Эргономика иммерсивных сред: методология, теория, практика

Размещено на http://www.allbest.ru/

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

Специальность: 19.00.03 - Психология труда, инженерная

психология, эргономика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени

доктора психологических наук

Эргономика иммерсивных сред: методология, теория, практика

Сергеев Сергей Фёдорович

Санкт-Петербург

2010



Работа выполнена на кафедре эргономики и инженерной психологии факультета психологии Санкт-Петербургского государственного университета.

Официальные оппоненты - доктор психологических наук, профессор Стрелков Юрий Константинович

доктор психологических наук, профессор Губин Владимир Алексеевич

доктор психологических наук, профессор Грачёв Александр Алексеевич

Ведущая организация -Учреждение Российской Академии наук Институт психологии РАН

Защита состоится 2010 года на заседании совета Д 212.232.02 по защите докторских и кандидатских диссертаций при Санкт-Петербургском государственном университете по адресу: 199034, Санкт-Петербург, набережная Макарова, д. 6, факультет психологии, ауд. 227.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке им. М. Горького при Санкт-Петербургском государственном университете по адресу: Санкт-Петербург, Университетская набережная, д. 7/9.

Учёный секретарь диссертационного совета, кандидат психологических наук, доцент Е. С. Старченкова



ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования определяется непрерывно возрастающим интересом со стороны практики к проблеме эргономического обеспечения проектирования и эксплуатации эффективных систем профессиональной подготовки специалистов к деятельности в сложных технических средах (В. А. Бодров, Г. Л. Коротеев, В. М. Лискин, В. А. Пономаренко); к проектированию сложных технических систем (В. Г. Евграфов, В. М. Львов, П. И. Падерно, П. Я. Шлаен); к эргономическому проектированию новых форм интерфейсов технических систем, обеспечивающих эффективное включение операторов в естественные и искусственные профессиональные среды (Ю. А. Голиков, Л. Г. Дикая, А. Н. Костин, А. А. Крылов).

Важную роль в активизации данного направления играют прогресс в компьютерном моделировании полимодальных сред и внедрение технологий виртуальной реальности и искусственного интеллекта в системы человеко-машинного интерфейса современных эргатических систем.

В настоящее время наблюдается всплеск интереса к компьютерным интерфейсам и исследованиям влияния средового контента на эффективность деятельности операторов. Системы интерфейса, отражающие нетривиальное поведение управляемых технических систем, становятся массовыми средовыми технологиями, пронизывающими все стороны жизни человека. Можно говорить о возникновении техногенной среды, наделённой свойствами искусственного интеллекта, в которую погружается человек при выполнении учебной и профессиональной деятельности. Отметим появление новых технологий, включающих виртуальную реальность как средство погружения человека в особые условия жизнедеятельности. Технологический прорыв в области создания миниатюрных средств визуализации, программного обеспечения для проектирования 3D-объектов и сред позволяет создавать с любым содержанием искусственные среды, не отличимые по своему воздействию на органы чувств человека от физической реальности. На фоне этих достижений инженерно-психологическая и эргономическая компоненты организации эффективных эргатических систем и сред, базирующиеся на традиционной методологии, выглядят явно недостаточными.

Состояние и степень разработанности проблемы

Несмотря на накопленный к настоящему времени в проектных организациях технологический опыт проектирования систем «человек-машина-искусственная среда», следует признать, что многие методологические, теоретические и практические аспекты этой фундаментальной проблемы остаются неясными. В частности, обращает на себя внимание неоднозначность рассмотрения вопроса о проектировании учебной и профессиональной деятельности человека и средств её обеспечения в сложных иммерсивных (погружающих) технических средах эргатических систем и систем, наделённых искусственным интеллектом. Решение этого вопроса требует анализа:

- механизмов порождения в психике человека феноменов «знание», «обучающая среда», «профессиональная среда», «присутствие», «погружение»;

- деятельности человека в погружающих профессиональных и обучающих искусственных средах.

Существующие подходы к среде, описывающие её как часть мира и окружающие условия, не позволяют сформировать модели обучения и профессиональной деятельности, корректно учитывающие особенности работы человека как самоорганизующейся аутопоэтической системы.

Практически не охвачен в рамках единой методологии класс систем, связанных с обучением и профессиональной деятельностью человека в искусственных средах, отличающихся от обычных сред физической реальности.

Классический психолого-педагогический дискурс, оперирующий понятиями «знание», «обучение», «информация» в их традиционном инструменталистском смысле, не позволяет решить задачу формирования методического обеспечения для средоориентированных технологий обучения операторов сложных эргатических комплексов. Преобладающей методологией проектирования обучающих систем с погружением в среду обучения является методология полного физического и функционального подобия среды моделирования среде профессионального опыта. Такой подход к построению систем обучения, вытекающий из классических схем обучающих интеракций, недостаточно эффективен применительно к работе в сложных технических средах. Например, стоимость созданных в рамках традиционных методологических схем тренажёров для авиационной техники достигает десятков миллионов долларов США, а их обучающий эффект часто не выше, чем у самых простых и недорогих устройств.

Классическая методология эргономического обеспечения и проектирования эргатических систем, традиционно разделяющая задачи проектирования технической среды и деятельности в ней человека-оператора, малоэффективна при решении задач, возникающих при создании новых видов с «разумным» поведением технической компоненты эргатических систем, реализующих погружение оператора в искусственные среды обучения и профессиональной деятельности. Требуется более серьёзное внимание к анализу отношений «субъект-объект с разумным поведением», возникающих в сложных видах деятельности.

