Информационные и информационно-процессуальные модели
Большое распространение получила модель У. Шеннона, определяющая информацию как меру неопределенности сигнала. Информация, которую несет сигнал, зависит от его вероятности: наибольшую информацию несут наиболее редкие из случайных сигналов; сигналы, которые не случайны, не несут никакой информации. Модель Шеннона была использована для моделирования процессов в канале связи между источником и приемником информации. Канал характеризуется ограниченной пропускной способностью: при прохождении через канал часть информации теряется. Психологи использовали эти представления для своих описаний вместе с информационной мерой для определения емкости памяти: 1 бит и мера пропускной способности канала (бит/с). В работах по измерению времени реакции на сигналы, несущие разные количества информации, было установлено, что время реакции возрастает с увеличением неопределенности сигнала.
В последующих работах основное внимание было сконцентрировано на качественном изучении этапов преобразования информации. Это направление получило название «анализ преобразований информации, или информационно-процессуальный подход». Это направление в свое время было принято как основное в описании труда человека за пультом управления. Анализ преобразований информации оператором предполагает предварительное выделение отдельного поведенческого акта или технологической операции. Основные черты выделенного акта воспроизводятся в лабораторных условиях, а затем подвергаются анатомическому исследованию, цель которых - расчленить целый процесс на отдельные части, измерить время выполнения преобразований в каждой из них, определить характер самих преобразований. Модель целостного процесса позволяет проводит дальнейшие исследования или может быть использована в ходе проектирования или модификации системы «человек-машина».
Двигаясь от простого к сложному, рассмотримдва класса моделей - линейные и кольцевые.
Модели линейного типа: измерение времени отдельных операций. Главная особенность моделей линейного типа состоит в том, что они используются для временного анализа процесса, который рассматривается как последовательность операций, выполняемых в ходе простого, т.е. одиночного акта. Это отдельный двигательный акт, результаты которого не могут быть улучшены внутри него самого, чтобы улучшить результаты потребуется выполнить другой акт. Временное описание такого простого акта проводится одновременно с построением качественной модели, блоки которой соответствуют измеряемым процессам. При таком сопутствующем выполнении двух разных видов работ исследователь сталкивается с двумя типами трудностей: 1) измерение времени возможно только при выделении и фиксации начала и конца подпроцесса, т.е. при отделении последовательно расположенных блоков друг от друга; 2) построение структуры требует решения методологической проблемы - определения простого действия, поскольку подобрать практический или экспериментальный аналог одиночного действия трудно. Для временного анализа выбираются и используются информационные или логические модели. Манипулируя материалом, временным режимом предъявления, регистрируя точность ответов и анализируя качество ошибок, сопоставляя результаты с инструкциями и с ответами испытуемого, используя данные неинструментальных наблюдений, исследователи вводят в модель блоки с уже известными временными характеристиками. Так, Д.Бродбент ввел в модель слуховую память и блок последовательного считывания, а Дж.Сперлинг - зрительную временную память и сканирующий блок. Однако помимо проблем, связанных с проведением эксперимента, возникает другая сложность: насколько правомерно связывание временного промежутка с блоком-операцией?
Проблема временного анализа схемы или целого процесса необыкновенно сложна. Ее пока не удалось решить ни в одной лаборатории. Препятствием является не только недостаток оборудования, но и парадигма, в которой работает исследователь. В лабораторных условиях исследования перцептивных процессов проводятся отдельно от памяти, от принятия решения, от двигательных процессов. Каждое отдельное исследование строится на основе особой модели. Затем оказывается, что для измерения только одного подпроцесса необходимо решить множество проблем - теоретических, экспериментальных, инженерных. Совместная модель целостного процесса оказывается чрезвычайно искусственной, в ней утрачены все характеристики субъекта, психология сведена к информационному процессу. Если преодолеть полированный фасад математической точности, то возникают вопросы: что такое информация? время подпроцесса? и др. В качестве примера может быть взята известная дискуссия по поводу результатов измерения количества информации, сохраняемой после однократного предъявления. Сперлинг считал, что вся предъявленная информация сохраняется в течение короткого времени, а Дик опровергал это утверждение, показывая, насколько неопределенной была процедура считывания по послеинструкции, которую разработал Сперлинг для доказательства своего положения. Положение фокуса внимания на предъявляемой таблице Сперлинг не контролировал, из-за ограниченной длительности опыта распределение сигналов-послеинструкций по строкам не могло быть случайным. Более того, по мере приближения к концу эксперимента испытуемый мог легко прогнозировать действия экспериментатора. Теоретическая проблема возникла и при интерпретации магического числа 7, объема «непосредственной» памяти. Невозможность решить ряд вопросов: в какой форме хранится информация в магическом объеме? сколько времени? «непосредственная» память - это один или несколько блоков? сколько единиц составляет объем каждой из частей? одинаковое ли время хранения в каждой? и т.д. Бесконечная вереница вопросов. Еще более сложным является вопрос о тождестве временной меры, используемой при оценке разных подпроцессов. Из-за этого вместо временного анализа исследователи обращаются к логическому анализу.
