《人机工程学》实验指导书

北京理工大学珠海学院

机械与车辆学院机械工程教研室

二〇##年九月

目    录

实验一 信息处理与反应能力测试... 1

实验二 双手协调及手指灵活性测试... 3

（1）双手协调能力测试... 3

（2）手指灵活性测试... 5

实验三  人的可靠性及工作疲劳测试... 8

（1）动作稳定性测试... 8

（2）疲劳测试... 11

实验四  人机界面设计... 13

（1）人机界面初识... 13

（2）人机系统界面的设计... 13

实验一 信息处理与反应能力测试

一、     实验目的：

测量反应时，掌握测定选择的实验程序；了解影响反应时的部分因素。

二、     实验仪器：

      EP204声光反应时测定仪

三、    实验程序：

（一） 选择反应时的测定：

将光电反应键盘的RS232 －9芯插头插入主机上的插座，如要接打印机，请将连接打印机的RS232－25芯插头也插入主机上对应的插座上。将主机连接220伏交流电源的插头插入220伏电网的插座上。确认所有连接无误、可靠后，打开主机上的电源开关，此时显示器显示“n1----n4”：

1，按下1号键，选择n1为选择反应时，显示器显示“------20”，为测试次数。

2，按动1号功能键，选择测试次数，显示器将依次显示“------40”，“------60”，“------80”，“-----20”，本仪器自动设置在20次。

3，选择好测试次数以后，主试按下2号启动键，测试开始。

4，四种颜色的光刺激将自动呈现，呈现次序是无规则的，但每一种颜色刺激的呈现总次数。将是设置的测试次数的1/4，及如测试次数为20次，则每一种颜色的呈现总次数为5次；如测试次数为60次，则每一种颜色的呈现总次数为15次。

5，被试根据不同颜色刺激的呈现，用手指按下反应键盘上的对应颜色的园孔，按错一次仪器将自动按出错处理，其时间不计入统计。如时间超过99.9999S，也按出错处理。

6，当所设置的测试次数完成后，仪器内的蜂鸣器自动鸣响1秒，以告知实验结束。

7，按动3号显示键，显示器将依次显示：

1―＃＃＃＃＃＃     总平均时间

2－＃＃＃＃＃＃     红颜色的平均反应时间

3－＃＃＃＃＃＃     绿颜色的平均反应时间

4－＃＃＃＃＃＃     蓝颜色的平均反应时间

5－＃＃＃＃＃＃     黄颜色的平均反应时间

6－＃＃＃＃＃＃     实验所设置的测试次数

7―――――＃＃     出错次数

8，如需进行新的实验，按下复位键，仪器复位，再按以上的说明进行操作。

（二）声光反应时的测定：

将光电反应键盘的RS232 －9芯插头插入主机上的插座，如要接打印机，请将连接打印机的RS232－25芯插头也插入主机上对应的插座上。将主机连接220伏交流电源的插头插入220伏电网的插座上。确认所有连接无误、可靠后，打开主机上的电源开关，此时显示器显示“n1----n4”：

1， 按下4号键，选择n4为声光反应时，显示器显示“―――20”

2， 按动1号功能键，选择测试次数，显示器将依次显示“------40”，“------60”，“------80”，“-----20”，本仪器自动设置在20次。

3， 选择好测试次数以后，被试将手指放在反应键盘四个园孔的任一园孔之中，主试按下2号启动键，测试开始。

4， 仪器将自动呈现声、光（四种颜色的灯同时点亮）刺激，一次实验中，光和声刺激的呈现次数相等，如：设置的测试次数是20次，则声和光刺激各呈现10次，但呈现的次序是随机的被试根据声（光）刺激的呈现，手指离开反应键盘上的园孔，仪器将自动记录刺激呈现到被试手指离开反应键盘园孔之间的时间，及声（光）的反应时间。

5， 实验途中，如被试手指不放回反应键盘的园孔之中，仪器将自动进入等待状态，直到被试手指重新放回反应键盘园孔之中，进行下一次测试。

6， 当所设置的测试次数完成后，仪器内的蜂鸣器自动鸣响1秒，以告知实验结束。

7， 连续按动3号显示键，显示器将依次显示：

1―＃＃＃＃＃＃     平均反应时间

2―――――＃＃     实验所设置的测试次数

3－＃＃＃＃＃＃     光刺激的平均反应时间

4－＃＃＃＃＃＃     声刺激的平均反应时间

8，  如需进行新的实验，按下复位键，仪器复位，再按以上的说明进行操作。

四、    实验结果:

