基于信息加工模型的飞行员能力测评指标研究

汪磊，张梦茜，邹颖，蔡艺伟

（中国民航大学安全科学与工程学院，天津 300300）

一直以来，人为因素造成的飞行事故和事故征候占其整体的60%以上，被认为是飞行事故的主要致因[1]，绝大多数机组不安全行为涉及飞行员的非技术性技能欠缺[2]。2020年，中国民用航空局提出飞行员技能全生命周期管理体系（PLM，professionalism lifecycle management system）将飞行员的职业适应性心理定义为一个人从事职业飞行员工作时必须具备的心理特征[3]。能力是使个体能够顺利完成某种活动所必须具备的心理特征[4]，因此，关注飞行员的职业适应性心理，尤其是与飞行绩效直接相关的心理特征——能力，有助于促进其岗位胜任力发展，提高飞行安全绩效。

目前，飞行员培训和选拔的重心已转向基于胜任能力的培养和评估[5]。国内外主要民航组织机构提出的飞行员选拔指标涵盖操作技能、心理能力以及人格特质3 个层面[6-8]。然而，目前提出的飞行员胜任能力指标对于其技能与基础心理能力的界定并不明确，针对胜任能力的测评主要基于飞行数据、问卷调查和飞行教员主观评估等[9-10]，难以从稳定的心理基础层面评估飞行员个体的岗位胜任程度，进而持续性预测其飞行技能发展，导致飞行员选拔和升级评估的效率较低。因此，聚焦于稳定心理特质，并构建完整的飞行员能力测评指标体系，是实现飞行员高效选拔和持续评估的必要环节。

随着信息智能化时代的来临和飞机驾驶舱智能化程度的提升，飞行员的技能要求逐渐由直接操作转向监督操作，驾驶任务中需要处理的信息量成倍增加，飞行员的认知负荷显著增加。人脑的信息加工即认知过程[4]，飞行员的认知负荷与信息加工过程密切相关。Wickens等[11]提出了信息加工模型，该模型描述了人与系统交互时不同的心理加工阶段，展现了人脑从感知刺激、信息加工到行为反应的完整流程。信息加工各个阶段的顺利进行需要个体投入不同的能力。本研究基于信息加工理论和模型，根据飞行员职业适应性心理的要求，对作用于信息流通路径和加工过程中的能力要素进行分析、筛选和提取，构建了飞行员能力测评指标体系，并通过飞行专家对指标进行验证，可为飞行员心理胜任力测评指标体系的建立和测评工具的开发奠定理论基础。

1 飞行员职业适应性与能力研究现状

1.1 飞行员职业适应性研究

职业适应性（occupational aptitude），也称职业能力倾向，是一个人从事某项工作时必须具备的生理、心理素质特征。Barnette[12]构建了能力倾向模式，表示个体在选定主要职业目标后，继续职业计划约两年或更长时间所应具备的素质测量特征。

职业适应性分为一般职业适应性和特殊职业适应性两大类。针对一般职业适应性的研究起步较早，1934 年美国劳工部组织相关专家针对美国2 万个企业中7.5 万个职位进行调查分析，在此基础上开发了一般能力倾向成套测验（GATB，general occupational aptitude test battery）[13]。迄今为止，GATB 在研究和应用中不断得到验证，其有效性已在500 多个职业中得到证实[14]。对于特殊职业适应性的研究起源于20 世纪初，第一次世界大战期间航空领域对飞行员选拔的需求促进了飞行员职业适应性的研究[15]，飞行员的身体和心理特征均影响其职业发展和安全绩效，而其较为复杂、难以评估的心理特征更是得到航空界的格外关注。

