lab2

Лабораторная работа №2
Исследование процесса обучения оператора
работе на различных типах клавиатур
3.1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Исследование зависимости показателей деятельности оператора в процессе обучения работе на
клавиатурах различного типа и сравнение таких клавиатур.
3.2. КРАТКАЯ ТЕОРИЯ
Краткая теория
Обучение - это целенаправленный процесс воздействия на человека, обеспечивающий
приобретение им необходимых знаний и выработку у него нужных умений и навыков. Знания - это факты,
теоретически усвоенные человеком и выраженные, как правило, в словесной форме. Умение - это
способность человека сознательно решать практические задачи на основе усвоенных знаний и навыков.
Навык - это действие, доведенное до автоматизма в результате многократного повторения, выполняемое
без контроля со стороны внимания. Процесс обучения оператора должен продолжаться до тех пор, пока
обучаемый не выйдет на так называемый стационарный уровень обученности.
Зависимости результатов работы оператора (числа ошибок Мош и времени решения задачи tоп) от
числа циклов (времени) обучения математически, как правило, описываются экспоненциальными
функциями и имеют вид
tоп (n) = Тс + (Тн - Тс) * еxp (-a1*n),
[3.1]
Мош (n) = Мс + (Мн - Мс) * еxp (-a2*n),
[3.2]
где Тс и Мс - соответственно стационарные значения времени решения задачи и числа ошибок; Тн и Мн
- начальные значения этих показателей; a1 и a2 - показатели обучения по быстродействию и
безошибочности выполнения работы.
Из графика экспоненты и формул следует, что основными критериями выхода на стационарный
уровень обученности являются, во-первых, максимально возможные для данных условий результаты
деятельности и, во-вторых, относительная стабильность этих результатов во времени. При этом нужно
иметь в виду, что обычно выход на стационарный уровень обученности по
быстродействию
осуществляется быстрее, чем по безошибочности (a1 > a2). Поэтому число циклов тренировок для
выхода на стационарный уровень по безошибочности, как правило, больше, чем по быстродействию,
т.е. Nст2 > Nст1. Учитывая это условие, можно определить требуемую продолжительность обучения:
Тоб = Nст2 * Т1,
[3.3]
где Т1 - периодичность (продолжительность) отдельных циклов обучения.
К числу основных принципов обучения относятся следующие:
1.
Принцип наглядности. Обучение должно проходить на основе образного представления
учебного материала.
2.
Принцип индивидуального подхода. Обучение должно
строится
с
учетом
индивидуальных особенностей обучаемых и, прежде всего, таких, как уровень развития
психических качеств, характер, жизненный и трудовой опыт, физическое развитие.
3.
Принцип учета условий будущей деятельности. Обучение должно строится с учетом
специфики будущей деятельности.
4.
Принцип систематичности. Обучение проводится
в
последовательности,
обеспечивающей качественное усвоение учебного материала.
Реализация этих принципов должна найти отражение при выборе конкретных методов
обучения. Здесь возможны два пути. В первом случае все необходимые сведения даются обучаемому в
готовом
виде
как инструкция, с которой он должен ознакомиться и запомнить. Инструкции
дополняются готовыми образцами действий (в виде описаний, схем, показа). Такой метод условно
может быть назван методом "образца".
Во втором случае деятельность обучаемых строится таким
образом, что в виде готовых сведений вводят только некоторые принципиальные положения, известные
из прошлого опыта. Опираясь на них, обучаемый под руководством преподавателя сам строит всю
необходимую систему операций, выделяет требуемые характеристики действия и способы контроля с
учетом технологического процесса. Этот метод можно условно назвать проблемно-теоретическим.
Как показывает опыт, проблемно-теоретический метод в большинстве случаев оказывается эффективнее,
чем метод образца. При проблемно-теоретическом методе обеспечивается более глубокое понимание
происходящих событий, появляется возможность правильных действий не только в широком круге
типичных ситуаций, но и в любых маловероятных ситуациях.
Метод образца такое усвоение
гарантирует в меньшей степени. Поэтому его применение целесообразно для обучения лишь тем
профессиям, которые носят шаблонный, заранее строго определенный характер.
В настоящей работе исследуется процесс обучения оператора в том случае, когда преподнесение
учебного материала осуществляется по методу "образца". В этом случае информация о всех необходимых
действиях дается оператору заранее в виде инструкции.
Важное значение при изучении и исследовании деятельности оператора имеет
определение
продолжительности процесса обучения. Как уже показывалось, критерием выхода на стационарный
уровень обученности являются минимальное значение и стабилизация числа ошибок и времени решения
задачи оператором.
СТАЦИОНАРНЫЙ УРОВЕНЬ ОБУЧЕННОСТИ ХАРАКТЕРИЗУЕТСЯ:
1. Минимально возможным уровнем допускаемых ошибок.
2. Временем выполнения работы
3. Относительной стабильностью результатов
N ст





