腦力負荷定義及影響因素腦力負荷測量.ppt

2019/7/17,1,腦力負荷的定義及影響因素 腦力負荷的測量,腦力勞動,2019/7/17,2,一、腦力負荷定義（Mental Workload） 腦力勞動：人從外界接受信息，對信息進行編譯、整理、分析，最后作出反應(yīng)的過程。 關(guān)于腦力工作負荷也有用心理負荷、精神負荷、腦負荷和腦力負擔等術(shù)語的，目前還沒有形成統(tǒng)一的定義。,第一節(jié) 腦力負荷定義及其影響因素,腦力負荷：用來形容人在工作中的心理壓力, 或信息處 理能力 。,2019/7/17,3,第二節(jié) 腦力負荷的測量,-主觀評價法； -主任務(wù)測量法； -輔助任務(wù)測量法； -生理測量法。,（一）主觀評價法 是最流行也是最簡單的腦力負荷評價方法。該方法要求系統(tǒng)操作者陳述特定操作過程中的腦力負荷體驗，或根據(jù)腦力負荷體驗對操作活動進行難度順序的排列。,2019/7/17,4,第二節(jié) 腦力負荷的測量,常見方法： 古柏一哈柏 (Cooper-Harper)評價法 主觀負荷評價法（SWAT量表） NASATLX主觀評價法,National Aeronautics and Space Administration (美國)國家航空和宇宙航行局,2019/7/17,5,第二節(jié) 腦力負荷的測量,古珀一哈柏 (Cooper-Harper)評價法，美國空軍1969年提出 古柏一哈柏提出主要目的：用于評價飛機駕駛難易程度 具體方法：把飛機駕駛的難易程度分為10個等級，飛機駕駛員在駕駛飛機之后，根據(jù)自己的感覺，對照各種困難程度的定義，給出自己對這種飛機的評價。 應(yīng)用：用于飛機操縱特性的評定。 下表為Cooper-Harper方法的分級方法。,2019/7/17,6,Cooper-Harper法的分級方法,2019/7/17,7,（2）主觀負荷評價法（ Subjective Workload Assessment Technique） SWAT法 SWAT法是美國空軍開發(fā)的，由Reid等人建立。 1）主要考慮因素 Reid等人對腦力負荷的影響因素進行了系統(tǒng)的調(diào)查，經(jīng)過必要的歸納和整理，認為腦力負荷可以看作是時間負荷、壓力負荷和努力程度等3個要素的結(jié)合。,第二節(jié) 腦力負荷的測量,2019/7/17,8,第二節(jié) 腦力負荷的測量,時間負荷：是指操作者有沒有足夠的時間來完成任務(wù)。 努力程度：是指在工作時人需要付出的努力等。具體的它是指人在工作時，大腦中計算、決策、注意力資源的應(yīng)用情況。 壓力負荷：主要涉及腦力負荷或與腦力負荷有關(guān)的心理上的負擔。,每個因素又被分為1、2、3三級，SWAT描述的變量及水平如表所示。,2019/7/17,9,SWAT描述的變量及水平,2019/7/17,10,第二節(jié) 腦力負荷的測量,2）使用方法 三個因素及每個因素的三個狀態(tài)，共形成333=27個腦力負荷水平。這27個腦力負荷水平被定義為在0100之間。 在三個因素都為1時，其腦力負荷對應(yīng)的水平為0，當三個因素都為3時，腦力負荷水平為100。 其他情況下的腦力負荷的確定方法為：用27張卡片分別代表27種情況，操作人員首先對這27張卡片根據(jù)自己的主觀觀點進行排序，然后研究人員根據(jù)數(shù)學中的合成分析方法把這27種情況分別與0100之間的某一點對應(yīng)起來，如(1，1，1)對應(yīng)于0；(1，2，1)對應(yīng)于15.2等。 操作人員完成某一任務(wù)后給出這項任務(wù)的時間負荷、努力程度、壓力負荷的程度，根據(jù)這三個指標就可以確定腦力負荷的狀態(tài)，然后根據(jù)前面確定的對應(yīng)表查出腦力負荷的對應(yīng)值。,2019/7/17,11,第二節(jié) 腦力負荷的測量,（3）NASA-TLX主觀評價法 美國航空和宇宙航行局下屬 AMES研究中心的Hart等人建立起來的。 1）主要觀點：認為腦力負荷是一個多維的概念。 Hart等對飛行員進行調(diào)查，擬從中找出腦力負荷的影響因素。經(jīng)過大量調(diào)查研究之后，確定了六個影響腦力負荷的因素。