民航业对飞行员职业适应性心理的研究始于对飞行员应具备的非技术性知识、技能和态度的探索。20 世纪80 年代，美国联邦航空管理局启动《高级训练大纲》（AQP，advanced qualification program），这是民航业监管方第一次尝试将机组资源管理（CRM，crew resource management）等非技术类胜任力融入培训体系[6]。随后，欧洲航空安全局提出非技术技能（NOTECHS，nontechnical skills）训练评估四维模型[16]，Helmreich等[17]调查分析飞行员的人因技能，建立5 个非技术性技能评价指标。2013年，循证训练方案[5]中提出，飞行员培养应聚焦于对技术性及非技术性胜任能力的整体性评估，自此，民航界开始重视“胜任能力”这一概念。PLM 路线图提出飞行员评估的三大维度[3]，其中心理胜任力维度包含职业适应性心理与心理健康两个方面，可作为发展飞行员核心胜任力中相关技能的心理基础。欧洲航空安全局根据机组资源管理原则，提出心理评估应包括认知能力、个性特征、操作和专业能力以及社会能力4 个方面[7]。国际航空运输协会开发飞行员能力倾向测试[8]（PAT，pilot aptitude testing），提出飞行员选拔的6 个能力维度，即英语语言能力、基本心理能力、综合心理能力、操作能力、社会交际能力和人格特质。

综上，国内外对于飞行员职业适应性心理的研究逐渐从非技术性技能转向胜任能力，对于飞行员职业适应性心理的测评可分为人格与能力两个方向。在能力测评方面，目前的研究对于飞行员技能与相关能力的区分较为模糊，导致现有的测评方法在针对性和高效性上有所欠缺。因此，构建针对飞行员技能发展相关的能力测评指标体系，进一步提出有效测评方法迫在眉睫。

1.2 飞行员能力测评维度研究

本研究探索的能力测评指标特指与飞行员技术性及非技术性技能相关的深层次个体能力，这些个体能力使得飞行员能够更好地发展相关技能。心理学中对于人的能力分类主要有两种方式，按其性质分为一般能力和特殊能力；按其组成划分为认知能力、操作能力和社交能力[4]。

国内外学者对于飞行员能力维度的研究较为深入，主要集中于认知能力、操作能力、空间能力、社会能力4 个方面。首先，驾驶舱复杂的人机交互界面和多变的任务环境对飞行员的认知决策提出了更高要求[18]。Carretta等[19]调查了美国空军F-15 飞行员的情境意识预测因子，发现当飞行员驾驶经验一定时，其一般认知能力比心理运动或人格变量更具预测性；O′hare[20]采用WOMBAT 测试，发现认知能力与优秀飞行员的情境意识和工作绩效相关；丹笑颖等[21]研究不同机种飞行员的认知能力，发现飞行员的基本认知能力具有特征性，因而飞行员能力测评应首先应考虑认知能力。其次，飞行驾驶任务对飞行员的专业能力有特殊要求，驾驶飞机是一个复杂的操作过程，执行操作的行为能力必不可少。此外，相较于普通人，飞行员在动态空间能力上具备加工优势，民航飞行员心理选拔从未忽视过空间能力因素的价值[22]，航空心理学家别列戈沃伊认为，驾驶飞机必须事先建立对整个飞行状态和飞机空间状态的心理表征或表象[23]；游旭群等[24]提出的飞行员航线飞行能力结构中，飞行特殊能力特指其空间认知能力。最后，当前的双人制机组模式下，完成航班任务需要机组成员互相协作配合，同时与其他飞行关键岗位人员进行信息交流，飞行员的非技术技能指标也包含合作与沟通两个社交技能指标，飞行员的社会交际能力十分关键。综上，可以初步将飞行员能力测评划分为一般认知能力、飞行操作能力、社会交际能力3 个维度。

2 飞行员能力指标分析

2.1 信息加工模型

Wickens等[11]提出的信息加工模型描述了人脑将外界数据和需求加工成为行动反应的过程和各项心理功能间的相互关系，其模型框架如图1 所示。该模型在航空活动中的运用已得到了验证，可用于解释飞行员在完成驾驶操作和应对复杂情况时的心理过程[25]，因此，提取飞行员在航班任务中完成信息加工所需具备的能力，可以构建契合飞行员职业适应性心理要求的飞行员能力测评指标。

