工程心理学

序言

前言

1  概论

1.1  学科性质

1.1.1  人机器环境系统

1.1.2  研究目的

1.1.3  相关学科

1.2  工程心理学的历史发展

1.2.1  早期研究

1.2.2  学科诞生

1.2.3  学科拓展

1.3  我国的工程心理学

1.3.1  学科建立

1.3.2  学科重建

1.3.3  学科发展

1.4  工程心理学的研究

1.4.1  研究领域

1.4.2  研究特点

参考文献

2  研究方法

2.1  经典的实验研究方法

2.1.1  概述

2.1.2  问卷法、访谈法和观察法

2.1.3  实验法

2.1.4  现场研究和模拟实验

2.2  神经生理方法

2.2.1  概述

2.2.2  眼动追踪技术

2.2.3  心理生理测量技术

2.2.4  脑功能检测技术

2.3  经典的数据处理方法

2.3.1  概述

2.3.2  描述统计

2.3.3  推断统计

2.4  数据模型方法

2.4.1  概述

2.4.2  回归分析

2.4.3  判别分析和聚类分析

2.4.4  因子分析

2.4.5  结构方程模型

参考文献

3  视觉显示界面

3.1  视觉显示

3.2  静态视觉显示界面的研究

3.2.1  文字显示设计的研究

3.2.2  图表显示设计研究

3.2.3  符号标志设计研究

3.3  动态视觉显示界面的研究

3.3.1  表盘仪表信息显示的研究

3.3.2  灯光信号设计的研究

3.3.3  电子显示器信息显示设计的研究

3.3.4  手持移动设备显示的研究

3.3.5  大屏幕显示的研究

3.4  视觉显示编码、突显和兼容性的研究

3.4.1  视觉显示界面中的信息编码问题

3.4.2  视觉信息显示的突显研究

3.4.3  视觉显示和控制兼容性研究

3.5  研究展望

参考文献

4  听觉显示界面

4.1  听觉显示

4.1.1  听觉显示特点

4.1.2  听觉显示器

4.2  语音界面

4.2.1  概述

4.2.2  言语可懂度和自然度的研究

4.2.3  语音界面的研究

4.3  非语音界面

4.3.1  概述

4.3.2  听标和耳标的研究

4.4  听觉告警

4.4.1  概述

4.4.2  听觉告警的研究

4.5  研究展望

参考文献

5  控制交互界面

5.1  传统控制器的交互界面

5.1.1  控制器的识别

5.1.2  控制器的操作

5.2  新型控制的交互界面

5.2.1  语音控制

5.2.2  眼动控制

5.2.3  脑机接口

5.2.4  可穿戴设备交互

5.3  点击增强技术

5.3.1  概述

5.3.2  静态点击增强技术

5.3.3  动态点击增强技术

5.3.4  小结

5.4  研究展望

参考文献

6  人计算机交互

6.1  菜单、命令和对话等界面

6.1.1  菜单界面

6.1.2  命令和填空界面

6.1.3  对话和直接操作界面

6.2  协同工作、虚拟和网络等界面

6.2.1  协同工作界面

6.2.2  虚拟界面

6.2.3  网络界面

6.3  自适应用户界面

6.3.1  概述

6.3.2  自适应交互研究

6.3.3  问题和展望

6.4  键盘等硬件的交互设计

6.4.1  键盘的交互设计

6.4.2  指点设备的交互设计

6.5  手机使用行为与心理特征

6.5.1  概述

6.5.2  研究状况

6.5.3  小结

6.6  研究展望

参考文献

7  环境

7.1  一般环境属性及其影响

7.1.1  光环境

7.1.2  声环境

7.2  特殊环境及其影响

7.2.1  航天失重环境

7.2.2  高原低氧环境

7.3  情境意识

7.3.1  情境意识的内涵

7.3.2  测量方法

7.3.3  研究现状

7.4  研究展望

7.4.1  环境研究

7.4.2  情境意识研究

参考文献

8  工作负荷

8.1  生理负荷

8.1.1  生理负荷概述

8.1.2  影响生理负荷的因素

8.1.3  生理负荷测量

8.2  心理负荷

8.2.1  心理负荷概述

8.2.2  影响心理负荷的因素

8.2.3  心理负荷测量

8.3  应激

8.3.1  应激概念

8.3.2  应激影响

8.3.3  应激源

8.3.4  影响应激的因素

8.3.5  应激的测量方法

8.4  研究展望

参考文献

9  安全与事故预防

9.1  事故原因

9.1.1  概述

9.1.2  人的特性

9.1.3  物的影响

9.1.4  环境的制约

9.2  事故理论

9.2.1  概述

9.2.2  典型事故理论

9.2.3  事故模型

9.2.4  我国事故理论研究

9.3  事故预防

9.3.1  概述

9.3.2  危险识别与控制

9.3.3  安全防护装置设计

9.3.4  安全培训与管理

9.4  研究展望

参考文献

10  产品可用性和用户体验

10.1  可用性和用户体验

10.1.1  可用性及其研究

10.1.2  用户体验及其相关理论

10.2  可用性和用户体验的度量

10.2.1  概述

10.2.2  度量维度

10.2.3  各种度量的整合

10.3  评价度量体系

10.3.1  定性的可用性度量评价体系

10.3.2  定量的可用性度量评价体系

10.4  研究展望

参考文献

工程心理学是一门采用心理学及其相关学科的科学研究方法，通过对人机环系统中人、机器和环境界面的研究，实现界面优化，从而提高工作、学习绩效，创造舒适环境，防止事故发生的学科。在美国，工程心理学通常称为人的因素（human factors）。在欧洲，工程心理学则被称为工效学（ergonomics）。
本章主要论述的是工程心理学的基本概念、研究目的及其发展的历史和主要研究领域、特点。本章中，首先论述了人、机器、环境等基本概念，工程心理学的研究目的，及其和工程心理学相关的其它学科；然后概述工程心理学的发展历程，特别是介绍了我国工程心理学研究的发展历程，后主要介绍工程心理学研究领域、及其特点。