Неконструктивно при эргономическом обеспечении проектирования новых видов технических систем и классическое физическое понятие «среда», не учитывающее специфику процессов, возникающих и протекающих во внутреннем плане психики оператора во время решения учебной и/или профессиональной задачи. В результате проектировщик сложной эргатической системы не понимает, как связаны с содержанием и свойствами технического компонента разрабатываемой им системы обучающее и профессиональное поведение человека. Алгоритмические модели, традиционно используемые при описании деятельности оператора, некорректны и малопродуктивны при управлении сложными системами, содержащими искусственные динамические среды. Возникающие в них формы отношений оператора с интерфейсом приобретают характер социальных и межличностных управляющих коммуникаций, не подчиняющихся законам формальной логики, положенным в основание алгоритмического подхода.

По настоящее время в эргономике не сформулирован теоретико-методологический базис, позволяющий с единых позиций, в рамках единой междисциплинарной терминологии и единых понятийных схем объединить в процессе эргономического проектирования технологии тематического, технического, организационно-педагогического и психологического проектирования обучающих и профессиональных сред.

Вместе с тем в настоящее время в естественных и общественных науках накоплен большой объём данных, свидетельствующих о специфике работы человека как социобиологического существа, реализующего себя и действующего в обществе как самоорганизующаяся система. Внедрение идей синергетики в эргономику и инженерную психологию позволяет, по нашему мнению, расширить возможности данных дисциплин и, прежде всего в сфере создания сложных технических сред, деятельность в которых требует учёта особенностей динамической организации человека. Можно говорить о возникновении направления исследований зарождающегося комплекса знаний, который уместно назвать синергетической эргономикой. В настоящем исследовании сделана попытка последовательного внедрения идей самоорганизации в процессы проектирования иммерсивных обучающих и профессиональных сред.

Объект исследования: учебная и профессиональная деятельность человека в сложных искусственных средах.

Предмет исследования: обучающие и профессиональные среды; психологические феномены порождения иммерсивных сред; обучение и деятельность человека в естественных и искусственных средах; методология проектирования сложных эргатических комплексов и эргономические факторы, влияющие на обеспечение их эффективности.

Методологические и теоретические основания исследования

Философско-методологический базис исследования основан:

- на философских взглядах постмодернизма и, в частности, концепции радикального конструктивизма и его формах, являющихся современным развитием идей скептицизма, нашедших своё отражение в работах П. Ватцлавика, Э. фон Глазерсфельда, К. Дж. Джерджена, Н. Лумана, С. Шмидта;

- на идеях междисциплинарности, развиваемых в рамках синергетики и связанных с именами И. Пригожина и Г. Хакена.

Философские проблемы постнеклассической парадигмы в России разрабатывались главным образом в трудах В. И. Аршинова, В. Г. Буданова, Б. Б. Кадомцева, А. В. Кезина, Е. Н. Князевой, С. П. Курдюмова, Н. Н. Моисеева, А. П. Назаретяна, В. С. Степина, С. А. Цоколова, Д. С. Чернавского и др.

Естественнонаучные основы конструктивизма развиты в работах Ф. Варелы, У. Матураны, Г. Рота, Ханца фон Фёрстера, К. Х. Уоддингтона, М. Эйгена.

Междисциплинарность в эргономике предполагает взаимосогласованное использование образов, представлений, методов и моделей дисциплин как естественнонаучного, технического, так и социогуманитарного педагогического и психологического профиля при решении задач проектирования и эксплуатации эргатических систем и их элементов. Понятие «среда» является объединяющим понятием, что в свою очередь предполагает существование единой научной картины мира.

В качестве общеметодологических научных оснований теоретической части исследования использованы объединённые в междисциплинарном ракурсе вокруг понятия «среда» основные положения современной теории систем, биологии, физиологии, когнитивной и педагогической психологии, в которых отражено представление о человеке как о самоорганизующейся, аутопоэтической, познавательной системе, действующей в среде своего опыта (Б. Барс, Дж. Брунер, Ф. Варела, Т. П. Зинченко, У. Матурана, У. Найссер, Д. Норман, Г. Сперлинг, A. Трейсман и др.).

Использовались элементы информационного подхода к описанию психических процессов (Л. М. Веккер); системный подход (В. А. Ганзен, Е. С. Кузьмин, Б. Ф. Ломов); теоретические положения социального конструктивизма о социальной природе познания, развитые в трудах Л. С. Выготского; деятельностный подход (А. Н. Леонтьев, С. Л. Рубинштейн, В. В. Давыдов, П. Я. Гальперин, Г. В. Суходольский); теория аутопоэзиса (У. Матурана и Ф. Варела); теория самоорганизации (Г. Хакен) и систем второго порядка (Х. фон Фёрстер); методологические концепции радикального конструктивизма (П. Ватцлавик, Э. фон Глазерсфельд, Ж. Пиаже, Г. Рот, С. А. Цоколов), социального конструктивизма (Л. С. Выготский, Н. Луман, С. Шмидт) и конструкционизма (П. Бергер, К. Джержен, Т. П. Емельянова, Т. Лукман), энективизма (Ф. Варела, Е. Томпсон, Е. Рош, М. Мерло-Понти); коннективизма (С. Доунес, Д. Сименс); теория радикального когнитивизма (В. М. Аллахвердов).

Кроме этого в отдельных интерпретациях использовались положения культурно-исторической психологии Л. С. Выготского, А. Р. Лурия, В. П. Зинченко о культурной опосредованности развития человека.

Базовыми для теоретической части диссертации являются исследования проблем обучения, профессиональных и обучающих сред и организаций, отражённые в работах: Н. В. Бордовской, А. А. Грачёва, В. И. Гинецинского, В. А. Губина, В. М. Дрофы, С. Д. Дерябо, Н. А. Кондратовой, Н. В. Кузьминой, Ю. С. Мануйлова, В. Л. Марищука, В. Н. Машкова, Л. И. Новиковой, В. И. Панова, В. В. Рубцова, В. А. Сластенина, Н. Л. Селивановой, В. И. Слободчикова, В. А. Толочека, А. А. Хачатурова, Е. А. Ходыревой, М. А. Холодной, И. Г. Шендрик, В. А. Якунина, В. А. Ясвина и др.

