Роль систем отсчета при ориентировании по приборам
Система координат является наиболее важным теоретическим средством навигации. Систему отсчета содержит каждая пространственная (локальная и глобальная) и временная структура профессионального опыта. Изучение любой карты связано с изучением и применением 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.
Исследованиям скорости мысленного и перцептивного вращения знаковых и геометрических форм посвящено большое количество работ. Установлены скорости вращения простых форм, таких как буквы, цифры, лица. Однако мы не встречали статей о применении систем координат и переходах между ними.
Понятие системы отсчета применяется как завершающее объяснительное понятие. Психологическое исследование системы отсчета проводили Ж.Пиаже и его сотрудники. Рассмотрено перцептивное действие помещения в систему отсчета. Исследуя формирование спонтанной геометрии, Пиаже, Инельдер и Семинска считают, что интеллектуальное представление группы смен позиций выступает как система отсчета или система координат, которая формирует их контекст.
В советской психологии проводились исследования пространственного мышления школьников в процессе ориентирования. Ф.Н.Шемякин, И.С.Якиманская и другие показали, какую важную роль играет субъектно-центрированная система отсчета в развитии географических понятий и представлений, в решении задач по ориентированию на местности. По мере развития школьники начинают все шире применять субъектно-центрированную систему отсчета для решения задач в реальном пространстве. Она применяется и для решения абстрактных геометрических задач т.е. становится средством мышления. Расширяется арсенал приемов, посредством которых субъект меняет свое положение в воображаемом пространстве. Сам акт смены позиции умственного наблюдения становится менее трудным. Постепенно субъект обретает способность использовать любую свободно выбираемую точку отсчета.
Установлено, что препятствиями для развития пространственного мышления 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. На уровне представлений система отсчета наложена на умственные образы предметов, и она более подвижна. Здесь может быть изменена не только нулевая точка, которая наложена на один из образов предметов и передвинута с одного образа предмета на другой, словно в восприятии. Мысленному изменению может быть подвергнуто само множество предметов, на котором применяется система отсчета. На уровне понятия система отсчета применяется как логически организованная система знаний.
Но когнитивная структура - это не просто система знаний. Она слита с движениями, поскольку 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.
Особенно интересна 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 формируются 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 точные 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, с системой отсчета необходимо произвести преобразования (посредством движений или умственных манипуляций) - сдвиги или повороты.
Наиболее важным является направление из нулевой точки на главный ориентир. Система отсчета предполагает градацию направлений по важности.
Применение систем отсчета связано с известными эффектами децентрации (Ж. Пиаже).
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 закрепиться, 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 беспокойство и сомнения по поводу их несогласованности.
Система отсчета - это не только используемая математическая система координат (полярных, прямоугольных и т.д.), но и целый комплекс знаний, умственных приемов, двигательных навыков-операций вместе с 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 своей работы. В определенных точках маршрута штурман контролирует навигационные приборы и исправляет их показания. В этих точках и выделится наиболее точное средство, с которым штурман совмещает свою субъективную систему отсчета.
Если точность всех навигационных средств приблизительно одинакова и не высока, то критерием будет служить субъективное средство, не совпадающее ни с одним из имеющихся навигационных средств.
3.7.2. Методика. Моделирование навигационной задачи – 1
Для изучения психологических процессов, развертывающихся при выполнении навигационных задач штурманом и пилотом, была проведена серия экспериментальных исследований. Первые работы проводились методами наблюдений, бесед и опросов. Этот этап был закончен в 1985 г. созданием компактного опросника, направленного на выявление операциональных, когнитивных и эмоциональных аспектов штурманского труда. В 1986 г. по предложению Н.С.Архипова были развернуты исследования построения образа полета на основе показаний приборов. 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).
Рис. 3. Карточка для задачи № 1: по показаниям приборов на карточке изобразить позицию самолета в районе аэродрома. Условные обозначения: МК -магнитный компас, АРК - автоматический радиокомпас
Рис. 4. Карточки (1-5) для задачи № 2: по показаниям приборов на карточке изобразить позицию самолета в районе горного аэродрома, магнитный курс посадки - 325. Условные обозначения: МК - магнитный компас, АРК - автоматический радиокомпас, БВ - барометрический высотомер
Рис. 5. Результаты решения задачи № 1 - позиции самолетов в районе аэродрома: 1 - правильное решение; 2,3- неправильное решение
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. Траекторная и временная последовательности задавались показаниями барометрического высотомера и часов. Испытуемый должен был последовательно просмотреть карточки и построить фактическую линию пути (рис. 4).
Задачи предъявлялись пилотам и штурманам самолета Ил-62, пилотам Як-40 (33 человека) и курсантам училища гражданской авиации, будущим инженерам-пилотам с налетом 35-50 ч.
Исследование показало, сколь велика роль структур профессионального опыта в построении образа полета.
Такими структурами прежде всего явились представления о целостном пространстве полета - той линии пути, по которому движется самолет при заходе на посадку. Эти представления обнаружились, когда испытуемые, решая задачу, выдвигали гипотезы, на основе которых строилось восприятие 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, то весь внутренний процесс чтения приборов оставался скрытым. Понять его можно было только по объяснениям летчиков. Но те летчики, для которых задача оказалась легкой, объяснений не давали. Говорили лишь те, кто испытывал затруднения. Особую важность для интерпретации результатов имеют ошибочные решения. Рассмотрим их в первую очередь.
