Биотехнические системы оценки уровня готовности к совместной работе малых групп операторов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ»

БИОТЕХНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ ОЦЕНКИ УРОВНЯ ГОТОВНОСТИ К СОВМЕСТНОЙ РАБОТЕ МАЛЫХ ГРУПП ОПЕРАТОРОВ

УДК 62.316:454.5

Е.П. Попечителев, К. Н. Болсунов

Рассмотрены структуры биотехнических измерительно-вычислительных систем, предназначенные для проведения индивидуального или группового эксперимента с малой группой специалистов. Эти системы позволяют оценить функциональные возможности каждого члена группы в рамках группового эксперимента, а также уровень взаимопонимания всех членов группы при совместном решении групповых визуальных тестов.

Малая группа, визуальные тесты, биотехнические измерительно-вычислительные системы, полосковый тест, гомеостатические методики.

Введение

В предыдущей работе [1] был рассмотрен класс гомеостатических методик, предназначенный для изучения функциональных характеристик малых групп специалистов, занятых решением общей профессиональной задачи. Все они основаны на формировании визуальных тестовых изображений, которые включают ряд фрагментов с разными управляемыми параметрами. При этом все вместе фрагменты организуют некоторое изображение, содержание которого определяет общую задачу - общий групповой тест, а отдельные его фрагменты образуют задания для каждого члена группы. Задачей группы является приведение общего изображения к некоторому виду - эталонному изображению, которое наблюдают все участники эксперимента на экране коллективного пользования. На том же изображении можно наблюдать вклад каждого участника в общий результат. При формировании общего изображения создаются условия совместной работы за счет применения методик гомеостатического типа, когда действия каждого участника эксперимента влияют на результат действий всех других членов группы.

В качестве тестового изображения рекомендованы так называемые «полосковые символы» - изображения нескольких помещенных друг за другом полос разной ориентации, ширины, высоты и цвета. Такие символы могут отличаться разными степенями свободы, т. е. разным числом параметров, которыми должен управлять каждый член группы. Набор количества полос, их одновременно регулируемых параметров, пространственных положений и исходных размеров позволяет предложить большое число тестовых изображений разной сложности. Тем самым обеспечиваются широкие методические возможности для исследования совместной работы малой группы. Предполагается, что для этих необходимы специальные биотехнические измерительно-вычислительные системы (БТИВС), в которой предусмотрены все необходимые узлы для формирования таких полосковых символов.

В данной статье предложены варианты БТИВС для их реализации.

Структурные схемы БТИВС

индивидуальный групповой эксперимент совместный

А. БТИВС для индивидуальной оценки параметров оператора. Все известные тестовые системы, предназначенные для индивидуального изучения функциональных характеристик человека при визуальном представлении тестового материала, хорошо известны (рис. 1).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Здесь: МВТИ - монитор визуальных тестовых изображений; ТСФИ - технические средства формирования изображений на МВТИ; ПУИсп - пульт испытуемого Исп, с которого он можно передать команды управления параметрами сюжета; МОЭ - монитор организатора экспериментов (ОЭ); ПУОЭ - пульт управления ОЭ; ВК - вычислительный комплекс.

Дополнительно в структуре БТИВС предусмотрен измерительный канал, с помощью которого оценивается текущее состояние Исп. Этот канал включает набор измерительных преобразователей ИП и устройство предварительной обработки сигналов УПО. Вся экспериментальная информация представляется ОЭ на экране СОИ.

В схеме использован также ряд обозначений, отражающих: информационную модель данных эксперимента (ИМ)Э (включает: параметры физиологических процессов (ФП), медико-биологическим показатели (МБП) и параметры поведения (ПП), поступающие с УПО); {FК}ОЭ - множество сигналов по выбору конкретного зрительного теста (они поступают с ПУОЭ), {FК}Исп - множество сигналов Исп по управлению параметрами изображения на МЗТИ. Модель (ИМ)Э отображается для организатора эксперимента на СОИ после обработки всей экспериментальной информации на ВК. Другие обозначения: {U}J - множество сигналов для формирования ИВ; {FИсп}ОЭ - множество суждений у ОЭ о состоянии Исп и рекомендаций по плану эксперимента.

Используя тестовые сюжетные изображения, испытуемый управляет сюжетом через ПУИсп в соответствии с полученным заданием привести исходное изображение к заранее оговоренному виду. Управляющие сигналы с ПУИсп отражают принимаемые в каждый момент времени решения и являются экспериментальными данными, которые раскрывают его функциональное состояние или позволяют оценить ту или иную характеристику [2, 3].