Эргономическая и инженерно-психологическая интерпретация результатов теоретических исследований, полученных в работе, проводилась с использованием методологии и практики эргономического и инженерно-психологического подходов к обеспечению задач создания и эксплуатации обучающих и профессиональных человеко-машинных систем, отражённых в работах В. А. Бодрова, А. И. Галактионова, Ю. А. Голикова, Л. Г. Дикой, Ю. М. Забродина, Г. М. Зараковского, В. П. Зинченко, Т. П. Зинченко, А. Н. Костина, А. А. Крылова, В. М. Львова, Б. Ф. Ломова, Г. С. Никифорова, А. А. Обознова, Ю. К. Стрелкова, А. А. Фрумкина, П. Я. Шлаена.

Практическая часть исследования опирается на работы в области эргономического обеспечения проектирования тренажёров для подготовки операторов систем управления динамическими объектами (В. А. Бодров, Ю. А. Голиков, Г. А. Гоманчук, Н. Д. Гордеева, Г. Н. Горбунова, Л. Г. Дикая, В. Г. Евграфов, В. Г. Зазыкин, Т. П. Зинченко, Г. Л. Коротеев, А. Н. Костин, Н. М. Лебедева, В. М. Лискин, Л. В. Куликов, А. И. Нафтульев, П. И. Падерно, К. К. Платонов, Л. И. Рябинкина, Б. В. Овчинников, Ю. И. Филимоненко, А. П. Чернышев) и систем искусственного интеллекта для самолётов 5-го поколения (Б. Е. Федунов, Р. А. Шек-Иовсепянц).

В части исследования параметров и свойств иммерсивных сред, интерфейсов и виртуальной реальности использовались результаты В. И. Алешина, В. О. Афанасьева, А. Ю. Подшивалова, В. Барфилда (W. Barfield), Ф. Биоки (F. Biocca), Т. Дайтона (T. Ditton), Н. И. Дурлах (N. I. Durlach), М. Сингера (M. J. Singer), В. Иссельстейна (W. Ijsselsteijn), Е. Катены (E. Catena), М. Ломбарда (M. Lombard), Жака Лумиса (J. Loomis), Т. Марша (T. Marsh), Х. Ридера (H. de Ridder), М.-Л. Райан (Ruan Marie-Laure), М. Слейтера (M. Slater), Б. Уитмера (B. G. Witmer),Т. Шеридана (T. Sheridan), Ж. Штоера (J. Steuer), С. Эванса (S. Avons), М. Юсоха (M. Usoh).

Исследование опирается на взаимодополняющие методологические принципы и подходы:

- комплексный подход (Б. Г. Ананьев);

- системный подход (Б. Ф. Ломов);

- принцип единства сознания и деятельности (С. Л. Рубинштейн);

- принцип гносеологической редукции (В. М. Аллахвердов);

- антропоцентрический подход к эргономическому проектированию (Б. Ф. Ломов);

- подход взаимного резервирования человека и техники (А. Н. Костин).

Цель исследования: методологическое, теоретическое и практическое обоснование эргономического базиса создания искусственных иммерсивных сред для проектирования эффективных систем интерфейса, обучающих и профессиональных эрготехнических систем.

В соответствии с целью исследования были поставлены следующие задачи:

1. Осуществить теоретический анализ феномена «среда» в контексте изучения процессов обучения и профессиональной деятельности.

2. Сформулировать на базе анализа представлений о законах обучения в искусственных иммерсивных средах основные положения теории обучающих и профессиональных иммерсивных сред.

3. Проанализировать эргономические факторы, влияющие на обучение в искусственных средах и формирование обучающих сред.

4. Систематизировать с эргономической точки зрения основные виды сред, возникающих в профессиональной и учебной деятельности.

5. Обосновать методологию проектирования и внедрения положений теории иммерсивных сред в практику разработки тренажёров операторов динамических систем и систем иммерсивного интерфейса для сложных технических комплексов.

6. Описать структуры эргономических реализаций индуцированных иммерсивных сред.

7. Экспериментально проверить зависимость эффективности тренажёрных сред обучения от уровня иммерсивности, достигаемого имитационными системами тренажёра.

8. Обосновать эргономические принципы и методологические схемы для тематического проектирования иммерсивных сред на примере проектирования самолётов 5-го поколения, тренажёров и виртуальных интерфейсов с индуцированными средами.

9. Выявить перспективные направления эргономического обеспечения проектирования эргатических систем, включающих искусственные среды.

Гипотезы исследования:

1. Среда эргатической системы является продуктом конструирующей деятельности психики человека-оператора и не может быть рассмотрена вне её психического содержания.

2. Среда отражает феномен динамической целостности циклически формирующихся цепей отношений человека с физической и социальной реальностью в процессе обеспечения его жизнедеятельности. Среда выступает перед субъектом одновременно в виде субъективной реальности и как внешняя предметная, объективная структура мира, в котором действует субъект.

3. Обучающая среда в содержательном плане возникает всегда как динамический процесс формирования сети отношений в субъекте обучения, в который им лично (не всегда осознанно) избирательно вовлекаются самые разнообразные элементы внешнего и/или внутреннего окружения с целью обеспечения: аутопоэзиса организма, стабильности личности и непрерывности её истории.

Организация и методы исследования

Исследование проводилось в учебном центре подготовки операторов с 1997 по 2007 годы. В качестве испытуемых в экспериментах приняли участие лица мужского пола в возрасте 18 лет в количестве 1250 человек (каждый год в среднем по 90-150 человек). По результатам работы медицинской комиссии каждый из них был признан физически и психически здоровым. Экспериментальные процедуры осуществлялись в процессе профессионального обучения и отработки технических и методических решений тренажёров для подготовки операторов систем слежения. Участники экспериментов ранее не имели навыков работы по управлению динамическими объектами.

