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1、第3章 人的机能特征,3.1 人的神经系统 3.2 人的信息传递 3.3 人的感觉和知觉 3.4 视觉 3.5 听觉和其他感觉 3.6 心理现,3.1 人的神经系统,神经系统由中枢神经和周围神经组成, 其组成情况如下:,神经系统是机体的主导系统, 全身各器官、 系统均在神经系统的控制和调节下, 互相影响,互相协调, 保证机体的整体统一及其与外界环境的相对平衡。 在此过程中, 首先是借助于感受器接受体内外环境的各种信息, 通过脑和脊髓各级中枢的整合, 最后经周围神经控制和调节各系统活动, 以使机体适应多变的外环境, 同时也调节着机体内环境的平衡。 人的一切心理和意识活动也是通过神经系统的活动实现
2、的, 因此, 神经系统也是心理现象的物质基础。,3.1.1 神经组织 人的神经组织主要由神经元和神经胶质细胞组成。 神经元也称神经细胞, 它是神经系统的结构、 功能和营养单位, 具有感受体内外刺激、 整合信息和传导信息的功能。 神经胶质细胞分布在神经元周围, 对神经元起支持、 绝缘、 营养、 防御等作用。,1. 神经元 一个神经元由三部分组成, 一是包含有细胞核仁的细胞体, 它是神经元代谢和营养的中心;二是由细胞体向外伸出的呈树枝状的短突部分, 称为树突;三是由细胞体向外伸出的一条细长的单突, 称为轴突, 轴突外被髓鞘及施旺氏细胞包围组成神经纤维。 神经纤维的末端有许多分枝, 称为神经末梢。,
3、图3 - 1所示为运动神经元基本模式。 神经元的树突接受由其他神经元传来的信息, 经细胞体整合后再由轴突将信息传递给另一神经元或肌细胞和腺细胞, 从而在整个机体内形成传递信息的神经元链。 刺激沿神经纤维的传递速度和轴突髓鞘的厚度有关, 也与轴突直径有关。 髓鞘厚时, 速度可达120 m/s, 髓鞘很薄时, 则可低至0.6 m/s。 传递速度还与神经元之间的间隙数目有关, 因为突触间隙对刺激传递有微弱的阻碍作用。,图3 - 1 运动神经元模式,图3 2 突触结构模式,突触由突触前膜、 突触间隙和突触后膜三部分组成, 如图3 - 2所示。 轴突末梢的每个分支末端都有一个膨大成球状的突触小体。 突触
4、小体内含有大量的直径约为50 m的突触小泡, 贮存着高浓度的化学递质(神经递质)。 突触小体的细胞膜称为突触前膜, 与突触前膜相对应的另一神经元的细胞膜称为突触后膜, 两膜间的空隙称为突触间隙, 宽约1530 nm。,由于突触前、 后神经元之间有突触间隙相隔, 并无原生质联系, 因此信息的传递是通过化学递质转变为电位变化而完成的。 当神经冲动传至突触前膜时, 突触小泡即向前膜移动并附贴于前膜形成破裂口, 此时, 大量的化学递质被释放到突触间隙并扩散至突触后膜, 产生突触后电位。 通过突触后电位的作用, 使神经冲动由突触前膜单向地传向突触后膜, 引起突触后神经元兴奋或抑制。 正是由于突触传递的单
5、向性, 才保证了信息有效地传向中枢和大脑。,3.1.2 中枢神经系统 1. 脊髓 脊髓是中枢神经系统的最低级部位, 位于脊柱的脊椎管内, 其上端进入颅腔扩展成为大脑的一部分延髓。 脊髓的功能有二, 一是传导功能, 来自躯干、 四肢和大部分内脏的各种刺激通过脊髓传导至脑, 而脑的活动又通过脊髓传导至躯体和内脏, 脊髓是脊神经与脑之间的神经传导通路;二是反射功能, 脊髓可以完成一些简单的躯体反射和内脏反射, 如腱反射、 屈肌反射和行走反射等。,2. 脑 脑是中枢神经的高级部位, 位于颅腔内, 由大脑半球、 间脑、 中脑、 脑桥、 延髓和小脑六部分组成。 延髓为脊髓的延续, 但其功能比脊髓复杂。 它
6、不仅是食物反射(如唾液分泌、 咀嚼、 吞咽等)和某些防御反射(喷嚏、 咳嗽、 呕吐等)的中枢, 而且是呼吸和循环系统的反射性自动调节中枢, 故有“生命之枢”之称。 大部分由脊髓上行的和脑下行的神经纤维在延髓交叉, 以致形成左、 右大脑半球分别控制对侧躯体的状况。,脑桥位于延髓上方、 小脑腹侧, 是联系小脑两半球上、 下行神经纤维的桥梁。 脑桥参与或完成头面部肌肉(如眼外直肌、 咀嚼肌、 表情肌)的运动以及某些感觉(面部肤觉、 味觉、 平衡觉和听觉)的形成。 中脑位于脑桥上方, 是视、 听运动的反射中枢。 中脑的反射机能对于机体的定向反射具有重要意义。,位于延髓、 脑桥和中脑中央部位的一个广泛区
