Структура концептуальной модели у человека-оператора: системный подход

А.А. Обознов

Исследование ментальных репрезентаций является одной из центральных проблем современной психологии. Термин «репрезентация» означает «представленность», «изображение», «отображение одного в другом или на другое», т.е. речь идет о внутренних образованиях, формирующихся у человека в процессе жизни и содержащих сложившуюся у него картину мира, социума и самого себя (Брушлинский, Сергиенко, 1998).

Особую значимость изучение ментальных репрезентаций имеет для решения широкого круга вопросов инженерно-психологического проектирования и оптимизации операторской деятельности, обучения и подготовки операторов. Включение человека-оператора в управление техническими комплексами (производственными предприятиями, энергетическими станциями, транспортными системами и др.) возможно лишь при наличии у него ментальных репрезентаций, отражающих функционирование этих комплексов.

В инженерной психологии и когнитивной эргономике для обозначения ментальных репрезентаций, имеющихся у человека-оператора, используется термин «концептуальная модель». Концептуальная модель рассматривается как формирующаяся у человека-оператора совокупность знаний, представлений и образов о функционировании технического комплекса, возможных проблемных ситуациях, параметрах рабочей среды. Кроме того, концептуальная модель включает обобщенные схемы, используемые человеком-оператором для принятия решения и осуществле-

* Работа выполнена при финансовой поддержке РГНФ; проект № 08-06-00403а. ния управляющих действий (Зинченко, Смолян, 1965; Зинченко, 1970; Мунипов, Зинченко, 2001).

Психологическое изучение концептуальных моделей, как и ментальных репрезентаций вообще, развивается от научного описания содержания к выявлению их структур, т.е. способов организации знаний, представлений и сведений. Главная причина того, почему психологи интересуются структурами, состоит в следующем: способ организации знаний, представлений и сведений влияет на то, как они приобретаются, хранятся, передаются и используются человеком (Андерсон, 2002). От того, как устроены психологические структуры, зависят конкретные проявления интеллектуальной активности и социального поведения человека (Холодная, 1997; Ушаков, 2003 и др.). Есть все основания добавить: от особенностей структуры концептуальной модели зависит то, как человек-оператор оценивает и прогнозирует процессы функционирования технических комплексов.

Анализ исследований концептуальных моделей, как и вообще ментальных репрезентаций, позволяет считать, что их структурные характеристики изучены существенно в меныпей степени, чем содержательные. Во многом это объясняется тем, что структуры концептуальных моделей в отличие от их содержания не осознаются человеком-оператором и не поддаются самонаблюдению.

Цель настоящей статьи заключается в обосновании системного исследования структур концептуальных моделей.

Системный взгляд на изучение структуры концептуальной модели

С позиций системного подхода, разработанного в психологии Б.Ф. Ломовым (1977) и его последователями (Идея системности в современной психологии, 2005), выявление структуры рассматривается нами как одно из взаимодополняющих направлений в исследовании концептуальных моделей и ментальных репрезентаций вообще. Смысл применения системного подхода в данном случае заключается в том, чтобы рассматривать структуру не саму по себе, а в сопоставлении с функциями и содержанием концептуальной модели. Действительно, структура служит средством организации знаний и представлений, а те необходимы для реализации определенных функций. Поэтому системное изучение структурных характеристик концептуальной модели предполагает предварительное рассмотрение ее функций и содержания.

Функции концептуальной модели. Успешное осуществление человеком деятельности в наибольшей степени зависит от наличия у него сформированной системы осознанной психической регуляции, включающей инвариантный состав функциональных звеньев. Посредством каждого из этих звеньев реализуется одна из частных регуляторных функций, а для обеспечения устойчивой направленности осознанной активности на выполнение деятельности и достижение се целей необходима согласованная реализация человеком всей совокупности частных регуляторных функций (Конопкин, 1995).