Для решения поставленных задач и проверки гипотез использовался широкий круг методов, включающий:

- методологический анализ элементов концептуального базиса средоориентированного подхода;

- теоретический анализ научных работ, отражающих состояние проблемы эргономического и инженерно-психологического обеспечения обучающих и профессиональных сред сложных технических систем и тренажёров; среда профессиональный эргономический иммерсивный

- методы наблюдения, сбора и обработки информации;

- теоретическое и натурное моделирование систем профессиональной подготовки, включающих тренажёры;

- опросные методы для оценки параметров иммерсивных сред;

- методы моделирования обучающего контента виртуальной среды тренажёра;

- методы оценки учебной и профессиональной деятельности операторов на тренажёрах и реальных эргатических системах;

- метод контент-анализа учебных дискурсов;

- метод экспертных оценок результатов учебной и профессиональной деятельности;

- профессиографические описания.

Обработка результатов сравнительных экспериментов осуществлялась методами математической статистики с помощью статистического пакета SPSS-13.0.

Положения, выносимые на защиту:

1. Теория обучения в иммерсивных средах включает следующие базовые принципы: самоорганизации, селективности, погружения, присутствия, конструирующей активности обучаемого, взаимной ориентации (человек-машина, человек-человек) в процессе обучающей коммуникации, физической непосредственности и субъектной (сознательной) опосредованности - интерпретативности, историчности.

2. Иммерсивная обучающая среда является динамическим системным самоорганизующимся психологическим конструктом, обладающим свойствами - иммерсивность, присутствие, интерактивность, внесубъектная пространственная локализация, избыточность, наблюдаемость, доступность когнитивному опыту (конструируемость), насыщенность, пластичность, целостность, мотивогенность, - проявляющимися в форме активного обучения.

3. Присутствие в иммерсивной обучающей среде - это динамический процесс включения человека (его психологической и психофизиологической систем) в среды человеческого опыта в процессе их конструирования и освоения, сопровождаемый чувством присутствия.

4. В обучающих системах с иммерсивными средами знание, умение и навыки оператора представляют собой текущий репертуар циклически конструируемых рекурсивным образом возможных различений в среде опыта, физических и умственных действий, направленных на эффективное привлечение и использование всех видов доступных (и создание новых) ресурсов (и способов их получения), подключаемых для достижения целей системы.

5. Для решения задач, возникающих в связи с усложнением техносферы и появлением сложных эрготехнических систем, требуются изменения и дополнения в методологический и понятийный базисы эргономики и инженерной психологии в виде концептов «среда», «техническая среда», «эрготехническая среда», синергетических и постклассических представлений понятий «знание», «умения» и «навыки» с учётом аутопоэтического характера взаимодействий, возникающих в системе «оператор-среда».

Научная новизна:

1. Впервые представлена психологическая концепция среды, отражающая процессы самоорганизации в профессиональных и обучающих эргатических системах.

2. Предложена на её базе теория иммерсивных сред, позволяющая с единых методологических позиций более эффективно, чем раньше, осуществлять процессы эргономического обеспечения и проектирования сложных технических сред.

3. Показана целесообразность введения в концептуальный базис эргономики и инженерной психологии понятий «среда», «техническая среда», «эрготехническая среда» и постклассических представлений понятий «знание», «обучение», что позволяет обеспечить дальнейшее развитие данных отраслей знания.

4. Выделены основные виды обучения в искусственных средах обучения, позволяющие формировать эффективные обучающие системы.

5. Предложены усовершенствованные методы эргономического обеспечения и проектирования искусственных иммерсивных сред обучения и профессиональных сред, учитывающие особенности деятельности человека в средах с неклассической физикой.

6. Впервые обосновано и предложено описание нового класса эргатических систем, систем с искусственными - индуцированными виртуальными иммерсивными средами - для различных сфер применения. Главное отличие данных систем от классических эргатических систем - формирование в них искусственных миров, операторская деятельность в которых связана с эффективностью системы в реальном мире.

7. Предложена и обоснована с позиций теории иммерсивных сред новая методологическая концепция «умножения возможностей», реализующая подход взаимного проектирования, и показаны перспективы её использования для инженерно-психологического и эргономического проектирования сложных технических систем в рамках программы создания авиационной техники 5-го поколения.

Теоретическая значимость:

1. Теоретически обоснована и предложена концепция иммерсивных сред, развивающая научные представления об обучении и профессиональной деятельности в искусственных средах.

2. Выдвинута и обоснована теория профессиональных и обучающих иммерсивных сред, объясняющая суть процессов обучения и профессиональной деятельности на базе концепций самоорганизации и аутопоэтической организации биологических систем и методологии конструктивизма.

3. Создана теоретическая основа для инженерно-психологического проектирования и эргономического обеспечения практики создания иммерсивных профессиональных и обучающих сред на основе базовых положений теории иммерсивных сред, позволяющая получить материал для новых научных исследований в сфере создания эффективных эргатических систем.

4. В понятийный аппарат эргономики и инженерной психологии впервые введены новые категории: «среда», «техническая среда», «эрготехническая среда», «обучающая среда», позволяющие учитывать процессы самоорганизации и аутопоэзиса, протекающие в процессе функционирования сложных эрготехнических систем.

Практическая значимость

Результаты диссертационного исследования могут применяться и использоваться:

1. В практике проектирования сложных эргатических комплексов с системами искусственного интеллекта, содержащих иммерсивные среды и системы виртуальной реальности.

2. В процессе тематического и организационно-педагогического проектирования систем профессиональной подготовки, включающих искусственные среды обучения, реализующих обучение в искусственных мирах операторов широкого класса динамических систем.

3. При эргономическом проектировании тренажеров операторов систем управления динамическими объектами и при создании авиационных и морских тренажёров широкого класса.

