飞行学员仪表态势感知训练方法效果比较

宋春杨，洪 流，杨菁华，刘 翠，王子含，程 珊，丛 林，熊凯文，张太辉，马 进，胡文东

(1空军军医大学航空航天医学系医学装备教研室，陕西 西安710032； 2解放军第95926部队卫生队，吉林 长春130103； 3解放军第95988部队门诊部，吉林 长春 130062； 4空军工程大学基础部军事科技英语教研室，陕西 西安 710051)

历史记录表明，80%的飞行事故是人为因素导致的[1]，其中飞行员态势感知(situation awareness，SA)已经成为制约飞行安全提高的重要因素[2]，失去SA可能会造成严重的安全问题[3]。ENDSLEY[4]在1988年将SA定义为“在一定的时间和空间范围内对环境中的元素的感知，对其意义的理解，以及在不久的将来对其状态的预测”，对于军事飞行员而言，在驾驶飞机过程中要实时关注舱内仪表信息和舱外环境信息，其中舱内仪表可以提供速度、高度、飞机姿态等关键信息，而飞行中面临的潜在威胁则主要来源于舱外环境信息，飞行员需要在舱内信息和舱外信息之间不断转换[5]，因此飞行员若想更加充分地发现和处理舱外潜在危险信息，提高单位时间内处理舱内仪表信息的效率将是一个有效的办法。另外，在复杂天气条件下飞行时，舱外信息获取较困难，甚至会发生飞行错觉[6]，从而严重威胁飞行安全。在发生飞行错觉时，飞行员需要转入仪表飞行，此时仪表SA水平十分重要[7]。因此，提高仪表SA水平对于飞行安全起着重要的作用，而专门的仪表闪现训练可以提高参训飞行员的仪表认读能力[8]，从而提高仪表SA水平。但前人仪表训练以单仪表闪现训练为主，而飞行过程中飞行员面对的是全部仪表的组合界面，且通过对飞行员的访谈，可知飞行员在飞行过程中多为多仪表扫描的仪表认读模式。针对上述问题，本研究结合前人训练方法，针对正在进行初教机训练的飞行学员进行训练，旨在比较全仪表界面下多仪表闪现训练和常显训练的效果差异，为下一步制定训练方案提供依据。

1 对象与方法

1.1 对象

选取某航校94名飞行学员，男性，平均年龄(20.2±0.6)岁，均通过筛选飞行，身体健康，均参加过航校开设的仪表课程。将94名学员分为3组，其中闪现组30人，常显组30人，对照组34人。受被试编制及训练任务限制，采用先整群抽样再随机抽样的方式对被试进行分组。首先根据编制将被试分为2组，每组47人，随机抽取其中一组作为闪现备选组，另外一组自动成为常显备选组。在闪现备选组内随机选取30人进入闪现组，余17人自动进入对照组；在常显备选组内随机选取30人进入常显组，余17人自动进入对照组。在训练过程中，常显组1人因突发疾病中途退出，对照组1人因未按要求完成实验被剔除，最终完成实验人数：闪现组30人，常显组29人，对照组33人。

