前言

本書繫筆者在三項教育部人文社會科學課題研究成果的基礎上，引入筆者的恩師遊旭群教授的早期部分研究成果，經繫統整理、充實和提煉後形成。三項課題分別是教育部人文社會科學青年基金“飛行員動態空間能力加工優勢模型”(09YJCXLX016）、教育部人文社會科學研究規劃基金“飛行員運動空間心理物理映射探究”（14YJA190012)及“飛行場景中復雜運動因果關繫的捕獲研究”(19YJA190009）。本書整體上呈現了有關空間能力與飛行員空間能力的研究，分析了飛行員空間能力形成的認知加工機制。全書共九章。第一章介紹了飛行員心理品質與空間能力、飛行員空間能力與飛行績效、飛行空間定向與飛行安全。第二章介紹了視覺空間能力的概念、分類及研究歷史，以及空間能力的心理測量學、差異心理學、認知心理學與認知神經科學研究。第三章介紹了動態空間能力的內涵、任務開發、任務解決策略、個體差異研究。第四章介紹了視覺空間的認知計算觀，提出了視覺表征計算和動態視覺表征計算行了論述。第五章從認知可塑開始介紹了行為與腦的可塑、視覺空間能力的可塑及其實踐意義。第六章通過對飛行員和普通被行對照結地介紹了飛行員靜態空間能力(static spatialability)可塑研究，分析了飛行員表像旋轉、視覺空間關繫判斷、視覺特征提取加工、視覺表像掃描加工、靜態空間定位任務的可塑特點和計算優勢。第七章通過四個任務，即相對到達時間任務、動態空間表征建構任務、空間定向動態任務、動態定位任務呈現了飛行員動態空間加工優勢，分析了飛行員動態空間表征計算優勢及可塑。第八章提出了一個觀點，即動態空間加工的認知滲透，並探討了飛行員動態空間加工的認知滲透和飛行場景中的認知滲透。第九章介紹了飛行員空間能力專長、專長特征尤其是情境預測特征及飛行員空間能力專長的養成與訓練。本書的特點是從靜態和動態兩個維度對空間能行了分類敘述，在述評現有研究的基礎上突出了飛行員空間能力的認知加工特，提煉出了三個主要觀點：認知計算觀在視覺計算觀和表像表征計算的基礎上，明確提出動態視覺在線計算和動態空間表征計算，用以表達靜態空間能力和動態空間能力的計算本質；認知可塑表達了飛行員空間能力因練習和訓練而展現的發展特，並強調空間任務的質與其可塑密切相關；認知滲透則是為了表達飛行員因訓練而獲得的空間能力專長的認知靈活和適應特點，這尤其表現在動態空間領域。本書明確了飛行員空間認知技能的功能增強是由飛行員的認知經驗、高認知過程、認知策略等帶來的深刻影響，凸顯了飛行訓練與實踐對空間能力提升的作用，強化了“實踐能力”的觀點。空間能力研究博大精深，各個學科的研究視角。有關空間能力的研究內容很多，本書隻是筆者在多年的實證研究基礎上提煉出來的一些看法，在研究範式上也主要是展現將飛行員和普通行對照研究後得到的有關飛行員空間能力優勢加工特征的研究結果，並分析其認知加工特。本書並沒有面面俱到，沒有陳述有關空間智能的所有內容，僅提供一個研究視角以了解空間能力的智能本質，希望能對共同研究空間智能的人工智能、設計、工程等相關領域的科學研究和實踐工作有一定的參考作用，為特殊職業人員的選撥、訓練與管理效率的提升提供有益的思考。本書的出版並非筆者一人之力所能。在此對教育部社會科學司表示衷心感謝！謹向長期教導和鞭策我的恩師遊旭群教授致敬！本書在撰寫過程中綜述了本領域其他學者的研究成果，在此表示感謝。還有幫助筆者整理書稿的王雨瑩、郭森、董超武、孔研、張軍恆、高羽晨熙等碩士研究生，在此一並致謝。最後，要感謝科學出版社孫文影、馮雅萌等編輯為本書的順利出版所付出的辛勤勞動與努力！由於筆者學術有限，本書難免存在不足之處，懇請讀者和同行不吝指正！