4. При создании средового интерфейса и виртуальных рабочих сред для систем дистанционного управления летательными аппаратами и ракетно-космическими системами.

5. При создании систем индуцированного иммерсивного интерфейса, обладающих особыми свойствами, позволяющими повысить эффективность эргатических систем, действующих в экстремальных условиях.

6. В процессе подготовки специалистов в области психологии труда, инженерной психологии и эргономики, решающих задачи психологического обеспечения проектирования сложных технических комплексов, включающих интеллектуальные среды интерфейса и деятельности.

7. Концептуальный подход «умножение возможностей», реализующий методологию взаимного проектирования человека и техники, целесообразно использовать при тематическом проектировании объектов военной техники, управляемой человеком. Он позволяет с единых позиций сформировать не только техническую компоненту эргатического комплекса, но и ввести элементы техноконструирования личности оператора в направлении повышения эффективности системы в целом.

8. Результаты исследования использованы:

- в практике Тульского центрального конструкторского бюро аппаратостроения (ЦКБА) при проектировании тренажёров и систем профессиональной подготовки операторов управляемого вооружения Сухопутных войск (классных тренажёров на базе персональных компьютеров). Методической основой для создания данной серии тренажёров явились эргономические решения, вытекающие из концепции средоориентированного обучения и теории обучающих иммерсивных сред, предложенных автором, и реализованные в тренажёре 9Ф660. Он предназначен для тренировки операторов переносных ПТРК и принят на снабжение вооружённых сил РФ;

- в НИР и ОКР проводившихся в ЦКБА, посвященных вопросам создания эффективных тренажёров, методов и средств профессиональной подготовки операторов КУВ;

- в ОАО «Пензенское КБ моделирования» (г. Пенза) - при разработке авиационного тренажёра для самолёта ТУ-204 в процессе тематического проектирования и формирования методик обучения на тренажёре и в НИР по проектированию перспективных авиационных тренажёров на базе систем виртуальной реальности;

- в ГУП «Пилотажно-исследовательский центр» (г. Жуковский) при разработке методик лётных испытаний новых образцов авиационной техники в части учёта особенностей поведения пилота в сложном техническом окружении;

- в ЗАО «Научно-исследовательский центр авиаприборостроения» (Москва) при разработке методик оценки вариантов авиационной техники с различными формами приборного оборудования и систем интерфейса;

- в научно-исследовательской и проектно-конструкторской деятельности ОАО «Корпорация «Аэрокосмическое оборудование» (Санкт-Петербург) в виде рекомендаций в процессе разработки авиатренажёров для самолета Ил-96-300 и при формировании методического и программного обеспечения для перспективных авиационных тренажёров и систем интерфейса для управления самолётом, содержащих высокоточную 3D-имитацию и среды виртуальной реальности;

- в научно-исследовательской и проектно-конструкторской деятельности ЗАО «Автокомпоненты и оборудование» (Санкт-Петербург) в виде рекомендаций при формировании технического задания на разработку тренажера грузового автотранспорта;

- в проектно-конструкторской и учебно-тренировочной деятельности ОАО «Российский центр авиационного тренажёростроения» (Москва) при создании методического и программного обеспечения тренажёров в качестве концептуально-методологической базы проектирования в виде:

тематических заданий на учебные средства и пособия для подготовки авиационных специалистов;

анализа коммуникационной системы тренажёров систем связи;

методик оценки степени иммерсивности в пилотажных тренажёрах.

Использование указанных результатов позволило значительно повысить качество проектирования и эффективность разрабатываемых перспективных учебно-тренировочных средств. Сократились затраты на проведение опытно-конструкторских работ и натурных испытаний; обеспечено качество подготовки водителей автотранспорта, лётчиков боевой и гражданской авиации, технического персонала.

Результаты диссертационной работы отражены: в содержании учебных курсов «Инженерная психология и эргономика» и «Когнитивная психология», читаемых автором в Санкт-Петербургском государственном университете; в учебно-методических материалах и пособиях автора, ориентированных на разработчиков тренажёров, систем управления, обучения и профессиональной подготовки операторов.

9. Методические разработки нашли отражение в опубликованных учебных пособиях и курсах лекций по эргономике для студентов гуманитарных вузов.

Достоверность и надёжность результатов

Достоверность и надёжность результатов обеспечены применением современных методов и средств планирования, организации и проведения научных исследований. Материалы исследования использовались в практике создания тренажёров и автоматизированных обучающих систем, были получены повторяющиеся результаты, укладывающиеся в рамках предложенных понятийных и методологических схем.

Апробация результатов исследования

Результаты исследования нашли своё отражение в 80 публикациях, в том числе в 2 монографиях и в 3 учебно-методических пособиях и курсах лекций, авторских свидетельствах на изобретения и патенты, научных статьях общим объёмом свыше 91 печатного листа.