Б. БТИВС для индивидуальной оценки характеристик операторов в групповом эксперименте. При формировании малых групп операторов (МГО) для совместной работы большое значение придается предварительной оценке индивидуальных характеристик каждого кандидата в такой группе. Причины такого отношения к индивидуальным параметрам обусловлены рядом факторов, имеющих, в том числе, и психологическую подоплеку. К ним, в частности, можно отнести такие явления, как процесс усиления доминантных реакций в присутствии других людей. Иногда лишь присутствие публики либо усиливает определенные реакции, если они хорошо усвоены, либо ухудшает результат деятельности человека. Известна также тенденция некоторых людей прилагать меньше усилий в том случае, когда они объединяют свои действия ради достижения общей цели, чем в случае индивидуального выполнения задания.

Перечисленные проблемы обусловливают высокую значимость технологий, позволяющих учитывать не столько потенциальные возможности каждого члена группы, сколько его реальные характеристики, которые могут проявить себя в ходе выполнения работы. Структура комплекса для изучения индивидуальных характеристик участников в групповом эксперименте приведена на рис. 2.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Основные отличия этой структуры от представленной на рисунке 1 касаются включения нескольких операторов О1?ОN, каждый из которых имеет индивидуальный пульт управления (пульты ПУ1-N) сюжетом тестового изображения, представляемого на экране коллективного пользования, который служит монитором визуальных тестовых изображений (МВТИ). Сигналы от всех пультов поступают на вычислительный комплекс (ВК), где обрабатываются, а результат передается на монитор организатора эксперимента МОЭ. Сам ОЭ с помощью пульта управления (ПУОЭ), вычислительного комплекса (ВК) и блока формирования тестового изображения (БФТИ) задает параметры теста. Таким образом, на МОЭ отображается сам тест и результат выполнения теста каждым участником.

Кроме того, в структуру комплекса может быть включен ряд дополнительных устройств, например, ТСПИi i=1?N, где N - число операторов, - технические средства преобразования информационных воздействий (могут использоваться, в случае необходимости применения специфических тестовых изображений, например, при исследовании параметров бинокулярного зрения в качестве такого средства выступает устройство сепарации стереопары).

На рис. 2 включены информационные модели: {ИВ} - информационное воздействие, оказываемое на человека-оператора; {FK}i -команды операторов, поступающие через ВК на БФТИ и на МОЭ; {ИМ} - информационная модель всего эксперимента, наблюдаемая его организатором ОЭ; {FK}ОЭ - команды организатора по управлению тестами и исследуемыми параметрами; {U}J - множество управляющих сигналов, используемых для формирования тестовых изображений с определением индивидуальных заданий; {FK}I i=1?N, - команды от N операторов в ВК.

Однако основные проблемы выполнения исследований индивидуальных параметров членов МГО в групповом эксперименте связаны не только с обоснованием структуры БТИВС, но и с особенностями самого тестов, т.е. с выбором структуры тестовых изображений. Так как все операторы одновременно выполняют тесты, необходимо выбирать такие изображения и приемы фиксации результатов испытаний для каждого оператора, при выполнении которых они не будут мешать друг другу. Множество известных тестов, разработанных на сегодняшний день, позволяют легко выбрать подходящие для изучения важных параметров: исследование зрительного анализатора, изучение психологических особенностей, оценка уровня владения навыками работы и др. Исследования, проводимые таким образом, позволяют получить целый ряд полезных результатов, способствующих раскрытию общих закономерностей групповой деятельности операторов.

Изучение личности с помощью опросников и других методов самооценок, благодаря простоте инструментальных конструкций и легкости получения информации, занимает центральное место в личностных исследованиях. Такие тесты легко формировать на экране мониторов, однако, известно, что данные, полученные таким способом, довольно сильной степени подвержены действию искажений. Но в настоящее время широкое применение получили так называемые, методики объективного тестирования с контролируемой экспериментальной ситуацией [4]. Результаты, получаемые по таким методикам, отражают радикально новый подход к исследованию личности на основе объективного измерения поведения испытуемого без обращения к самооценкам или оценкам экспертов. В основе методов объективного тестирования лежит принцип конструирования специальных микроситуаций, способствующих проявлению основных свойств личности. Объективизация результатов достигается разработкой строго формализованных процедур получения тестовых оценок, что позволяет получать одинаковые результаты всеми психологами независимо от их симпатий и уровня мастерства.