晏碧華

2020年2月

第一章 飛行員空間能力與飛行安全空間能力是飛行員認知能力的基本組成部分，是飛行員心理品質模型的重要內容。空間認知是飛行員主要的認知特征。在航空心理學研究領域，視覺空間能力對飛行技能的高預測效度一直受到關注，良好的空間能力不但是飛行員飛行、巡航或者作戰的需要，也使飛行員了心理能量而將其用於其他作業，減少了認知負荷和降低了產生失誤的危險。在多個空間因素中，飛行空間定向和飛行安全的關聯受到廣泛關注，空間定向障礙的克服與訓練也是航空心理學的核心研究主題。本章將論述飛行員心理品質與空間能力、飛行員空間能力與飛行績效、飛行空間定向與飛行安全等內容。第一節 飛行員心理品質與空間能力心理品質是個體認知、情緒、動機、行為、技能、人格等各方面素質的綜合體現（黃希庭，1991）。飛行能力（flight ability）指飛行員能順利完成飛行活動所必需的各種心理品質的有機綜合，其實質就是飛行心理品質。由於飛行活動的特殊，飛行職業對認知能力的要求遠遠高於普通職業。任何能是在活動中表現出來並且是保證該項活動得以順利完成的基本條件。飛行這一特殊的職業客觀上需要飛行員具備良好的注意力、判斷力、決策力、空間定向能力等一繫列心理品質，這些心理品質集中到個人身上所形成的個心理特征繫統就是飛行能力。本書沿用“心理品質”一詞。本節從闡述航空安全中人的因素的重要開始，呈現飛行員心理品質模型與內容、飛行員心理品質中的空間能力、空間能力是飛行員的主要認知特征等內容。一、航空安全中人的因素安全是航空發展的基礎，是航空事業發展的永恆主題，沒有安全作為保障，航空業的發展就無從談起。從某種意義上說，航空的發展史就是一部不斷提高航空器和航空運營安全的歷史，也是一部減少和消滅各類、各層次安全事故的歷史。在當今社會條件下，航空飛行是人們社會生活的重要組成部分，航空安全成為一個影響社會穩定的公共安全概念。航空安全是一項繫統工程，而人是其中*活躍和*關鍵的因素。這裡的人員涉及飛行人員、管理者、空管員以及地面維修與服務人員等，其中，飛行員的作用毋庸置疑。中國工程院院士劉大響曾說過，如果說發動機是飛機的“心髒”，那麼飛行員便是飛機的“靈魂”。隨著航空科學的發展，航空業已經建立起宏大的航空科學技術體繫，建立了基本完備且能滿足各種復雜環境下安全飛行要求的設計與制造標準，並根據千變萬化的實際飛行情況，構建了充分考慮人機繫統特點的使用和操縱規程與方法，飛機本身的可靠逐步增強，造成航空事故的原因從航空器自身技術能制約等因素轉換為人的因素，且兩者此消彼長，在事故與空難中，人的因素的占比呈現出明顯升高的趨勢。在世界航空，人因失誤（human error）導致了大量飛行事故的發生。隨著飛機的自動化程度越來越高，飛行工作對飛行員的體能負荷要求逐漸降低，取而代之的是心理負荷逐漸升高，從而導致航空人因失誤的發生概率不斷升高。波音商用飛機集團 1998 年的調查顯示，因機械、電子等設備故障引起的事故率從 20 世紀初的 80%下降到 3%（Boeing，1998）。相反，由飛行員人因失誤導致的飛行事故或事故征候卻在逐年增加，甚至這種人因失誤占到了整個事故成因的60%～80%（Wienger，David，1988；OConnor et al.，2007），更有研究者認為，所有事故追根溯源都是人因失誤（Hunter，2005；Dekker，2007）。因此，對一切與飛行員失誤相聯繫的因行確認和分析，對影響飛行員安全狀況的生理、行為和心理素質狀行科學、準確的測量和評估，使其準確、恰當、充分、可接受地完成其所承擔的績效標準範圍內的工作任務，並成功完成飛行作業就顯得重要。