飞行员空间能力：认知计算的可塑性与渗透性

第一章 飞行员空间能力与飞行安全
　　空间能力是飞行员认知能力的基本组成部分，是飞行员心理品质模型的重要内容。空间认知是飞行员主要的认知特征。在航空心理学研究领域，视觉空间能力对飞行技能的高预测效度一直受到关注，良好的空间能力不但是飞行员飞行、巡航或者作战的需要，也使飞行员节省了心理能量而将其用于其他作业，减少了认知负荷和降低了产生失误的危险性。在多个空间因素中，飞行空间定向和飞行安全的关联性受到广泛关注，空间定向障碍的克服与训练也是航空心理学的核心研究主题。本章将论述飞行员心理品质与空间能力、飞行员空间能力与飞行绩效、飞行空间定向与飞行安全等内容。
　　第一节 飞行员心理品质与空间能力
　　心理品质是个体认知、情绪、动机、行为、技能、人格等各方面素质的综合体现（黄希庭，1991）。飞行能力（flight ability）指飞行员能顺利完成飞行活动所必需的各种心理品质的有机综合，其实质就是飞行心理品质。由于飞行活动的特殊性，飞行职业对认知能力的要求远远高于普通职业。任何能力总是在活动中表现出来并且是保证该项活动得以顺利完成的基本条件。飞行这一特殊的职业客观上需要飞行员具备良好的注意力、判断力、决策力、空间定向能力等一系列心理品质，这些心理品质集中到个人身上所形成的个性心理特征系统就是飞行能力。本书沿用“心理品质”一词。本节从阐述航空安全中人的因素的重要性开始，呈现飞行员心理品质模型与内容、飞行员心理品质中的空间能力、空间能力是飞行员的主要认知特征等内容。
　　一、航空安全中人的因素
　　安全是航空发展的基础，是航空事业发展的永恒主题，没有安全作为保障，航空业的发展就无从谈起。从某种意义上说，航空的发展史就是一部不断提高航空器和航空运营安全性的历史，也是一部减少和消灭各类、各层次安全事故的历史。在当今社会条件下，航空飞行是人们社会生活的重要组成部分，航空安全成为一个影响社会稳定的公共安全概念。
　　航空安全是一项系统工程，而人是其中*活跃和*关键的因素。这里的人员涉及飞行人员、管理者、空管员以及地面维修与服务人员等，其中，飞行员的作用毋庸置疑。中国工程院院士刘大响曾说过，如果说发动机是飞机的“心脏”，那么飞行员便是飞机的“灵魂”。随着航空科学的发展，航空业已经建立起宏大的航空科学技术体系，建立了基本完备且能满足各种复杂环境下安全飞行要求的设计与制造标准，并根据千变万化的实际飞行情况，构建了充分考虑人机系统特点的使用和操纵规程与方法，飞机本身的可靠性逐步增强，造成航空事故的原因从航空器自身技术性能制约等因素转换为人的因素，且两者此消彼长，在事故与空难中，人的因素的占比呈现出明显升高的趋势。
　　在世界航空史上，人因失误（human error）导致了大量飞行事故的发生。随着飞机的自动化程度越来越高，飞行工作对飞行员的体能负荷要求逐渐降低，取而代之的是心理负荷逐渐升高，从而导致航空人因失误的发生概率不断升高。波音商用飞机集团 1998 年的调查显示，因机械、电子等设备故障引起的事故率从 20 世纪初的 80%下降到 3%（Boeing，1998）。相反，由飞行员人因失误导致的飞行事故或事故征候却在逐年增加，甚至这种人因失误占到了整个事故成因的60%～80%（Wienger，David，1988；OConnor et al.，2007），更有研究者认为，所有事故追根溯源都是人因失误（Hunter，2005；Dekker，2007）。
　　因此，对一切与飞行员失误相联系的因素进行确认和分析，对影响飞行员安全状况的生理、行为和心理素质状态进行科学、准确的测量和评估，使其准确、恰当、充分、可接受地完成其所承担的绩效标准范围内的工作任务，并成功完成飞行作业就显得非常重要。
　　传统研究重点强化人的因素中个体知识、能力、技能、人格、情绪等的重要性，也就是飞行员个体心理品质的重要性。在诸多涉及航空事故的空难案例中，事故原因涉及飞行员的决策和判断能力、情绪控制、情境意识、机组资源管理等多个方面（乔善勋，2018）。例如，在情绪和人格差异上，我们可以区别出成功的飞行员一般具备果断、积极和沉稳的性格，糟糕的飞行员则具有好大喜功、鲁莽、精神迟缓等特点。优秀的飞行员不仅需要具备扎实的技术，还需要有良好的心理品质和协同工作能力等。