1.2 方法

应用空军军医大学航空航天医学系设计的飞行人员仪表SA水平训练测试程序进行实验，程序中仪表界面以初教-6型飞机仪表界面为参照制作。

实验共分为4个阶段：①熟悉阶段。参加人员：闪现组、常显组和对照组。训练内容：仪表位置记忆训练(仪表识别、仪表判读、仪表定位)、闪现模式体验训练(单仪表闪现)、多仪表模式体验训练(双仪表常显和三仪表常显)，以上训练项目各进行1次。训练时机：训练开始阶段。②前测阶段。参加人员：闪现组、常显组和对照组。训练内容：3组依次进行三仪表闪现(3 500、3 000、2 500 ms)测试和双仪表闪现(2 000、1 500、1 000 ms)测试，各项测试各进行1次。训练时机：熟悉阶段结束后。③训练阶段。参加人员：闪现组和常显组。训练内容：闪现组依次进行三仪表闪现(4 000、3 500、3 000、2 500 ms)和双仪表闪现(3 000、2 500、2 000、1 500 ms)训练，其中，三仪表4 000 ms闪现训练和双仪表3 000 ms闪现训练各进行4次，其他难度训练各进行3次；常显组每次进行一组三仪表常显和双仪表常显训练，共计15次；对照组不使用程序进行训练。训练时机：前测阶段结束后。④后测阶段。参加人员：闪现组、常显组和对照组。训练内容：3组依次进行三仪表闪现(3 500、3 000、2 500 ms)测试和双仪表闪现(2 000、1 500、1 000 ms)测试。训练时机：训练阶段结束后。

本实验主要分析训练及测试的绩效指标，包括正确率和正确平均反应时。正确率=(正确答题数/总题数)×100%；正确平均反应时(s)=总反应时(s)/正确答题数。正确率高及正确平均反应时短代表成绩更优。

1.3 统计学分析

采用SPSS 24.0分析软件进行分析，以P<0.05为差异有统计学意义。前后测结果采用单因素方差分析进行3组间的多重比较，用以分析3组间训练前和训练后的成绩差异；应用单因素重复测量方差分析分别对3组前后测成绩进行对比，用以比较3组各自训练前后的测试成绩差异。

2 结果

2.1 各组三仪表闪现测试正确率和正确平均反应时结果比较

三仪表3 500 ms闪现测试结果显示，闪现组和常显组前后测正确率及正确平均反应时差异均有统计学意义(P<0.05)，且后测均优于前测；对照组前后测正确率差异有统计学意义(P<0.05)，但前测优于后测；3组间前测正确率及正确平均反应时差异均无统计学意义(P>0.05)，两两比较各组两两之间前测正确率及正确平均反应时差异均无统计学意义(P>0.05)；3组间后测正确率及正确平均反应时差异均有统计学意义(P<0.05)，两两比较闪现组和常显组之间后测正确率及正确平均反应时差异无统计学意义(P>0.05)，闪现组与对照组、常显组与对照组之间后测正确率及正确平均反应时差异均有统计学意义(P<0.05)，且闪现组和常显组正确率及正确平均反应时均优于对照组(表1)。

表1 3组三仪表3 500 ms闪现测试结果比较

三仪表3 000 ms闪现测试结果显示，闪现组和常显组前后测正确率及正确平均反应时差异均有统计学意义(P<0.05)，且后测均优于前测；对照组前后测正确率差异无统计学意义(P>0.05)，但正确平均反应时差异有统计学意义(P<0.05)，且后测优于前测；3组间前测正确率及正确平均反应时差异均无统计学意义(P>0.05)，各组两两之间前测正确率及正确平均反应时差异均无统计学意义(P>0.05)；3组间后测正确率及正确平均反应时差异均有统计学意义(P<0.05)，两两比较闪现组和常显组之间后测正确率差异无统计学意义(P>0.05)，闪现组与对照组、常显组与对照组之间后测正确率以及3组两两之间后测正确平均反应时差异均有统计学意义(P<0.05)，且闪现组和常显组正确率优于对照组，正确平均反应时闪现组最优，常显组次之，对照组最差(表2)。

表2 3组三仪表3 000 ms闪现测试结果比较

三仪表2 500 ms闪现测试结果显示，闪现组和常显组前测正确率及正确平均反应时差异均有统计学意义(P<0.05)，且后测均优于前测；对照组前后测正确率差异无统计学意义(P>0.05)，但正确平均反应时差异有统计学意义(P<0.05)，且后测优于前测；3组间前测正确率及正确平均反应时差异均无统计学意义(P>0.05)，两两比较各组两两之间前测正确率及正确平均反应时差异均无统计学意义(P>0.05)；3组间后测正确率及正确平均反应时差异有统计学意义(P<0.05)，两两比较闪现组和常显组之间后测正确率差异无统计学意义(P>0.05)，闪现组与对照组、常显组与对照组之间后测正确率以及3组两两之间后测正确平均反应时差异均有统计学意义(P<0.05)，且闪现组和常显组正确率优于对照组，正确平均反应时闪现组最优，常显组次之，对照组最差(表3)。