Посредством концептуальной модели — центрального звена в системе психической регуляции операторской деятельности — человек-оператор реализует функцию осознанной ориентировки в процессах, происходящих в техническом комплексе и рабочей среде. Именно эту функцию концептуальной модели имел в виду предложивший данный термин английский психолог А.Г. Белфорд. Он отмечал, что концептуальная модель есть целостная «умственная картина» технологического процесса, которая дает человеку-оператору возможность соотнести разные стороны этого процесса в целом и действовать эффективно. По сути, речь идет о том, что концептуальная модель является для человека-оператора средством понимания процессов, происходящих в техническом комплексе и рабочей среде. Используя концептуальную модель, человек-оператор получает возможность осознанно прогнозировать изменения в протекании процессов, сопоставлять те изменения, которые должны быть в настоящем и будущем, с теми, которые фактически происходят в настоящем и наиболее вероятны в будущем. Речь идет как об изменениях, которые происходят без прямого участия человека-оператора, так и об изменениях, вызываемых его собственными воздействиями. Кроме того, он получает возможность «проигрывать» изменения в обратном направлении и диагностировать причины уже происшедших событий.

Таким образом, основной функцией концептуальной модели в психической регуляции операторской деятельности является обеспечение для человека-оператора осознанной ориентировки в процессах, протекающих в техническом комплексе и рабочей среде, понимания происшедших и будущих изменений этих процессов, в том числе изменений вследствие собственных действий.

Содержание концептуальной модели. Для осознанной ориентировки в процессах, протекающих в техническом комплексе, человеку-оператору необходимы знания (усвоенные им сведения) об этих процессах. Анализ имеющихся данных позволяет дать следующую систематизацию этих знаний, построенную по критерию их предметного содержания.

Во-первых, это знания о так называемой требуемой динамике технического комплекса, т.е. о том, как должны протекать технологические процессы. Опираясь на такие знания, человек-оператор может представить себе еще не наступившие изменения процессов и получить резерв времени, позволяющий выработать правильные ожидания и в случае необходимости предупредить нежелательное развитие событий (Ошанин, 1977, 1999).

Во-вторых, это знания о том, как не должны протекать процессы. В содержании концептуальной модели требуемая динамика («то, что должно быть») всегда противопоставлена «тому, что быть не должно». Другими словами, зона отклонений процесса от нормы — «то, что не должно быть» — присутствует в концептуальной модели как своеобразный фон. Образ «того, что должно быть» (образ-позитив) и образ «того, что нс должно быть» (образ-негатив) являются, по выражению Д.А. Ошанина, двумя ипостасями концептуальной модели. Эти ипостаси функционально взаимосвязаны, хотя их удельный вес может быть различным для разных процессов и для разных этапов одного и того же процесса.

В-третьих, это знания об изменениях процессов, происходящих без прямого участия человека, либо вследствие его управляющих действий. Так, при управлении динамическими процессами в доменной печи операторы строят одновременно два вида репрезентаций: физико-химических явлений, которые протекают в доменной печи без их участия, а также изменений, вызванных собственными воздействиями (Рабардель, 1999).

