском языке.
№ Содержание работы изложено на 158 страницах машинописного текста.
Во введении обосновывается актуальность изучения проблемы психологической защиты, характеризуется цель, объект, методологическая основа и задачи психологического анализа деятельности оператора, определяются методические средства решения поставленных вопросов.
В первой главе «Психологический анализ профессионального обучения опе
раторов» определены основные понятия, рассмотрена структура и организация
* учебного процесса, дан системный анализ факторов, влияющих на процесс обуче-
ния, подробно проанализирована психологическая специфика использования тренажеров.
Вторая глава «Психологический анализ деятельности оператора химического производства» посвящена теоретическому анализу деятельности оператора в аварийной ситуации и системы «оператор-тренажер», на основе эмпирического анализа представлены профессиографическое описание деятельности и психограмма оператора-технолога химического производства.
В третьей главе «Система оценки эффективности обучения оператора химического производства» предложен алгоритм контроля обученности оператора-технолога, условия организации учебных занятий по подготовке операторов, специфика обучения операторов деятельности в аварийных ситуациях.
В заключении обобщены полученные результаты, намечены перспективы дальнейшей разработки проблемы.
Структура и организация учебного процесса
Как любой вид деятельности обучение имеет системно-структурную органи зацию. Системный принцип в психологическом анализе, моделировании и проек тировании операторской деятельности разработан достаточно глубоко именно в отечественной деятельности. (Б.Ф. Ломов, В.Ф. Рубахин, А.А. Крылов, В.А. ПОНО СУ маренко, В.Ф. Венда, Г.М. Зараковский, В.Д. Шадриков, А.В. Карпов, В.П. Зинчен ко, В.М. Мунипов).
В организации учебного процесса обязательно присутствуют такие составляющие как предмет обучения, т.е. собственно те знания, умения и навыки, которые надо освоить, субъект учения (учащийся), т.е. человек, который желает освоить новые знания и имеет определенные предпосылки для этого освоения, способы обучения, т.е. те средства, с помощью которых передаются необходимые знания и навыки, учитель (организатор учебного процесса т.е. человек, который осуществ-ляет управление, координацию и регуляцию деятельности ученика, пока последний не сможет делать это самостоятельно. Каждый из перечисленных элементов имеет свою собственную структуру и функциональные связи, кроме этого все они имеют общую системную организацию, превращающую их в собственно систему обучения [50, 74, 163]. В этой системе можно выделить структурные компоненты.
1. Мотивационный или побудительный компонент
Он включает познавательные потребности и сформированные на их основе мотивы обучения. Обучение это всегда процесс активного взаимодействия учаще гося и учителя. В результате активного общения последних, собственно и осуществляется учебная деятельность. Очень часто в качестве мотива учебной деятельно сти выступает интерес. В ходе обучения этот мотив претерпевает изменения. На первых этапах обучения интерес чаще всего ориентирован на внешние характери стики учения: на визуальные и организационные признаки. Затем интерес переносится на результат деятельности, т.е. собственно «что у меня получается?». И на последнем этапе интерес концентрируется на процессе обучения, становится интересно собственно учиться, получать новые знания. Наличие интереса к учебе вызывает положительные эмоции и стимулирует активность учащегося [16, 122].
2. Программно-ориентировочный компонент
Основным элементом этого компонента является осознание цели обучения, как предвосхищение конечного результата и формирование ориентировочной ос новы деятельности. В процессе обучения учащийся должен сформировать элемен ты индивидуального опыта в форме знаний и навыков. В ходе обучения отдельные знания формируются в систему абстрактных понятий, представляющую субъективную модель реальной действительности. Формирование такой модели и. выступает для ученика целью обучения. Достижение этой цели начинается с получения и усвоения информации, составляющей впоследствии информационно ориентировочную основу деятельности. На этой основе вырабатывается программа действий
3. Действенно-операционный компонент
В основе этого компонента лежат действия и операции, с помощью которых реализуется деятельность обучения. В структуре учебной деятельности В.Я. Ляу-дис [152] выделяет действия «уяснения содержания учебного материала» и действия «отработки учебного материала». Это так называемые исполнительные учебные действия. Кроме исполнительных, учебная деятельность включает и контрольные, позволяющие проводить оценку и корректировку исполнительных действий. ft
С помощью контрольных действий обеспечивается и обратная связь между педагогом и учащимися. Указанные учебные действия осуществляются с помощью активизации высших психических функций и способностей, которые в практике обучения нередко тоже называют действиями: мыслительными, перцептивными, мнеми-ческими и т.д. Конкретным способом осуществления учебных действий являются операции (например, операция вычисления, освоение конкретного типа решения задачи) [109, 111,128, 155].