7、域称为脑干网状结构, 由各种来源的神经纤维交织而成的网络及散布其中的神经细胞、 核团构成。 该结构存在两个相互对立的调节系统激活系统和抑制系统。 激活系统不断接受来自体内外的各种刺激并经丘脑广泛地传至大脑皮质, 引起大脑皮质处于醒觉状态。 抑制系统则引起大脑皮质活动水平的降低。 两系统的协调活动, 使大脑皮质维持正常功能。 脑干网状结构也调节内脏活动和躯体运动。,间脑位于脑干上方, 由丘脑和下丘脑组成。 丘脑是大脑皮质下的低级感觉中枢。 除嗅觉外, 身体各部分的感觉冲动均传至丘脑, 经丘脑更换神经元后传向大脑各高级感觉中枢, 引起特定的感觉, 故丘脑为各种感觉的中继站。 下丘脑是调节内脏活动和
8、内分泌活动的较高级中枢, 同时也参与某些情绪反应活动及昼夜周期性变化活动等。 小脑位于颅后窝内, 在延髓和脑桥的背侧, 大脑的后下方。 小脑的主要机能是维持身体的平衡、 调节与校正肌肉的紧张度和协调肌肉的运动。 小脑损伤将造成肌肉动作时抖动而把握不住动作的方向, 无法完成精巧的动作。,大脑半球位于中枢神经系统的最高部位, 被分为左、 右两个半球, 两半球之间通过联合神经纤维胼胝体连合与沟通。 大脑表面有许多深浅不一的皱褶, 皱褶凹陷部位称为沟或裂, 隆起部位称为回。 三条主要的沟裂将大脑分为额叶、 顶叶、 聂页叶、 枕叶等四叶。 半球表面被覆25 mm厚的灰质细胞层, 称为大脑皮质。 皮质的深
9、部为髓质, 亦称白质, 有联系左、 右大脑半球、 同侧半球各区域以及皮质与低级中枢的机能。 靠近大脑半球底部埋藏于白质之中的灰质核团, 称为基底神经节, 亦称大脑核, 是调节肌肉紧张度和保证机体完成复杂活动时使肌肉协同活动的神经细胞集团, 是大脑皮质下的运动中枢。,大脑皮质是统一机体的最高神经中枢。 人的大脑皮质大约含有140亿个神经细胞, 在垂直切面上大致分6层排列。 皮质浅部的14层为最重要的细胞层, 其主要机能是对进入皮质的各种冲动进行复杂精细的分析、 综合, 并作出反应。 皮层深部的56层则主要是接受并传递14层的信息。 正是由于大脑皮质含有极大量的神经元以及它们相互联系的广泛性和复杂
10、性, 才使得大脑皮质具有完善的分析、 综合能力, 成为人类思维和语言的物质基础。,大脑皮质的各个不同区域在功能上具有不同的分工, 如感觉区和运动区。 但皮质各区域在功能上的分工又不是绝对的, 一个区域只是执行某一种功能的核心部位, 皮质的其他区域也分散有类似的功能。 如皮质的中央前回, 主管全身的骨骼肌的运动, 称运动中枢, 但该区域也接受部分的感觉冲动, 而中央后回则主管全身的感觉, 称感觉中枢, 但刺激该区域也可产生少量的运动。 一个某一中枢受损伤的人, 之所以并没有永远完全丧失该中枢所管理的功能, 正是依靠了皮质其他功能区域的代偿的结果。,1950年加拿大的潘菲尔德(Penfield)绘
11、制出了相当精确的大脑皮质感觉区和运动区的定位图(见图3 - 3)。 该图所显示的是沿中央沟纵切的切面部位。 由于控制身体某部位的大脑皮质与被控制部位的实际大小不成比例, 因此图中用两个变形的人体表示皮质部位与身体解剖各对应部位的关系。 由图3 - 3(a)可见, 身体各部位在大脑皮质运动中枢的投影的大小与该部位所从事的运动的精细复杂程度有关, 如在人体上尽管口和手比下肢要小得多, 但由于口和手是从事精细运动的部位, 所以它们在运动中枢的投影特别大。 人体各部位在大脑皮质感觉中枢的投影具有相类似的特点, 如图3 - 3(b)。,图3 - 3 大脑皮质运动区和感觉区的定位图 (a) 运动区; (b
12、) 感觉区,图3 - 3 大脑皮质运动区和感觉区的定位图 (a) 运动区; (b) 感觉区,3.1.3 周围神经系统 周围神经系统是由脑和脊髓发出, 其末梢分布于身体各器官和组织的神经系统。 它包括脊神经、 脑神经和植物性神经。 周围神经的功能, 一是接受来自体内外的各种刺激并将其传导至中枢神经;二是传递由中枢神经发出的指令并完成运动反应。,3.2 人的信息传递,3.2.1 人的信息加工模型 在人机系统的特定操作过程中, 人的信息加工模型如图3 - 4所示, 该模型中的每个框图代表信息加工的一种机能, 简称机能模块, 带箭头的线则表示信息的流动方向。 各模块的机能简要讨论如下。,图3 - 4