В первой задаче 7 пилотов квалифицировали ситуацию как «подход к четвертому развороту» и 6 пилотов - как положение между дальним и ближним приводами (рис.5).
Рис. 6. Типичные ошибки при решении задачи № 2
Во второй задаче 13 человек (3 штурмана, 10 пилотов) дали неправильные изображения линии в целом (рис. 6).
Некоторые испытуемые исправили рисунки самостоятельно. Других после окончания решения экспериментаторы выводили на правильное решение (рис. 7).
В третьей задаче все случаи самостоятельного исправления ошибки относятся к изображению 1 (подход к четвертому развороту).
Во второй задаче испытуемые сами исправляли ошибки во 2-й и 4-й точках.
Для анализа умственных процессов оказалось полезным наблюдение за ходом изображения. Здесь были выделены три типа стратегий: 1) изображение по точкам, 2) иногда летчики отказывались соединять точки линией - изображение «махом» всей линии пути и 3) изображение отрезками по мере просмотра карточек. Число изображений по точкам оказалось 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.
Эти данные показывают, что при интерпретации показаний приборов штурманы и пилоты опираются на априорное представление пространства. Оно формируется в результате повторений в профессиональной деятельности. Представление о прямоугольной схеме маршрута довольно устойчивая структура, как и система отсчета.
Рис. 7. Фактическая линия пути, которую должны были построить летчики, решая задачу № 2. Цифрами обозначены номера карточек - точки на линии пути. ВПП - взлетно-посадочная полоса; БПРМ, ДПРМ – соответственно ближний и дальний приводные маяки
На рисунках есть свидетельства применения различных систем, например, манипуляции во время рисования, изображения разных систем отсчета: курсовых углов радиостанции (эта система отсчета совпадает с субъектно-центрированной системой отсчета) и географической. При решении первой задачи вращали лист 8 человек, во второй - 11. Вращали карточку с приборами четверо только при решении задачи № 2. Два других способа: один - вращение в уме, второй - вербальное решение. В первой задаче число случаев вращения в уме было 6, а во второй задаче - 12, число решений, когда вращение не наблюдалось, а решение было вербальным, соответственно 12 и 13.
Разумеется, наиболее явное свидетельство применения системы отсчета - ее изображение на рисунке. Стрелки курсовых углов изобразили в первой задаче 10 человек, во второй задаче - 4, стрелку магнитного компаса - соответственно 18 и 16 человек. В основной массе летчики ориентировали взлетно-посадочную полосу на листе бумаги в соответствии с магнитным курсом посадки, задавая таким образом 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».
При решении задач летчик сидит неподвижно за столом, читая приборы, совмещает точки отсчета - нулевую точку прибораАРКс направлением взора, согласует две системы отсчета, но для этого необходимо совершить умственный поворот.
Передвигаясь мысленно по линии пути, испытуемый должен в каждой новой точке совмещать самолетно-центрированную систему отсчета с субъектно-центрированной.
В некоторых типах самолетов штурман развернут относительно направления полета. Это вызывает затруднение лишь в начале летной практики. Потом оно исчезает. Но, по-видимому, оно появляется вновь в наиболее сложных случаях.
Нам кажется, что именно такого типа сложности были смоделированы в нашей экспериментальной ситуации, где: 1) испытуемые были лишены наиболее привычного средства - схемы полета вокруг аэродрома, 2) была выбрана одна из самых редких схем полета на горном аэродроме, где во 2-й точке меняется направление полета относительно обеих приводных радиостанций на 180 и 120° градусов, а курс меняется всего на 45° градусов.
Если испытуемые при чтении 2-й точки не учитывают географических координат, а полагаются на профессиональный опыт, это приводит к ошибкам.
Некоторые испытуемые использовали прямоугольные координаты, которые они накладывали на географические; они проводили ось системы координат, обозначали прямой и обратный курсы, что облегчало решение задачи и иногда гарантировало от ошибок.
Исследование показало различие между пилотами и штурманами. Среднее время выполнения задачи № 1 у штурманов оказалось наибольшим, а у пилотов Як-40 - наименьшим. Результаты у пилотов оказались более кучными, чем у штурманов, которые делились на две группы (быстрые - менее 2 мин и медленные более 10 мин). В задаче № 2 время штурманов оказалось наименьшим (быстрые и медленные подтвердились), наибольшим было время пилотов Ил-62, промежуточным -для пилотов Як-40.
Только трое штурманов дали ошибочные решения. Из 22 пилотов, участвовавших в эксперименте, 14 дали неправильные решения.
Разумеется, результаты связаны с умением читать приборы в необычном изображении и умением нарисовать представление о полете. Оба свойства более развиты у штурманов.
Роль опыта работы с разными системами отсчета тоже исключить нельзя. Она подтверждается еще и результатами, полученными курсантами последнего курса высшего авиационного училища.
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, следовательно, навигационное мышление штурмана более гибкое - он внимательно собирает данные, детально анализирует, тщательно выбирает варианты. Это подтверждают быстрые и точные решения штурманов.