1.  选择反应时：

   

2.  光、声反应时：

五 ． 讨论

1. 比较对4种色光选择反应时的差异。

2．阐述本实验影响反应时的因素有哪些？

实验二 双手协调及手指灵活性测试

（1）双手协调能力测试

一、实验目的

   通过双手调节器的操作，学习绘制练习曲线。

二、实验基本原理

动作技能是通过练习而形成的。练习曲线能形象地反映练习的进程及练习发展的趋势。绘制练习曲线有各种方法。不同的画法曲线呈现出不同的表现形式。最一般的画法是用练习的阶段或练习的遍数作横坐标，用练习的效果为纵坐标来绘制出练习曲线。以双手调节器的练习为例：用练习遍数作横坐标，用完成任务所用时间及出错次数为纵坐标，以每遍的结果确定坐标上的位置，连接各点便组成练习曲线。

双手调节器是一种典型的动作技能操作仪器。它是通过双手的操作，合作完成设定的曲线轨迹的运动，即是右手完成目标的上下移动，左手完成目标的左右移动。以被试完成任务所用的时间及偏离轨迹的次数，作为衡量其多次练习后的进步水平。

三、实验仪器

   实验仪器名称：EP711双手调节器（见下图）

双手调节器操作部件的探笔头一旦碰到起始位，信号整形送入电脑芯片开始记时，探笔头偏离轨迹，信号整形送入电脑芯片开始记次，探笔头一旦碰到终止位，信号整形送入电脑芯片停止记时、记次，结果经锁存、驱动以数码显示。    

仪器组成：双手操作部件包含有双手分别移动的机构、运动目标的指示与检测电路，以及设定的曲线轨迹。另外还有计时计数器。

技术参数：

1.计时范围：0.0000～99999.9999秒

2.计时精度：0.1％

3.计数范围：0～999次

四、实验内容及步骤

使用方法：

1.用电缆线联接双手调节部件和计时、计数器。

2.接通电源，双手调节部件的目标光斑发出红光，计时器数显为0。

3.转动右手旋钮目标光斑上下移动。

4.转动左手旋钮目标光斑左右移动。

5.目标光斑离开起始位，开始计时计次。完成一周，目标光斑进入起始位，停止计时。

实验程序：

1.按使用方法1、2作好实验前准备。

2.主试事先将双手调节器上的目标光斑调到起始位。

3.实验指导语：这是一个双手协调动作的实验。你顺时针旋转右手旋钮目标光标向上移动，逆时针旋转右手旋钮目标光标则向下移动。你顺时针旋转左手旋钮目标光标向右移动，逆时针旋转左手旋钮目标光标则向左移动。你的任务是将目标光斑沿着曲线轨迹但又不超越轨迹运动。要求你又快又准的完成一周运作。走完一周后，休息一分钟。整个过程运作五遍。

4.被试者理解实验指导语后，即可开始实验。每走完一周，主试者记录结果，按“复位”键，以便被试继续操作。

五、实验结果

   1.根据实验结果，列表整理完成时间及错误次数。

   2.绘制时间及出错次数的练习曲线。

六、实验报告要求

1.根据练习曲线分析自身的动作技能练习效果。

2.分析自身在操作中常会出错的部位及原因。

3.联系平时对被试人员间的接触与了解，找两个同学比较彼此被试人员间差异及学习特点。

（2）手指灵活性测试

一、实验目的

    应用手指灵活测试仪，掌握测量手指灵活性的实验程序及常用方法。

二、实验基本原理

    应用心理学测定方法来进行能力方面的动态研究，能够弥补和纠正用快速法进行职业咨询和职业选择时的不足，通过长期的对个体动态的研究与测试，可以向被试提供职业选择宝贵的宝贵建议，这种测验方法在就业指导和咨询方面具有很大的实用价值。美国的职业评价测验（MVE），日本普通职业的适应性测验，均选用这类测试方法作为应试者手指灵巧性的衡量。

手指灵活性测试，主要测试手指的灵活性和手指尖的灵活性二类。

手指灵活性测定的常用方法是：被试用一把镊子钳，把数十根金属针分别插入一块具有数十只小孔的板内。以完成任务所用时间作为检测的指标。

手指尖灵活性测定的常用方法是：安装或拆卸螺母的操作，即是在一块板上装有数十根不同尺寸的螺栓，被试的任务就是装上垫片再旋上螺母。或者将旋有螺母的螺栓上，旋下螺母。以完成任务所用时间作为检测的指标。

