К П Р М Н 6 page

Роль систем отсчета при ориентировании по приборам

Система координат является наиболее важным средством навигации, Система отсчета содержится в пространственных и временных структурах профессионального опыта. Изучение любой карты требует применения разных систем координат. Совмещение различных представлений — это прежде всего совмещение и преобразование различных систем координат. Более того, сама система координат — это преобразование объекта: его сдвиги, вращения, сжатия и растяжения.

Исследования скорости мысленного и перцептивного вращения знаковых и геометрических форм посвящено большое количество работ. Установлены скорости вращения простых форм, таких, как буквы, цифры, лица. Психологическое исследование системы отсчета проводили Пиаже и его сотрудники. Рассмотрены перцептивное действие помещения в систему отсчета. Исследуя формирование спонтанной геометрии Пиаже, Инельдер и Семинска пишут: ”Интеллектуальное представление группы смен позиций выступает в тоже время как система отсчета или система координат, которая формирует их контекст”. Понятие системы отсчета применяется как завершающее объяснительное понятие. Применение систем отсчета связано с известными эффектами децентрации (Пиаже, 1965).

В советской психологии проводились исследования пространственного мышления школьников в процессе ориентирования (Шемякин, Якиманская и др.). Показано, какую важную роль играет субъектно-центрированная система отсчета в развитии географических понятий и представлений, в решении задач на ориентирование на местности. По мере развития маленького человека расширяется арсенал приемов, посредством которых он меняет свое положение в воображаемом пространстве. Школьники начинают все шире объектно-центрированную систему отсчета для решения задач в реальном пространстве. Она применяется и для решения абстрактных геометрических задач — то есть становится средством мышления. Сам акт смены позиции умственного наблюдения становится менее трудным. Постепенно субъект обретает способность использовать любую свободно выбираемую точку отсчета.

Установлено, что препятствиями для развития являются: использование только одной, субъектно-центрированной системы отсчета; неспособность легко перейти с одной позиции на другую в воображаемом пространстве; неспособность использовать сразу несколько систем отсчета.

Система отсчета — это когнитивная структура, которая может функционировать сразу на разных уровнях. На перцептивном уровне она выступает как система одновременно воспринимаемых предметов, среди которых один — оцениваемый. Нулевая точка наложена на один из образов предметов и может быть передвинута с одного образа предмета на другой. На уровне представлений система отсчета наложена на умственные образы предметов и более подвижна. Здесь может быть изменена не только нулевая точка. Может быть мысленно изменено само множество предметов, на котором применяется система отсчета. На уровне понятия система отсчета применяется как логически организованная система пространственного знания.

Но когнитивная структура — это не просто система знаний. Она слита с движениями, поскольку она применяется для овладения реальным пространством. Она формируется в активной деятельности и несет в себе следы движений и способы оценки расстояний и направлений, которые могут быть выполнены либо в виде движений, либо в умственном плане — образно и логически. Система отсчета, образованная перцептивным гештальтом, позволяет оценивать расстояния, направления и величины почти мгновенно и с места, без движений. То же можно сказать и о представляемом гештальте.

Особый интерес представляет система отсчета, которую субъект несет в себе в своей телесной — психофизиологической и анатомической организации. Она содержит три оси — вертикальную, задаваемую направлением земного притяжения, горизонтальную поперечную, определяемую плоскостью тела, и горизонтальную ось глубины — “от себя вперед “. Постоянство, устойчивость трех направлений осей координат формируется в ходе выполнения различных двигательных задач. Затем система отсчета функционирует как схема (структура) тела.

Совместное использование субъектно - и объектно - центрированной систем отсчета позволяет получить наиболее точны оценки величин, форм и направлений.

Объектно-центрированная система отсчета основана на использовании двух объектов. Один из них служит для создания нулевого (иначе, главного) направления, а другой — для фиксации нулевой точки. Чтобы определить расстояние или направление на искомый предмет, необходимо произвести преобразования системы отсчета (посредством движений или умственных манипуляций): сдвиги, повороты и проч.

Направление из нулевой точки на главный ориентир отличается как наиболее важное. Система отсчета предполагает градацию направлений по важности.