13、人的信息加工模型,1. 感觉贮存 又称感觉登记、 感觉记忆或瞬时记忆, 是由外界输入刺激后, 人的信息加工的第一个模块。 它贮存输入感觉器官的刺激信息, 保持极短时间的记忆。 由于外界信息处于迅速变化的状态, 所以感官内以感觉痕迹的形式登记的信息, 若不尽快被选用或抹掉, 就会同新输入的信息混杂, 导致对原有信息识别的失效。 外界信息输入感官后, 只有受到格外注意的信息, 才能转换成一种较持久的形式得到保持, 否则信息就会迅速消失。 因此, 由感觉登记向短时记忆的过渡, 关键是靠注意的保持功能。,2. 知觉编码 知觉过程的信息加工, 可分为“自下而上”和“自上而下”两种相互联系相互补充的方式。
14、 “自下而上”的信息加工是由输入的信息即刺激物的作用所引起的加工, 它主要依赖于刺激物自身的性质和特性。 “自上而下”的加工是从知识经验开始的加工。 当外界刺激输入后, 在注意的参与下进行编码, 头脑中已贮存的与刚输入的信息有关的知识经验, 甚至有组织的结构图式被激活, 其中适合于图式的信息被加工, 而不适合图式的信息则被忽略。,头脑中被激活的图式, 实际上构成了一系列的“知觉期待”, 使得对刺激信息的加工更为迅速、 准确, 使图形从背景中迅速分离, 并尽快地被整合为知觉表征, 产生对事物的完整知觉。,3. 记忆与决策 某个知觉对象一旦被知觉归类确定, 个体将经选择决定对它作出行动。 例如,
15、行人横过马路时, 已看见从左方驶来的汽车, 并已听到汽车的鸣笛声, 行人可能决定加快速度横过马路或者立即停步。 此时, 决策是以反应选择的形式表现出来的。 在有些情况下, 人也可能对当前出现的刺激暂不作出反应, 而且决定把该刺激的信息或者存入短时记忆, 暂时保持不超过1min的时间;,或者存入长时记忆, 永久贮存起来, 到需要时, 再根据预定的检索计划和方法, 由长期记忆中检索出信息输送到短时记忆, 进行选择执行。 在实际决策中, 往往包含多种可能行动方案, 因此需要分析比较, 以便从多种方案中择优选用。,4. 反应执行 信息经上述加工后, 如果决定对外界刺激采取某种反应活动, 这种决策将以指
16、令形式输送到效应器官, 支配效应器官作出相应的动作。 效应器官是反应活动的执行机构。 5. 反馈 反馈实质上是被动系统对主动系统的反作用。 将效应器官作出相应动作的结果作为一种新的刺激, 返回传递给输入端, 即构成反馈回路。 人借助于反馈信息, 加强或者抑制信息的再输出,从而更为有效地调节效应器官的活动。,6. 注意资源 从感觉贮存开始到反应执行的各个阶段的信息加工几乎都离不开注意。 注意的重要功能在于对外界大量信息进行过滤、 筛选, 即选择并跟踪符合需要的信息, 避开和抑制无关的信息, 使符合需要的信息在大脑中得到精细的加工。 然而这并不意味着注意总是指向和集中在同一对象上, 根据当前活动的
17、不同需要, 注意可有意识地从一个对象转移到另一个对象。,注意在一定条件下, 还可以在同一时间内分配给两种或几种活动, 如汽车司机在开车过程中, 既要注意周围的动态, 又要注意掌握驾驶机械等。 在现代复杂的科学技术和生产活动中, 只有具备较高的注意分配能力, 才能提高工作效率, 防止出现差错和发生事故。,3.2.2 人的信息贮存记忆 人们感知过、 思考过、 体验过、 操作过的事物, 都可以保留在头脑中, 并且在需要的时候, 又可以将它们重现出来, 这一过程即为记忆。 记忆对于人类活动具有十分重要的意义。 它是人们获取知识、 积累经验、 进行高级认识活动和发展个性心理特征的必要条件。,记忆包括的两
18、个基本过程为记和忆。 记体现为识记和保持, 即人们对于经历过的事物, 都可以通过识记, 作为知识经验在大脑中保持下来。 忆则体现为再认或回忆, 即在一定条件下, 保持在人们头脑中的知识经验再度活跃, 使其得以再认和重现。 因此, 识记、 保持、 再认或回忆是记忆过程中的三个密切联系着的基本环节。 识记和保持是再认或回忆的基础和前提, 而再认或回忆则是识记和保持的结果和检验。,通过再认和回忆还可以促进识记的内容得到进一步的巩固。 现代识知心理学认为, 记忆是人脑对信息的获得、 贮存和提取的过程。 记忆过程的三个环节, 识记相当于信息的输入和编码过程, 也就是使不同感官输入的信息, 经过编码而成为
19、头脑可接受的形式;保持相当于信息的贮存, 即信息在头脑中被再加工整理, 使其成为有序的组织结构, 以便贮存;再认或回忆相当于信息的提取。 显然, 信息编码越完善、 组织越有序, 提取也就越容易, 反之, 则提取越困难。,根据信息的输入、 加工、 贮存、 提取方式的不同以及信息贮存时间长短的不同, 记忆可分为瞬时记忆、 短时记忆和长时记忆三个阶段。 记忆的三个阶段是相互联系、 相互影响并密切配合的, 也是三个不同水平的信息处理过程。 在瞬时记忆阶段, 外界信息呈现后, 是以感觉痕迹的形式在感觉记录器内被直接登记的, 并不进行心理加工。 被登记的信息中, 只有受到特别注意的部分, 才能转入短时记忆
