CC BY
99
Таньков Г.В., Суворов А.С., Трусов В.А. ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ОЦЕНКИ ДИНАМИКИ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ ЧЕЛОВЕКА - ОПЕРАТОРА
Разработка адекватных методов оценки динамики функционального состояния человека в процессе трудовой деятельности относится к числу актуальных задач эргономики и инженерной психологии.
В процессе любой деятельности элементы опыта закрепляются, сохраняются и воспроизводятся в соответствии с требованиями жизни и деятельности, образуя содержание памяти человека. Как и другие психические процессы, она представляет собой динамическую систему, функционирующую постольку, поскольку осуществляется деятельность[1]. Никакая актуальная деятельность, например, обучение, совершенствование профессиональных навыков человека, автоматизация его действий, немыслима вне процессов памяти.
Но в ходе любой деятельности человека рано или поздно наступает утомление, которое может быть физическим (мышечное) или умственным (психическим). Утомление оператора является преимущественно умственным [1].
Так как процесс утомления определяется целым рядом трудноучитываемых факторов,термину "утомление" трудно дать единственное определение. Можно говорить о субъективном чувстве усталости в результате, например, воздействия экстремальных нагрузок. Другой способ состоит в указании сдвигов показателей физиологических функций, сопровождающих изменение функционального состояния. Третий - в указании специфических изменений в работоспособности. Для практических приложений психологии особое значение имеет третье определение.
В данной работе ставилась цель разработки надежного и удобного технического средства для исследования динамики функционального состояния человека в процессе, например, учебной деятельности. В этом случае проблема оценки функционального состояния выступает как психометрическая задача - требуется описать и количественно оценить происшедшие под влиянием определенных причин (в нашем случае - учебные нагрузки) сдвиги различных психологических характеристик [2]. В существующей практике для диагностики функционального состояния человека рекомендуется использование определенной системы психометрических проб -коротких тестовых испытаний, характеризующих состояние различных психических процессов во время трудовой деятельности [3].
В настоящей работе для этих целей была составлена система "поведенческих" проб, адекватных задаче диагностики степени утомления человека - оператора. Так как в работе оператора решающее значение имеют процессы переработки информации в реальном масштабе времени, то система проб ориентирована на кратковременное запоминание человеком зрительной информации. В связи с этим исследовались современные представления о строении и функциях процессов кратковременной памяти.
Была выбрана модель процесса преобразования информации в кратковременной памяти (рис.1), которая представляет собой последовательность функциональных блоков, соответствующих различным психологическим операциям, и полностью описывает путь информации от момента поступления до ответной реакции.
В основе процесса переработки информации можно выделить ряд структур, обеспечивающих хранение информации в наглядно-образной, вербально-акустической или семантической формах, и ряд "контролирующих" операций, обеспечивающих сохранение, преобразование и перевод информации. К "контролирующим" операциям можно отнести, прежде всего, фильтрацию, опознание, перекодирование и повторение информации (рис.1).
Рис 1.1- Модель процесса преобразования информации в кратковременной памяти.
Использование адекватных методов тестирования отдельных операций в системе переработки информации в кратковременной памяти позволяет перейти к экспериментальному решению проблемы оценки функционального состояния человека-оператора. И здесь реальным является предположение, что утомление избирательно влияет на работу отдельных функциональных блоков, снижая эффективность соответствующих перцептивных, мнестических и когнитивных операций. На разных стадиях утомления будут изменяться не только общий уровень действия в целом, но и степень участия, и успешность выполнения той или иной операции.
В данной работе для технического решения задачи экспериментального исследования диагностики утомления спроектирован программный комплекс, работающий в операционной среде ХР. Тестируя с помощью
соответствующих методик работу отдельных функциональных блоков при разных функциональных состояниях, можно:
- дать количественную оценку стадии утомления в отношении работы каждого блока и всей системы в целом;
- описать динамику развития утомления как динамику изменения работы отдельных функциональных блоков;
- указать блок-операцию, или функциональную систему операций, за счет которых происходит снижение эффективности работы оператора.
В качестве психометрических тестов в программном комплексе используются методики полного воспроизведения (ПВ), опознания (ОП) и определения отсутствующей цифры (ООЦ). Этот выбор обусловлен их наиболее общим характером и диагностической пригодностью, а также простотой их реализации на базе предложенного программного комплекса.
Методика полного воспроизведения заключается в следующем. Испытуемому предъявляется последовательность цифр, после чего он должен воспроизвести на экране весь ряд в свободном порядке или в порядке предъявления. Для успешного воспроизведения информация должна быть перекодирована и переведена в пер-
вичную память, откуда с помощью операции повторения она может быть извлечена. Таким образом, результаты воспроизведения обусловлены не только количеством сохраненной в первичной памяти информации, но и влиянием работы блока-ответа. Поэтому анализ работы блока первичной памяти и механизма воспроизведения возможен только при совместном проведении экспериментов по методикам опознания и полного воспроизведения.
В методике опознания предъявляется ряд цифр, после чего дается послестимульная инструкция. Испытуемый, нажимая кнопки «да» или «нет», должен ответить, присутствовала ли в последовательности цифра, указанная в послестимульной инструкции. Цифра для опознания выбирается с некоторой вероятностью из предъявленного ряда (условие "сигнал") или из отсутствующих цифр (условие "шум"). В том случае, когда цифра-инструкция присутствовала в последовательности, необходимо, чтобы частота ее появлений на разных позициях была одинаковой. Опознание может быть осуществлено только при условии перевода всей информации в первичную память. Действие механизма воспроизведения сведено к минимуму (развернутое воспроизведение отсутствует). Совместное проведение эксперимента по методикам полного воспроизведения и опознания дает возможность определить характеристики работы блока первичной памяти и степень влияния механизма воспроизведения на хранение информации.