Перспективной формой организации объективных тестовых систем, позволяющих оценивать характеристики личности, может служить компьютерная игра, построенная на принципе рефлексии, т.е. с предоставлением возможности управления со стороны человека предметом деятельности на основе приобретаемого опыта и воображения без непосредственных информационных контактов с самим предметом. Рефлексивное управление способствует уравновешиванию сенсорных потоков, воздействующих на человека и вызывающих ответные реакции, и непрерывному гармоническому саморазвитию здорового человека.

Автоматизированные системы, использующие различные тестовые изображения, реакция на которые со стороны испытуемого дает информацию об изучаемых свойствах его личности, также относятся к классу биотехнических измерительно-вычислительных систем с тестовыми воздействиями (БТИВС ТВ) [2, 3]. Выбор изображения обычно осуществляется с учетом изучаемого личностного свойства и возраста испытуемого, владения им навыками работы с изображением, условиями труда и другими факторами.

Одним из наиболее простых тестовых исследований является изучение сенсомоторных реакций человека [5]. В качестве тестовых стимулов обычно используют хорошо зарекомендовавшие себя на практике стимулы трех модальностей: зрительные, тактильные и слуховые. Анализ возможных вариантов показал, что все три модальности являются достаточно адекватными для оценки состояния нервной системы человека. При этом они не заменяют друг друга, а дополняют оценку состояния, характеризуя его с разных сторон.

В качестве примера, характеризующего особенности формирования тестовых изображений для оценки индивидуальных параметров в групповом эксперименте, рассмотрим тестовые изображения, используемые для изучения характеристик зрения, в частности для оценки порогов цветоразличения. Параметры цветового восприятия часто являются профессионально значимыми для определения способности испытуемого к работе со зрительными нагрузками [5, 6].

Для оценки этой характеристики зрения необходимо сформировать цветное тестовое изображение J2, одновременно предъявляемое всей группе. При этом должно задаваться изменение параметра цвета изображения хТ относительно эталона хЭ на величину х в диапазоне от подпорогового до надпорогового зрительного восприятия и фиксироваться момент времени различения тестовых элементов относительно эталона. Эта технология соответствует методу измерений “сравнение с эталонном”, который широко используется в метрологии. Для фиксации момента различия цвета или отсутствия различий достаточно использовать нажатие одной клавиши. Оказывается, что такая простая тестовая реакция позволяет проводить исследования ряда параметров цветового восприятия в групповом эксперименте. Порог цветоразличения (ПЦР) - это минимальное изменение цветности двух объектов, при котором они различимы наблюдателем. ПЦР определяется в порогах цветоразличения Мак-Адама или шкале MPCD.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Так как информативным признаком изображения является цветность, для оценки этой характеристики зрения в групповом эксперименте необходимо синтезировать изображение J2, состоящее из цветного однородного фона (эталона) с заданными параметрами цвета и тест-объектов, близких к используемым по профилю операторской деятельности. Тест-объекты последовательно предъявляются в различных местах экрана, их цветность будут дискретно (с учетом инерционности зрительно-моторной реакции человека) изменяться относительно эталона на известную величину цветовых различий (рис. 3.1, а), а каждый оператор фиксирует факт различения им тест-объектов.

Обозначим через CЭ - цвет фона. Он задается своими цветовыми координатами R, G, B или яркостями свечения люминофоров основных цветов LRЭ, LGЭ, LBЭ:

CЭ = RЭr + GЭg + BЭb = LRЭ/ L[R] r + LGЭ/ L[G] g + LBЭ/ L[B] b

где r, g, b - орты цветового пространства;

L[R], L[G], L[B] - единичные количества свечения люминофоров основных цветов.

В дальнейшем для удобства записи допустим, что

L[R] = L[G] = L[B] = 1.

При использовании электрооптического преобразователя с линейной характеристикой преобразования “сигнал-свет” яркости свечения люминофоров LRЭ, LGЭ, LBЭ задаются с помощью цветовых сигналов изображения красного URЭ, зеленого UGЭ, и синего цветов UBЭ:

LIЭ = S UIЭ, I = R, G, B,

где S - коэффициент (крутизна) преобразования сигнал-свет.

Выразим цвет тестовых объектов через сигналы изображения:

CТ = RТr + GТg + BТb = S (URT r + UGT g + UBT b) /

Для оценки ПЦР стандартного колориметрического наблюдателя необходимо, чтобы угловые размеры тест-объектов были не менее 4 угловым градусов [ ].