　　对飞行员的协同工作能力的研究是航空安全文化研究的重要内容（游旭群等，2008）。在飞行员选拔与训练史上，人们虽然设法通过不断改善和提高飞行员选拔系统的有效性来降低人因失误的发生率，但研究者对飞行事故的调查和分析结果显示，个体心理素质的加强及其飞行技术水平的提高并不是解决航空人因失误的根本手段。由于受自身先天生理和心理资源的制约，飞行员在飞行驾驶中发生人因失误在所难免，即无论个体的心理和飞行技术条件如何，飞行员所发生的人因失误均可被认为是一种正常的生理心理现象。可以将人因失误发生的根本原因归结为飞行员自身的心理素质以及企业文化方面的某些不足，尤其是在航线飞行员的人因失误研究中，航空企业文化因素占据重要的位置（姬鸣，2016）。进入 20 世纪 80 年代，驾驶舱资源管理（cockpit resources management）概念的提出为人们从团队角度上克服和避免各种飞行失误的发生提供了可能。经过 10 年左右的发展，驾驶舱资源管理又进一步扩展为以交流、协作为基础的机组资源管理（crew resources management，CRM）。航空安全的维护已从强调个体自身的生理心理素质转变为以团队为主要特征的航空安全管理的新模式时代（游旭群等，2008）。
　　姬鸣（2016）总结了飞行员人因失误的心理机制，其中认知机制包括飞行需求的基本认知和空间定向能力，以及情境意识与前瞻性记忆等，社会认知机制包括危险态度等的作用，人格机制部分主要阐述了个体的风险容忍、心理控制源和主动型人格的作用，文化因素机制部分主要从航空安全文化角度进行了论述。姬鸣还对飞行员驾驶舱任务管理中的人因失误机制进行了探讨，强调了任务优先和任务中断在其间的作用。可见，影响飞行安全的人的因素是多样的。为了有效应对人因失误，姬鸣认为可以从飞行员心理选拔与训练、机组资源管理，以及航线操作安全检查等方面加以控制。
　　由人的因素引起的失事和事故尚未得到彻底、深入的解决。关注人的因素的影响，致力于对人的因素的控制，必将对航空安全水平的提高产生重要的影响。本书将关注飞行员心理品质中的空间能力研究，分析飞行员空间能力形成的认知加工机制。在航空心理学研究领域，视觉空间能力对飞行技能的高预测效度一直受到关注，视觉空间能力是飞行员*主要的认知特征，是飞行员心理品质中的核心要素。空间能力的检测也是飞行员选拔和筛查的重要内容。本书对飞行员空间能力的分析，一方面有利于深入理解飞行员空间能力的认知加工特性，另一方面也可以明确空间能力领域中的哪些因素在何种性质、何种程度上与飞行安全有关，为飞行员选拔与飞行训练及如何通过空间能力的提升来增加飞行安全行为提供科学依据，并为进一步完善现有飞行员的心理素质、促进航空安全水平的提高提供理论支持。
　　二、飞行员心理品质模型
　　飞行职业特点对飞行员的心理结构与品质提出了特定的要求。对飞行员心理品质的研究集中在飞行员选拔领域。飞行员心理选拔源于第一次世界大战前后，20 世纪 60 年代以后，随着科学技术的迅速发展，世界各国在飞行员心理选拔的理论与实践方面均有了新突破和新进展。特别是空军，对心理选拔工作更加重视，一些国家的空军选拔淘汰率高达 60%，选拔内容、方法也更加科学与实际，心理选拔已成为一个必不可少的选飞条件。总体来看，国外选拔的总符合率在 75%左右（傅双喜，2000）。
　　在内容上，飞行员选拔从一开始即有三个基本的理论要点：智力/才能、心理运动能力/速度、人格/性格。对于智力/才能，通常通过一组认知能力测验来评价飞行认知能力。心理运动能力是人类操作活动的基本心理品质，通常通过在仪器上操作完成心理运动能力测试。人格研究经历了从早期的王牌飞行员特质的描述，到使用人格调查表来预测飞行成绩。按照发展的观点，选拔之初参照的心理品质标准不一定适合一个成熟的飞行员，因此，实际上，除了招飞阶段以外，对现役飞行员也应开展心理品质研究，这些研究成果均可为飞行员的心理选拔提供重要的理论依据和参考框架。表 1-1 整理了有关飞行员心理品质特性的部分重要研究。
　　表1-1 飞行员的心理品质特性