Применение системы отсчета субъектом для определения собственного места при ориентировании возможно в том случае, если субъект умеет мысленно перейти со своей позиции на место ориентира— в нулевую точку—и там закрепится, чтобы оттуда определить отыскиваемое место. Трудность заключается в том, что субъект должен сделать это мысленно, фактически оставаясь в некотором неизвестном ему месте. При этом никогда не бывает так, чтобы субъект не сделал предположений о своем местонахождении, т.е. о своем положении среди других объектов. Возникает интерференция: предположение о месте в пространстве как бы сопротивляется применению системы отсчета: мысленному видению пространства из нулевой точки (с позиции ориентира). Ориентирование произойдет успешно, если субъекту удастся согласовать несовпадающие представления и уничтожить беспокойства и сомнения по поводу их несогласованности.

Система отсчета— это не только используемая математическая система координат (полярных, прямоугольных и т.д.), но это целый комплекс знаний, умственных приемов, двигательных навыков-операций вместе с определенным эмоциональным отношением, которое определяется точностью или возможностью применения систем отсчета в наличной ситуации.

Системы отсчета организованы в сложную иерархию. У конкретного штурмана упорядочение отдельных систем отсчета зависит от его субъективных, личных, индивидуальных предпочтений, от профессионального опыта и мастерства.

Иерархия не остается постоянной и может меняться в зависимости от объективных условий (например, умение быстро прочесть, понять и использовать в данных условиях показания того или иного прибора).

Комплексное применение предполагает переходы от одного навигационного средства к другому, сопоставление их данных между собой. Оно основывается на выборе наиболее точного средства для данного участка и для данных условий полета. Чтобы выбрать, нужно иметь критерий. В качестве критерия, образца, служит наиболее точное средство. Его использование основано на уверенности субъекта в правильности его работы. В определенных точках маршрута штурман контролирует навигационные приборы и исправляет их показания. В этих точках и выделятся наиболее точное средство, с которым штурман совмещает свою субъективную систему отсчета. Если точность всех технических устройств не высока и приблизительно одинакова, то человек изберет критерием субъективное средство, не совпадающее ни с одним из имеющихся навигационных средств.

Методика 3.1. Моделирование штурманского труда

В 1986 году мы начали исследования навигационного образа полета на основе показаний приборов. Заслуженный летчик Н. С. Архипов предложил две задачи. В задаче №1 положение самолета в одной точке задавалось показаниями магнитного компаса (в виде числа, без стрелок) и индикатором курсовых углов ближнего и дальнего приводов (рис. 3.1).

В задаче №2 испытуемые получали не одну, а пять карточек, на каждой из которых задавалось положение самолета в одной из точек траектории захода на посадку (рис. 3.2). Траекторная и временная последовательность задавалась показаниями барометрического высотомера и часов. Испытуемый должен был просмотреть карточки и построить фактическую линию пути (рис.3.3). Задачи предъявлялись пилотам и штурманам самолета Ил-62, пилотам самолета Як-40 и курсантам училища гражданской авиации.

Исследование показало, сколь велика роль структур профессионального опыта в построении образа полета: представлений о целостном пространстве полета. Решая задачу, испытуемые строили гипотезы о схеме маршрута; они служили основой восприятия приборов. Это проявилось и в первой, и во второй задачах. Рассматривая карточку с изображением приборов, летчики пытались интерпретировать их показания, представить, в каком месте пространства полета находится самолет. Затем они изображали ситуацию на чистом листе бумаги. Когда ответ был быстрым и точным, весь внутренний процесс чтения приборов оставался скрытым. Понять его можно было бы только по последующим объяснениям летчиков. Но летчики, для которых задача оказалась легкой, редко давали объяснения. Обычно говорили те, кто испытывал затруднения.

Особую важность для интерпретации имеют ошибочные решения (рис.3.4). В первой задаче ошибочные решения дали 13человек: 7 пилотов охарактеризовали ситуацию как “подход к четвертому развороту” и 6 пилотов — положение между дальним и ближним приводами. Во второй задаче 13 человек (3 штурмана, 10 пилотов) дали неправильные изображения линии в целом. Некоторые испытуемые исправили рисунки самостоятельно. Других после окончания решения мы выводили на правильное решение. В задаче №1 все случаи самостоятельного исправления ошибки относятся к изображению 1 (подход к четвертому развороту). В задаче №2 испытуемые обычно сами исправляли ошибки во 2-ой и 4-ой точках.