表3 3组三仪表2 500 ms闪现测试结果比较

2.2 各组双仪表闪现测试正确率和正确平均反应时结果比较

双仪表2 000 ms闪现测试结果显示，闪现组和常显组前后测正确率及正确平均反应时差异均有统计学意义(P<0.05)，且后测均优于前测；对照组前测正确率差异无统计学意义(P>0.05)，但正确平均反应时差异有统计学意义(P<0.05)，且后测优于前测；3组间前测正确率及正确平均反应时差异均无统计学意义(P>0.05)，各组两两之间比较前测正确率及正确平均反应时差异均无统计学意义(P>0.05)；3组间后测正确率及正确平均反应时差异有统计学意义(P<0.05)，两两比较闪现组和常显组之间后测正确率差异无统计学意义(P>0.05)，闪现组与对照组、常显组与对照组之间后测正确率以及3组两两之间后测正确平均反应时差异均有统计学意义(P<0.05)，且闪现组和常显组正确率优于对照组，正确平均反应时闪现组最优，常显组次之，对照组最差(表4)。

表4 3组双仪表2 000 ms闪现测试结果比较

双仪表1 500 ms闪现测试结果显示，闪现组和常显组前后测正确率及正确平均反应时差异均有统计学意义(P<0.05)，且后测均优于前测；对照组前后测正确率及正确平均反应时差异有统计学意义(P<0.05)，且正确率前测优于后测，正确平均反应时后测优于前测；3组间前测正确率及正确平均反应时差异均无统计学意义(P>0.05)，两两比较各组两两之间前测正确率及正确平均反应时差异均无统计学意义(P>0.05)；3组间后测正确率及正确平均反应时差异均有统计学意义(P<0.05)，两两比较闪现组和常显组之间后测正确率差异无统计学意义(P>0.05)，闪现组与对照组、常显组与对照组之间后测正确率以及3组两两之间后测正确平均反应时差异均有统计学意义(P<0.05)，且闪现组和常显组正确率优于对照组，正确平均反应时闪现组最优，常显组次之，对照组最差(表5)。

表5 3组双仪表1 500 ms闪现测试结果比较

双仪表1 000 ms闪现测试结果显示，闪现组和常显组前后测正确率及正确平均反应时差异均有统计学意义(P<0.05)，且后测优于前测；对照组前测正确率与后测正确率差异无统计学意义(P>0.05)，但正确平均反应时差异有统计学意义(P<0.05)，且后测优于前测；3组间前测正确率及正确平均反应时差异均无统计学意义(P>0.05)，各组两两之间比较前测正确率及正确平均反应时差异均无统计学意义(P>0.05)；3组间后测正确率及正确平均反应时差异均有统计学意义(P<0.05)，两两比较闪现组和常显组之间后测正确率差异无统计学意义(P>0.05)，闪现组与对照组、常显组与对照组之间后测正确率以及3组两两之间后测正确平均反应时差异均有统计学意义(P<0.05)，且闪现组和常显组正确率优于对照组，正确平均反应时闪现组最优，常显组次之，对照组最差(表6)。