Отметим, что модели Дж.Сперлинга и Д.Нормана иИ. Во не являются чисто линейными, поскольку содержат блоки кольцевого типа. Такая кольцевая операция содержится и в модели Д.Бродбента, который назвал ее репетицией (внутренней подготовкой) внешнего явного ответа. Такая операция позволяла поддержать в памяти следы входной информации.
Со времени Ф.Дондерса новую попытку построить модель линейного типа предпринял С.Стернберг. Полученная им линейная функция у = ax + b достаточно хорошо аппроксимирует результаты измерения времени поиска в памяти одиночного знака (буквы или цифры). Из трех величин, которые входят в ее состав, две первых, а и х, легко поддаются интерпретации - множитель a означает время просмотра в памяти одного знака, аргумент х обозначает число знаков в оперативной памяти. Свободный член b, который можно интерпретировать как суммарное время, складывается из длительностей трех процессов: кодирования при приеме информации, двоичного решения в процессе поиска в памяти и организации ответа. Он является слишком громоздким и пока не поддается экспериментальной проверке. Вопрос о том, как организованы блоки модели - последовательно или параллельно, пока не удалось решить с помощью экспериментов. Отметим, что Стернберг применял дисперсионный анализ с целью выделить зависимые и независимые факторы. Если дисперсия определяется как сумма независимых факторов, то соответствующие факторам блоки соединены последовательно. Взаимодействия между факторами означали бы параллельное соединение.
М.Мейцнер и М.Трессельт разложили время простой реакции, используя данные о латентном времени вызванных потенциалов коры мозга. Согласно их модели, зрительный сигнал поступает в первичные поля зрительной коры приблизительно через 30 мс. Таким же является время проведения сигнала от моторной коры до двигательного ответа. Если из времени простой двигательной реакции на зрительный стимул, которое в среднем равно 160 мс, вычесть указанные длительности, то останется 100 мс. Авторы интерпретировали их как время центральной обработки стимула. В линейной модели авторов имеются четыре блока - высшие центры, задержка, память и субъективное ощущение. Модель оказалась пригодной для описания эффектов зрительной маскировки стимулов: при подборе пространственно-временных условий предъявления вместо слова
ЭКСПЕРИМЕНТ
Испытуемый видит:
КПРМН
То есть воспринимаются не все буквы.
Модель дает удовлетворительные объяснения только для случайных, не связанных между собой наборов знаков. Она не позволяет понять, почему эффект маскировки не возникает, если группы знаков составляют осмысленное слово. Модель не объясняет и эффектов последовательного наложения, т.е. случаев, когда все знаки предъявляются в одном месте экрана.
Временной анализ находится в центре интересов инженерной психологии. Результаты временного анализа необходимы и для построения имитационных моделей, и для проектирования, и для определения напряженности труда, и для проведения эргономических расчетов. Однако речь идет не только об измерениях. Одновременно должен быть проведен качественный анализ процесса, который должен определить, из каких операций состоит процесс, как они упорядочены внутри всей системы (последовательно, параллельно или как-то иначе). Определение времени реакции и построение модели проводятся одновременно. Поскольку линейная мера времени процесса является условной, процесс развивается по своим собственным ритмам и правилам, которые не обязательно линейны.
Линейная модель оказалась пригодной для измерения времени извлечения следа из сенсорной памяти и определения времени сканирования оперативной памяти. Временной анализ проводился с помощью комплекса процедур, сфокусированных на единой цели. Получены оценки величин для двузначных чисел-стимулов. Линейная модель применена для оценки индивидуальных различий по блокам зрительной и вербальной памяти. Исследования показали, что у одних испытуемых может быть большой объем зрительной и малый объем вербальной памяти, а у других наоборот - малый объем зрительной и большой объем вербальной памяти и так далее. Линейная модель была использована для разработки системы процедур оценок работоспособности.
