Глава 11. Человеко-машинньй1нтерф 2- Психологические модели

- цели, задачи;

- пользователь/оператор;

- техническая система/процесс (инструмент);

- управляющее оборудование, управляющая ЭВМ (инструмент).

Пользователь по-прежнему добивается достижения цели, но может сделать эхо только опосредованно, с помощью технической системы. Но и на саму техническую систему невозможно воздействовать прямо, а только с помощью управляющего обоп дования. Таким образом, пользователь имеет дело с совершенно новым комбинирован ным инструментом. Если управляющее оборудование или ЭВМ не соответствуют точно технической системе, то работать пользователю сложно, поскольку он должен иметь представление о самой технической системе, инструменте управления и их взаимодействии. Управляющая система представляет собой "инструмент для использования инструмента" и не должна вступать в противоречие с целями собственно процесса Однако в течение достаточно длительного времени из-за неадекватных и несовершенных технологий операторы нередко должны были уделять больше внимания вычислительным системам, чем техническим процессам, которыми эти системы должны управлять. Конечно, пользователь хочет видеть выполнение целевых функций и не желает вникать в проблемы управляющего оборудования. С другой стороны, единственный способ взаимодействия с технической системой - это управляющая ЭВМ. Взаимодействие всех составных элементов системы должно быть организовано таким образом, чтобы пользователь в конце концов добивался цели.

Если имеется несоответствие между инструментом управления и управляемой системой, например из-за неправильного выбора датчиков и исполнительных механизмов, то это приведет к большим нагрузкам на оператора или к сложному интерфейсу. Таким образом, требования технической системы и знания о познавательных способностях человека должны быть основой, на которой строится интерфейс.

С внедрением ЭВМ роль операторов значительно изменилась. Применение автоматики и аппаратуры управления постепенно отодвинуло операторов далеко от управляемого процесса.

Этот эффект особенно важен в системах супервизорного управления, т. е. сочетающих мониторинг процесса с функциями автоматического управления. Не всегда внедрение этих систем облегчало работу операторов. Напротив, идея автоматическо го управления иногда имеет обратный эффект, поскольку разработчики, стараясь исключить оператора, оставляют ему выполнение тех задач, которые не могут автома тизировать, поэтому оператору приходится управлять не только процессом как таковым, но и тем, что подразумевал под процессом разработчик системы управле ния. Требования к процессу и навыки оператора при разработке интерфейса, как пра вило, не сопоставляются друг с другом, а наибольшее внимание уделяется оборуД ванию. Проектировщики обычно оправдываются тем, что они действуют основании позитивных представлений о возможностях автоматизации и использу те подходы, которые им известны. Проблема может считаться и культурной, и обр зовательной - роль оператора редко рассматривается в инженерных курсах.

В заключение следует отметить, что функции операторов по управлению техй ческой системой должны быть элементом системного проектирования, а не рассма риваться как отдельная задача, на которую можно обратить внимание только пос завершения проекта. Техническая система и интерфейс пользователя должны разР

атываться в соответствии с набором операций, выполняемых пользователем, а не Р соответствии с внутренними свойствами технической системы.

11.2. Психологические модели 11.2.1. Физиология и познание

Психология - наука о человеческом поведении и опыте и о соответствующих мыслительных процессах. Многие результаты, полученные в ходе психологических исследований, напрямую используются при разработке интерфейса пользователя. Особенно важны те из них, которые касаются познания и восприятия, т. е. постижения чего-либо с помощью чувств, - запоминания и обработки информации. Используя эти возможности, человек приобретает знания, решает проблемы и планирует будущее. Экспериментальным путем можно собрать информацию о психологических и познавательных процессах и построить соответствующие модели. Основы теории восприятия и запоминания уже разработаны и проверены экспериментально. Эта теория предоставляет фундамент для проектирования интерфейса пользователя и является предметом этого раздела.