     本实验所用的手指灵活测试仪就是选用了以上方案，仪器中配置了精确统计时间的计时器、并精选了螺桂的品种及数量，使其更趋实用，实验也更为方便。

三、实验仪器

   实验仪器名称：EP707 手指灵活性测试仪（见下图）

手指灵活性操作部件的第一根插针插入左上方孔的信号经整形送入电脑芯片开始记时，当最后一根插针(即第二十五根)插入右下方孔的信号经整形送入电脑芯片停止记时，所用时间经锁存、驱动以数码显示。

手指灵活性测试仪除适用以测定手指与手指尖灵活性的仪器外，也包括手、手腕、手臂的灵活性，以及手和眼的协调性能力的一类仪器。

技术参数；

1.计时范围：0～9999.99秒

2.手指灵活性测试量：100个孔

3.手指尖灵活性测试量：M6、M5、M4、M3螺钉各25个

四、实验内容及步骤

使用方法：

1.将所需实验的配件板插入机箱（稍用力插紧）。抽出附件盒盖。

2.接通电源，数码显示为零（如不是全零，可按复位键）。

3.装入第一个（一般指左上方的一个）零件开始计时，装完最后一个（一般指右下方的一个）停止计时。显示完成任务所用时间。

实验程序

第一项实验：手指灵活性测试

1.将手指灵活性测试板（上有100个小孔）插入机箱。打开附件盒，露出插针盒。

2.接通电源，被试利手握着镊子，坐在测试板前。

3.实验指导语；这是一个测量手指灵活性的实验。你面前的手指灵活测试板上有100个孔，插针盒里有100根插针，你的任务是用镊子将盒中的插针插入孔中。插的顺序是从左至右，从上至下，即第一根插在第一排的最左边的一个孔，第二根插在第一排的从左数第二个孔，以此类推，第100根插在最后一排最右边的一个孔。要求你插得快，并要插到位，（即插到底）。

4.被试理解指导语后，即可操作实验。当第一根插针插入第一排最左边的一个孔时，仪器内的计时器开始计时，当最后一根插入最后一排最右边的一个孔时，停止计时。显示被试完成任务所用时间。

5.主试者记录实验结果。

第二项实验：手指尖灵活性测试

1.将手指尖灵活性测试板（上有100个螺栓），插入机箱。打开附件盒，露出螺帽盒。

2.接通电源，被试坐在测试板前。

3.实验指导语：这是一个测量手指尖灵活性的实验。你面前的手指尖灵活测试板上有100个螺栓，附件盒里有100个不同规格的螺帽，你的任务是用手将盒中的螺帽拧入对应的螺栓中。拧入的顺序是从左至右，从上至下，即第一个螺帽拧在第一排的最左边的一个螺栓上，第二个螺帽拧在第一排的从左数第二个螺栓上，以此类推，第100个螺帽拧在最后一排最右边的一个螺栓上。要求你拧得快并要拧到位，即拧到底。

4.被试者理解指导语后，即可操作实验。当第一个螺帽拧入第一排最左边的一个螺栓时，仪器内计时器开始计时，当最后一个螺帽拧入最后一排最右边的一个螺栓时，停止计时。显示被试完成任务所用时间。

5.主试者记录实验结果。

    第三项实验：比较非利手指灵活性

1.将手指灵活性测试板（上有100个小孔），插入机箱。打开附件盒，露出插针盒。

2.接通电源，被试非利手握着镊子，坐在测试板前。

3.实验指导语：这是一个测量手指灵活性的实验。你面前的手指灵活测试板上有100个孔，插针盒里有100根插针，你的任务是用非利手握着镊子将盒中的插针插入孔中。插的顺序是从左至右，从上至下，即第一根插在第一排的最左边的一个孔，第二根插在第一排的从左数第二个孔，以此类推，第100根插在最后一排最右边的一个孔。要求你插得快并要插到位，即插到底。

4.被试理解指导语后，即可操作实验。当第一根插针插入第一排最左边的一个孔时，仪器内计时器开始计时，当最后一根插入最后一排最右边的一个孔时，停止计时。显示被试完成任务所用时间。