20、。 短时记忆的信息主要是以语音听觉的形式编码和贮存, 是一种初步的低水平的信息加工。,短时记忆中信息的提取是逐项依次检索方式。 短时记忆中的信息只有被及时复述或复习的部分, 才能转入长时记忆。 长时记忆中的信息, 是按照意义进行编码和组织加工, 并按层次网络贮存的。 长时记忆中信息的提取更多地依赖于线索和中介。,1. 瞬时记忆 瞬时记忆是记忆的初始阶段, 它是外界刺激以极短的时间一次呈现后, 一定数量的信息在感觉通道内迅速被登记并保持一瞬时的过程。 瞬时记忆包括图像记忆和声象记忆两种。 图像记忆为作用于视觉器官的图像消失后, 图像立即被登记在视觉记录器内, 并保持约0.251 s时间的记忆。
21、声象记忆为作用于听觉器官的刺激消失后, 声音信息被登记在听觉记录器内, 并保持约2 s时间的记忆, 最长不超过4 s。,瞬时记忆的特点是:具有鲜明的形象性;信息保持时间极短;记忆容量较大, 几乎进入感官的所有信息均可被登记。 但是其中只有被特别注意的信息或者进行模式识别被赋予一定意义的信息, 才能转入短时记忆, 而其余部分则迅速消失。 瞬时记忆的功能在于为大脑提供对输入信息进行选择和识别的时间。,2. 短时记忆 短时记忆又称操作记忆或工作记忆。 它是信息一次呈现后, 保持时间在1 min以内的记忆。 短时记忆有如下特点。 1) 信息保持时间短。 无复述的情况下, 一般保持520 s, 最长不超
22、过1 min。,2) 记忆容量小。 信息一次呈现后, 立即正确记忆的最大量一般为72个互不关联的项目。 但若在记忆过程中将输入的信息重新编码, 使小单位联合成为有意义的有关联的较大的单位组块, 减少信息中独立成分的数量, 即可明显提高短时记忆的广度, 增加记忆的信息量。 例如, 给定3784621124数字系列, 而你或者你的亲属或熟悉的朋友的生日恰好是62年11月24日, 这样, 你就仅仅需要记住3、 7、 8、 4和生日就行了, 即通过组块, 扩大了短时记忆的容量。 利用组块的方法, 增加记忆的信息量, 不仅适用于数字系列 , 而且也适用于其他性质的材料。,3) 对中断的高度敏感。 例如许
23、多人都有这样的体验, 当正在电话盘上拨电话号码时, 突然有人喊你的名字, 拨号将以错误的或不完整的状况结束。 由此可见, 短时记忆极易受干扰。 受干扰的程度, 取决于短时记忆中存贮的信息的多少。,4) 短时记忆中的信息可被意识。 通常人们意识不到贮存在瞬时记忆和长时记忆中的信息, 但是完全可以意识到短时记忆中的信息的存在, 即只有短时记忆中的信息才能保持在人们当前的意识之中。 当需要贮存于长时记忆中的信息时, 也只有先提取信息回溯到短时记忆系统, 在这里进行有意识的加工, 并与当前的刺激相结合, 才能付诸应用。,短时记忆在现代化的生产、 管理、 通讯以及人机系统中具有重要作用。 例如, 在自动
24、化控制系统中, 作业者是根据仪表所显示的数据进行操作和控制的, 因此必须运用短时记忆系统记住仪表显示的数据。 操作完毕, 数据已无用, 即可忘记。 此外, 人们在进行多种即时活动时也都离不开短时记忆, 如听课或听报告记笔记、 打字员按稿打字及翻译人员口译过程等等。 设计人机系统时, 更应充分考虑人的短时记忆的特点, 以免加重操作者的心理负担, 造成人为差错。,3. 长时记忆 长时记忆是记忆发展的高级阶段, 它是保持时间在1 min以上乃至数月、 数年, 甚至终身不忘的记忆。 长时记忆中贮存的信息, 大多是由短时记忆中的信息通过各种形式的复述或复习转入的, 但也有些是由于对个体具有特别重大的意义
25、而印象深刻的事物在感知中一次形成的。 长时记忆中的信息是按意义进行编码和组织加工的。 编码种类有两类, 一类是语义编码, 对于语言材料, 多采用此类编码;另一类是表象编码, 即以视觉、 听觉、 嗅觉、 味觉甚至温度觉等心理图像形式对材料的意义编码。,长时记忆具有极大的容量, 可以说是没有限度的, 它可以包容人整个一生所获得的全部知识和经验。 长时记忆中信息的提取方式是再认或回忆。,4. 遗忘 经过编码加工后的信息, 有序地贮存在人的头脑中。 保持在头脑中的信息, 随着时间的推移和后来经验的影响, 不论在数量上还是在质量上, 都将发生一定的变化。 在数量上变化的一个重要表现, 即为识记的保持量的