分別為： a.腦力需求 b.體力需求 c.時間要求 d.努力程度 e.操作成績 f.挫折水平,2019/7/17,12,第二節(jié) 腦力負荷的測量,NASA-TLX主觀評價法： 腦力需求：這項工作是簡單還是復(fù)雜，容易還是要求很高？完成工作需要多少腦力或知覺方面的活動（如：思考、決策、計算、記憶、尋找等）？ 體力需求：需要多少體力類型的活動（推、拉、轉(zhuǎn)身、控制活動等）？這項工作是容易還是要求很高，是快還是慢？悠閑還是費力？ 時間需求：工作速度使你感到多大的時間壓力？工作任務(wù)中的速度是快還是慢，悠閑還是緊張？,2019/7/17,13,第二節(jié) 腦力負荷的測量,努力程度：在完成這項任務(wù)時，你在腦力和體力方面做出了多大的努力？ 業(yè)績水平：你認為你完成這項任務(wù)是多么成功？你對自己業(yè)績的滿意度如何？ 受挫程度：在工作時，你感到是沒有保障還是有保障，很泄氣還是勁頭十足，惱火還是滿意，有壓力還是放松？ 每個影響因素在腦力負荷形成中的權(quán)數(shù)不同，且隨著情境的變化而顯示出差異。,2019/7/17,14,第二節(jié) 腦力負荷的測量,NASATLX法的使用過程分三步： 1）確定因素權(quán)重 采用兩兩比較法，對每個因素在腦力負荷形成中的相對重要性進行評定。六個因素的權(quán)數(shù)之和等于。在對權(quán)數(shù)進行評估時，自相矛盾的評估(即A比B重要，B比C重要，C比A重要)是允許的，這種情況出現(xiàn)時，說明被評估的因素的重要性非常接近。 2）針對實際操作情境，對六個因素的狀況分別進行評定 NASATLX主觀評價方法要求操作人員在完成了某一項任務(wù)之后，根據(jù)腦力負荷的六個因素在0100之間給出自已的評價。除業(yè)績這一因素之外，其他五個因素都是感覺越高，給分值也越高，而對業(yè)績，感覺到自己的業(yè)績越好，則所給的分值越低。 3）確定了各個因素的權(quán)數(shù)和評估值之后，進行加權(quán)平均就可以求出腦力負荷。,2019/7/17,15,二、主任務(wù)測量法（同一工作不同方法比較）,第二節(jié) 腦力負荷的測量,主任務(wù)測量法：是通過對操作者在工作中的表現(xiàn)結(jié)果來推算這一工作強加于操作者的腦力負荷。,這種方法假定: 當腦力負荷增加時, 這增加的對操作者能力的要求將改變操作者在系統(tǒng)中的表現(xiàn)。,2019/7/17,16,第二節(jié) 腦力負荷的測量,（1）單指標測量法-是用一個業(yè)績指標來推斷腦力負荷。 優(yōu)點：結(jié)果比較簡單明了。 缺點：有時候不夠準確。 例如：利用考試成績評價考試的難易。 （2）多指標測量法-用多個業(yè)績指標來測量腦力負荷 優(yōu)點：結(jié)果更準確 缺點：數(shù)據(jù)比較難處理 例如：利用考試成績和交卷時間評價考試的難易。,2019/7/17,17,第二節(jié) 腦力負荷的測量,(一) 輔助任務(wù)測量法的原理 應(yīng)用輔助任務(wù)測量法時，操作人員被要求同時做兩件工作。操作人員把主要精力放在主任務(wù)上。當他有多余的能力時，盡量做輔助任務(wù)。 主任務(wù)的腦力負荷是通過輔助任務(wù)的表現(xiàn)來進行的。主任務(wù)腦力負荷越大，剩余資源越少，操作者從事輔助任務(wù)的能力就越弱。,三、輔助任務(wù)測量法（不同工作的比較）,2019/7/17,18,（二）用輔助任務(wù)法測量腦力負荷步驟 第一步：測量單獨做輔助任務(wù)時的業(yè)績指標； 第二步：在做主任務(wù)的同時，在不影響主任務(wù)的情 況下盡量做輔助任務(wù)。測出此時做輔助任 務(wù)時的業(yè)績指標。 腦力負荷的評價：用兩者的差來決定的。差越大腦力負荷越 大，反之，腦力負荷就越小。,第二節(jié) 腦力負荷的測量,2019/7/17,19,第二節(jié) 腦力負荷的測量,注：輔助任務(wù)測量法是建立在某些假設(shè)的基礎(chǔ)上的。,第一：人的能力是一定的，就像一個瓶子的容積一樣。 第二：人的能力是單一的，即不同的任務(wù)使用相同的資源。