5.主试者记录实验结果。

五、实验结果

   1.列表整理3次的练习结果。

2.绘制个人测试次数和测试用时的的练习曲线。

六、实验报告要求

1.根据练习曲线，分析手指及手指尖动作技能形成的进程及趋势。

实验三  人的可靠性及工作疲劳测试

（1）动作稳定性测试

一、实验目的

运用动作稳定测试仪，学习测定动作准确性的方法。

二、实验基本原理

任何精细的动作都涉及强度、速度与空间方位三大要素。对于需要用手进行的精细动作，其中动作的速度与空间方位的判断尤为重要。作为空间方位的准确定位，视觉的反馈联系又起着决定性的重要作用。

手臂瞄准运动测验是用来研究随意运动准确性的最简洁的方法。动作稳定测试仪中的九孔瞄准测验就是根据这一思路来测定个体运动的准确判断力的。测验时手持测试笔，以笔尖通过孔（笔尖不碰孔边为准），以通过孔的最小直径为衡量准确性的指标，通过的孔直径越小其瞄准的判断力就越高。这种测验不仅可以用来研究受视觉支配的随意运动的准确性，而且可以用来研究左右手瞄准运动判断力的差别，以及瞄准运动能力的发展过程，还可以寻找这种能力和其他心理特点的关系。不少心理学家将身体某部位不由自主地颤动的范围作为控制运动的能力的指标。颤动范围越大，控制运动的能力越弱，反之，控制运动的能力越强。一个人处于某种情绪状态时，这种身体不由自主的运动亦会比没有该类情绪时有明显的增大。所以，这种颤动范围也可作为情绪强度的心理指标。

三、实验仪器

   实验仪器名称：EP704动作稳定实验仪（见下图）

    九孔实验仪、凹槽实验仪均以大孔底部和进入口为启动点，以孔边和凹槽边为计数点，最小孔底部和出口为结束点，(故探笔一碰大孔底部和进入口信号进入整形电路a；探笔一碰孔边和凹槽边信号进入整形电路b；探笔一碰最小孔底部和走出凹槽口信号进入整形电路c)，经整形信号进入电脑芯片在编程软件的作用下，开始工作、计数及停止记时计数，再由锁存、驱动数码管显示实验结果。控制按键使结果逐个显示及复位。

    组成：计时器、 九孔实验仪、凹槽实验仪三部分组成。

技术参数；

1.九孔直径；12，9，6.7，5.3，4.2，3.5，3.1，2.7，2.5毫米

2.测验笔尖直径；2毫米

3.凹槽宽度范围；2.5～12毫米

4.计时范围；0～9999.99秒

5.计数范围；0～999次

四、实验内容及步骤

    使用方法：

      1.将凹槽实验仪与九孔实验仪用线缆联接。测试棒尾部与九洞实验仪联接。

      2.将九孔实验仪与计时器用线缆联接。接通电源。

      3.测试棒碰到大孔底部或凹槽起始端，计时器开始计时。每碰到孔边或凹槽边一次，计错加一，并发有声音，以示警告。直到测试棒碰到最后一孔的底部或凹槽结束端，计时器停止计时。

    4.按计时器“复位”键，显示归零。

  实验程序：

第一项实验：瞄准准确性测试

1.按使用方法1、2，做好实验前准备。被试坐在实验仪器前，手捏测试棒。

2.实验指导语；这是一个瞄准运动测验。你面前有一个具有九个大小不一之孔的斜面板，你的任务是用手握的测试棒尖，插进孔里、碰到底部，顺序是从大至小，直至进入最小一个孔并碰到底部。希望你发挥最大的判断能力、在用测试棒插入孔中的过程中、尽量不要碰到孔边，同时尽快的通过九个孔。

3.被试理解指导语后，即可实验。

4.实验结束主试按记时器“T/N”键，记录显示的时间(T)及出错次数(N)（未通过的孔数）。

5.被试先用左手后用右手，按以上程序进行实验。

第二项实验：运动的稳定性测试

1.按使用方法1、2，做好实验前准备。被试坐在实验仪器前，手捏测试棒。

2.实验指导语；这是一个运动稳定性测验。你面前有一个由宽至窄的凹槽，你的任务是用手握的测试棒尖，由宽处进槽、从宽至窄移动，直至进入最窄一端的结束位。希望你以最稳定的状况，在用测试棒移动过程中尽量不要碰到槽边，同时尽快地通过凹槽。