В-чствсртых, это знания, в которых отражаются формируемые человеком-оператором разные проекции процессов, протекающих в техническом комплексе. Показано, что у операторов энергетических станций последовательно формируются частные концептуальные модели, в которых представлены эти проекции — технологические, функциональные, информационные, алгоритмические. Формирование очередной частной концептуальной модели означает включение в нее новых содержательных единиц информации. При этом уже сформированные концептуальные модели не отбрасываются как менее совершенные и составляют своего рода банк потенциальных концептуальных моделей. В технологических концептуальных моделях представлены в виде понятий отдельные элементы объекта управления: агрегат, устройство, участок, технологическая операция, направления материальных и энергетических потоков, контролируемые величины (температура, давление, расход и т.д.). В функциональных концептуальных моделях представлены понятия о состояниях и изменениях элементов технологического объекта: отключение, включение или переключение агрегата, изменение направления или прекращение процесса материального потока, изменение значения или знака контролируемой величины и т.д. В информационных концептуальных моделях содержатся данные о значениях контролируемых параметров (отклонений за допустимые значения, скорости и знака отклонений, абсолютного или относительного значения параметров). Отличие информационных от функциональных моделей состоит не только в том, что указанные данные предъявляются человеку-оператору на средствах отображения информации и имеют конкретные количественные значения. Главное отличие заключается в том, что в ряде случаев на средствах отображения представлены косвенные параметры функциональных изменений в объекте. Значительная часть этих изменений вообще не предъявляется человеку-оператору из-за отсутствия датчиков. Наконец, в алгоритмических концептуальных моделях представлены сочетания нескольких концептуальных моделей в виде отображаемых на панелях контрольного щита или пульта управления изменений в состоянии процессов, протекающих в техническом комплексе. Например, сочетание нескольких светящихся сигнализаторов в виде квадрата или ромба свидетельствует о появлении нарушений в функционировании комплекса (Галактионов, 1992).

В-пятых, это знания о связях между различными элементами технического комплекса. Так, операторы энергетических станций имеют знания о нескольких видах таких связей: производственно-технологических связях, отражающих логику протекания технологических процессов в комплексе; причинно-следственных связях, отражающих причинно-следственной зависимости происходящих изменений; пространственных связях, характеризующих топологию агрегатов и устройств (Галактионов, 1992).

Следует отметить, что наименее опытные операторы в своей деятельности ориентируются в основном на знания о технических системах, а не связей между ними. Знания о связях между разными техническими системами и изменениями их состояний появляются у операторов позже. У наиболее опытных операторов формируются знания о совокупности правил действий, сопоставимых со схемами действий и процедурами (Рабардель, 1999).

Таким образом, в концептуальных моделях, формирующихся у операторов, представлены знания о различных сторонах протекания процессов в техническом комплексе. Наличие таких знаний позволяет человеку-оператору осуществлять осознанную ориентировку в протекающих процессах, предвидеть варианты развития обстановки и действовать эффективно.

Установление функций и содержательных компонентов концептуальной модели создает необходимые предпосылки для постановки вопроса о выявлении ее структурных характеристик.

От функций и содержания — к структуре концептуальной модели

Стремление исследователей выявить структуру концептуальной модели опирается на допущение, что ее содержательные компоненты не являются конгломератом и образуют некую организацию, подчиненную реализации основной функции — обеспечению осознанной ориентировки человека-оператора в процессах, протекающих в техническом комплексе и рабочей среде.

Для обоснованного предположения об организации содержательных компонентов, представленных в концептуальной модели, необходимо кратко остановиться на результатах исследований ментальных структур в когнитивной психологии (Андерсон, 2002 и др.). В этих исследованиях рассматриваются несколько видов ментальных структур. В структуре «дерево» отражаются семантические отношения типа класс-подкласс, элемент-класс, род-вид, часть-целое; в структуре «кластеры» — контекстные сведения; в структуре «пространство» — отношения сравнения между понятиями и признаками, пространственные и порядковые отношения; в структуре «цепочки» — каузальные и временные отношения; в структуре «сеть» — различные сочетания семантических отношений.

Некоторые из перечисленных структур могут рассматриваться в качестве способов организации определенных содержательных компонентов концептуальной модели. Можно считать, например, что знания о требуемой динамике технического комплекса организованы, как это предполагал еще Д.А. Ошанин (1973), в виде «цепочки» — состояние Б после состояния А, состояние В после состояния Б и т.д.

Однако ни одна из указанных структур, в том числе структура «сеть», нс может обеспечить организацию всей совокупности содержательных компонентов, представленных в концептуальной модели. Неясно, например, как с помощью этих структур могут быть организованы знания, в которых отражаются создаваемые человеком-оператором различные проекции процессов (частные концептуальные модели).