Для анализа умственных процессов оказалось полезным наблюдение за ходом выполнения чертежа. Здесь были выделены три типа стратегий: 1) изображение по точкам, 2) изображение отрезками по мере просмотра карточек, 3) изображение “махом” всей линии пути. Иногда летчики отказывались соединять точки линией. Число рисунков по точкам вдвое меньше числа изображений “махом”. Построение целой линии свидетельствует об образе полета, который сложился на основе чтения приборов. Некоторые испытуемые “видели” решение задачи, как полет по коробочке. Это означает, что при чтении показаний приборов штурманы и пилоты опираются на априорное представление пространства. Оно формируется в результате повторения ситуаций в профессиональной деятельности. Представление о прямоугольной схеме маршрута стало устойчивой структурой, сравнимой по роли с системой отсчета.

На чертежах испытуемых мы находим свидетельства применения различных систем: изображение разных систем отсчета (географической и субъектно-центрированной). Манипуляции во время рисования линии пути указывают на применение систем отсчета. При решении первой задачи вращали лист 8 человек, второй — 11. При решении задачи №2 карточку с изображением приборов вращали 4 человека. Два другие способа: один — вращение в уме, второй —рассуждение вслух. В первой задаче 6 человек вращали образ в уме, а во второй — 12. Число вербальных решений без вращений составило соответственно 12 и 13.

Рис. 3.1. Задача № 1. По показаниям двух приборов на карточке (вверху) изобразить позицию самолета в районе аэродрома. Позиция 1 соответствует правильному решению, 2 и 3 - ошибочным.

Рис. 3.2. Задача №2. Карточки с приборами, показания которых определяют фактическую линию пути самолета при заходе на посадку на горном аэродроме.

Рис. 3.3. Задача № 2. Правильное изображение фактической линии пути, которую следует построить на основании чтения приборов.

Рис.3.4. Типичные ошибки при решении задачи №2.

Разумеется, наиболее явное свидетельство применение системы отсчета — изображение на чертеже различных стрелок. 14 человек при решении задач изобразили стрелками курсовые углы, 34 человека изобразили стрелку магнитного компаса. В основной массе летчики ориентировали взлетно-посадочную полосу на листе бумаги в соответствии с магнитным курсом посадки, определяя тем самым географические координаты полета.

Задача была построена так, что две системы отсчета — курсовых углов и магнитных курсов — интерферировали и это создавало трудности в чтении показаний приборов. Для изображения требовалось согласование двух систем отсчета, что и делали испытуемые вращениями, явными или скрытыми. Один летчик рассказывал, как ему трудно развернуться мысленно: “Мне кажется, что перевернувшись вниз головой, я лечу спиной вперед, справа у меня ближний привод, слева — дальний”.

В некоторых самолетах штурманский столик развернут относительно направления полета. В начале летной практики это вызывает затруднение. Потом оно исчезает, но, по-видимому, оно появляется вновь в наиболее сложных случаях. При решении задач летчик, сидя за столом и читая приборы, совмещает нулевую точку прибора автоматического радиокомпаса (АРК) с направлением взора. Чтобы согласовать две системы отсчета, он должен совершить умственный поворот. Передвигаясь мысленно по линии пути, испытуемый должен в каждой новой точке совмещать самолетно-центрированную систему отсчета с субъектно- центрированной. Это и вызывало сложности.

Именно такого типа сложности были смоделированы в нашей экспериментальной ситуации, где 1) испытуемые были лишены наиболее привычного средства — схема полета вокруг аэродрома, 2) была выбрана одна из самых редких схем полета на горном аэродроме, где во второй точке меняется направление полета относительно обеих приводных радиостанций на 180 и 120 градусов, а курс меняется всего на 45 градусов. Ошибки возникали в тех случаях, когда испытуемые при чтении второй точки не учитывали географических координат, а полагались на профессиональный опыт — привычную схему захода на посадку.

Некоторые испытуемые использовали прямоугольные координаты, которые они накладывали на географические; они проводили ось ортодромии, обозначали прямой и обратный курсы — это облегчало решение задачи и иногда гарантировало от ошибок.