26、逐渐减少, 致使识记过的信息不能再认或回忆, 或者发生错误的再认或回忆, 这就是遗忘。,遗忘属于人的正常的生理和心理现象。 遗忘对于人既有积极意义, 也有消极作用。 遗忘应该淘汰的信息, 从而减 轻人的脑力负担, 显然是积极的。 然而遗忘必须保持的信息, 却又是消极的。 19世纪末期, 德国心理学家H艾宾浩斯(HEbbinghaus)对记忆和遗忘进行了大量的系统的实验研究。 图3 - 5是根据艾宾浩斯1885年的实验数据绘制的保持和遗忘曲线。 由该曲线可知, 遗忘发展的进程是不均衡的, 在识记后的短时间内, 遗忘速度很快, 以后逐渐减缓, 一定时间后, 则处于稳定状态而几乎不再忘记。,图3 -
27、 5 艾宾浩斯保持和遗忘曲线,1) 识记材料的性质。 实验结果表明, 动作记忆最易于长久保持, 一项技能一年后只遗忘29%。 其次是形象材料、 有意义的材料, 如能引起兴趣的、 符合需要的、 在生活工作中占有重要地位的材料比抽象的材料、 无意义的材料易于记忆。 2) 识记材料的数量。 识记的材料数量越多, 识记后保持量越少。 实验证明, 若识记5个材料的保持率为100%, 则识记10个材料的保持率下降为70%, 识记100个材料的保持率下降为25%。 有意义的识记材料, 当识记数量增加到一定程度时, 遗忘速率将接近于无意义材料的遗忘曲线。,3) 学习程度。 将识记材料刚刚学到就能一次正确背诵的
28、程度, 称为适度学习, 即学习程度为100%。 学习程度超过100%的学习, 则称为过度学习。 例如学习某一材料用60 min时间恰好达到能一次正确背诵, 则称该60 min达到的学习程度为100%, 若将该材料再继续学习30 min, 过度学习程度即达到150%。 实验表明, 学习程度达到150%, 效果最佳。 若低于此限度, 记忆效果不理想, 如表3 - 1所示。 若超过此限度, 记忆效果也不再继续上升。,表3 - 1 学习程度对记忆的影响,4) 个体主观状态。 个体主观状态如学习动机、 学习情绪、 学习方法、 已有的知识经验等均影响记忆效果。 遗忘的原因尽管目前尚无定论, 但实验表明,
29、干扰是产生遗忘的重要原因。 对信息保持的干扰有两种类型。 一类称为前摄干扰, 即先前学习的材料对识记和回忆后学材料的干扰。 另一类称为倒摄干扰, 即后面学习的材料对保持和回忆先学材料的干扰。,前摄干扰的强度随先学材料的数量以及先后两种材料内容相似的程度的增加而增加。 倒摄干扰受前后两种材料相似程度、 后学材料的难度以及先学材料保持程度等因素的制约。 当前后学习材料完全不同时, 倒摄干扰的作用最小, 而前后两种材料既相似又不相同时, 倒摄干扰的作用则最大。 后学习的材料难度越大, 倒摄干扰的作用也越大, 而先学材料的保持程度越好, 则倒摄干扰的作用越小。,前摄干扰和倒摄干扰的作用不仅表现在两种材
30、料学习之间, 而且也表现在同一种材料的学习中。 通常学习材料的首尾部分容易记住, 而中间部分容易遗忘, 就是因为首部无前摄干扰, 尾部无倒摄干扰, 而中间部分则既有前摄干扰又有倒摄干扰, 双重干扰影响了记忆的效果。 克服遗忘最好的办法是复习, 而只有根据遗忘的规律进行复习, 才能收到事半功倍的最佳效果。,3.2.3 人的信息输出 在人机系统中, 人的信息的输出, 通常表现为效应器官(例如手、 足)的操作运动。 因此, 效应器官运动的速度和准确度直接关系到人机系统的效率和可靠性。 1. 操作运动的类型 根据完成操作的情况, 操作运动可分为定位运动、 重复运动、 连续运动、 逐次运动、 静态调整运
31、动等五种。,1) 定位运动。 定位运动是在作业过程中, 人体或肢体根据作业所要求达到的目标, 由一个特定位置运动到另一个特定位置的运动, 是操纵控制的一种基本运动。 定位运动包括视觉定位运动和盲目定位运动, 前者是在视觉控制下进行的运动, 后者则是在排除视觉控制, 凭借记忆中储存的关于运动轨迹的信息, 依靠运动觉反馈而进行的定位运动。 2) 重复运动。 重复运动是在作业过程中, 连续不断地重复相同的动作, 如用手旋手轮、 敲击物体等动作。,3) 连续运动。 连续运动亦称追踪运动, 是操作者对操纵控制对象连续地进行控制、 调节的运动, 如焊工按事先画好的图形用焊枪进行切割的运动。 4) 逐次运动