Идея вертикально-горизонтальной структуры концептуальной модели. В связи с вышеизложенным значительный интерес приобретают оригинальные взгляды Д.А. Ошанина (1973, 1977) на проблему структуры концептуальной модели. Данные взгляды основывались на понимании психического образа как «единого вертикально-горизонтального структурированного информационного сплава», в котором информация об объекте организована в виде иерархии парциальных (оперативных) структур. Кратко логика такого понимания может быть реконструирована следующим образом.

Исходным для Д.А. Ошанина является тезис о том, что раскрытие исконной природы психического образа должно проходить через функциональный анализ самих предметов именно как объектов действия. Другими словами, природа психического образа должна раскрываться на основе анализа процесса взаимодействия человека со средой и «населяющими» ее объектами. Выполняя предметные действия (преобразуя объект, управляя им и т.д.), человек всегда воздействует на элементы объекта (группы элементов, части, свойства) и на связи (отношения, зависимости), существующие между элементами объекта и характеризующие его как целое, т.е. как систему. Понятие системы уточняется через понятие структуры как совокупности относительно постоянных отношений между элементами системы, способа связи между элементами системы. Структура образует наиболее универсальную характеристику системы.

Фактическое число элементов любого из окружающих нас объектов практически неисчерпаемо, как неисчерпаемо и число зависимостей, связывающих эти элементы между собой. Например, нас могут интересовать пространственные, временные, пространственно-временные, физические, механические, причинные, функциональные зависимости. Можно сказать, что любой окружающий нас объект характеризуется не одной, а множеством структур. Всю совокупность связей, существующих между всеми элементами объекта, можно обозначить как целостную структуру объекта. Совокупность связей между некоторыми интересующими нас в определенный момент времени элементами можно обозначить как парциальную структуру объекта.

По мнению Д.А. Ошанина, структурная организация психического образа может быть представлена в виде системы каналов связи с основными магистралями и ответвленной сетью отклонений и обходных путей. Одни из этих каналов шли бы в горизонтальном направлении и соответствовали внутриуровневым структурным связям, другие, наоборот, были бы расположены в вертикальном плане и представляли ансамбль межуровневых парциальных структур. Вертикальная организация парциальных образных структур, т.е. наличие объединяющих их сквозных межуровневых связей, обеспечивает поиск и отбор образной информации, релевантной в данной ситуации, и тем самым установление оперативного (требуемого для решения конкретной задачи) уровня психического отражения объекта.

Следует подчеркнуть, что представление о вертикально-горизонтальной структуре психического образа принципиально отлично от традиционной комбинаторики традиционных форм отражения — ощущений, восприятий, представлений, понятий. Традиционно-психологическая система «форм отражения» является, по мнению Д.А. Ошанина, искусственной и составленной из препарированных и «разложенных по полочкам» кабинетных или лабораторных моделей реальных психических образований.

Рассмотренная логика используется Д.А. Ошаниным для раскрытия структурных характеристик концептуальной модели, формирующейся у человека-оператора. Структура концептуальной модели есть «сложный многоуровневый ансамбль вертикально-горизонтальных структур» (Ошанин, 1999, с. 434). В структурах вертикального ряда содержится информация разного уровня наглядности. Вертикальный аспект структуры оперативных образов, включенных в состав концептуальной модели, не исключает наличия в ней структур, расположенных по горизонтали.

Для более содержательного и детального рассмотрения положения о вертикально-горизонтальной структуре концептуальной модели большой интерес представляют, по нашему мнению, упомянутые выше результаты исследований А.И. Галактионова (1992) о существовании у операторов нескольких частных концептуальных моделей. Можно полагать, что выделенные в его работах частные концептуальные модели образуют вертикаль связанных между собой парциальных структур. Каждая из этих концептуальных моделей образует собственную горизонтальную структуру, включающую организованное единство входящих в эту модель элементов и связей между ними. Подобная вертикально-горизонтальная структура, во-первых, обеспечивает объединение разных частных концептуальных моделей в единую интегральную модель и, во-вторых, позволяет человеку-оператору оперативно переходить от одной частной модели к другой.