3.被试理解指导语后，即可实验。

4.实验结束主试按记时器“T/N”键，记录显示的时间(T)及出错次数(N)（未通过的槽数）。

5.被试先用左手后用右手，按以上程序进行实验。各做五次。

6.将凹槽板转180度，让被试换一种方向（即原来是自左向右运动，换成由右向左运动），按以上程序进行实验。

五、实验结果

1.根据第一项实验结果，分别统计被试左、右手完成9个孔的时间T (s)及出错次数N。

第一项实验数据记录表

     

     

2.根据第二项实验结果，统计被试自左向右、自右向左完成任务的平均时间T (s)及出错次数N。

第二项实验数据记录表

六、实验报告要求

1. 根据第一项实验结果，分析左、右手差异。分析时间及通过个数的关系。

2. 根据第二项实验结果，分析不同方向差异。

（2）疲劳测试

一、实验目的

运用疲劳量表，判断疲劳程度。

二、实验基本原理

疲劳量表-14(Fatigue Scale-14，FS-14)系英国King’s College Hospital心理医学研究室的Trudie Chalder及Queen Mary’s University Hospital的G．Berelowitz等许多专家于1992年共同编制的。

疲劳一直是一个很难定义与描述的症状，尤其是疲劳的主观感觉方面。为了寻求对疲劳进行流行病学和症状学研究的更好的方法，Trudie Chalder等人研制出了FS-14量表，用来测定疲劳症状的严重性，评估临床疗效，以及在流行病学研究中筛选疲劳病例。

三、实验仪器

疲劳量表FS-14由14个条目组成，每个条目都是一个与疲劳相关的问题。根据其内容与受试者实际情况的符合与否，回答“是”或“否”。14个条目分别从不同角度反映疲劳的轻重，经主成分分析将14个条目分为两类，一类反映躯体疲劳(Physical Fatigue)，包括第1～8共8个条目；一类反映脑力疲劳(Mental Fatigue)，包括第9～14共6个条目。

疲劳量表（该量表适用于16岁以上成年人）

四、实验步骤

结果评定：

请受试者仔细阅读每一条目或检查者逐一提问，根据最近两周你最适合受试者的情况圈出“是”或“否”，除了第10、13、14条3个条目为反向计分，即回答“是”计为0分，回答“否”计为“1”分，其它11个条目都为正向计分，即回答“是”计为“1”分，回答“否”计为“0”分。将第1～8条8个条目的分值相加即得躯体疲劳分值，将第9～14条6个条目的分值相加即得脑力疲劳分值，而疲劳总分值为躯体及脑力疲劳分值之和。躯体疲劳分值最高为8，脑力疲劳分值最高为6，总分值最高为14，分值越高，反映疲劳越严重。

五、实验结果

1.根据上述疲劳表的计算结果，写出你的疲劳程度。

2.通过查阅相关资料，阐述疲劳的种类以及疲劳的评价方法。

实验四  人机界面设计

（1）人机界面初识

 

一、实验目的

通过收集各种类型的界面，并对其进行分析，从感性上理解人机界面的概念。教师可以指导学生从网上或者生活中收集不同类型的界面，并带入课堂中大家一起讨论。在分析界面的优势和不足以后，可以整理保存，应用到以后的界面设计中去。

二、实验内容

   收集不同类型的界面，并借助前面所学到的知识对界面进行分析、评价。

三、实验步骤

从网络上搜索或者把生活中某些界面拍下来，然后进行分析，在课堂上提出来并发表自己的观点，然后教师组织其他同学讨论。

（2）人机系统界面的设计

 

一、实验目的

显示系统界面应用于很多场合，进行此类界面的设计是运用人机理论基础知识进行实践。

二、实验内容

  因为涉及到人机系统的界面设计的范围比较大，因此实验之前，学生准备相关的资料，根据现有的条件，学生不可能一下设计出非常复杂的界面，教师可以设定设计的范围和目标给学生。系统界面的几个参考范围有：软件启动界面、CD播放器的界面。具体在设计时，学生可以使用的软件可以是任何的开发软件，也可以采用图形设计软件。

 

三、实验步骤

 人机系统显示界面的设计，不是一下子突然设计出来的，请同学们根据一些已经现有的界面和这些界面所处的应用环境，在原有界面的基础上进行修改或者改进式的设计。