仿真在脑力工作负荷教学中的应用

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1、仿真在脑力工作负荷教学中的应用　　摘要：鉴于人因工程学实践教学特征，通过分析四类脑力工作负荷测量方法，提出各方法可采用的实践性教学仿真设计模式。学生参与仿真设计教学对培养学习兴趣，提高相关知识认知能力起到积极作用。　　关键词：脑力工作负荷教学仿真　　人类工效学/人因工程学已经成为工业工程相关专业骨干课程。脑力工作负荷讲授的测量方法包括生理测量法、主观评价法、主任务和辅任务测量法，是课程重点和难点之一。比较相关教材发现，由于课程内容抽象、仿真编程困难和资金原因，仿真在教学中的应用还相对贫乏。本文旨在探讨如何将仿真方法应用于教学中，对脑力工作负荷测量内容从仿真设计视角研究课程教学改革。　　一、生

2、理测量法　　生理测量法让学生认识心率、脑电波、血尿汗化学变化等可以作为评判指标。虽然该法所获信息比较客观，但脑力疲劳紧张因素要远比体力疲劳复杂，得到的脑力负荷结果有较大偏差。　　对其开展仿真教学研究与实践，可以通过仪器直接测量听觉Oddball任务、脑事件相关电位（ERP）、心电和呼吸信号等，或者采用随机数发生器方式，采用满足信号频率和时间阈值的随机值。构建类似专家系统的知识库，通过语义网络，给出被调查者评判意见；统筹考虑所有参与者，得出评判指标综合值。　　二、主观评价法　　针对Cooper和Harper（1969）的主观评价法，Reid和Nygren（1988）的主观负荷评估法，Hart和

3、Staveland（1988）的NASA任务负荷指数法，国内外学者进行了大量比较研究和实践探索，在航空和飞机驾驶领域得到广泛应用并获得较大成功。但如果选择研究对象和脑力负荷因素不当，或被测者个体生理心理影响较大，会影响测量结果。　　在该方法教学过程中，虽然优选的学生被调查者（模拟被测试者）没有工作经历，为达到学习效果，可以选择大家熟悉的驾驶类游戏或编程设计模拟飞行驾驶界面。测试窗口还包括操作键说明、设定的变量、选项；以及嵌入的评分系统。仿真在固定环境下分三天同一时间（三次）让学生感知问题，第三次参与仿真后，让学生回答问题，通过内嵌评分系统给出评定。　　三、主任务测量法　　脑力作业时会表现出反

4、应速度、执行效率、精确度、出错率等差异并产生误差，脑力负荷情况可以通过上述指标反应。错误率或执行反应速度评判是比较容易测量的指标，选择其一就构成单指标主任务测量；综合多个指标则形成多指标测量；多指标选择恰当可以稀释测量误差。　　主任务测量仿真教学与主观评价法有类似的界面，不同的是：主任务测量通过模拟操纵仿真界面的运动或活动而自动记录脑力作业各项指标值，进而可以获得被测试者主任务测量结果；后者是在操作仿真界面之后给出问题，让被测试者作答，由系统记录随后给出结果。　　四、辅任务测量法　　在脑力工作负荷较小时，主任务测量指标影响不明显。根据认知资源分配原理，可以通过剩余资源量反应主任务的变化，在不

5、影响主任务情况下采用辅任务测量脑力工作负荷。辅任务选择反应、追踪、监视、记忆、心算、复述和简单反应等。如果辅任务干扰主任务，或二者认知资源无竞争性，辅任务测量脑力负荷会产生较大误差；辅任务和主任务测量可以优势互补，适当使二者综合会得到更准确结果，或综合使用其它方法。　　辅任务仿真界面中有两个窗口，分别完成主任务（如朗读或阅读英语）和辅任务。辅任务有：①心算，完成加减乘除法；②记忆，视觉捕捉数字、中英文短语等，在备择选项中多选一；③复述，听觉捕捉数字、中英文短语等，在备择选项中多选一；④或其它方式。仿真中亦可采用先后连贯辅任务如：监视简单反应选择反应。监视是评判某信号（教学仿真中选择符号或颜色

6、）是否出现，给出是或否选择；简单反应是通过视觉捕捉某信号，如设定红绿信号给出停或走的选择；选择反应包括不定时给出信号或同时给出几个信号多方向运动，由实验者做出选择。　　五、结论　　经济进步使大量体力劳动者向脑力劳动转移，心理和精神压力增加导致脑力劳动负荷越来越大。研究启示如下：　　第一，教学过程中既要阐述脑力工作负荷相关内容，还需提高学生掌握相关知识并强化记忆的能力。　　第二，学生参与到脑力工作负荷测量的仿真建模中，加深了学习兴趣和理解力，也培养了建模意识。　　第三，仿真窗口是人机交互界面，实践中学生参与了控制--显示设计，对该内容教学产生积极影响。　　参考文献　　[1]郭伏，钱省三.人因工

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