Результаты диссертационного исследования были апробированы: в многолетней практике эргономического проектирования тренажёров операторов систем управляемого вооружения для Военно-морских сил и Сухопутных войск РФ, авиационных тренажёров и техники специального назначения, в процессе научно-исследовательской и практической работы автора на протяжении последних более двадцати лет в Центральном конструкторском бюро аппаратостроения в г. Туле и на предприятиях Корпорации «Аэрокосмическое оборудование» в Санкт-Петербурге и Москве; в процессе обучения в докторантуре факультета психологии Санкт-Петербургского государственного университета; на заседаниях научно-практического семинара «Актуальные проблемы психологии труда, инженерной психологии и эргономики», проводившегося в период с 2003 по 2009 годы в Институте психологии РАН (Москва) под руководством профессора В. А. Бодрова; на научно-технической конференции «Эргономика периферийных устройств ПЭВМ и социальные последствия компьютеризации» (г. Орёл, 1988); на VII Всесоюзном съезде общества психологов СССР (Москва, 1989); на VII Всесоюзной конференции по инженерной психологии (Ленинград, 1990); на 4-й, 5-й, 6-й, 7-й Международных конференциях «Авиация и космонавтика» (Москва, 2005, 2006, 2007, 2008); на Второй международной конференции по когнитивной науке (Санкт-Петербург, 2006); на XVII, XVIII, XIX, XX Международных конференциях «Применение новых технологий в образовании» (г. Троицк, 2006, 2007, 2008, 2009); на научно-практической конференции «Ананьевские чтения - 2006» (Санкт-Петербург, 2006); на Международном симпозиуме «Философия образования Востока и Запада: Развитие диалога» (г. Новосибирск, 2006); на Международной конференции «Технологические и методологические аспекты современного этапа развития образовательно-реабилитационных программ непрерывного образования инвалидов» (Москва, 2007); на международной конференции «Психология и эргономика: Единство теории и практики» (г. Тверь, 2007); на IV съезде Российского психологического общества «Психология - будущему России» (г. Ростов-на-Дону, 2007); на Всероссийской конференции «Человек и его мир в эпоху постмодерна» (г. Новосибирск, 2007); на Международной научно-методологической конференции (14-я сессия) «Актуальные проблемы развития высшей школы: Проблемы качества подготовки специалистов. Эдукология - новая наука образования» (Санкт-Петербург, 2008); на 1-й конференции МАА-РАКЦ «Космос для человечества» (г. Королёв, 2008); на 2-й Российской мультиконференции по проблемам управления «Мехатроника, автоматизация, управление» (Санкт-Петербург, 2008); на 5-й Российской конференции по экологической психологии (Москва, 2008); на Международной научно-технической мультиконференции «Актуальные проблемы информационно-компьютерных технологий, мехатроники и робототехники (ИКТМР-2009)», секция МАУ-2009 (с. Дивноморское, 2009); на V Всероссийской научно-технической конференции Национальной Ассоциации авиаприборостроителей «Передовые технологии в авиаприборостроении» (Санкт-Петербург).

Структура работы

Диссертация состоит из оглавления, перечня условных обозначений, введения, четырёх глав, заключения, выводов и практических рекомендаций, библиографического списка, трёх приложений. Диссертация изложена на 420 страницах, из них 379 страниц основного текста. Основной текст содержит 14 рисунков и 19 таблиц. Список литературы содержит 491 наименование, из них 106 - на иностранных языках.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении раскрыты актуальность темы, научная новизна, теоретическая и практическая значимость исследования; отражены методологические и теоретические основания, цель, объект, предмет, гипотезы, методы и экспериментальные парадигмы исследования; описаны основные положения, выносимые на защиту, и апробация работы.

В главе 1 «Методологический базис эргономики иммерсивных сред: Современное состояние вопроса» представлен тезаурус диссертационной работы, освещены проблема законосообразных объяснений эффектов средоформирующей деятельности психики человека и его сознания и феномен иммерсивной среды в качестве центральной теоретической проблемы психологии средоориентированного обучения и эргономики.

Показано, что в инженерной психологии и эргономике в процессе проектирования новых машин и механизмов, управляемых человеком, используется в основном информационно-деятельностный взгляд на человека как элемента системы «человек-машина» (социотехнической системы), что породило особую форму проектной деятельности - инженерно-психологическое проектирование.

Данная концепция (Б. Ф. Ломов), несмотря на свою внешнюю простоту и привлекательность, оказалась довольно противоречивой и породила ряд вариантов, различающихся своими методологическими основами и взглядами на роль человека в технической системе. Основные из них: антропоморфная (В. Я. Дубровский, Л. П. Щедровицкий); включения (А. А. Крылов); процессуальная (Б. А. Смирнов, А. И. Прохоров с соавт.); системно-антропоцентрическая (А. И. Нафтульев, М. А. Дмитриева, А. А. Крылов); взаимной адаптации человека и техники (Г. В. Суходольский); анализа и многоуровневой адаптации человека и машины (В. Ф. Венда); активного оператора (В. А. Пономаренко, Н. Д. Завалова); деятельностно-центрическая, или системоцентрическая (А. А. Пископпель с соавт.) концепции инженерно-психологического проектирования. Применение данных подходов ограничено классом потоковых систем, связанных с манипулятивным управлением при заданных временных ограничениях, и малоэффективно при разработке систем поведенческого типа, которые приобретают всё большее распространение в мире.

Это сложные эргатические комплексы с искусственным интеллектом, включающие оператора в поток кооперативных коммуникационных взаимодействий с интерфейсом системы. Для обеспечения адекватного поведения в среде таких систем от операторов требуются проявления высших когнитивных и иных психических функций. Сложность системы в данном случае не связана с её технической сложностью, а определяется степенью включённости человека во взаимодействия с системой. Процесс проектирования деятельности человека в таких условиях приобретает неопределённый характер, а порою и невозможен вследствие возникающего практически неограниченного поля взаимодействий между человеком и машиной. Возникают новые задачи проектирования: «характера машины» и социальных отношений оператора с «личностью машины».

Для проектирования деятельности операторов, работающих с системами, использующими технологии искусственного интеллекта, предложены концептуальные подходы: взаимного резервирования оператора и автоматики (Ю. Я. Голиков, А. Н. Костин); субъектно-ориентированный (В. Е. Лепский); адаптивной автоматизации (Ю. Я. Голиков); независимых отношений (Ю. Я. Голиков); умножения возможностей (С. Ф. Сергеев).

Новая техника и технологии требуют применения адекватных инженерно-психологических решений и методов исследования, являются катализатором развития новых направлений инженерной психологии и эргономики, ведут к смене парадигмы проектирования. Существующий понятийный аппарат эргономики в значительной мере исчерпал свой эвристический потенциал и требует пересмотра и развития содержания ряда базовых категорий. Это категории: «деятельность», «информация», «знание», система «человек-машина» в их традиционном понимании.