Все указанные выше компоненты связаны в единую систему обучения. На различных этапах обучения происходит перестройка, психологической системы обучения. В ходе последней осуществляется переход от прагматического к познавательному восприятию мира и формирование индивидуально - субъективной системы освоения новых знаний. В итоге учащийся приобретает навыки самостоятельного обучения.
Остановимся на некоторых аспектах организации процесса научения. В психологии разработаны различные системы стратегий научения. Анализ этих стратегий по исследованиям, приведенным в книге «Человеческий фактор» под редакцией Г. Салвенди [157], позволяет сформулировать ряд практических рекомендаций, следование которым обеспечивает эффективность процесса научения.
1. Обучение должно выступать перед учащимся как личностно принятая деятельность. Это значит, что-то, что познает учащийся в процессе обучения и сам процесс обучения в целом, имеет для субъекта личностный смысл.
2. Материал, который надо запомнить в ходе научения, должен быть сведен к минимуму. Основная часть информации должна передаваться на уровне понимания и логической переработки
3. Информация, которая используется учащимся, должна непосредственно быть связана с целями научения. Важно, чтобы учащиеся сами старались классифицировать информацию на обязательную, или, наоборот, мало связанную с целями обучения.
4. Очень важно делать перерывы в тренировке. После освоения какого-то блока информации учащийся должен сделать перерыв, загруженный другой деятельностью.
5. Осваивать сложный навык целесообразно по частям.
6. Наиболее сложные навыки требуют сочетания теоретических знаний и практических действий. Научение должно обеспечить оба аспекта навыка.
7. В ситуации ошибочных действий должно быть обеспечено немедленное поступление сигнала об ошибке. Если учащийся сделал ошибку и не получил информации о неадекватности своих действий, то способ именно такого действия увеличивает свой «вес» в структуре осваиваемого навыка.
8. Освоение навыка на модели требует постоянного стимулирования активности учащихся. Пассивная позиция приводит к рассеиванию внимания и снижению эффективности научения.
9. Отработанный на модели навык, будет автоматически переноситься на деятельность. Поэтому очень важно, чтобы отдельные компоненты навыка имели общие черты с реальной деятельностью. 10. Тренировать навык необходимо со скоростью, требующей умеренного напряжения. Изменять ситуацию надо не давлением, а мотивацией и правильной организацией учебного процесса.
11. Важным моментом является предоставление учащемуся времени на исправление ошибок.
12. Важно избегать (особенно при обучении взрослых) подачи информации в абстрактной форме. Надо максимально использовать практические примеры и наглядные факты. Положения инструкции должны быть очень четкими, однозначными и простыми на каждой очередной позиции.
Описание диагностических средств и характеристика экспериментальной выборки
Основная цель данного этапа работы — выявление и исследование динамики формирования структуры и отдельных профессионально важных психофизических характеристик деятельности операторов химических производств, с целью последующей разработки методики организации обучения с помощью технических средств. Цель конкретизируется в следующих задачах: 1. Разработка методической базы для анализа когнитивной основы психологической системы деятельности оператора.
2. Анализ психологических регуляторов деятельности операторов в процессе системогенеза.
3. Исследование особенностей психологической системы деятельности операторов химического производства в нормальных и аварийных режимах работы. В ходе решения этих задач проведено комплексное исследование процесса обучения операторов-технологов конкретных химических производств. Исследовано психогенное воздействие аварийного сигнала, надежность работы в экстремальных условиях, готовность оператора-технолога включиться в борьбу с аварией, возникновение состояния эмоциональной напряженности или инертности, понижающей работоспособность .