Подводя итог, порассуждаем об истинности линейных моделей. В пользу правильности линейных моделей свидетельствуют все те исследования, в которых применялись линейные модели: ведь каждый автор, используя линейную модель, тем самым проверял ее. Действительно ли в линейных моделях нет никаких свидетельств в пользу параллельности обработки информации или в пользу наличия кольцевых связей? Наш опыт показал, что, начав работу с линейной модели, невозможно удержаться в ее рамках. К этому выводу мы пришли в ходе поисков наименьшего сочетания интервалов между стимулами, при котором выпрямляется прогиб в U-образной кривой точности воспроизведения последовательного ряда. В исследовании зрительного сканирования мы убедились, что даже при выполнении простого сканирования несколько блоков работают параллельно. Эти процессы должны выполняться и координироваться посредством внутренних прямых и обратных связей. Было установлено, что важную роль играют внешние обратные связи, регулирующие степень сосредоточенности субъекта в каждой следующей пробе в зависимости от результатов предыдущей. В самом деле, выполнение задачи в условиях скоростного предъявления возможно только при условии максимальной концентрации. В ходе эксперимента у испытуемого вырабатывается способность оценивать точность выполнения задачи. От показателей предыдущей пробы зависит то, как испытуемый станет работать в следующей. Кольцевые связи замыкаются здесь через память о ранее выполненном действии. Анализ трудовых процессов с помощью линейных моделей может быть эффективным в случаях, когда длительность преобразования определяется только информационными процессами в системе, а мера времени остается постоянной по всем блокам модели. Поскольку из повседневной практики известно, что скорость переработки информации зависит также от усилий, которые прикладывает субъект для настройки каждого блока, линейные модели и полученные с их помощью данные могут быть использованы со многими оговорками.
Методика исследования переработки информации оператором*
Идея о том, что время между предъявлением стимула и ответом охватывает процесс, который делится на последовательные стадии, была положена в основу работы еще Ф.Дондерсом (1868). Дондерс разработал так называемый метод вычитания для измерения продолжительности некоторых из этих стадий и изучения их свойств.
*Отрывок из статьи, написанной совместно с М. М. Мукановым.
На основе тщательного экспериментального изучения разнообразных задач на бинарную классификацию С.Стернберг разработал следующую модель процесса переработки информации, осуществляющейся в короткий отрезок времени между предъявлением стимула и производством ответа: стимул - перекодирование (предварительная обработка) - последовательные сравнения -бинарное решение - организация ответа - ответ.
Известно, что в тахистоскопических экспериментах, когда одновременно или последовательно предъявляются несколько стимулов, неизбежно возникают эффекты маскировки и интерференции, проявляющиеся в том, что экспозиция одних стимулов затрудняет обработку других.
Как результат таких влияний точность ответа снижается, а время реакции (ВР) увеличивается. Количество шумовых элементов, их сходство с целью, расположение относительно цели и некоторые другие факторы оказывают дифференцированное воздействие на обработку целевого стимула и производство правильного ответа.
Аппаратура. Эксперимент проводился на стенде, в состав которого входили: управляющая ЭВМ, два семисегментных электролюминисцентных знаковых индикатора и выносной пульт, на котором имелись три кнопки с надписями: «Готов», «Да», «Нет». Расстояние до индикатора равнялось 1,5 м, размеры индикатора -3,2х2,4 см, яркость - 60 нт. Измерение времени проводилось с помощью таймера ЭВМ с дискретностью счета 1 мс. Точность отсчета времени предъявления цифр определялась временем срабатывания реле (5-6 мс). Опыт проводился в автоматизированном режиме с регистрацией правильных ответов и ошибок, а также задержки времени ответа.
Материал. Стимульным материалом служили последовательности двузначных чисел заданной длины. Числа выбирались в случайном порядке и в одной последовательности не повторялись.
Процедура. Испытуемый нажимал кнопку с надписью «Готов», и через 1 с ему предъявлялось одиночное число, которое он должен был запомнить (будем называть его тестовым числом - ТЧ). Затем через 1 с предъявлялась последовательность чисел. Испытуемый должен был определить, содержалось ли ТЧ среди элементов последовательности, и дать ответ с помощью одной из кнопок - «Да» или «Нет». По окончании предъявления каждой пятой последовательности (каждой пятой пробы) на одном из индикаторов высвечивалась цифра, указывавшая, сколько раз (из пяти) испытуемый дал правильный ответ. Последовательности формировались таким образом, что в одной части их ТЧ встречалось (условие «сигнал»), а в другой - не встречалось (условие «шум»). Время предъявления чисел было постоянным - 20 мс.