Будучи прогрессивной на первых этапах развития инженерной психологии кибернетическая метафора работы когнитивной сферы человека в настоящее время вступила в противоречие с данными полученными в науках о человеке. В частности, она не объясняет деятельность человека в условиях неопределённости, а также феномены обучения, развития личности профессионала, «инсайда» и т. д.

Неудачи при применении категории «информация» в инженерной психологии связаны с тем, что в системе «человек-машина» искусственно объединены две принципиально разные системы - техническая и биологическая. Первая из них может быть описана в терминах приёма, передачи, сохранения и преобразования информации, а вторая - только в терминах различений и работы со знаниями. Это два разных типа систем: система открытая техническая и замкнутая биологическая. Первая функционирует в логике алгоритма управления, вторая - в логике аутопоэтического самовоспроизводства и обеспечения жизнедеятельности организма (У. Матурана).

Инженерная психология не делает различий между данными системами, оперируя только с их поведенческими, наблюдаемыми характеристиками.

Не выдерживает критики и применение в классическом инженерно-психологическом проектировании концепта «знание», часто используемого в качестве синонима термину «информация». При этом возможна передача знания от одного источника к другому. Знание может существовать независимо от своего источника и носителя. Однако современный взгляд на работу живых биологических систем, к которым относится человек, состоит в том, что знание в них не эквивалентно информации.

Основные положения возникающих концептуальных схем сводятся к следующему:

- знание, в отличие от информации, не может быть извлечено из человека, в котором оно существует;

- знание нельзя передать непосредственно от человека к человеку. Оно может быть построено только самим учеником, выращено в нём;

- знание зарождается и развивается вместе с человеком, совершенствуется в процессе жизни, приобретает свойства, учитывающие опыт субъекта;

- знание не обладает материальной формой, к нему не применимы операции, аналогичные операциям с физическими, материальными объектами;

- знание связано с работой механизма понимания;

- знание носит черты социального конструкта, отражающего интерпретации, порождаемые и разделяемые членами общества;

- истина недоступна человеческому познанию, которое имеет дело с интерпретациями, обладающими большей или меньшей популярностью среди членов общества;

- язык выступает в качестве средства конструирования знаний, которые являются социальным продуктом, возникающим в процессе языковой деятельности в процессе коммуникаций.

Следующей методологической категорией, используемой в качестве базовой при проектировании деятельности человека в технической системе, является системный подход. Это чрезвычайно мощный инструмент научного познания, однако его применение по отношению к человеку как к системе порождает ряд проблем:

- человек выводится из мира его жизнедеятельности;

- из сферы инженерно-психологического проектирования исключаются вопросы формирования цепей взаимодействий человека с профессиональной средой;

- разрушается целостная включённость человека в среду его опыта.

В результате теряются эмерджентные свойства изучаемой эрготехнической системы.

Чтобы избежать возможных негативных последствий при классическом инженерно-психологическом проектировании сложных систем, необходимо поставить вопрос о проектировании среды деятельности человека.

Возникающий в рамках постклассических представлений переход от парадигмы системно-ориентированной инженерной психологии к средоориентированной инженерной психологии требует рассмотрения среды как психологического объекта. Можно дать новое определение инженерной психологии и рассмотреть в его контексте базовые понятия инженерно-психологического проектирования.

Инженерная психология - научно-практическая дисциплина, изучающая профессиональную жизнедеятельность человека в эрготехнических средах, обеспечивающая проектирование эффективных и безопасных профессиональных эрготехнических сред и систем.

Такое определение требует введения категории «среда» в состав общепсихологических категорий и выделение её психологической и инженерно-психологической специфики.

Представленная субъекту среда есть субъективный конструкт, с которым он имеет дело, воспринимая его как объективную реальность. Из этого следует вывод, что человек, включённый во взаимодействие с системой, не контактирует непосредственно с нею, а имеет дело с особой психологической сущностью - субъективной средой, которая и является средой, аккумулирующей всё, связанное с его профессиональной деятельностью. Именно здесь разворачиваются события, формируется история его профессиональной деятельности. Это понятие отличается от используемого в классической инженерной психологии понятия «концептуальная модель», которое является лишь вторичным представлением, планом поведения в технической среде.

В новом понимании технические системы рассматриваются как системы, порождающие сложноорганизованные технические среды. Такие среды формируются в объектах космической и авиационной техники, энергетических установках, системах управления технологическими процессами, сети Интернет и т. д. Включение в технические среды человека-оператора приводит к появлению в его психике особого образования в виде эрготехнической среды.

Это новый объект проектирования в инженерной психологии. Он отличается от традиционной, технической среды, и является психическим образованием, возникающим в человеке. Обеспечивается погружение в мир технической среды человека-пользователя, который теряет функции оператора-манипулятора, превращаясь в деятеля в среде, подчиняющегося законам её функционирования. Проектирование деятельности человека меняет своё содержание. Наблюдается переход с проектирования техники и проектирования деятельности человека-оператора в системе «человек-машина» на проектирование истории жизни человека, действующего в эрготехнической среде, порождаемой в человеке технической системой. Можно говорить о появлении в инженерной психологии нового класса задач - нарративной линии развития операторско-пользовательской деятельности.