Выявление специфики деятельности оператора-универсала производства аммиака в аварийных ситуациях является продолжением работы по методам исследования специфики деятельности, обзора состояния существующих интерпретаций понятия деятельности в аварийных ситуациях, ее характеристик и данных раскрывающих сущность такой деятельности.
Эмпирическое исследование включало три этапа:
1. Анализ профессиональной группы для исследования профессиональной деятельности.
2. Составление профессиограммы оператора химического производства.
3. Разработка учебной модели обучения оператора.
Характеристика профессиональной группы производств
Определение круга производств и выбор профессии для исследования проводился в соответствии со следующими критериями, принятыми для оценки химических производств: сложность управления техническим процессом; взрыво-пожароопасность, токсичность производства; производительная мощность для рабочей профессии; массовость в современном производстве; перспективность развития;
В результате анализа ряда производств химической промышленности, наиболее соответствующими относительно изложенных критериев (требований) оказались производства: аммиака; нитроаммофоски; хлорвинила. В качестве рабочей профессии изучалась профессия оператора-технолога химического производства. Было проведено исследование специфики деятельности оператора—технолога Новгородского ПО «Азот», ее количественная и качественная оценка, для дальнейшего использования при создании тренажера. Основные материалы диссертации использованы в разработке и создании тренажера для обучения операторов химических производств в Ереванском опытно—конструкторском бюро «Автоматика» (1981-1983). Тренажер и разработанная программа обучения операторов-технологов прошли успешное испытание в Северо-Донецком Учебном центре, Новгородском Химическом комбинате (1984 - 1990).
Описание диагностических средств
Для исследования проблемы был использован широкий методический арсенал: включенное наблюдение, хронометраж, тестовая диагностика отдельных способностей, экспертные оценки, оригинальный опросник и анкета, разработанные нами для решения конкретных исследовательских задач. На основании данных хронометража, тестов и опросника мы выделили ряд характеристик операторской деятельности, которые могут с достаточным основанием считаться профессионально-важными качествами. С помощью комплекса методов проведена эргономическая оценка рабочего места оператора энерготехнологической системы производства аммиака.
С целью реализации поставленной задачи из существующих общих методов психологического изучения профессий, а именно: профессиографический; личностный; алгоритмический; структурный; системный нами был выбран профессиографический метод, как наиболее распространенный и изученный, реализация которого осуществлялась путем организации опроса, анкетирования и беседы с компетентными представителями персонала по управлению цехом аммиака ПО «Азот». Методологической основой для проведения исследований послужил принцип сравнения качественных и количественных показателей деятельности операторов-универсалов и новичков. 1. В нашем исследовании мы использовали методы опроса (анкетирование, беседы), хронометража, включенного наблюдения и тестирования.
А Исходя из вышеизложенных целей, была разработана методика опроса и
экспертной оценки, гипотетически предполагаемых характеристик и свойств, в качестве профессионально важных для деятельности операторов химических производств (Приложение 1, 2). Опросники разработаны на основе опросного листа Липмана [23]. Опросный лист Липмана предназначен для выявления психических и физиологических характеристик людей, которые должны обучаться тем или иным техническим профессиям [100] (Приложение 1).
Предложенные характеристики охватывают физическую (силовые качества) психофизическую (пространственно-временные характеристики анализаторных
Ь систем, когнитивных процессов), социально-личностную (совместимость, согласо ванность, взаимовыручка, руководство и подчинение) сферы деятельности операторов.
2. Для составления психограммы оператора была подобрана батарея тестов, оценивающая количественно такие функции и характеристики как: способность к поисковым действиям в условиях дефицита времени, крат ковременную память (по методике «Информационный поиск»); распределение и переключение, концентрацию и устойчивость внимания (методика «Расстановка чисел» и «Перепутанные линии»); пропускная способность зрительного анализатора («Кольца»); уровень оперативной память («Шкалы»); способность оперирования пространственными представлениями («Компасы»).