План эксперимента. В опыте варьировались три фактора: длина последовательности (ДП), асинхрония включения стимулов (ABC) и вероятность наличия тестового числа в последовательности. Первый фактор имел два уровня: длина последовательности равнялась либо 3 (ДП=3), либо 6 (ДП=6) числам. Второй фактор имел три уровня: 80, 100 и 140 мс. Третий фактор имел два уровня: соотношение «сигнальных» и «шумовых» проб было соответственно 3:2 или 5:1. Таким образом, общее число условий равнялось 12. В соответствии с этим эксперимент был разделен на 12 блоков, которые предъявлялись в случайном порядке. В половине всех блоков содержалось по 50 проб в каждом, в другой половине - по 36 проб. Для ДП=3 каждая позиция тестировалась 10 раз, для ДП=6-5 раз. Каждый испытуемый участвовал в опыте 2 раза.
Испытуемые. В эксперименте принимали участие 8 испытуемых. Все отличались высокой степенью тренированности.
Инструкция. Испытуемым сообщали содержание задачи, показывали, как и когда нажимать на кнопки. Кроме того, сообщалось, какие последовательности разной длины будут предъявлены и что числа в пределах одной последовательности не повторяются. Отвечать требовалось как можно быстрее и точнее.
Результаты. Результатами каждого опыта являются число правильных и неправильных ответов и средние величины времени реакции.
Исследование, проведенное по описанной методике, позволило авторам высказать предположение о параллельной обработке информации в блоках приема, поиска в памяти, принятия решения и организации ответа.
Кольцевые модели. Н.А.Бернштейн был одним из первых, кто подробно описал кольцевую структуру регуляции двигательного акта. В его модели два элемента выделены по анатомическому основанию - рецептор и эффектор, другие - по логическому: сравнивающий, программа, усиливающий и преобразующий. В модели Бернштейна, в отличие от других моделей, например Т-О-Т-Е (test-operate-test-exit), кольцо замыкается через вход, чем подчеркивается важное значение внешней обратной связи в процессе двигательного акта, а не только после его окончания. Обратная связь должна поддерживаться непрерывно. Она, так же как и пусковая информация, важна для выполнения двигательного акта.
А.И.Назаров дополнил схему Н. А. Бернштейна тремя внутренними кольцами. Введя блоки экстраполяции зрительных и дополнительных команд, Назаров соединил их кольцами, включив в систему колец блоки восприятия и эффекторы. Поскольку сигналы экстраполирующих блоков носят топологический и генерализованный характер, кольцевая центральная связь позволяет корректировать экстраполяционные сигналы и вести управление с помощью точных метрических сигналов.По кольцевому принципу построена модель Д.А.Ошанина, которая содержит последовательность подсхем (прием, сличение, установление причины рассогласования, выбор действия, ответ), включающих внутренние кольца поиска и добора информации. В системе имеются четыре входа. Поскольку схема входов построена по вертикально-горизонтальному принципу, при поиске и доборе информации, осуществляемых на последующих этапах схемы, предыдущие блоки остаются незадействованными. Последовательность блоков означает развертывание процесса относительно пускового входного сигнала, а не момента формулирования цели субъектом действия. Схема пригодна для описания определенного типа действий, а содержащиеся в схеме блоки могут рассматриваться как компоненты, входящие в процесс формулирования цели. Схема допускает включение дополнительных блоков, которые позволили бы описать другие функции (принятие решения, постановка цели и т.д.).
Схема простого действия Г.М.Зараковского и В.В.Павлова содержит три встроенных друг в друга кольца, один вход и один выход. Внутреннее кольцо описывает действие в хорошо знакомой ситуации - ее опознание проходит симультанно и без затруднений, поскольку для этого имеется готовая программа. Наличие моторной программы обеспечивает быстрое выполнение ответного движения. Авторы называют этот случай действием прямого замыкания - оно выполняется автоматически и не требует участия сознания, поэтому авторы называют такой процессор парафокальным. Если ситуация незнакома субъекту, то запускается одно из колец преобразования ситуации - внешнее, выполняющее продуктивные преобразования, или внутреннее, соответствующее репродуктивным преобразованиям. Разветвление происходит в блоке поиска в памяти программы идентификации, и в действие запускается кольцо, которое преобразует ситуацию. Выполнение обеспечивается фокальным процессором, т.е. при участии сознания. Преобразования заканчиваются опознанием ситуации или формированием новой программы простого действия и программы опознания. Авторы отказались от чисто информационного описания. Их схема основана на нескольких способах описания: логико-временном, информационном и энергетическом (активационном или интенциональном). Введены два вида памяти: кратковременная и долговременная. Интенциональные функции, такие как цель, установка, активатор-регулятор, в схеме изображены отдельными нефиксированными блоками. Очевидно, что преобразования, о которых говорят авторы, совершаются посредством двигательных действий, следовательно, за ними стоят сложные схемы с кольцевым регулированием.