32、。 逐次运动是若干个基本动作按一定顺序相对独立地进行的运动。 例如, 雨夜中开动汽车的动作, 就是按照打开点火开关、 按下启动按钮、 打开车灯和开动雨刷等一连串有次序的基本动作来完成, 即为逐次运动。,5) 静态调整运动。 静态调整运动是在一定时间内, 没有运动表现, 而是把身体的有关部位保持在特定位置上的状态。 例如, 在焊接作业中, 手持焊枪使其稳定在一定位置上, 以保证焊接质量。,2. 操作运动的速度 1) 反应时间和运动时间。 反应时间。 是指从刺激呈现到人作出反应之间的时间间隔, 即为从感官接受信息到发生反应的各信息加工阶段所耗费的时间的总和。 其中包括: 感受器将刺激转化为神经冲动
33、需138 ms, 传入神经将冲动传导至大脑等神经中枢需2100 ms, 神经中枢进行信息加工需70300 ms, 传出神经将冲动传导至肌肉需1020 ms, 肌肉潜伏期和激发肌肉收缩需3070 ms。,上述各段时间的总和113528 ms即为反应时间。 显然, 神经中枢的加工过程所耗费的时间为反应时间的主要组成部分。 反应时间分简单反应时间和选择反应时间。 简单反应时间是指当单一刺激呈现时, 人只需作出一个特定反应所需的时间。 选择反应时间是指当两种或更多种刺激呈现时, 不同的刺激要求作出不同的反应所需要的时间。 通常选择反应时要比简单反应时间长20200 ms。,影响反应时间的因素有: 不同
34、感觉通道反应时间不同, 如表3 - 2所示; 不同的效器官发动反应的速度不同, 因此引起的反应时间也不同, 例如手的反应比脚快; 刺激强度增大, 反应时间缩短, 如弱光刺激反应时间为0.205 s, 强光刺激反应时间则为0.162 s; 刺激的性质不同, 反应时间也不同, 例如味觉, 对咸的刺激反应时间最短, 对苦的刺激反应时间最长;,表3 - 2 各种感觉通道的反应时间,刺激出现时间的不确定程度越大, 反应时间越长; 通过反复练习, 可缩短反应时间。 另外, 反应的复杂程度影响反应时间的长短, 简单反应的反应时间较短, 而选择反应的反应时间则较长。 在选择反应中, 反应时间又随信息量的增加而
35、延长, 如表3 - 3所示。 同时, 选择反应时间也随选择任务复杂程度的增加而延长。 因此, 减少选择数目, 提高刺激信号的清晰性和可辨性, 也是缩短反应时间的一种方法。 个体身心状态, 如动机、 气质、 灵活性等也影响人的反应时间。,表3 - 3 反应时与选择数目的关系, 运动时间。 是指运动开始至运动结束所耗费的时间, 即完成反应动作的时间。 运动时间随运动的距离与方式而改变。 一般完成控制操作最少需300 ms。 因此, 从刺激呈现到反应动作完成最少需500 ms。 在没有任何期待(预先警告)的情况下, 反应时间加运动时间一般为0.71 s, 甚至1 s以上。,2) 定位运动的速度。 运
36、动的速度可用完成运动的时间表示。 实验表明, 定位运动时间随目标距离的增加而增加, 随目标宽度的增加而缩短, 这一关系可用下列公式表达,(3 - 1),式中: MT定位运动时间; D目标距离; W目标宽度; a、 b常数。,定位运动的反应时间和运动时间是相互独立的。 目标距离和目标宽度的改变只影响运动时间而不影响反应时间, 刺激反应条件的改变则只影响反应时间而不影响运动时间。 实验表明, 定位运动时间和运动方向的关系为: 右手向右上方作定位运动时间最短, 即速度最快; 以肘为轴的前臂受控运动比牵动上臂及肩部的运动幅度较大的受控运动速度快、 准确度高。 表3 - 4为人体各部位动作的最大速度。
37、,表3 - 4 人体各部位动作的最大速度(次/min),3) 重复运动的速度。 重复运动是在速度上有较高要求的运动。 对于手轮和曲柄的操作运动, 其运动速度受旋转阻力和旋转半径以及是否是优势手的影响。 当旋转阻力最小时, 旋转半径为3 cm, 旋转速度为最大, 随着旋转半径的增大或减小, 旋转速度也随之下降。 若旋转阻力增大, 最大旋转速度下降。 当旋转阻力为49 N时, 旋转半径为4 cm的曲柄旋转运动速度为最大。 使用哪只手对于运动速度的影响如表3 - 5所示。,对于手指敲击计算机键、 打字、 发电报等简单的重复运动, 手敲击速度最快为514次/s, 但这个速度只能保持不长的时间。 一般人