Данные тесты (Приложение 3) были отобраны в силу оперативного (экс . пресс) характера их проведения [40, 47, 48, 112, 157]. Содержание психограммы деятельности определяют данные, полученные в результате поведения психофизиологических методов, направленных на анализ соответствующих свойств человека, которые удовлетворяют требованием профессии и являются условием успешности (эффективности) его профессиональной деятельности.
3. Использование метода беседы. В ходе беседы с операторами выявлялись особенности протекания процесса производственной деятельности. Полученные данные были рассмотрены как в динамическом, так и в струк-турном отношениях. Описание исследуемой выборки В общем исследовании приняли участие 96 человек. К исследованию были привлечены универсалы агрегата аммиака Новгородского ПО «Азот» в нормальных и аварийных режимах работы установки. Для составления психограммы оператора химического производства нами была исследована деятельность оператора-технолога цеха производства ацетилена завода им. Кирова.
Особенности деятельности оператора в аварийной ситуации
Для реализации деятельности операторов химического производства необходима высокая техническая оснащенность центрального пульта управления (ЦПУ) наблюдения за технологическими режимами, которые в химическом производстве более динамично изменяются, чем в других технологических системах. От оператора-технолога химического производства требуется анализ поступающего в ЦПУ потока информации и выделения данных тех задач, несвоевременное решение которых может привести к блокировке (частичная остановка) или к предаварийной ситуации.
Особое значение имеет подготовка операторов для работы в нестандартных условиях. Это требует не только особых программ обучения, но и специальных технических средств такой подготовки - тренажеров. Специфика деятельности химических производств выражается, прежде всего, в повышенной вероятности трудно ликвидируемых и жизненно-опасных аварийных ситуациях. Аварийная ситуация — это осложнение условий трудовой деятельности, которое делает невозможным ее выполнение по ранее намеченному плану ввиду угрозы аварии. По данным Всемирной Организации Здравоохранения смертность от трудового травматизма занимает третье место в мире.
Аварийная ситуация, это, как правило, внезапное комплексное воздействие на человека. В аварийной ситуации возможны два уровня ответных реакций:
1) приспособительно-защитные реакции (по типу ориентировочно-исследовательского рефлекса);
2) сложные интеллектуальные действия, связанные с оценкой обстановки, с формированием стратегии поведения и с обеспечением процесса распределения внимания между контролем за текущим состоянием управляемого объекта и выработкой новой схемы действий [29, 43, 82, 96].
Возникновение аварии - событие редкое и чрезвычайное, иначе работа оператора заключалась бы только в устранении аварий. При появлении внезапных аварийных сигналов от оператора требуются экстренные действия по ликвидации аварии. Требовать от операторов АСУ поддержания себя в состоянии ожидания аварии нецелесообразно, так как такое состояние неизбежно сменится состоянием пассивности и усталости, т.е. приведет к потере работоспособности. Оператору необходимо поддерживать в себе не ожидание, а состояние готовности действовать, мобильности, активности, что не только ослабит действия внезапности, но и будет способствовать быстрейшему включению в борьбу с аварией.
После возникновения аварии необходимо, чтобы оператор правильно распознал место и причины возникновения аварии, так как неправильные действия могут привести к выводу из строя не только одного элемента или блока объекта управления, но и всей управляемой системы.
Аварийная ситуация требует полной мобилизации всех врожденных и приобретенных защитных механизмов, а именно: активации ориентировочно-исследовательского рефлекса, эмоционального возбуждения (как приспособительного акта в процессе оценки степени опасности), актуализации механизмов предвосхищения, опережения развивающихся событий. Экстраполяция событий и опережающее отражение активизируют эмоции, что имеет большое значение для выживания организма. Обеспечение эффективного приспособления организма к внезапно изменяющимся условиям связано с формулированием функции опережения, т.е. «преднастройки» организма к ожидаемому событию. У оператора при аварийной ситуации преднастройка организма выражается в возникновении ориентировочной реакции. Биологическая ценность этой реакции заключается в подготовке организма к последующим изменениям среды. При этом повышается мышечный тонус, усиливается кровообращение, перенастраиваются анализаторы, так что дальнейшие изменения обстановки не застают организм «врасплох» в биологическом смысле [17, 29, 63].