При взаимодействии с ЭВМ и другим оборудованием восприятие является практически полностью зрительным или слуховым. Наиболее важным чувством является зрение, слух важен лишь в случае звуковых сигналов. Важность осязательной информации проявляется только при использовании некоторых типов манипуляторов (механические исполнительные механизмы, тормоза, ручка управления самолета), поскольку они создают своего рода обратную связь. С появлением управляемых ЭВМ силовых приводов этот тип ощущений исчезает или заменяется на зрительные образы, например комбинацию ламп или символов на экране.

Объем информации, поступающий к человеку извне, оценивается в 10 бит/с, из которых лишь около 100 бит/с обрабатываются сознанием. Мозг стремится к уменьшению количества обрабатываемой информации. Если количество информации, поступающей в единицу времени, возрастает, способность к обработке теряется и вни-ание концентрируется только на ее части.

Восприятие цветов - один из важнейших факторов в организации интерфейса. Человеческий глаз лучше всего воспринимает зеленый цвет и хуже - цвета высокочастотного конца спектра, т. е. голубой и фиолетовый. Глаз фокусируется на разные Цвета в зависимости от расстояния - если красный и голубой расположены рядом РУг с другом, глазу будет казаться, что они находятся на разных расстояниях, и в результате вся картинка будет восприниматься неверно. Кроме этого, около 8 % мужчин и 0.5 % женщин в Европе и Америке страдают разной степенью цветовой слепоты

и не

различают некоторых цветов или цветовых сочетаний.

Как правило, более высокий уровень внимания соответствует неожиданному «Дражителю и понижается, если раздражитель повторяется. Другие факторы, ко-°Pbie повышают внимание, - это интенсивность, размер, контрастность и движе-Мозг прекрасно "отфильтровывает" образ или звук из набора цветов и шумов, пример, когда человек смотрит на картину, глаз стремится сосредоточиться на аиболее важных деталях. Аналогичный эффект существует и для звуков - чело-ек может одновременно слышать несколько голосов, но лишь один из них воспринимает сознательно.

Глава 11. Человеко-машинный интерфц[; i1.2. Психологические модели

11.2.2. Модель человеческого поведения

Модель поведения дает упрощенную основу для описания взаимодействия между человеком и окружающей средой. Интересная, нашедшая широкое признание модель была пред.дожена датским исследователем Иенсом Расмуссеном Qen Rasmussen). Она относится к решению проблем в управлении инженерными системами. В соответствии с этой моделью человеческие действия с точки зрения принятия решений и поведения можно разделить натри уровня (рис. 11.3).

символы Поведение, основанное на знаниях

цель

идентификация (опознавание)

формулировка задачи

планирование -

признаки Поведение, основанное на правилах

сигналы Поведение, основанное на навыках

формирование признаков

автоматические сенсомоторные модели (шаблоны)

чувственная информация (признаки)

действия

Рис. 11.3. У прошенная иллюстрация уровней человеческого поведения -модель действия [Rasmussen, 1983]

Основанное на навыках поведение представляет собой автоматические сенсомоторные действия, легко выполняемые без сознательного контроля. Следующий, лее высокий уровень - это поведение, основанное на правилах; обычно оно проявля ется в знакомых ситуациях и управляется набором заранее известных правил ил процедур, сформированных на основании предыдущего опыта.

Очевидно, что индивидуум сталкивается не только со знакомыми ситуациям В новых условиях, когда предыдущий опыт или правила отсутствуют, управлени действиями должно происходить на еще более высоком уровне, на котором повед ние является целенаправленным и основанным на знаниях. В этой ситуации ближа шая задача формулируется на основе анализа окружающей среды и конечной целИ-На этом уровне структура окружающей среды представляется мысленной модель, от которой зависит избранный способ действия.