38、的速度为1.5次/s。 表3 - 6列出了实验中被试在15 s内各手指的敲击次数。 ,表3 - 5 手运动的最大速度,表3 6 手指在15 s内敲击的最多次数,3. 操作运动的准确度 盲目定位运动的准确度以人的正前方为最高; 右手稍高于左手, 同一方位下方高于上方。 连续运动是在运动的全过程中要求准确控制的运动, 但是, 由于手臂的颤动, 往往使运动偏离设计的轨迹, 从而导致操作动作的准确度下降。 实验表明, 手臂颤动对连续运动准确度的影响是, 手臂的前后运动的准确度明显低于垂直面内上下运动和水平面内左右运动的准确度。,图3 - 6 速度准确度操作特性曲线,操作运动的速度和准确度之间的关系,
39、可用如图3 - 6所示的速度准确度操作特性曲线表示。 由该曲线可知, 操作运动速度越慢, 准确度越高。 但当速度慢到一定程度后, 再以低速度来提高准确度已无太大意义。 因此, 曲线的拐点处(图中A点), 速度准确度综合绩效最佳, 即在该点处不仅速度较快, 而且错误较少。 该点称为最佳工作点。 在实际工作中, 操作者一般愿将工作点选在最佳工作点靠右侧的某一位置。,4. 手的运动速度和准确度 手的运动速度和准确度, 一般有如下规律。 1) 一般右手较左手运动速度快, 故称右手为优势手。 右手由左向右运动又比由右向左运动速度快。 2) 手朝向身体的运动比离开身体的运动速度快, 前后往复运动比左右往复
40、运动速度快。 3) 从上往下运动比从下往上运动速度快。 4) 水平面内的运动比垂直面内的运动速度快。,5) 旋转运动比直线运动速度快, 且顺时针运动比逆时针运动快。 6) 向下按按钮比向前按按钮操作准确, 水平安装的旋钮比垂直安装的旋钮操作准确。 7) 手操作旋钮、 指轮、 滑块的准确度, 以操纵旋钮为最佳, 指轮次之, 滑块最差。 8) 圆柱形手柄, 直径10 mm左右的比30 mm以上的操作准确; L型的柄头比圆柱柄头操作准确; 设置手臂支撑的手柄操作比无手臂支撑的准确。,3.3 人的感觉和知觉,3.3.1 感觉 感觉是人脑对直接作用于感觉器官的事物的个别属性的反映。 人们对任何事物的认识
41、, 都是从感觉开始的。 感觉是人们了解外部世界的渠道, 也是一切复杂心理活动的基础和前提。人的感觉包括视觉、 听觉、 本体感觉、 化学感觉(嗅觉和味觉)及皮肤感觉等。,视觉、 听觉、 嗅觉、 肤觉能将外部环境的信息传递给操作者, 而本体感觉能告知操作者躯体正在进行的动作及其相对于环境和机器的位置, 它们直接影响操作者的决策。,外部环境中有许多物质的能量形式, 人体的一种感觉器官只对一种能量形式的刺激特别敏感。 能引起感觉器官有效反应的刺激称为该感觉器官的适宜刺激, 如眼的适宜刺激为可见光, 而耳的适宜刺激则为一定频率范围的声波。 表3 - 7列出了人体各主要感觉器官的适宜刺激及其识别外界的特征
42、。,表3 - 7 人体主要感觉器官的适宜刺激及其识别特征,1. 感受性和感觉阈限 感受性是感觉器官对适宜刺激的感觉能力, 用感觉阈限的大小来度量。 人的各种感觉都有下面两种类型的感受性和感觉阈限。 1) 绝对感受性和绝对感觉阈限。 产生感觉需要有达到一定强度的适宜刺激。 刚刚能引起感觉的最小刺激量, 称为绝对感觉阈限的下限, 感觉出最小刺激量的能力称为绝对感受性。 ,若刺激过大, 超过了正常限度, 将使感觉消失而引起痛觉, 甚至造成感官的损伤。 刚刚使感觉消失的最大刺激量称为绝对感觉阈限的上限。 刺激量在上、 下阈限之间才能引起感觉。 例如, 人眼只对波长380780 nm的光波刺激产生反应,
43、 380 nm和780 nm即为视觉的下阈限和上阈限, 波长在380 nm以下或780 nm以上的光波都不能引起视觉。,2) 差别感受性和差别感觉阈限。 当两个不同强度的同类型刺激同时或先后作用于某一感觉器官时, 它们在强度上的差别必须达到一定程度, 才能引起人的差别感觉。 差别感觉阈限即为刚刚能引起差别感觉的刺激之间的最小差别量。 对最小差别量的感受能力则为差别感受性。 德国生物学家韦伯(EHWeber)发现, 在中等强度的刺激范围内, 差别感觉阈限随最初刺激强度的变化而变化时是有一定规律可循的, 即差别感觉阈限与最初刺激的强度之比为一常数, 即,式中: I差别感觉阈限;I最初刺激的强度;
44、K常数, 称为韦伯比例。 式(3 - 2)所表达的即为韦伯定律。 各种感觉的韦伯比例K值是不同的, 见表3 - 8(括号内的数值为最初刺激的强度)。,(3 - 2),人的各个感觉器官的感受能力的发展是不平衡的, 而不同的职业又有各自不同方面的感受能力要求。 如对音乐工作者, 要求具有较高的听觉分辨能力, 对美术工作者及某些行业的检验人员要求有较高的视觉颜色分辨能力, 而对自动化系统的监控人员, 则要求视觉和听觉都有较高的感受性。 因此, 感受性对于职业的选择和工种的分配具有实际的价值和意义。另一方面, 人的感觉能力又具有很大的发展潜力, 经过训练后, 某些方面的感受性可以获得极大的提高。 如有