1.1学科性质
工程心理学的研究都是围绕着人、机器和环境系统进行的。作为一门学科，工程心理学的研究目的和其它学科有明显的不同，但是，工程心理学和心理学等其它学科有着密切的联系。这节中，我们将首先介绍人机器环境的一些基本概念，然后，讨论工程心理学的研究目的，后介绍工程心理学和其它学科关系。
1.1.1 人机器环境系统
人机器环境系统
人机器环境系统是由彼此相互作用的人、机器和环境三个要素组成的系统（以下简称，人机环系统）。其中，“人”泛指在一定环境下使用或者不使用机器的人们，例如，车间里的装配工人、教室里的学生、躺在家里睡觉的孩子等等；“机器”指的是人所使用、控制的一切客观对象，包括榔头、钳子等简单的手工工具，车床、飞机、计算机等复杂的机器，也包括各种文体用具、家具和日常生活用品等；“环境”不仅指物理环境，社会环境，也包括情景意识（situation awareness，简称SA）。物理环境指的是由声、光、空气、温度、振动等物理因素构成的工作场所；社会环境则是指由团体组织、社会舆论、工作气氛、同事关系等组成的社会环境，而情景意识主要指情景意识是指操作者基于环境（系统、环境、设备及其他成员）信息和已有知识形成的动态化心理表征。这个心理表征协助操作者完成个体子目标，以及和其他操作人员共享的整体目标，并在此过程中得到不断的更新。
在人、机器和环境三要素中，人是重要的。这不仅是因为人可以制造、控制机器，也可以选择和创造环境，人、机器和环境三个要素彼此组合可以形成各种属于人机环系统的子系统。工程心理学研究中关注的子系统是人和机器组成的人机系统和人环境系统。操作工人操作机床是人机系统的典型例子，其中操作工人是人，而机床则是机器。其次，工程心理学还关注人环境系统，例如，在高温环境下工作的装配工人，其中，高温环境是系统中的环境部分，而装配工人则是人。人的各种活动通常都是在人、机器、环境三方面因素相互作用下完成的，所以在研究人机系统、和人环境系统等子系统的时候，还应该考虑其它因素的作用。
人机界面
人机环系统中，界面（interface）指的是人、机器和环境三个要素彼此作用的交界面，也称为接口，例如，人的视觉系统和计算机显示屏就构成视觉系统和显示屏界面，通过该界面，可以实现人和计算机的彼此交互。
人、机器和环境三个要素构成的界面有两种基本的类型。一种是与人相关的界面；另一种是与人无关的界面，例如，机器和环境的界面。工程心理学只研究与人相关的人和机器界面（huamn machine interface，简称人机界面，下同）、人和环境界面（human environment interface，简称人环境界面，下同）。
人机界面是人机环系统中人和机器之间的界面，包括人机器硬件界面（简称人硬件界面，下同）和人机器软件界面（简称人软件界面）两种基本类型。
人硬件界面中，硬件指的是人所使用的一切具有物理形态的机器总称，例如，各种车床、工具、劳动防护、日常生活、文娱用品和衣着服饰等等。人手握铁锹进行劳动，手和铁锹之间构成了手和铁锹的界面；人搜索计算机屏幕上的特定字符，人的视觉系统和字符之间构成了视觉系统和字符的界面。
人软件界面中，软件指的是程序、方法、规则、守则、手册和管理制度等不同形式的软件，例如，计算机的程序、操作规则等等。人操作计算机程序，人和程序之间就构成了人和程序之间的软件界面。人遵循一定的操作规则，人和操作规则之间就形成了人和规则软件界面。
人环境界面
人不论是工作学习，还是休闲，总是处在一定的环境之中。人和环境组成的界面就是人环境界面。
人物理环境界面指的是人和声音、光线、气温、振动、个人空间等物理环境构成的界面。我们平时工作的办公室或车间、日常生活的家庭居住环境、学习的教室环境等各种物理环境都和在这些环境中工作、居住学习的人构成了人物理环境。
除了人物理界面，在环境中人的工作、学习和生活还受到社会因素，和情景因素的影响。
可见，工程心理学的研究对象具体的就是指人机环系统中的人机界面和人环境界面。
1.1.2研究目的
工程心理学是心理学科中的一门应用性学科，其研究目的和研究途径和其它的学科有着明显的不同。