Методика определения отсутствующей цифры состоит в том, что испытуемому перед началом предъявления стимульного ряда с помощью цифры-инструкции указывается длина алфавита (т.е. величина отрезка натурального ряда, из которого будет выбрана последовательность) . Затем испытуемому предъявляется ряд цифр, длина которого на единицу меньше длины алфавита: в нем в случайном порядке расположены все цифры соответствующего отрезка натурального ряда, кроме одной. Испытуемый должен определить отсутствующую цифру.
Задача ООЦ требует не только запоминания всего материала, но и выполнения ряда преобразований, таких, как упорядочение, сканирование и т.д. С ее помощью тестируются операции, осуществляющие элементарные логические преобразования. По существующим представлениям эти операции, в определенных условиях, могут осуществляться до блока первичной памяти. Однако в любом случае при выполнении задачи используется информация, хранящаяся во вторичной памяти.
Структура разработанного программного комплекса по оценке динамики функционального состояния челове-ка-оператора приведена на рис.2.
Рис.2 Функциональная схема пакета прикладных программ.
Основные блоки комплекса следующие: блок инициализации тестируемого, тестирующий блок, блок предъявления результатов тестирования.
"Общение" тестируемого со всеми блоками осуществляется через интерфейс, который должен отвечать требованиям эргономики, то есть не должен требовать дополнительной подготовки пользователя для работы с программой, не должен утомлять пользователя во время работы.
Блок инициализации тестируемого состоит из двух подблоков - авторизации и регистрации (рис.2) и представляет собой программный модуль, который осуществляет процесс выборки из базы данных параметров тестируемого человека для проведения с ним эксперимента. Либо блок осуществляет запись в базу данных нового пользователя и выбранных для него параметров теста. Для безопасности пользовательской записи предусматривается возможность ее защиты паролем. Пользователь может удалить пользовательскую запись и все результаты, соответствующие ей. Обращение к блоку инициализации осуществляется через интерфейс (рис.2).
Для реализации функции тестирования программный комплекс включает в себя тестирующий блок (рис.2), который является ядром комплекса и осуществляет тестирование по трем методикам (ОП, ПВ, ООЦ) с различными вариантами условий тестирования:
- длина предъявляемой цифровой последовательности;
- величина межстимульного интервала;
- число проб в одном опыте.
Блок также обрабатывает первичные результаты эксперимента. В нем происходит сортировка ответов по условиям теста, подсчет количества правильных ответов и ошибок.
Особо стоит отметить методику полного воспроизведения, результаты тестирования по которой дают наиболее точную оценку состояния человека-оператора. При ответах на тест ПВ возможны три варианта ответов:
- неправильно воспроизведена цифра;
- ошибка пропуска;
- цифра воспроизведена не на своей позиции.
Это учитывается при реализации данной методики и пользователю дается возможность сделать пропуск, если он не уверен, что запомнил цифру на данной позиции.
По итогам теста проводится статистический анализ результатов, вычисляется объем кратковременной памяти. Цель всех тестов - получение "среза" функционального состояния всей системы преобразования поступающей информации. Все вычисленные данные заносятся в базу пользователей.
Для анализа результатов экспериментов за определенный период времени комплекс осуществляет вывод информации в блоке предъявления результатов тестирования (рис.2), в котором осуществляется анализ накопленных результатов эксперимента и формирование отчетов по запросу пользователя. Отчет для наглядности формируется в графическом виде, но может быть распечатан или сохранен в графический или текстовый файл.
Интерфейс программного комплекса (рис.2) для удобства пользователя разбит на четыре части:
- окно авторизации (рис.3);
- окно регистрации (рис.4);
- окно программы-теста (рис.5);
- окно статистики (рис.6).
Рис 3 - Окно авторизации пользователя Ы|ЦДШ11И1
Рис4 -Окно регистрации пользователя
Рис 6 - Окно статистики.
Каждая часть сгруппировывает органы управления тем или иным блоком программного комплекса. Для удобства пользователя предусмотрены поля с подсказками о ходе эксперимента. Расположение органов управления обеспечивает их заметность и быстрый доступ к ним. Для концентрации внимания на табло теста, в процессе предъявления последовательности, используется цветовое выделение цифр из фона и крупный шрифт.
Наглядность выводимой статистики тестирования обеспечивают трехмерные диаграммы, построенные по результатам тестов. Также используется цветовое выделение в диаграмме результатов различного типа.
Пробные эксперименты по психометрическому тестированию проводились на протяжении одной недели. В эксперименте приняли участие пять человек. В качестве психометрического теста использовалась методика полного воспроизведения, что обусловлено ее наиболее общим характером и диагностической пригодностью. Испытуемым предъявлялись последовательности, состоящие из семи цифр. Время экспозиции одного числа равнялось 2 0 мс, а величина межстимульного интервала в основной серии опытов была постоянной - 180 мс. Каждый тестирующий сеанс состоял из 15 проб - отдельных предъявлений числовой последовательности и последующих ответов испытуемого.
Эксперименты показали, что проведение исследования в условиях хорошо организованной деятельности (учебный процесс) свидетельствует о диагностической пригодности используемых методик и программного комплекса в целом. Главный фактор в этой работе - возможность непосредственного тестирования в ходе учебной деятельности и краткость тестовых испытаний.
ЛИТЕРАТУРА
1. Инженерная психология. Под ред. Г.К.Середы. / Издательское объединение «Вища школа». - Киев,
197 6.
2. Медведев В.И. Функциональные состояния оператора. - М.: ВНИИТЭ, 1970.
3. Зинченко В.П. Психометрия утомления / В.П.Зинченко, А.Б.Леонова, Ю.К.Стрелков.- М.: МГУ, 1977.