Для оценки порогов цветового зрения, необходимо, чтобы цветность тест-объектов, характеризуемая координатами цветности rТ и gТ, функционально изменялась относительно эталонного фона с координатами rЭ и gЭ (Рис. 2.1, б), а модули цвета эталона и тест-объектов MТ оставались неизменными и равными MЭ = MТ = const:

MЭ = RЭ + GЭ + BЭ = S (URЭ + UGЭ + UBЭ);

MТ = RТ + GТ + BТ = S (URТ + UGТ + UBТ).

Различия в цветности СR между эталоном и тест-объектами можно определить следующим образом:

CR = [(rЭ - rТ)2 + (gЭ - gТ)2] = [(U2R + U2G)/ M2Э ]1/2

где UR = URЭ - URT; UG = UGЭ - UGT, rЭ = URЭ /МЭ, gЭ = UGЭ /МЭ, rТ = URТ /МТ, gТ = UGТ /МТ - координаты цветности соответственно эталона и тест-объекта.

Выполнение условий тестового задания (различение тест-объектов на эталонном фоне) у различных операторов будет иметь место при различных цветностях тест-объектов, для чего необходимо функционально изменять их цветность.

Пусть URТ(t), UGТ(t) и UBТ(t) - изменяющиеся во времени цветовые сигнала тест-объектов, ПCR - средне выборочное значение порога цветоразличения (корректнее назвать порог различения цветности), полученное по результатам статистических исследований.

Вероятность обнаружения цветовых различий можно описать соотношением:

Р(СR) = (22СR)-1/2 exp {- (СR - ПCR)2/2СR} СR d(СR),

где СR - дисперсия порога цветоразличения.

При уменьшении цветовых различий до уровня порога СR ПCR вероятность обнаружения Р(СR ) 0,5.

Из этих соотношений видно, что ПЦР можно определить по цветовыми сигналам изображения путем многократного тестирования испытуемого на различение тест-объектов с заданными цветовыми различиями и выявления зоны цветности, в пределах которой обеспечивается заданная вероятность обнаружения тест-объектов. А одновременное наблюдение тестового изображения не мешает фиксировать особенности восприятия цветных деталей каждого испытуемого по моменту его реакции - нажатия управляющей клавиши.

Для оптимизации поиска пороговых значений изменение сигналов изображения необходимо осуществлять по следующей технологии:

1. Задать координаты цветности фона rЭ и gЭ и уровень яркости изображения (модуль цвета МЭ ).

2. Вычислить значения цветовых сигналов эталона:

URЭ = rЭ МЭ ; UGЭ = gЭ МЭ; UВЭ = bЭ МЭ = (1 - rЭ - gЭ) МЭ.

3. Задать величину шага изменения цветовых различий ПCR, исходя из требуемой точности результатов исследований и продолжительности исследований.

4. Вычислить значения цветовых сигналов тест-объектов:

URТ = rЭ МЭ + R; UGТ = gЭ МЭ + G;

UВТ = bЭ МЭ + B;2 = 2R + 2G + 2B.

Величина определяет на диаграмме цветности концентрические окружности вокруг цветности эталона Сr(rЭ, gЭ). Линейное изменение этого параметра во времени = (t) опишет траекторию приращения цветности в виде спирали Архимеда, что целесообразно использовать для оперативной оценки ПЦР у группы операторов.

Задание параметров цвета фона и закона приращения цветности тест-объектов позволяет однозначно оценить ПЦР испытуемых по значениям цветовых сигналов изображения.

С помощью рассмотренных методов можно изучать и другие характеристики членов группы, а также особенности деятельности и поведения конкретного человека в составе разных групп. Это позволяет получить полную информацию об его индивидуальных профессиональных навыках более достоверным и простым способом, чем это можно было бы сделать, ограничившись лишь его индивидуальным изучением. Кроме того, на основании анализа индивидуальных параметров, полученных в групповом эксперименте, могут быть решены и другие задачи организации совместной деятельности операторов малых групп. Например, оптимальное пространственное расположение членов коллектива друг относительно друга, оптимальный подбор групп для задач выполнения какой-либо производственной деятельности, обучения, лечения, реабилитации и т. п. Относительно несложные изменения приведенной структуры позволяют приспособить ее для изучения индивидуальных характеристик всех членов малой группы.