Исследование показало различие между пилотами и штурманами. Среднее время выполнения задачи №1 оказалось наибольшим у штурманов, а наименьшим - у пилотов Як-40. Результаты пилотов оказались более кучными, чем у штурманов, разделившихся на две группы (быстрые — менее 2 мин. и медленные более 10 мин.) По задаче №2 время штурманов оказалось наименьшим (быстрые и медленные подтвердились), наибольшим было время пилотов Ил-62, промежуточным для пилотов Як-40.

Из таблицы 1 видна разница между пилотами и штурманами по количеству ошибочных решений: по задаче №1 она особенно велика, а по задаче №2 результаты пилотов Ил-62 совпали с результатами штурманов.

Разумеется, результаты объясняются умением читать приборы в необычном изображении и умением нарисовать представление о полете на листе бумаги. Оба свойства более развиты у штурманов. Роль опыта работы с разными системами отсчета тоже исключить нельзя. Она подтверждается еще и результатами, полученными на курсантах последнего курса высшего авиационного училища.

Таблица 3.1. Результаты решения задач курсантами, пилотами и штурманами (данные по времени выполнения и количеству правильных ответов).

	курсанты	пилоты ЯК-40	пилоты ИЛ-62	штурманы
время работы над заданием	задача 1	задача 2	задача 1	задача 2	задача 1	задача 2	задача 1	зад. 2
менее1 мин
1-2 мин
2,5-5 мин
6-9 мин
10-15 мин
16-20 мин
21-30 мин
более 1 часа
Всего испытуемых (N)
доля испытуемых, давших правильные решения, %

Видно, что у 8 курсантов время решения первой задачи очень короткое, у остальных — 2 мин. Но только 3 правильных ответа, все даны быстро. 10 человек неправильно изобразили магнитный курс, курсовые углы и ориентации ВПП. Вторую задачу все курсанты решали дольше: четверо от 5 до 7 мин., семеро от 14 до 26, один 3 мин. и один более часа. Особенно интересно, что семь курсантов дали несвязные изображения. Целостная идея полета у них не сложилась, представление осталось разорванным. Их профессиональный опыт их не содержит целостных структур, способных обеспечить успешное решение навигационных задач.

Исследование позволяет допустить, что навигационный образ полета у штурмана является более расчлененным, полным и богатым деталями по сравнению с пилотским. Поэтому он более открыт для обогащения и ассимиляции новых знаний. Поэтому можно считать, что навигационное мышление штурмана является более гибким — штурман внимательно собирает данные, детально анализирует, тщательно выбирает варианты. Это подтверждают быстрые и точные решения штурманов.

Методика 3.2. Смена системы отсчета

Нами была составлена задача, где фактическая линия пути была выражена в полярных координатах. Эксперимент, проведенный на 20 летчиках, показал большую разницу между пилотами и штурманами: из 10 штурманов неправильно решил задачу один, а из 10 пилотов - семеро, причем из семи пять решений были полностью неправильными (у испытуемых не возникло даже целостного образа полета), два содержали большое число ошибок. Правильные решения дали те летчики, которые затратили больше времени на решение задачи. У штурманов среднее время решения — 13 мин., а у пилотов — 23 мин.

Применение этой задачи обнаружило недостаток в навигационной подготовке пилотов, который особенно ярко проявлялся при психологической трудности, связанной с определением места по объектно-центрированной системе координат.

Смена системы отсчета. В специальной серии экспериментов изучались легкость и быстрота перехода от субъектно-центрированной к объектно-центрированной системе отсчета. А. Битунова провела три серии экспериментов:

1) фоновый эксперимент повторял задачу №2 с ориентированием по пеленгам, указанным автоматическим радиокомпасом (АРК);

2) летчики решали одна за другой две задачи: сначала “АРК”, потом “РСБН”[7]. В отличие от задачи "АРК", где положение самолета определялось показаниями стрелок, в задаче "РСБН" летчик должен указать положение самолета по численным данным азимута и удаленности. Определялось время решения каждой задачи и возможность отождествления линий пути, заданных в двух задачах.

3) положение самолета в точках задавалось то в системах радиопеленг-магнитный курс (АРК-МК), то азимут-удаление (РСБН). Применение систем отсчета комбинировалось. В рамках одной задачи система отсчета менялась дважды: первая и вторая точка были даны в показаниях приборов автоматического радиокомпаса и магнитного компаса, третья точка - в виде цифровых данных то азимут-удаление, а 4-я и 5-я - снова в показаниях стрелок автоматического радиокомпаса и магнитного компаса. Такой способ предъявления моделировал работу штурмана при отказах некоторых наземных радиотехнических средств.