Эту концепцию можно подтвердить рядом практических примеров. При обуче-лйИ сложным функциям, например управлению автомобилем или игре на рояле, вначале включается уровень знаний. Переключение скоростей автомобиля или движение руки по клавиатуре требует значительной концентрации. На этой стадии требуется повышенное внимание, а эффективность и результаты довольно скромные. По мере накопления опыта действия обучаемого становятся все более и более автоматическими - вначале на уровне правил, например ученик сразу и без анализа понимает, когда нужно переключить передачу, и затем выходят на сенсомоторный уровень, когда выполняются практически без усилий сознания. Для опытного водителя совсем несложно оценивать дорожную обстановку, переключать передачи и одновременно поддерживать разговор, поскольку первые два действия выполняются на сенсомоторном уровне и не требуют специального внимания. Опытный музыкант не считывает ноту за нотой, а сразу распознает более сложные объекты - фразы, интервалы, гаммы, арпеджио - и исполняет их соответствующим образом.

Действия на самом нижнем уровне являются наиболее эффективными, поскольку не требуют обдумывания в явном виде и реакция следует сразу за раздражителем. Действия на уровне правил выбираются из нескольких хранящихся в памяти образцов и, следовательно, выполняются с некоторой задержкой. Для того чтобы определить новое действие в необычной ситуации, необходимо аналитическое мышление и сравнение с имеющимися знаниями и опытом, что обычно требует большего времени и значительных умственных усилий.

Модели поведения могут оказать заметную помощь при создании интерфейса процесса. Разделение поведения на три категории - основанное на навыках, правилах и знаниях - облегчает классификацию задач и определяет, какой тип поддержки пользователя должен обеспечивать интерфейс на каждом уровне.

11.2.3. Теория двухуровневой памяти

Психологи длительное время исследовали функции памяти и механизм запоминания информации и опыта. Современная психология различает несколько познавательных функций, т. е. способов восприятия мозгом информации об объектах, получаемой от органов чувств. Эти функции суть (рис. 11.4):

накопление и хранение чувственной информации (sensory storage); кратковременная или оперативная память (short-term memory); ~ долговременная память (long-term memory).

восприятие (чувства): зрение, слух

накопление

чувственной

информации

тренировка

кратковременная память

передача

долговременная память

замещенная

(забытая)

информация

Рис. 11.4. Модель двухуропнсвой памяти

Этапы обработки информации мозгом - это восприятие, запоминание в краткод ременной и затем в долговременной памяти.

Информация, накопленная органами чувств, попадает в кратковременную па мять, где мозг может сознательно обратить на нее внимание. Из кратковременной памяти информация передается в долговременную, причем в большинстве случаев сознательным усилием воли. Кратковременная память представляет собой то, что мы называем сознанием (consciousness). Ее содержание это то, о чем человек размышляет в данный момент и на чем основываются его действия. Емкость кратковременной памяти ограничена. Исследования показали, что в кратковременной памяти имеется место приблизительно для 7±2 элементов информации, которые называют брусками (chunk). Бруски не похожи на биты информации - брусок может быть очень сложным и содержательным. Поступающая новая информация стирает или замещает существующие бруски. Информация, которая не обдумывается, быстро "размывается" и исчезает из сознания. Образы в кратковременной памяти имеют приблизительно один уровень абстракции или, по крайней мере, более или менее однородны. Информация из кратковременной памяти быстро извлекается и так же быстро забывается, она легко обозрима, и на ее основе вырабатываются быстрые реакции.

Долговременная память обладает практически неисчерпаемой емкостью, но запоминание и воспроизведение информации занимает больше времени. Информация в долговременной памяти определяет полное знание индивидуума и содержит все от языковых навыков до детских воспоминаний, от таблицы умножения до имени короля Руритании Время хранения информации в кратковременной памяти обычно составляет секунды, а в долговременной памяти она может сохраняться в течение всей жизни.

Различие между кратковременной и долговременной памятью имеет и психологическое объяснение. В мозге нет анатомического разделения на области памяти -в работе обоих видов памяти участвует весь мозг. Разница заключается в типе процесса. Механизм кратковременной памяти можно описать с позиций распределения электрического поля, а долговременная память основана на взаимодействии нейронов и связях, имеющих более постоянную, химическую природу.