В. БТИВС для исследования совместной деятельности малой группы операторов.

Небольшие изменения функционального назначения некоторых элементов системы и включение ряда дополнительных узлов по сравнению с представленными выше структурами БТИВС позволяют предложить БТИВС для проведения групповых экспериментов (рис. 4).

Основое отличие этой структуры касается блока сопряжения команд (БС), который подключает к ВК управляющие сигналы разных операторов. Каждый оператор, решая свою частную задачу, влияет на ход работы остальных членов коллектива в соответствии с выбранной гомеостатической методикой. Блок сопряжения команд является лишь передаточным звеном между каждым оператором и вычислительным комплексом, не вносящим никаких модификаций в создаваемый информационный поток.

В качестве МВТИ используется индикатор коллективного пользования, на котором каждый О видит общий и свой результаты, а также изображение общего задания, на котором выделены частные задания для каждого члена группы. Используя свой пульт управления, любой оператор может повлиять на общий результат решения теста. Каждое его управляющее движение изменяет его частное задание, но общий полосковый символ [1], используемый в данной реализации группового теста, автоматически изменяет размеры всех остальных полос. Таким образом создается взаимовлияние действий всех операторов. Блок ТСПИ в данном варианте теста должен быть общим; с его помощью легко модифицировать решаемую тестовую задачу на уровне ее восприятия.

Легко убедиться, что все структуры систем, представленные на рис.1 ,2 и 3, могут быть совмещены в одну для проведения всей совокупности рассмотренных исследований.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Принципиальной проблемой, которая не позволяет проведение широких исследований групповой деятельности, является проблема обработки результатов исследований и определение параметров, характеризующих работу группы в целом. Оценивать такие показатели нужно по результатам измерений, в качестве которых выступают управляющие действия Оп. Их регистрация не представляет трудностей, сложнее получить показатели работы всей группы, однако известны управляющие сигналы, которые использованы для формирования эталонной части изображения-теста. В конечном счете, именно эти напряжения должны быть установлены всеми операторами, чтобы было выполнено тестовое задание. Таким образом, основным показателем работы группы может быть точка в N-мерном сигнальном пространстве управляющих напряжений, а отклонение этой точки от точки, характеризующей эталонную часть задания, является показателем выполнения задания (пример такого отображения приведен в [ ]). Теперь можно следить за траекторией перемещения рабочей точки, измерять величину ее отклонения от эталонной, оценивать разброс рабочих точек, диаметр площади их расположения и тому подобные характеристики, которые и дают основную информацию для расчета показателей совместной работы.

Заключение

Рассмотренные в работе биотехнические измерительно-вычислительные системы характеризуют новое направление в исследовании групповой деятельности малых групп специалистов. Они позволяют не только организовать совместную работу малой группы путем использования визуальных тестовых изображений сложных сюжетов, но и оценивать индивидуальные свойства каждого члена группы до, в процессе и после выполнения экспериментов. Таким образом, данный подход позволяет совместить две основные задачи групповых исследований - организацию совместной работы и учет индивидуальных характеристик членов группы непосредственно в процессе такой работы. Способ организации совместной работы с помощью визуальных изображений предлагает значительное разнообразие конкретных методик по выявлению особенностей самих групп и учету влияния индивидуальных параметров членов группы на общий результат. Дальнейшее развитие этого направления связано с экспериментальной проверкой изложенных идей.

Библиографический список

1. Попечителев Е.П., Болсунов К. Н. Методики организации функциональных исследований малой группы операторов // Известия СПбГЭТУ

2. Попечителев Е.П., Болсунов К.Н. Методики изучения групповой деятельности малых групп специалистов. // В кн. Биотехнические системы в медицине и биологии. СПб.: Политехника. - 2002. - С 110-115.

3. Попечителев Е.П., Ахлаков М.К., Болсунов К.Н. Тестовые системы в медико-биологических исследованиях. / Учебное пособие. СПб ГЭТУ - 2003 80 с.

4. Червинская К.Р., Щелкова О.Ю. Медицинская психодиагностика и инженерия знаний / Под ред. проф. Л.И. Вассермана. / СПб.: Изд-во Ювента; М.: Издательский центр «Академия», 2002.

5. Попечителев Е.П. Методики диагностики и частичной коррекции функционального состояния человека с использованием технологий тренировки и стимуляции его сенсомоторной реакции // Вестник новых медицинских технологий Т.16, № 3, 2009 - стр.203-209

Размещено на Allbest.ur