图1 信息加工模型框架Fig.1 Framework of information processing model

2.2 飞行员信息加工能力指标分析

针对信息加工模型中5 个具体的心理加工阶段以及记忆、注意两大系统，分析飞行员在任务情境中进行信息加工所投入的不同能力，构成飞行员能力测评指标。

2.2.1 记忆系统

信息加工模型中记忆系统包括工作记忆/认知（简称工作记忆）和长时记忆两部分。在信息筛选、知觉形成和决策形成的过程中，需要利用长时记忆提供相关过去经验，并由工作记忆对信息暂时地进行存储和加工；当认为某情境或事件有学习价值时，工作记忆中的相关信息将转移到长期记忆中。人的记忆能力在这些过程中发挥重要作用，并表现为3 种形式：编码能力、存储能力和提取能力。

2.2.2 注意资源系统

菌渣:取自安徽省某双孢菇栽培基地,pH值为6.4,有机质含量为35.8%,总氮含量为3.98%,有效磷含量为0.125%.

注意资源在人的认知活动中起着重要的调节作用，注意资源系统在信息加工模型机制中发挥两种功能，即选择功能与认知资源分配功能[11]。选择功能指注意资源被用以抑制无关信息，确保有用信息得到进一步加工，帮助个体不受干扰地迅速发现问题并分析解决方案[26]。认知资源分配功能即注意作为有限的心理资源，可以被合理分配进而同时指向多项任务。发挥这两种功能需要相应的两种能力：注意选择能力和注意分配能力。

知觉负载理论[27]认为当前任务对注意资源的耗用程度决定了与任务无关的干扰刺激的加工程度。在飞行员执飞过程中，良好的注意选择能力可帮助其灵活选择适当的任务目标，抑制对无关信息的加工。此外，注意选择能力还涵盖着对注意稳定、注意转移以及注意广度这3 种注意品质的控制能力。注意分配能力[23]被认为是衡量飞行员技能的关键指标之一，Cho等[28]通过模拟飞行任务实验发现注意分配能力是影响飞行操作绩效的关键因素，Shao等[29]提出注意分配能力与仪表读数相结合的训练可以提高飞行员的训练效率。因此这两种能力是飞行员执行航班任务必需的心理特质。

2.2.3 刺激接收阶段

飞机驾驶环境中充满各类刺激源，如飞机仪表数据、驾驶舱内外环境信息、管制员语言指令等。某种刺激能否被感知，除了与其自身强度有关，还取决于飞行员对刺激做出反应的速度和准确性。因此，有效的刺激接收需要飞行员具备良好的反应能力。

2.2.4 感知阶段

此阶段包含两个过程，一是感觉信息的转化；二是知觉的形成。

感觉向知觉转化，即决定有多少感觉能进入知觉的过程。首先，个体对感觉做出反应的速度和准确性决定了知觉的质量；其次，该阶段中注意资源系统发挥“过滤器”的作用；另外，转化过程中依靠过去的知识经验提供筛选对照标准。此过程要求飞行员具备良好的反应能力、注意选择能力、记忆能力。

知觉形成，即人脑对信息进行解读和加工，赋予其在任务中的意义和价值的过程。为确保知觉形成的效率和正确性，飞行员掌握的理论知识和已有经验需发挥辅助作用，同时需分配一定的注意资源作为动力，此过程要求飞行员具备良好的记忆能力和注意分配能力。

从知觉形成到反应选择的阶段，被称为认知加工，信息通常分别或同时流经上下两条通道：简单情境加工通道和复杂情境加工通道，此阶段飞行员需投入相应的认知能力。

目前针对飞行员认知能力的指标及测评方法研究较为深入，国内外学者提出的测量指标主要涵盖空间感知、判断力、决策力、工作记忆、数学推理等；现有测评工具包含对飞行员的注意容量、推理判断、心理速度、空间知觉、听觉记忆、视觉辨别等指标的测评[28，30-34]。综合国内外研究，飞行员的认知能力需求可总结为一般认知能力和空间认知能力两大类。一般认知能力指个体完成任何心理活动都应具备的信息处理能力，包括反应能力、记忆能力、注意能力、判断能力、决策能力和推理能力。空间认知能力指个体对知觉到的空间信息进行改造、修正以及重建视觉经验的能力，20 世纪30 年代以来的相关研究普遍认为飞行员空间能力至少包含两个较稳定指标[35-37]，即空间定向能力和空间表象能力。