Человеческая память не работает на основе прямой адресации ячеек, как ОЗУ ЭВМ (в каком состоянии пребывает ваш нейрон № 2 023 965?), а наоборот - работает на базе аналогий и ассоциаций. В этом отношении кодирование запоминаемой информации играет очень важную роль. Современные исследования показывают, что запоминаются не формы или шаблоны, а, скорее, понятия и ассоциации. Другим словами, то, что запоминается, - это смысл, а не форма сообщения или символе, например, после прочтения текста запоминается содержание, а не дословно преДЛ жения или шрифт, которым текст напечатан. Передача информации в долговрем ную память осуществляется не просто усилием воли, как хорошо знают готовящие к экзаменам студенты.

Информация запоминается легче, если ее можно вставить в существующие и ки, т. е. соотнести с информацией, уже хранящейся в долговременной памяти, минание различных фактов происходит лучше, если они не разрознены, а наход в причинной взаимосвязи. Аналогично, воспроизведение (извлечение) информап

Рудольф IV.

облегчается ассоциациями - "подсказками", - тем или иным образом с ней связан-jjyMH. Есть экспериментальные подтверждения того, что информация запоминается лзвсегда. Нельзя утверждать, что забытая информация потеряна окончательно, - вероятнее, что ее не удается извлечь из-за неверных или утраченных ассоциативных связей.

Новую информацию проще воспринимать, если ее можно упорядочить или связать с уже существующей в долговременной памяти. Ключом к эффективному использованию кратковременной памяти является кодирование, т. е. сколько первичной информации вмещается в брусок. Рассмотрим, например, последовательность чисел 88128296306. Она выглядит просто как случайный набор из одиннадцати цифр. Большинство людей неспособны воспроизвести ее без значительных усилий и, скорее всего, очень быстро ее забудут. Однако если представить эту последовательность в виде 8-812-829-6306, то воспринимать ее значительно проще - в ней легко узнать (по крайней мере жителям России) телефонный номер в Санкт-Петербурге. Перегруппировка уменьшила число брусков с 11 до 4 - количества, с которым можно справиться без больших затруднений. Более того, абстрактные цифры связаны со знакомыми понятиями - название города, номер телефона. Нечто похожее происходит с шахматистами: мастер может запомнить позицию из 20 фигур, новичок - заметно меньше. Причина, вероятно, в том, что новичок видит 20 различных фигур, а мастер - один или два бруска.

11.2.4. Ошибки

Ошибки всегда сопровождают любое человеческое действие, а значит, при разработке интерфейса пользователя необходимо предусмотреть способ борьбы с ними. Ошибки можно рассматривать как действия, которые приводят к нежелательному результату, если человек, совершивший ошибку, мог принять другое решение, соответствующее ситуации и уровню своей компетентности. Теоретически ошибок можно избежать. Неправильные действия, вызванные ситуацией или недостаточной компетентностью для выполнения работы, нельзя считать ошибкой.

Различают два типа ошибок - промахи и заблуждения. Промах (slip) - это неправильно реализованное верное намерение. Заблуждение (mistake) - правильно выполненное действие на основе неверных предпосылок.

1ромахи и заблужденния легко соотносятся с моделью поведения (рис. 11.3). Ромахи относятся к нижнему, сенсомоторному уровню, а заблуждения - к более сокому уровню, на котором принимаются решения. Пример промаха - опечатка включение не той передачи автомобиля. Заблуждение может произойти на уров-правил - неверное написание слова - или на уровне знаний - использование "-"ьно написанного, но не подходящего по контексту слова. При управлении ав-Мобилем заблуждением является неправильная оценка уклона дороги, которая ве-f к включению несоответствующей ситуации передачи. Интерфейс технической системы должен помогать человеку принимать решения ситуациях, связанных с ошибками. Хорошо организованный интерфейс должен «еньшать число ошибок и их облегчить последствия. Таким образом, борьба ""ибками состоит из двух задач - предупреждение ошибок и их исправление

Предупреждение ошибок (error avoidance) требует, чтобы управляемое оборудо-*Иие тем или иным способом распознавало ошибочную ситуацию или даже ее пред-