,2019/7/17,20,第二節(jié) 腦力負荷的測量,(三) 常用的輔助任務(wù) 不同的任務(wù)使用不同的資源，因而使可使用的輔助任務(wù)也有很大的不同，下面是常用的輔助任務(wù)。 (1)選擇反應(yīng)。 (2)追蹤。 (3)監(jiān)視。 (4)記憶。 (5)腦力計算。 (6)復(fù)述。 (7)簡單反應(yīng)。 (8)時間估計。,2019/7/17,21,選擇反應(yīng)時間 選擇反應(yīng)時間一般是向被試者在一定的時間間隔或不相等的時間間隔顯示一個信號，被試者要根據(jù)信號的不同做出不同反應(yīng)。選擇反應(yīng)時間有兩個業(yè)績指標，一個是反應(yīng)時間，另一個是反應(yīng)率。在主任務(wù)的腦力負荷較輕時，反應(yīng)時間要可靠些。當主任務(wù)的腦力負荷較高時，反應(yīng)率能更好的反映出來。,第二節(jié) 腦力負荷的測量,2019/7/17,22,簡單反應(yīng)時間 除了選擇反應(yīng)任務(wù)之外，簡單反應(yīng)任務(wù)有時也用來作為測量腦力負荷的輔助任務(wù)。簡單反應(yīng)任務(wù)就是要求被試者一發(fā)現(xiàn)某一出現(xiàn)的目標，就盡快地做出反應(yīng)，目標和反應(yīng)方法都是唯一的。相對于選擇反應(yīng)任務(wù)，簡單反應(yīng)不需要做出選擇判斷，因而減輕了被試者信息處理中樞的負荷，這樣對主任務(wù)的干擾也小些。,第二節(jié) 腦力負荷的測量,2019/7/17,23,追蹤 在用輔助任務(wù)測量法測量腦力負荷時，追蹤是經(jīng)常用到的輔助任務(wù)。顯然，在單獨做追蹤時，臨界值會高些，當與主任務(wù)一起做這項任務(wù)時，臨界值會下降。通過臨界值的變化就可以了解主任務(wù)的腦力負荷。,第二節(jié) 腦力負荷的測量,2019/7/17,24,監(jiān)視 監(jiān)視任務(wù)一般要求被試者判斷某一信號是否已經(jīng)出現(xiàn)，業(yè)績指標信號偵探率。在單獨完成監(jiān)視任務(wù)時，信號偵探率會等于1或接近于1。當被試者在完成主任務(wù)之后，監(jiān)視任務(wù)的信號偵探率就會下降，下降的幅度就是大腦被占用的情況，即主任務(wù)的腦力負荷。,第二節(jié) 腦力負荷的測量,2019/7/17,25,記憶 用記憶作為輔助任務(wù)來測量腦力負荷的研究特別多。這些研究大都使用短期記憶任務(wù)。值得注意的是，記憶任務(wù)本身腦力負荷較高，這可能會影響主任務(wù)的業(yè)績或人對主任務(wù)困難程度的判斷。,第二節(jié) 腦力負荷的測量,2019/7/17,26,腦力計算 各種各樣的算術(shù)計算也被用來作為測量腦力負荷的輔助任務(wù)。一般人們用簡單的加法運算，但也有用乘法和除法的。,第二節(jié) 腦力負荷的測量,2019/7/17,27,復(fù)述 復(fù)述任務(wù)要求被試者重復(fù)他所見到或聽到的某一個詞或數(shù)字。通常不要求被試者對聽到的內(nèi)容進行轉(zhuǎn)換。,第二節(jié) 腦力負荷的測量,2019/7/17,28,時間估計 時間估計輔助任務(wù)就是在完成主任務(wù)的同時，對時間進行估計。一般采用等時間間隔法，這種方法是讓被試者每隔一固定時間就做出一個反應(yīng)。,第二節(jié) 腦力負荷的測量,2019/7/17,29,第二節(jié) 腦力負荷的測量,生理測量法是通過人在做某一項腦力類型的工作時某一個或某一些生理指標的變化來判斷腦力負荷的大小。 許多不同的生理指標，如心跳，呼吸，瞳仁，EMG（Electromyography肌電圖），EEG（Electroencephalography 腦電圖記錄）等被推薦用來測量腦力負荷。 當前，這些指標中的兩項，即心跳變化率和腦電圖中的P300被認為是最可能有用的指標。,四、生理測量法,2019/7/17,30,第二節(jié) 腦力負荷的測量,正常情況下，人的心率是不規(guī)則的。研究發(fā)現(xiàn)，當人承受腦力負荷時（采用每分鐘40個信號和70個信號兩種情況），兩種情況的心率平均值沒有很大的提高，但心率變異明顯下降，而且隨著負