45、经验的炼钢工人可以根据炼钢炉内火焰的颜色判断炉内的温度并把握钢水出炉的火候; 机修工人可以根据机器运转的异常声音判断机器发生故障的部位并确定故障的性质。,表3 - 8 不同感觉在中等刺激强度范围内的韦伯比例K值,2. 感觉的适应 在同一刺激物的持续作用下, 人的感受性发生变化的过程, 称为感觉的适应。 这种适应现象几乎在所有感觉中都存在, 但适应的表现和速度是不同的。 除视觉暗适应外, 各种感觉适应大都表现为感受性逐渐下降乃至消失。 视觉适应中的暗适应约需45 min以上, 明适应约需12 min。 听觉适应约需15 min。 味觉和轻触觉适应分别约需30 s和2 s。,3.3.2 知觉 客观
46、事物的各种属性分别作用于人的不同感觉器官, 引起人的各种不同感觉, 经大脑皮质联合区对来自不同感官的各种信息进行综合加工, 于是在人的大脑中就产生了对客观事物的各种属性、 各个部分及其相互关系的综合的整体的映象, 这便是知觉。 知觉是在感觉的基础上对客观事物所产生的高一级认识。,感觉的性质较多地取决于刺激物的性质, 而知觉在很大程度上却受到人的知识、 经验、 情绪、 态度等因素的制约和影响, 因此知觉不是对当前客观事物的各种感觉的堆积, 而是人们借助于已有的知识经验对当前事物所提供的信息进行选取、 理解和解释的过程。 在人们认识客观事物的过程中, 极少有孤立的感觉存在, 客观事物总是以知觉的形
47、式直接被反映的。 知觉有如下基本特性。,1) 知觉的整体性。 把知觉对象的各种属性、 各个部分知觉成为一个统一的有机整体, 称为知觉的整体性。 例如人们在开始观察图3 - 7时, 根据其组合特性, 并未认知为12个点和许多虚线段, 而是看作两个等边三角形和圆。 知觉的整体性可使人们在感知自己熟悉的对象时, 只根据其主要特征即可将其作为一个整体而被知觉。,图3 - 7 知觉的整体性,2) 知觉的理解性。 根据已有的知识经验去理解当前的感知对象, 称为知觉的理解性。 由于人们的知识经验不同, 所以对知觉对象的理解也会有差异。 与知觉对象有关的知识经验越丰富, 对知觉对象的理解也就越深刻。 在复杂的
48、环境中, 知觉对象隐蔽、 外部标志不鲜明、 提供的信息不充分时, 语言的提示或思维的推论, 可唤起过去的经验, 帮助人们去理解当前的知觉对象, 使之完整化。 此外, 人的情绪状态、 定势状态也影响人对知觉对象的理解。,3) 知觉的恒常性。 当知觉的条件在一定范围内改变了的时候, 知觉的映象仍然保持相对不变, 这种特性称为知觉的恒常性。 如日光下的红花绿叶, 在月光下人们仍然知觉为红花绿叶, 知觉并不因光源颜色的改变而随之改变, 这是颜色恒常。 此外还有形状恒常、 听知觉恒常等。,图3 - 8 反转图形,4) 知觉的选择性。 人们总是按照某种需要或目的主动地有意识地选择其中少数事物作为知觉的对象
49、, 对它产生突出清晰的知觉映象, 而对同时作用于感官的周围其他事物则呈现隐退模糊的知觉映象, 从而成为烘托知觉对象的背景, 这种特性称为知觉的选择性。 知觉对象与背景在一定条件下是可以相互转换的。 如图3 - 8所示的“鲁宾之壶”反转图形, 若以白色为知觉对象, 黑色为背景, 是一花瓶, 反之, 则为两个对面人头像。,影响知觉选择性的因素, 主要有: 知觉对象与背景之间的差别越大, 对象越容易从背景中区分出来, 如万绿丛中的一点红; 在固定不变或相对静止的背景上, 运动着的对象最易成为知觉对象; 刺激物各部分相互关系的组合, 如彼此接近的对象比相隔较远的对象、 彼此相似的对象比不相似的对象易于组合在一起, 而成为知觉的对象; 人的主观因素, 如任务、 目的、 知识、 兴趣、 情绪等不同, 则选择的知觉对象也不同。,3.4 视 觉,在人们认知世界的过程中, 大约有80%以上的信息是通过视觉系统获得的, 因此, 视觉系统是人与世界相联系的最主要的途径。,物体依赖于光的反射映入眼睛, 所以光、 对象物、 眼睛是构成视觉现象的三个要素。 但视觉系统并不只是眼睛, 从生理学角度看, 它包括眼睛和脑; 从心理学角度看,
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