人的各种活动是在人机环系统中进行的。有不少学科的研究和人机环系统相关，例如，心理学、教育学把人作为研究对象，各种工业工程学科和环境学科则分别把“机器”和“环境”作为研究对象。这些学科的研究在一定程度上都可以提高人的工作学习绩效和舒适度，创造高效、舒适的环境，防止错误和事故发生。例如，心理学、教育学通过对人的素质培养，可以提高人的工作学习绩效。环境学科通过对环境的研究，可以创造更为舒适的环境。各类工业工程学科可以通过新材料、新工具、新设备的发明制造，新型劳保装置的使用来改进工作绩效，防止错误和事故发生。但是，工程心理学和上述这些学科有两点明显的不同：
l 工程心理学研究的对象是人机界面和人环境界面，不是具体的“人”，或者“机器”或者“环境”；
l 工程心理学通过研究人机界面和人环境界面及其相关的产品设计，使得这些和人相关的设计能够符合机器操作者和产品使用者的心理、行为和生理的特点和规律，从而实现提高绩效和舒适度，创造高效、舒适环境、防止错误和事故发生的目的。
可见，工程心理学是采用心理学及其相关学科的科学方法，通过研究人机环系统中的人机界面和人环境界面，使得和人相关的界面设计及其和界面设计相关的产品设计能够符合机器操作者和产品使用者的心理、行为和生理的特点和规律，从而提高学习、工作和使用的绩效和舒适程度，降低工作负荷，创造有利于学习、工作和使用绩效和舒适的环境，防止错误和事故发生。
归纳起来，工程心理学研究的目的有以下五个方面： 
l 提高学习、工作的绩效；
l 增加学习、工作的舒适；
l 降低学习、工作的负荷；
l 创造有利于学习、工作的环境；
l 防止错误和事故发生。
这些研究目的和其它学科虽有重叠，但是工程心理学的研究途径或者说着眼点和其它学科是完全不同的。工程心理学是通过研究人机环系统中的人机界面和人环境界面，和界面设计相关的产品设计问题，来实现其研究的目的。工程心理学要求这些界面及其和这些界面人相关的设计问题能够符合系统操作者和产品使用者的心理、行为和生理特征的规律和特点。   
1.1.3相关学科
工程心理学是一门多学科交叉重叠的科学。它和相关的学科有着基础性、重叠性、互补性和衍生性四种不同的关系。
基础性学科
心理学科、生理学科、人体测量学和统计学科是工程心理学的基础性学科。这四个学科构建了工程心理学的学科基础。
心理学（戴维.迈尔斯，2013）是对人的心理特点和规律进行研究的学科。正是根据心理学，特别是认知心理学对人的研究成果，工程心理学可以从人的心理特点出发对界面进行研究，从而优化界面。例如，计算机软件界面的设计，需要考虑的是人的知觉特点、记忆特点和思维特点。工程心理学研究的基本思路和模式都是借鉴心理学研究。可以简单地说，工程心理学是心理学在界面研究上的具体应用。
生理学（王庭槐，2015）对于人的生理特点和规律的研究无疑也有助于工程心理学中对界面的研究和优化。例如，工作环境中，人的工作姿势确立，就需要从人体生物力学、能量消耗、基础代谢、肌肉疲劳和易受损伤性等各个方面进行分析和比较。
人体测量学（席焕久，2010）也是工程心理学不可缺少的基础。人体测量学中，静态结构性和动态功能性人体测量数据是人机界面设计的重要依据。
统计学科是工程心理学研究的一个基础性学科。实验数据的分析和处理都需要借助于专门的统计学知识。
统计学科（贾俊平，2014）是工程心理学研究的一个基础性学科。实验数据的分析和处理都需要借助于专门的统计学知识。
重叠性学科
工程心理学和人类工效学（黄河，2016）、人机工程学（达尔，2010）以及人机环系统工程（吴青，2009）等学科在研究内容上有许多重叠。有学者认为，人类工效学、人机工程学和人机环系统工程是工程心理学的别称（朱祖祥，2003）。
2016年4月9日至10日的首届人因工程高峰论坛的特邀发言中，中国载人工程副总设计师陈善广人因工程学（human factors engineering）的概念、发展及其在第四次工业革命中的地位和作用做了精彩的发言。他认为：人因工程学在理论和方法上具有系统性的特性，在具体的应用上强调设计的具体应用，在研究目标上突出目标协调一致性，即系统性能（system performance）和人员状态（well-being）的化。陈善广研究员所说的人因工程学和工程心理学的研究有许多相似之处。
另外，工业工程（industrial engineering，IE）（易树平和郭伏，2013）等学科和工程心理学研究内容也有部分是重叠的。例如，动作与时间研究是工业工程体系中重要的基础技术，同时也是工程心理学重要的研究内容之一。工程心理学通过对作业程序和操作行为进行分析和改进，并对作业活动需要的时间进行测量和标准化，从而提高人机系统的整体绩效。
互补性学