Рассмотренные схемы являются информационно-поточными, поскольку запускаются одиночным стимулом, обработка которого продолжается от входа до выхода.
В схеме предметного действия, предложенной Н.Д.Гордеевой и В.П.Зинченко, процесс запускается образами (ситуации и действия), расположенными в самой предметной ситуации. Тем самым схема кроме информационно-логического задает еще и ситуационно-предметный план рассмотрения двигательного действия. В схеме почти все блоки связаны прямыми и обратными связями. В результате схема утрачивает логико-временной характер и выступает как список функций, связанных с выполнением действия.
Схема саморегуляции деятельности, по О.А.Конопкину, устроена также по кольцевому принципу. Все содержащиеся в ней элементы представлены субъекту актуально или они были прежде в его сознании. Элементы упорядочены по информационно-логическому принципу. Из схемы видно, какие виды обработки информации производит субъект в сознании. Схема использована для описания труда машиниста локомотива. Проведенные нами исследования авиадиспетчера убедили нас в полезности этой схемы для описания труда авиационных операторов (штурманов, пилотов,авиадиспетчеров).
Резюмируя рассмотрение кольцевых моделей, отметим, что они служат прежде всего исследовательским целям, а именно: позволяют систематизировать данные свободных наблюдений и экспериментов. Информационный анализ показывает, что предметное действие может иметь несколько входов. Два из них имеют явную локализацию: цель запускает действие изнутри, а пусковой стимул - снаружи. Обратная связь поступает по внутренним каналам или через окружающую среду. Модели имеют несколько выходов - один соответствует конечному воздействию на объект, другие - поиску и дополнительному набору информации. Закольцованность, замкнутость схем означает целостность участия, задействованность субъекта в процессе. В то же время анализ показывает, что информационные и логические модели недостаточно полно отображают структуру и связи между процессами внутри действия. Без раскрытия энергетического и интенционального аспектов модели останутся неполными. Однако для раскрытия энергетического аспекта потребуется изменить содержание большинства блоков и, кроме того, ввести дополнительные блоки. Попытки такого рода уже предприняты, но проблему пока нельзя считать решенной.
Не менее важен вопрос о месте памяти. Как было показано, одни авторы локализуют память внутри модели, другие - вне ее. Поскольку память выполняет важные функции в формировании каждого блока и всей структуры информационного процесса, более точной явится та модель, в которой память развертывается в ортогональной плоскости по отношению к другим блокам. Память получает особое описание. Кроме того, память необходимо соотнести с интенциональной и энергетической характеристиками каждого блока модели. Для этого потребовалось бы еще одно измерение.
Линейные и кольцевые модели характеризуются определенным набором сходных черт. Можно ли их отнести к единому теоретическому полю? Ответ на этот вопрос зависит от понятия информации, которое используется как сообщение в самом широком смысле слова. Затрудняет теоретическое рассмотрение моделей и пестрота функций и связей, объединяемых в каждой модели. В каждой модели блоками обозначены разнообразные функции: вербальные, образные, перцептивные, мнемические, мыслительные, аттенционные, моторные. Разнородны и связи между блоками. Серьезным препятствием выступает и линейная шкала времени, используемая как незыблемая теоретическая основа информационно-процессуального подхода. Линейные и кольцевые модели фиксируют элементарные лабораторные модели трудовых действий человека. Для решения стоящей перед нами задачи они необходимы, но недостаточны.
Корреляционные модели
Факторные, кластерные и другие им подобные модели связей между характеристиками субъекта и успешностью трудового процесса применяются многими учеными. Здесь рассмотрены: корреляционная и факторная модели профессиональной устойчивости операторов - авиадиспетчеров и членов летных экипажей (пилотов, штурманов, бортмехаников); модель связей между тремя составляющими профессионального действия штурманов и пилотов. Статистические методы позволяют строить целостные модели, определять связи между разнообразными показателями, однако они с трудом поддаются осмысленной психологической интерпретации.