Понятие «среда», широко используемое во многих науках о человеке является, как это ни парадоксально, новым для инженерной психологии и эргономики. Необходимость его введения в их тезаурус обусловлена качественно новыми свойствами, возникающими в эргатической системе при погружении оператора в техническую среду. Исчезает понятие алгоритма деятельности, которое являлось базовым для традиционных систем «человек-машина». Человек действует в среде, используя множественные возможности, предлагаемые средой для решения задач. Это не классическое взаимодействие с системой, а погружение в эрготехническую среду, глубина которого определяет степень включения психофизиологических и иных систем человека в отношения с технической средой эргатической системы. В среде строится конфигурация динамической системы, обеспечивающей его профессиональную эффективность. Среда в её постклассической интерпретации является новой категорией эргономики. В отличие от традиционной трактовки среды как окружения человека обладающего различной физической и социальной природой, термином «среда» в диссертационной работе обозначается интегральный психический продукт - результат активности сознания, представленный субъекту в форме действительности.

В п. 1.2 первой главы проведен обзор эволюции понятия «среда» в междисциплинарном ракурсе, начиная от философских и естественнонаучных его определений, до практических интерпретаций принятых в гуманитарных науках.

Показано, что это понятие чрезвычайно широко используется в научной и практической терминологии и в своем базисном значении понимается как нечто, окружающее данный объект. Среда с точки зрения системного анализа - это система, в которую изучаемая система включена как подсистема в иерархию более высокого уровня (Л. фон Берталанфи) Берталанфи Л. фон. Общая теория систем, критический обзор // Исследования по общей теории систем. М.: Прогресс, 1969. С. 23-82.. В кибернетическом подходе среда рассматривается как источник полезной или бесполезной для системы информации. В гуманитарных науках понятие «среда» часто корреспондируется с широким классом понятий - «природа», «мир», «бытие», «культура», «язык». В них выражаются различные формы субъектно-объектных отношений. Мировоззрение авторов в значительной мере определяет и конкретное содержание понятия «среда». Она превращается из внешней, не зависящей от духа, реальности, провозглашаемой в дуалистических концепциях (мир или среда, с одной стороны, и субъект или личность - с другой), в единую структуру целостного мира с изменяющим его и изменяющимся в нём субъектом деятельности.

Психолого-педагогические варианты толкования понятий «среда», «обучающая среда» используемые в средоориентированном обучении связаны практически со всеми элементами педагогической деятельности и являются, в сущности, вариациями системного подхода. Системообразование в них производится в произвольной форме, отражая педагогические воззрения автора той или иной концепции среды. Такие среды существуют в форме когнитивных моделей, являясь ментальной продукцией, интерпретацией теоретических и практических взглядов того или иного направления педагогики. Среда синонимична понятиям: «система», «множество систем» и «взаимодействие систем». Правда, системы здесь часто обладают разнородными элементами, сами являются частями других систем, а функциональные связи между ними выделяются лишь частично. Можно говорить о том, что среда в педагогике понимается как отфильтрованное автором систематизированное содержание из мультисистемного контента, с которым может иметь и имеет дело обучаемый в своей действительности в процессе учения.

Аналогично обстоит дело с понятием «профессиональная среда», которое часто и широко употребляется в самых различных контекстах, связанных с человеком, осуществляющим трудовую деятельность.

Общее, что объединяет практически все классические определения обучающих и профессиональных сред, это признание их пассивности и представление в виде совокупности внешних и внутренних условий деятельности, в которых человек решает учебные и профессиональные задачи. Этого недостаточно для проектирования эффективных обучающих и профессиональных эргатических систем, в которых реализуются сложные формы отношений человека с миром.

В главе 2 «Теоретические основы эргономического обеспечения проектирования иммерсивных обучающих и профессиональных сред» рассматривается предлагаемая автором теория обучающих и профессиональных иммерсивных сред. Одним из основных положений данной теории является положение об опосредованном, интерпретативном характере отношений между субъектом и физической реальностью, которая непосредственно недоступна органам чувств и проявляется в форме действительности возникающей в результате конструирующей деятельности психики человека.

Для генезиса понятия «среда» в данной теории используются конструктивистские представления, которые отражают в целом идею ограниченных возможностей человека, имеющего дело не с бесконечным разнообразием физического мира, а с его представлениями, моделями.

Конструктивизм как форма синергетического мышления в своем базисе опирается на популярную в настоящее время на Западе биологическую теорию аутопоэзиса (У. Матурана и Ф. Варела). В соответствии с нею мозг человека является операционально-замкнутой аутопоэтической системой, действующей в рамках своего опыта Матурана У., Варела Ф. Древо познания. М.: Прогресс-Традиция, 2001.. Аутопоэтические системы обеспечивают циклическую рекурсивную организацию процессов воспроизводства или сохранения компонентов, из которых они состоят. Это самоподдерживающиеся, самовоспроизводящиеся системы. К ним относятся все живые организмы, в том числе и человек. В теории систем конструктивистские понятия введены автором концепции кибернетической эпистемологии Foerster H. von. Erkenntnistheorien und Selbstorganisation // Der Diskurs des Radikalen Konstruktivismus. Suhrkamp, Frankfurt am Main. 1996. 7. Aufl. S. 133-158. Хайнцем фон Форстером (H. von Foerster). В философии - Эрнстом фон Глазерсфельдом, в социологии Н. Луманом и др.

В настоящее время конструктивизм - это широко развивающийся междисциплинарный дискурс, отражающий особенности работы биологических и социальных самоорганизующихся систем. Принятие идей и положений конструктивизма ведет к смене взглядов на многие аспекты отношений человека с миром, в том числе меняет парадигму эргономического проектирования рассматриваемых нами эргатических профессиональных и обучающих систем.

Возникает новое направление эргономики - синергетическая эргономика. Её основные черты в настоящей работе иллюстрируются на примере создания иммерсивных (погружающих) эрготехнических сред. Показано, что основные проблемы эргономического проектирования лежат в области межсистемных взаимодействий человека и среды технической системы, в их самоорганизующемся, сложном характере. Иммерсивные среды строятся в предположении, что взаимодействия между оператором и технической средой эргатической системы приобретают характер взаимосодействия, различные степени и формы которого сопровождаются и выражаются в феномене иммерсивности (погружения в среду).

...