Заключение

Проблема структуры концептуальных моделей, способов организации представленных в них сведений и знаний еще далека от разрешения. Остаются невыясненными многие вопросы, в том числе о взаимосвязи структурной организации концептуальной модели с результативностью выполнения операторских задач. Остается неясным, какая именно структура наиболее эффективна для формирования и длительного поддержания человеком-оператором представления-прогноза об изменяющихся многопараметрических процессах, характерных для современных технологий в энергетике, производстве и на транспорте. Практически неизученным является вопрос о том, как в концептуальной модели представлены социально-организационные условия операторской деятельности, в том числе особенности распределения служебных обязанностей и ответственности между операторами.

Предположение о вертикально-горизонтальной организации сведений и знаний, представленных в концептуальных моделях, позволяет приблизиться к пониманию не только того, какими могут быть структуры концептуальных моделей, но к тому, какими они должны быть.

Литература

Андерсон Дж. Когнитивная психология. 5-е изд. СПб.: Питер, 2002.

Брушлинский А.В., Сергиенко Е.А. Ментальная репрезентация как системная модель в когнитивной психологии // Ментальная репрезентация: динамика и структура. М.: Изд-во ИП РАН, 1998. С. 5-22.

Галактионов А.И. Системные исследования психических образов, формируемых оператором-технологом // Системный подход в инженерной психологии и психологии труда. М.: Наука, 1992. С. 92-104.

Завалова Н.Д., Ломов Б.Ф., Пономаренко В.А. Образ в системе психической регуляции деятельности. М.: Наука, 1986.

Зинченко В.П. Анализ деятельности оператора // Эргономика: принципы и рекомендации. М.: ВНИИТЭ. 1970. Т. 1.

Зинченко В.П. Образ и деятельность. М.: Изд-во «Институт практической психологии»; Воронеж: Изд-во НПО «Модэк», 2000.

Зинченко В.П., Смолян Г.Л. Человек и техника. М.: Знание, 1965.

Идея системности в современной психологии / Под ред. В.А. Барабанщикова. М.: Изд-во ИП РАН, 2005.

Коиопкин О.А. Психическая саморегуляция произвольной активности человека (структурно-функциональный аспект) // Вопросы психологии. 1995. № 1. С. 5-12.

Ломов Б.Ф. О путях построения теории инженерной психологии на основе системного подхода // Инженерная психология. Теория, методология, практическое применение. М.: Наука, 1977. С. 31-55.

Ментальная репрезентация: динамика и структура. М.: Изд-во ИП РАН, 1998.

Мунипов В.М., Зинченко В.П. Эргономика: человекоориентированное проектирование техники, программных средств и среды. М.: Логос, 2001.

Обозное А.А. Психическая регуляция операторской деятельности: в особых условиях рабочей среды. М.: Изд-во ИП РАН, 2003.

Ошанин Д.А. Концепция оперативности отражения в инженерной и общей психологии // Инженерная психология. Теория, методология, практическое применение. М.: Наука, 1977. С. 134-149.

Ошанин Д.А. Предметное действие и оперативный образ: Дис.... докт. психол. наук. М.,1973.

Ошанин ДА.. Предметное действие и оперативный образ. М.: Московский психолого-социальный институт; Воронеж: Издательство НПО «Модэк», 1999.

Рабардель П. Люди и технологии (когнитивный подход к анализу современных инструментов). М.: Изд-во ИП РАН, 1999.

Ушаков Д.В. Интеллект: структурно-динамическая теория. М.: Изд-во ИП РАН, 2003.

Холодная М.А. Психология интеллекта: парадоксы исследования. Томск: Изд-во Томского ун-та. Москва: Изд-во «Барс», 1997.

Автор: Журавлев А.Л.