表6 3组双仪表1 000 ms闪现测试结果比较

3 讨论

SA一直是航空人为因素研究领域的热点话题之一[9]，因为在飞行过程中失去或缺少SA与飞行安全息息相关[10]。本研究基于仪表训练提升飞行人员SA水平主要基于以下三点考虑：首先，飞行人员保持良好的SA可以更好地感知潜在威胁，而影响SA的因素有许多，其中脑力负荷可以影响飞行人员的注意力分配策略，进而降低飞行人员的SA水平[11]， 因此，降低在飞行任务中的脑力负荷可以作为提高飞行人员SA水平的有效手段，而对于飞行人员来讲，快速识别并处理舱内仪表信息可以为飞行员预留更多时间和精力去处理舱外信息[5]，对于战斗机飞行员来讲，这有助于其更快且更加精准地处理敌机威胁，对于飞行学员来讲，这有助于其更好地进行飞行操作，提高飞行学习绩效和飞行安全。其次，在发生飞行错觉时，飞机需要转入仪表飞行，此时能够快速准确识别仪表信息对于飞行员能够做出正确操作具有重要意义。最后，在出现特情时，例如尾旋，这是飞机最复杂的飞行状态，其操作条件和操作方法均与正常飞行完全不同[12]，此时飞行人员在快速旋转中无法判断舱外信息，因此快速识别仪表信息对于飞行员及时进行改出操作具有重要意义。

能够有效地提取并利用长时记忆中的信息，对于能够快速理解态势并作出及时且正确的处置，这是飞行员具备更好的SA水平的一项关键因素[13]，这也是我们进行训练的依据，通过反复进行仪表认读，使仪表读数形成长时记忆存储于飞行员意识中。仪表SA水平差的飞行员会过多地关注仪表，进而降低个体飞行SA水平[14]，因此，通过训练，使飞行员形成仪表的图片化记忆，从而缩短飞行员关注舱内仪表信息的时间，降低仪表识别时飞行人员脑力负荷，这对于提高飞行学员的个体SA水平具有积极作用。

在飞行中，认读仪表是为飞行操作服务的，每个飞行仪表的作用只是提供有限的飞行参数，飞行员需要快速获取这些参数并快速整合这些参数，从而形成准确高效的SA[15]。上述结果说明经过训练的飞行学员快速准确获取飞行参数的能力显著提高，且测试方式采用多仪表闪现的方式，也在一定程度上测试了飞行学员整合各仪表参数的能力，说明多仪表闪现测试可以作为一种仪表SA水平的绩效测量方式。

从理论上讲，若操作者具有良好的SA，也就能更快更准确对情境中出现的事件进行反应[16]，同时，高SA与良好的表现息息相关[17]，因此，如果飞行员可以更快、更准确地认读仪表，也就可以认为飞行员具有较好的仪表SA水平。上述实验结果表明，经过训练的闪现组和常显组成绩均优于未经过训练的对照组，说明经过训练后飞行学员可以更快、更准确地认读仪表，进而说明两种训练方法均可以提高飞行学员的仪表SA水平。同时，闪现组相比较于常显组正确平均反应时普遍更短，说明闪现训练可以使飞行学员在认读仪表时较常显训练更加高效，训练效果更佳。

本研究结果显示，3组前测成绩差异均无统计学意义，可以认为3组被试均来自同一总体。闪现组以及常显组三仪表测试和双仪表测试的训练后成绩均明显高于训练前成绩，同时均高于对照组成绩，可以看出闪现训练和常显训练均可提高被试快速认读仪表的能力，同时快速认读仪表的能力均强于未经过训练的对照组。闪现组和对照组训练成绩比较结果表明，无论是双仪表训练还是三仪表训练，闪现组和常显组各难度正确率对比均无差异，但除两组三仪表3 500 ms闪现测试的正确平均反应时无差异外，其余测试闪现组正确平均反应时均短于常显组，说明在答题准确性相同的情况下，闪现组效率较常显组更高，因此可以认为闪现训练效果较常显训练效果更佳。

本研究初步验证并对比了闪现训练和常显训练的训练效果差异，但还存在以下不足：①由于实验人数及场所限制，未与单仪表训练进行效果比较；②未将训练组与对照组飞行训练成绩进行比较，能否真正提高飞行成绩有待验证；③受被试编制和训练任务限制，无法进行完全随机分组；④三仪表3 500 ms以及双仪表1 500 ms测试中，对照组前测正确率高于后测正确率，经与对照组被试了解得知，该组被试因未参加训练，自认为测试成绩无所谓，因此对待测试的认真程度不够。