Правильно решили обе задачи только 6 штурманов из 9. На основе решения первой задачи у них сложился целостный образ фактической линии пути, которую они узнали и в условиях второй задачи. Время их решения почти втрое меньше остальных. Все 6 штурманов, решивших задачи, считают, что для успешного вождения самолета необходимы все средства навигации. Трое летчиков, не решивших задачу, утверждали, что автоматический радиокомпас — это “дедовское средство”, в настоящее время “ за штурманов все делает машина”.

Вторая серия позволяла судить о том, насколько легко происходит переход к полярным координатам в первой точке нашей задачи. Об этом свидетельствуют результаты 6 штурманов.

Третья серия показала, что в третьей точке переход осуществляется иначе: только у 3 штурманов переход был быстрым и не вызвал трудностей, у 3 штурманов время возросло до 4 мин (первые трое столько же в среднем тратили на всю задачу). Изменилось и субъективное переживание — испытуемые признали переход трудным. Трое испытуемых не смогли решить задачу вообще.

Переходя от задачи АРК к задаче РСБН и к смешанной задаче, мы вводили расширение средств, которые предоставлялись в распоряжение оператора. В задаче АРК такими средствами являются: 1) система курсовых углов, 2) система магнитных курсов, 3) ортодромические координаты (прямоугольные). В задаче РСБН прибавляется 4) полярная координата. Но уже в задаче АРК мы наблюдали, что у отдельных летчиков (5) схема движения вокруг аэродрома играет роль своеобразной системы отсчета, которая становится основным средством ориентирования. Оно может быть и первичным средством, поскольку летчик использует его, не проводя дополнительных перешифровок. По-видимому, этим же средством пользуется и авиадиспетчер, подавая команды и информацию воздушным судам. Задачи АРК и РСБН (чистые и смешанные) позволили проанализировать легкость и время перехода от одной системы отсчета к другой. Установлено, что такой переход иногда становится трудной задачей, время выполнения которой выходит за ограничения, накладываемые процессом снижения и захода на посадку.

Данные двух последних серий сравнивали с оценками, которые давали штурманам инструкторы тренажера. Оценки были качественными, поскольку все испытуемые были штурманами первого класса с налетом не менее 6 тыс. часов. Успешность и легкость перехода сопоставлены с данными о профессиональной успешности штурманов: в целом результаты задачи соответствовали оценкам инструкторов, хотя не всегда штурман, успешно справляющийся с работой в реальных полетах, при решении наших задач обнаруживал способность легко и быстро переходить от системы курсовых углов к системе полярных координат и обратно. Возможно, что такой переход не всегда осуществляется не прямо, а через промежуточную ступень, которой служила более привычная, например, прямоугольная система координат.

Изображение на рисунке системы отсчета, характерной для индивида. Из исследования психологических механизмов ориентирования на местности хорошо известно, что люди изображают маршрут движения двумя способами:

-от себя вперед, принимая направление в первой точке за главное, затем располагают весь рисунок вокруг этой оси, нанося когда нужно курсовые углы, магнитные курсы, направление на север - это карта-путь;

-в координатах географических, когда задается основное направление на север, относительно которого строится вся карта - это карта- обозрение.

При заходе на посадку летчики используют прямоугольную систему координат, которая строится вокруг взлетно-посадочной полосы. Это особая карта. Она сочетает в себе принцип карты обозрения, поскольку магнитный курс посадки указывается относительно меридиана и принцип карты-пути, построенной особым образом, не от субъекта вперед, а относительно взлетно-посадочной полосы. Подчеркнем, что здесь за главное направление принимается посадочный курс (в самом конце пути) от себя вперед, и относительно посадочного курса планируются все предыдущие точки движения, в то время как при построении обычной карты-пути за главное принимается направление в исходной точке.

Мы обнаружили рисунки, исполненные по принципу прямо на полосу — от себя вперед — у трети курсантов-пилотов, реже у опытных специалистов. Этот проявился и у более опытных при решении задачи — полет по радиолокатору при сложных метеоусловиях, где было необходимо пройти через коридор в грозовом фронте. В эксперименте с радиолокатором сам прибор подстегивал к изображению карты-пути, хотя и не препятствовал изображению в виде карты обозрения, которую исполнили большинство испытуемых. В эксперименте “АРК” чаще изображали координаты географические, затем ориентиры, полосу и т.д. и это было свидетельством профессиональной культуры.