飞行员进行简单情境加工时，信息从知觉直接流向反应选择，通过简单加工，飞行员可以获得完成常规操作和处理简单问题的即时性方案。例如基于规则的例行操作等，此过程中飞行员首先需运用判断能力对飞机状态进行整体理解，其次需要运用空间定向能力和空间表象能力准确解读飞机的空间信息。另外，在目视飞行规则下执行任务时，飞行员在无法建立目视参考的情况下进行自主判断，要求其具备良好的速度判断能力，进而能及时感知飞机飞行过程中不断发生的速度变化[38]。

由于飞机驾驶环境的多变性和飞行操作的复杂性，飞行员通常需要综合各类信息进行复杂情境加工。除了运用简单反应情境中的相关能力，还需要工作记忆发挥一定的认知作用，运用记忆能力提取出前期存储的有用信息以进行整体情况的分析与理解。若所面临的问题无法依靠现有信息和经验解决，则需要运用反映其流体智力的推理能力进行深入思考，推断出可行的解决方案。总之，简单情境加工过程需要飞行员运用反应能力、速度判断能力、空间表象能力和空间定向能力；在此基础上，复杂情境的加工过程还需要飞行员投入记忆能力与推理能力。

2.2.6 决策与反应选择阶段

完成认知加工后，信息进入决策与反应选择阶段，即从两个或多个合理的方案中选择出最佳的执行方案。实际飞行任务中复杂情境占大多数，飞行员通常会面临具有挑战性的“风险决策”[39]，即选择任一备选方案的结果都难以预测，都需要承担一定的风险，因此格外考查其决策能力。另外，此阶段需要运用注意分配能力适量分配心理动力。

2.2.7 反应执行阶段

反应执行阶段是对基于决策形成的最佳方案采取行为反应的过程，飞行员执行航班任务的行为主要包括手动操作行为和团队社交行为两类。

驾驶飞机需要执行一系列的复杂操作，飞行员只有具备良好的心理运动能力，才能保证所学技术知识得到充分利用。心理运动能力指个体意识对躯体精细动作和动作协调的支配能力[40]，其中，眼手协调和双手协调能力直接影响飞行员手动操作的执行质量。飞行员的手动操作必须时刻贴合视觉引导，才能保证执行的准确性。研究发现，在飞行过程中，飞行员的眼手协调能力在视觉搜索扫描、视觉空间排序中起到关键作用，影响飞机整体运行的可靠性和安全性[41-42]。而驾驶飞机主要依靠手动操作，飞行中涉及多任务操作的概率极高，均需要飞行员投入良好的双手协调能力。

社交行为包含合作行为和沟通行为两类。信息化时代下的双人制机组模式中，合作交流是适应新时代飞行任务不可或缺的环节，是解决大多数复杂问题必要途径，完成上述两种行为需要飞行员具备团队合作能力和人际沟通交流能力。研究发现机组成员之间的互动水平与模拟飞行任务绩效以及个人技能水平显著相关[43]。而良好的沟通能力有助于解决机组冲突、避免通信错误和增强团队效能感等[44]。

因此，上述4 种能力在飞行员执行操作和解决问题的过程中不可或缺。

基于以上论述，分析飞行员执行航班任务时各信息加工阶段的能力需求，所提取的能力指标与飞行员职业适应性心理的基本要求相契合，具体能力指标需求如图2 所示。

图2 基于信息加工模型的飞行员能力指标需求分析Fig.2 Demand analysis of pilot ability index based on information processing model

3 飞行员能力测评指标

3.1 指标初步构建

结合心理学一般分类及飞行员能力测评维度相关研究，可将基于信息加工模型提取的能力测评指标归属于3 个维度，即一般认知能力、飞行操作能力和社会交际能力。

一般认知能力指飞行员在进行常规认知活动时应具备的能力，包含6 个二级指标；飞行操作能力指飞行员执行操作任务所需的空间能力和操作能力，包含6 个二级指标；社会交际能力指飞行员在航班任务中通过社交活动解决团队共同问题的能力，包含2 个二级指标。飞行员能力测评维度、指标及指标含义如表1 所示。