TН  TC
1 
 ln 

a1 
 1
1 


 t 1 p D t  N  N  
1
2



[3.4]
NCT – номер цикла, с которого оператор выходит на
стационарный уровень
а1 – показатель обучения по быстродействию
ТH – начальное значение времени решения задачи
ТC – стационарное значение времени решения задачи
Dt – дисперсия времени решения задачи оператором
P – уровень значимости
N1, N2 – объем выборки
ПОКАЗАТЕЛЬ ОБУЧЕННОСТИ – характеризует скорость обучения оператора. Чем больше показатель, тем
быстрее происходит обучение. Величина показателя варьируется в пределах 0 – 1.
В качестве объекта обучения оператора в данной работе выбраны различные клавиатуры,
являющиеся
наиболее
распространенными средствами ввода информации (СВИ) в системах
"пользователь-ПЭВМ".
Под СВИ понимается совокупность отдельных органов управления и алгоритмов ввода
необходимой для управления СЧМ информации. Для построения СВИ могут применятся различные
устройства: клавиатура, шариковые регуляторы, световые карандаши, устройства речевого ввода.
Сравнительные характеристики некоторых типов клавиатур приведены в таблице.
Сравнительные характеристики клавиатур
411
3.1
16.4
250х100
250
202
5.9
17.5
2 зоны
35х40
52
Аккордная
механическая
Рабочие
размеры
мм х мм
Площадь
кв.см.
%
ошибок
обучения
Монофункциональная
Время
час.
Клавиатура
Скорость
работы
уд./мин
Таблица (3.1)
Аккордная сенсорная
208
8.0
18
То же
То же
Указательного типа
168
0.4
-
110х50
55
Для ввода цифро-буквенной информации наиболее приспособлены клавиатуры. Именно
они являются в настоящее время самым распространенным типом СВИ.
ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ К КЛАВИАТУРАМ:

органы управления,
входящие в клавиатуру,
должны соответствовать характеру
решаемых оператором задач и его психофизиологическим, биомеханическим характеристикам;

органы управления должны располагаться таким образом, чтобы свести к минимуму
количество и длину управляющих движений, а также время их выполнения;