傳統研究重點強化人的因素中個體知識、能力、技能、人格、情緒等的重要，也就是飛行員個體心理品質的重要。在諸多涉及航空事故的空難案例中，事故原因涉及飛行員的決策和判斷能力、情緒控制、情境意識、機組資源管理等多個方面（喬善勛，2018）。例如，在情緒和人格差異上，我們可以區別出成功的飛行員一般具備果斷、積極和沉穩的格，糟糕的飛行員則具有好大喜功、魯莽、精神遲緩等特點。優秀的飛行員不僅需要具備扎實的技術，還需要有良好的心理品質和協同工作能力等。對飛行員的協同工作能力的研究是航空安全文化研究的重要內容（遊旭群等，2008）。在飛行員選撥與訓練，人們雖然設法通過不斷改善和提高飛行員選撥繫統的有效來降低人因失誤的發生率，但研究者對飛行事故的調查和分析結果顯示，個體心理素質的加強及其飛行技術的提高並不是解決航空人因失誤的根本手段。由於受自身先天生理和心理資源的制約，飛行員在飛行駕駛中發生人因失誤在所難免，即無論個體的心理和飛行技術條件如何，飛行員所發生的人因失誤均可被認為是一種正常的生理心理現像。可以將人因失誤發生的根本原因歸結為飛行員自身的心理素質以及企業文化方面的某些不足，尤其是在航線飛行員的人因失誤研究中，航空企業文化因素占據重要的位置（姬鳴，2016）入 20 世紀 80 年代，駕駛艙資源管理（cockpit resources management）概念的提出為人們從團隊角度上克服和避免各種飛行失誤的發生提供了可能。經過 10 年左右的發展，駕駛艙資源管理一步擴展為以交流、協作為基礎的機組資源管理（crew resources management，CRM）。航空安全的維護已從強調個體自身的生理心理素質轉變為以團隊為主要特征的航空安全管理的新模式時代（遊旭群等，2008）。姬鳴（2016結了飛行員人因失誤的心理機制，其中認知機制包括飛行需求的基本認知和空間定向能力，以及情境意識與前瞻記憶等，社會認知機制包括危險態度等的作用，人格機制部分主要闡述了個體的風險容忍、心理控制源和主動型人格的作用，文化因素機制部分主要從航空安全文化角行了論述。姬鳴還對飛行員駕駛艙任務管理中的人因失誤機行了探討，強調了任務優先和任務中斷在其間的作用。可見，影響飛行安全的人的因素是多樣的。為了有效應對人因失誤，姬鳴認為可以從飛行員心理選撥與訓練、機組資源管理，以及航線操作安全檢查等方面加以控制。由人的因素引起的失事和事故尚未得到、深入的解決。關注人的因素的影響，致力於對人的因素的控制，必將對航空安全的提高產生重要的影響。本書將關注飛行員心理品質中的空間能力研究，分析飛行員空間能力形成的認知加工機制。在航空心理學研究領域，視覺空間能力對飛行技能的高預測效度一直受到關注，視覺空間能力是飛行員*主要的認知特征，是飛行員心理品質中的核心要素。空間能力的檢測也是飛行員選撥和篩查的重要內容。本書對飛行員空間能力的分析，一方面有利於深入理解飛行員空間能力的認知加工特，另一方面也可以明確空間能力領域中的哪些因素在何種質、何種程度上與飛行安全有關，為飛行員選撥與飛行訓練及如何通過空間能力的提升來增加飛行安全行為提供科學依據，並一步完善現有飛行員的心理素質、航空安全的提高提供理論支持。二、飛行員心理品質模型飛行職業特點對飛行員的心理結構與品質提出了特定的要求。對飛行員心理品質的研究集中在飛行員選撥領域。飛行員心理選撥源於第一次世界大戰前後，20 世紀 60 年代以後，隨著科學技術的迅速發展，世界各國在飛行員心理選撥的理論與實踐方面均有了新突破和展。