　　可见，心理品质检测是飞行员选拔和检测中非常重要的组成部分，心理品质成为飞行员选拔、淘汰的主要依据。此外，随着认知心理学的兴起，通过分析飞行员在“人 机 环境”系统中的地位和作用，飞行员选拔强调了飞行员作为系统监控者的信息加工功能。飞行信息的收集与综合加工处理的能力被认为是飞行能力的核心。心理选拔方法已经由典型的离散型分项检查和典型的综合法（仿真或模拟机选拔）逐渐过渡到两者相互结合的折中法。因此，在心理品质结构模型的构建上，其内容和检测方法相应地趋向于少而精，即寻求能对飞行绩效有高预测力的核心心理品质因子是近年来心理选拔的一个研究方向。
　　三、飞行员心理品质内容
　　从上述回顾中已知，飞行员心理品质可以大体分为三部分：基本认知能力/智力，特殊认知能力/心理运动能力，人格（包括认知特征、情绪特征、意志特征等）。基本认知能力和特殊认知能力是指飞行员在完成飞行中进行信息加工、飞行操作任务的心理条件，可被认为是“硬”心理品质。
　　（一）基本认知能力
　　基本认知能力即*基本的认知能力/智力和信息加工能力，是人们在认知过程中表现出来的综合能力，指接收、加工、储存和应用信息的能力，即个体在基本活动中表现出来并能顺利完成该项活动所必须具备的心理品质，集中体现了个体潜在的智力因素，包括观察力、注意力、记忆力、想象力和思维能力等。对于飞行职业，飞行认知能力（flight cognitive ability）是飞行人员维护飞行安全、顺利完成飞行任务*为核心的因素，是飞行员生理心理品质以及飞行技术水平的综合体现（Hoermann，1998；丹笑颖等，2004）。
　　由于飞行活动的特殊性，飞行职业对认知能力的要求远远高于普通职业。飞行员面对大量信息，对任何信息的延误处理都有可能导致决策失误。随着飞机自动化程度的逐渐提高，飞行员的心理负荷不断增加，这将提高对飞行员的记忆、信息加工和逻辑思维等的智能要求。现代航空技术的发展及成套装备的日趋完善，使得现代飞行器械的稳定性和可靠性有了显著提高，同时还使飞行员从传统的体力型工作方式向认知、监控的方向转变，短时间内完成对大量信息的综合加工、做出准确判断的决策过程已成为现代飞行活动的主要特征，这对飞行员的记忆

视觉空间能力对飞行安全和飞行技能的高预测效度一直受到关注，被视为飞行员*主要的认知特征，是飞行员心理品质中的核心要素。《飞行员空间能力：认知计算的可塑性与渗透性》梳理了空间能力和飞行员空间能力相关研究，讨论了飞行员静态空间能力和动态空间能力的认知加工优势，分析了飞行员空间能力的计算特性、认知可塑性和认知渗透性，同时分析了飞行员空间能力专长特征，总体上探索了飞行员空间能力形成的认知加工机制和飞行实践对空间能力的作用。

目录
序言（游旭群）
前言
第一章 飞行员空间能力与飞行安全 1
第一节 飞行员心理品质与空间能力 1
第二节 飞行员空间能力与飞行绩效 15
第三节 飞行空间定向与飞行安全 21
第二章 视觉空间能力 33
第一节 空间能力的概念、分类及研究历史 34
第二节 空间能力的心理测量学研究 40
第三节 空间能力的差异心理学研究 57
第四节 空间能力的认知心理学与认知神经科学研究 65
第三章 动态空间能力 73
第一节 动态空间能力的含义及任务 73
第二节 动态空间能力的相关研究 84
第四章 视觉空间认知计算 92
第一节 视觉计算 92
第二节 视觉表征计算 98
第五章 视觉空间能力的可塑性 108
第一节 行为与脑的可塑性 108
第二节 视觉空间能力可塑性的效应检验 116
第六章 飞行员静态空间能力可塑性 123
第一节 飞行员静态空间能力可塑性研究 123
第二节 飞行员静态空间能力的计算优势及其可塑性 137
第七章 飞行员动态空间加工优势研究 142
第一节 飞行员动态空间能力加工水平初步检测 142
第二节 飞行员客体特征与运动特征加工 145
第三节 飞行员动态空间表征建构 151
第四节 飞行员动态空间定向 154
第五节 飞行员动态空间定位 157
第六节 飞行员动态空间能力计算优势及可塑性 161
第八章 动态空间加工的认知渗透性 165
第一节 动态空间认知渗透性的内涵与表现 165
第二节 飞行场景中的认知渗透性 177
第九章 飞行员空间能力专长及其养成训练 183
第一节 飞行员空间能力专长 183
第二节 飞行员空间能力专长的养成与训练 197
参考文献 211