Указанные физиологические изменения биологически целесообразны и всегда будут основным компонентом, присущим поведению человека в любой аварийной ситуации. Важно установить специфические качества воздействия аварийной ситуации с психологической точки зрения. Аварийная ситуация как воздействующий агент принципиально отличается от отрицательных физических факторов (температура, ускорение, вибрация, перепад давления и пр.). Так любой физический фактор очень точно характеризуется силой, продолжительностью и местом воздействия. В зависимости от этих переменных складывается ответная реакция организма.
Аварийная ситуация по своей природе — психогенное воздействие и «адресуется» она главным образом к психике человека. Это значит, что сила и продолжительность воздействия зависит от психического состояния человека, т.е. аварийная ситуация по своему содержанию может быть одной и той же, но формы ее отражения в сознании индивидуума будут самые разнообразные. Например, отражение в сознании предстоящего дефицита времени может вызвать, а может и не вызвать стрессовое состояние. В данном случае есть только воображаемая модель будущего события, за которой и следует ответная реакция (состояние стре.сса). Аварийные ситуации связаны с весьма высокими эмоциональными нагрузками, которые возникают по причине жесткого дефицита времени, ответственность оператора при устранении аварии, последствии неправильных действий и т.д., т.е. возникает состояние повышенной напряженности в деятельности оператора [19].
Напряженность - это эмоциональное состояние, характеризующееся временным понижением устойчивости психических и психомоторных (двигательных) функций и понижением профессиональной работоспособности [90]. Основным следствием напряженности деятельности является понижение работоспособности и надежности. Очень часто напряженность появляется из-за ошибок в методике обучения операторов, главным компонентом которой должен быть учет индивидуально- психологических особенностей. Поэтому важным элементом учения оператора должна быть обработка задач управления автоматизированной системой в аварийных условиях в процессе приобретения профессиональных навыков. Другим средством предотвращения эмоциональной напряженности может быть создание таких устройств, которые обеспечивали бы оператора в чрезвычайных условиях всей необходимой информацией, поскольку недостаток информации - одна из основных причин возникновения напряженности.
Разработка алгоритма контроля обученности оператора
Приведенные выше виды измерений при математической формализации обучения могут удовлетворительно выполнять свои функции (оценку уровня обученности) лишь с учетом качественной и количественной характеристики психологических регуляторов, определяющих трансформацию операторской деятельности при различных ситуациях. При общей оценке важно учитывать и оценке знания преподавателя, строящего алгоритм оценки на интуитивных количественных критериях. При этом один и тот же ответ, оценивается разными преподавателями по-разному. В этом, по сути, основной недостаток изложенных выше математических систем оценок. Второй их недостаток - это невозможность их реализации при использовании технических средств обучения, так как даже современная ЭВМ не обладает интуицией.
С целью определения алгоритма оценки уровня обученности оператора, реализуемого на тренажере, введем понятия «элементарное знание» и «общее знание». Под элементарным знанием будем понимать знание, относящееся к одному элементарному вопросу. Здесь под элементарным вопросом (в узком смысле) будем понимать конкретную задачу, предъявленную обучаемому на тренажере. Под общим знанием будем понимать знание, которое относится ко всем знанием будем понимать знание, которое относится ко всем вопросам, и, следовательно, ко всем задачам, включенным в состав курса обучения оператора-технолога. Вопрос о том, какое количество элементарных вопросов необходимо задать обучаемому, чтобы надежно оценить уровень обученности, а также вопрос о том, какой сложности должны быть эти вопросы, относятся к области конкретных методик, тесно связанных со структурой и содержанием предметной области. В качестве количественного критерия элементарного знания может быть использована степень соответствия ответа обучаемого на і -ый вопрос той деятельности, которая предусмотрена эталонным алгоритмом решения задачи.