表1 基于信息加工模型的飞行员能力指标构建Tab.1 Construction of pilot ability index based on information processing model

3.2 指标体系验证

对于初步构建的飞行员能力测评指标，邀请81名飞行专家，在确保其了解指标含义的基础上针对飞行员能力指标的重要性及适用度进行评价，以验证指标体系的合理性。本研究专家问卷采用李克特五点量表进行1～5 评分，指标越重要，相应得分越高。共回收有效问卷81份，有效回收率为100%，采用SPSS27.0 进行数据处理与分析。问卷整体信度系数为0.833，一般认知能力、飞行操作能力、社会交际能力3 个维度的克隆巴赫α 系数分别为0.694，0.723 和0.627，说明问卷信度水平良好。另外对问卷进行KMO 检验和巴特利球体检验，KMO 系数为0.752，显著性P<0.05，表明问卷的结构效度良好。

专家对指标的重要度意见可用平均数（X）、众数（M）、标准差（S）、变异系数（Cv）及协调系数（W）来衡量。本研究中专家对于所有14 个指标评分的平均数均大于3.6，众数均大于3，说明飞行专家评定各指标重要度均较高；标准差均小于1，变异性系数均小于0.25，表明专家意见较为集中。肯德尔和谐系数结果显示显著性P<0.05，表明专家意见具有一致性，评估结论较为可信，评价结果可取。

经专家问卷调研，问卷信度和效度良好，各指标的重要度均较高，无需在初选指标的基础上删除指标，最终构建的飞行员能力测评指标体系包含3 个维度下的14 个测评指标。

4 结语

飞行员执行航班任务时会面对错综繁杂的多源、多模态信息，Wickens等[11]提出的信息加工模型可用于解释飞行员完成驾驶任务中的完整心理过程。本研究基于信息加工模型的作用机制，结合飞行员在驾驶舱中的任务特性，分析从感知刺激到做出反应的全过程中飞行员需要具备的能力特质，初步提取飞行员能力测评指标，结合专家调研意见验证指标的合理性，构建出契合职业适应性心理要求的飞行员能力测评指标体系，包含3 个维度下的14 个测评指标。

本研究构建的飞行员能力测评指标体系，在心理学一般分类和国内外飞行员心理选拔指标研究的基础上进行了优化，综合考虑了理论基础和职业特殊性。例如一般认知能力测评指标，在已有注意分配能力的基础上，考虑注意的一般特性，增加“注意选择能力”指标；对于飞行员职业特殊能力，从心理运动能力这一综合指标着手，提取与操作执行相关的基础能力。另外，后续研究将基于指标体系提出相应测评方法。目前对于飞行员认知能力测评方法的研究较为深入，可借鉴成熟的飞行员心理选拔系统，如GPSS（global pilot selection system）、PAT（pilot aptitude testing system）、空军军医大学航空航天医学系研发的飞行员选拔系统等；针对飞行操作能力，已有相关基于模拟飞行实验的测试方案可参考；对于飞行员社会交际能力的测评，目前已提出基于任务绩效的合作交流能力测评方法[45]，后续将进一步完善，提出针对飞行选拔的合作交流能力测试方案。因此本研究确立的指标体系较为完备，并具备良好的可度量性。值得注意的是，当前构建的指标体系为飞行员应具备的基础心理能力，对于部分指标，在后续研究中可针对飞行员的不同职业角色进行更深层指标分析，例如在团队合作能力指标下，考虑飞行教员对于领导能力的需求。

在下一步研究中，将进一步考虑心理胜任力中其他层面（如人格、态度、心理健康等）的测评指标，构建完整的航线飞行员心理胜任力测评指标体系。后续研究将针对各指标提出测评方法，构建测评模型并开发出针对航线飞行员职业适应性心理的测评示范工具，为飞行员心理胜任力的定量化和标准化评价提供思路，为招飞选拔和飞行员的训练升级提供可借鉴的评估工具。