是空軍，對心理選撥工作更加重視，一些國家的空軍選撥淘汰率高達 60%，選撥內容、方法也更加科學與實際，心理選撥已成為一個必不可少的選飛條件體來看，國外選撥符合率在 75%左右（傅雙喜，2000）。在內容上，飛行員選撥從一開始即有三個基本的理論要點：智力/纔能、心理運動能力/速度、人格/格。對於智力/纔能，通常通過一組認知能力測驗來評價飛行認知能力。心理運動能力是人類操作活動的基本心理品質，通常通過在儀器上操作完成心理運動能力測試。人格研究經歷了從早期的飛行員特質的描述，到使用人格調查表來預測飛行成績。按照發展的觀點，選撥之初參照的心理品質標準不一定適合一個成熟的飛行員，因此，實際上，除了招飛階段以外，對現役飛行員也應開展心理品質研究，這些研究成果均可為飛行員的心理選撥提供重要的理論依據和參考框架。表 1-1 整理了有關飛行員心理品質特的部分重要研究。表1-1 飛行員的心理品質特可見，心理品質檢測是飛行員選撥和檢測中重要的組成部分，心理品質成為飛行員選撥、淘汰的主要依據。此外，隨著認知心理學的興起，通過分析飛行員在“人 機 環境”繫統中的地位和作用，飛行員選撥強調了飛行員作為繫統監控者的信息加工功能。飛行信息的收集與綜合加工處理的能力被認為是飛行能力的核心。心理選撥方法已經由典型的離散型分項檢查和典型的綜合法（仿真或模擬機選撥）逐漸過渡到兩者相互結合的折中法。因此，在心理品質結構模型的構建上，其內容和檢測方法相應地趨向於少而精，即尋求能對飛行績效有高預測力的核心心理品質因子年來心理選撥的一個研究方向。三、飛行員心理品質內容從上述回顧中已知，飛行員心理品質可以大體分為三部分：基本認知能力/智力，特殊認知能力/心理運動能力，人格（包括認知特征、情緒特征、意志特征等）。基本認知能力和特殊認知能力是指飛行員在完成飛行行信息加工、飛行操作任務的心理條件，可被認為是“硬”心理品質。（一）基本認知能力基本認知能力即*基本的認知能力/智力和信息加工能力，是人們在認知過程中表現出來的綜合能力，指接收、加工、儲存和應用信息的能力，即個體在基本活動中表現出來並能順利完成該項活動所必須具備的心理品質，集中體現了個體潛在的智力因素，包括觀察力、注意力、記憶力、想像力和思維能力等。對於飛行職業，飛行認知能力（flight cognitive ability）是飛行人員維護飛行安全、順利完成飛行任務*為核心的因素，是飛行員生理心理品質以及飛行技術的綜合體現（Hoermann，1998；丹笑穎等，2004）。由於飛行活動的特殊，飛行職業對認知能力的要求遠遠高於普通職業。飛行員面對大量信息，對任何信息的延誤處理都有可能導致決策失誤。隨著飛機自動化程度的逐漸提高，飛行員的心理負荷不斷增加，這將提高對飛行員的記憶、信息加工和邏輯思維等的智能要求。現代航空技術的發展及成套裝備的日趨完善，使得現代飛行器械的穩定和可靠有了顯著提高，同時還使飛行員從傳統的體力型工作方式向認知、監控的方向轉變，短時間內完成對大量信息的綜合加工、做出準確判斷的決策過程已成為現代飛行活動的主要特征，這對飛行員的記憶……

晏碧華 ，四川成都人。心理學博士，陝西師範大學副教授，碩士生導師，研究方向為航空應用認知與航空安全文化。先後主持教育部人文社會科學規劃基金項目3.項，參與國家自然科學基金項目4項、國家社科基金項目3項，同時參與多項省部級課題研究。.在 Attention，Perception，&Psychophysics、 Frontiers in Psychology、《心理學報》、《心理科學》、《航天醫學與醫學工程》等期刊發表論文40餘篇，參編教材5部。曾獲陝西省高等學校人文社會科學研究優秀成果獎。