Методика 3.3. Зависимость от поля и манипуляции системами отсчета.

Не все штурманы решили правильно наши задачи. Не все умели отказываться от неправильного варианта даже после намека или прямого указания на ошибку.

Сложность, с которой мы здесь сталкиваемся, может быть, хотя бы частично, преодолена с помощью понятий психической дифференциации и когнитивного стиля личности.

Низкая психическая дифференциация соответствует глобальному когнитивному стилю личности, который связан с полезависимостью[8], выражается в низкой расчлененности переживаний внешнего мира. Восприятие мира таких индивидов целостно, характер отношения к миру глобален. Поэтому повторяющиеся ситуации отражаются во внутренних структурах личности, в профессиональном опыте как устойчивые, жесткие малоподвижные схемы, которые с трудом поддаются изменениям. При своей целостности, нерасчленимости схемы опыта у таких людей несколько диффузны и меньше связаны с отдельными стимулами.

Напротив, дифференцированный или артикулированный, когнитивный стиль характерен для независимых от поля личностей. Степень расчлененности переживания мира у таких лиц высока. Из ситуации легко выделяются отдельные части, она как бы заранее дана в комплексе таких дискретных частей, и они задают ее организацию. Гибкость и открытость внутренних структур личности обеспечивается дифференцированностью переживаний сцен и событий. У независимых от поля лиц переживания сложнее отчетливее, чем у полезависимых.

В летной деятельности человеку приходится быстро переходить от одной системы отсчета к другой, производить их согласование путем внешних и умственных манипуляций. Легкое выполнение такой задачи возможно при условии “отключения” от положения собственного тела. Другими словами, летчик должен быстро переместить субъектно-центрированную систему отсчета в некоторую точку мыслительного пространства, уметь совместить ее с другими системами отсчета.

Исследования, проведенные в рамках концепции когнитивного стиля личности нашим аспирантом Р. Фабри, обнаружили связь между ориентацией тела в пространстве и поленезависимостью: независимые от поля лица быстрее и с меньшими трудностями приобретают способности, связанные с ориентацией, они более чувствительны к внутренним источникам информации, обладают высокой кинестетической чувствительностью. Виткину высказывал предположения о большей сложности и расчлененности переживаний у независимых от поля лиц. Обладая хорошо артикулированной схемой тела, они могут легко переносить ее в различные точки мысленного пространства, совмещать ее с другими системами отсчета или отделять от них.

Р. Фабри построил экспериментальную методику. Испытуемому предлагалось представить себя в роли пилота, управляющего машиной по командам с земли. Команды указывали направление движения. Через каждые два-три шага направление движение менялось. Испытуемый должен выслушать и запомнить всю последовательность команд, а затем построить на листе бумаги линию пути (рис.3.5).

Чтобы правильно выполнить задачу, было необходимо мысленно передвигать воображаемый самолет вдоль воображаемой линии, совмещая ее ось с очередным участком маршрута. Поскольку при этом испытуемый оставался неподвижным перед листком бумаги, то в наиболее критических точках возникала интерференция между позициями двух субъектно-центрированных систем отсчета — реальной и мысленной. Передвигая систему отсчета вдоль очередного отрезка нужно было в каждом конечном пункте устанавливать ее в соответствии с вектором движения, а не с реальной, позицией в которой находился сам испытуемый. Этот эксперимент проводился без участия зрения.

Стандартная форма кривой показана на рис. 3.5. Кружочками на ней отмечены наиболее сложные точки, те, в которых разница между реальной позицией испытуемого и направлением вектора движения на очередном участке маршрута составляла 135 градусов и более.

Эксперимент проводился на 16 курсантах Института транспорта Словакии. Результаты позволили выделить две группы испытуемых: первая, из 5 чел., делает ошибки не более, чем на 10 градусов, вторая, из 4 чел., — на 27-40 градусов. Эти ошибки соответствуют данным теста вложенных фигур, что и подтверждает связь между способностью отключаться от схемы тела и когнитивным стилем личности.