несмотря на непрерывное усложнение СЧМ и обусловленное этим увеличение длины
алфавита вводимых символов, клавиатура должна быть компактной и умещаться в зоне досягаемости
моторного поля.
Классификация клавиатур.
По способу использования клавиш клавиатуры бывают: монофункциональные и полифункциональные.
По способу ввода информации клавиатуры разделяют на: механического, сенсорного и указательного
типа.
По назначению разделяют клавиатуры для ввода смысловой или формализованной информации.
В зависимости от расположения клавиш: упорядоченный или неупорядоченный ряд, упорядоченная или
неупорядоченная матрица.
Наиболее общим принципом организации клавиатур, как известно, является так называемый
раздельный принцип. В этом случае каждый символ возможного сообщения (реже - два, три) вводится
посредством специальной клавиши. Типичными примерами такого рода организации является
клавиатуры пишущих машинок, терминальных устройств большинства ЭВМ и т.д. Клавиатуры,
организованные в соответствии с этим принципом, называются монофункциональными клавиатурами.
Экспериментальные
данные показывают,
что деятельность человека со сложными
многоклавишными монофункциональными клавиатурами сопряжена со значительными трудностями. Эти
трудности особенно возрастают в том случае, когда накладываются ограничения на время, требуемое
на ввод сообщения. При этом учет характеристик клавиатур, таких, как размер клавиш, их форма,
освещение, требуемое для нажатия усилие и т.д. приводимых в справочных инженерно-психологических
пособиях, дает весьма незначительный эффект. Габариты клавишных панелей при достаточно большом
числе клавиш начинают непосредственно влиять на пропускную способность оператора. В этих
условиях время, затрачиваемое на ввод того или иного символа, зависит как от размещения
соответствующей клавиши, так и от ее размеров. Это время принято определять на основе уравнения
ti = a + b log2 (2Ai/Wi) ,
[3.5]
где i=1,2,...,n; a и b - некоторые постоянные; n - число клавиш.
Это уравнение, которое известно как "закон Фиттса", показывает, что время ввода для i-ой клавиши
прямо пропорционально отношению расстояния движения руки к этой клавише (Ai) к половине
диаметра (ширине) этой клавиши (Wi/2), причем диаметр накладывает ограничение на точность
движения.
Так как Wi обычно примерно одинаково для разных клавиатур,
то ti определяется
амплитудой движения. Из приведенного уравнения следует, что стремление к увеличению длины
сообщения, реализуемого оператором на заданном отрезке времени, непосредственно приводит к
необходимости наиболее компактного размещения клавиш в моторном поле. Это важное инженернопсихологическое требование к организации клавиатур при большой длине используемого алфавита.
В качестве возможного подхода, удовлетворяющего указанному требованию, было предложено
использовать
так
называемые полифункциональные
клавиатуры.
Здесь
предполагается
посредством небольшого числа клавиш путем их возможного комбинирования вводить значительное
число символов. Так, с клавиатуры, составленной из N клавиш, используя, например, двоичную
систему счисления, можно ввести от N символов до два в степени N минус 1 символов. Естественно, что
каждая клавиша в этом случае участвует во вводе нескольких символов.
Исследования по
характеристикам
деятельности
человека с полифункциональными
клавиатурами весьма немногочисленны и не позволяют дать
однозначного
заключения
о
преимуществе полифункциональных клавиатур, а также приемлемых предложений по их организации
и структуре. Для выбора последних необходимо проведение специальных экспериментальных
исследований.
В последнее время все большее применение находит принцип ввода информации, используя
клавиатуры
указательного типа. В этом случае на экран выносятся обозначения наиболее часто
используемых действий в виде "кнопок". С помощью курсора манипулятора "мышь" или светового пера
происходит выбор нужных кнопок управления. Этот принцип ввода информации наиболее
перспективен и позволяет разгрузить моторную деятельность оператора.
3.3 Порядок выполнения работы
В начале задаются:
- количество циклов обучения - 3 - 15,
- количество символов или их комбинаций - 10.
4.3.1. Исследуется монофункциональная клавиатура. Обучаемому предъявляется на экране заданное
количество символов или символьных комбинаций, имеющихся на клавиатуре.
Обучаемый
реагирует последовательным нажатием соответствующих клавиш. Примечания: перед началом
опыта необходимо переключить клавиатуру в английскую раскладку. Не изменять регистр символов,
он устанавливается автоматически!
4.3.2. Исследуется полифункциональная клавиатура. Условия проведения как в опыте 1, но добавлены
русские символы, теперь для правильного ввода необходимо переключать раскладку клавиатуры
перед вводом очередного символа. Таким образом, каждая клавиша теперь несет двойную нагрузку.
Примечание: Не изменять регистр символов, он устанавливается автоматически!
4.3.3. Исследуется клавиатура указательного типа. Условия проведения как в опыте 1, но ввод
символов осуществляется с помощью манипулятора "мышь" следующим образом: курсор-стрелка
устанавливается на
соответствующий
символ
изображенной в нижней части экрана
"клавиатуры" и нажимается левая клавиша "мыши".
Отчет должен содержать:
1. Краткое изложение цели и порядка выполнения работы;
2. Результаты выполнения лабораторной работы.
3. График зависимости быстродействия и количества ошибок от числа циклов обучения;
4. Анализ полученных результатов и выводы по работе.