Количественным критерием для определения общего уровня обученности может служить средняя оценка, определяемая как среднее арифметическое от всех оценок, полученных обучаемым по решенным элементарным вопросам. Средняя оценка, при этом будет служить количественным критерием в том случае, если она будет определена на основе интервальных или пропорциональных оценок. В частности, пропорциональная оценка получается как отношение числа допущенных ошибок при ответах на элементарные вопросы к максимально возможному их количеству. Необходимо учитывать, что оценка может быть положительна лишь в случае соблюдения обучаемым временных норм решения задачи, соотносящихся с регламентными ограничениями по времени. Учитывая выше приведенные основания, мы разработали алгоритм контроля обученности оператора-технолога химического производства. Количественным критерием для определения общего уровня сформированности мысленного алгоритма служит средняя оценка, определяемая как среднее арифметическое от всех оценок, полученных обучаемым по элементарным вопросам. В результате формируется информационная модель решения задачи.
Если для оценки уровня обученности используются контрольные вопросы разной сложности (сложность задачи мы оцениваем по Зараковскому [45]), то каждому из вопросов присваивается определенный коэффициент, значение которого тем больше, чем сложнее вопрос. Значение этих коэффициентов мы определили как вес вопроса, а сами коэффициенты назвали весовыми коэффициентами. Общая оценка (в случае, когда в качестве критерия оценки элементарных знаний принято количество допущенных ошибок) получается как обратная величина суммы произведений весовых коэффициентов на соответствующие им количества ошибок.
Рассмотренные критерии обеспечивают возможность интегральной оценки общих знаний, но с их помощью невозможно оценить структуру знаний обучаемого. Для решения этой проблемы, на уровне формализации, мы использовали матрицу состояний или информационную матрицу. До определения понятия матрицы состояний заметим, что включенные в состав курса задачи обучения, вообще, могут быть двух типов:
— задачи, требующие однокомпонентных ответов;
— задачи, требующие многокомпонентных ответов.
Под задачами первого типа понимаются задачи, алгоритмы решения которых, содержат один операционный блок, а под задачами второго типа - задачи, алгоритмы, решения которых содержат два и более операционных блока. Тогда, под информационной матрицей будем понимать таблицу, у которой число строки равно числу задач обучения предназначенных для оценки уровня обученности (контрольных задач), а число столбцов - количеству весовых уровней, на которые эти задачи подразделены по сложности. Отметим, в частности, что число контрольных задач может быть равно числу всех задач, включенных в курс обучения.
Допустим, что перед обучаемым на тренажере поставлена задача, решение которой требует выполнения трех операционных блоков. Пусть веса этих блоков равны 0,8; 0,6 и 0,2 соответственно.
Матрица, изображенная нарис. 1, включает три задачи, причем, в данном частном случае, наибольшее количество блоков в алгоритме решения задачи равно пяти с соответствующими весовыми коэффициентами, расположенными в порядке убывания слева на право. Общее весовое значение для первой задачи равно сумме весов отдельных блоков алгоритма первой задачи и равно 1,6. Эта цифра указана справа от матрицы состояния. Для второй задачи весовое значение равно 2,4, а для третьей - 1,0. Неиспользованные клетки в матрице состояния заштрихованы. Вписывая цифру 1 в клетки, соответствующие операционным блокам, которые обучаемый выполнил, а цифру 0, соответственно, в те клетки, соответствующие блокам, которых обучаемый не выполнил, то можно будет подсчитать степень «усвоения» задачи, а также выявить те части решаемой задачи, которые обучаемый не усвоил.
Для этих целей определим понятие информационной емкости программы (для нашего примера программа включает три задачи) как сумму весов всех задач. Для матрицы приведенной на рис.1 информационная емкость равна 5. Далее определим понятие информационной емкости усвоения. Для этого обратимся к матрице, изображенной на рис. 2, где цифрами «1», «О» указаны усвоенные и не усвоенные блоки алгоритма решения задач.
