不同時間壓力條件下飛行學員的情緒穩定性對決策績效的影響

王燕青， 周士琦， 李瑞

(中國民航大學安全科學與工程學院， 天津 300300)

近年來，在由人的因素導致的飛行事故原因中，心理因素占比近70%，且大多數與飛行員的情緒有關[1]。外界的刺激容易使飛行員的情緒受到影響，進而使得飛行員做出不安全的駕駛行為[2-3]。時間是飛行中重要的資源之一，當飛行學員對時間管理出現異常時會導致其進入高應激狀態而產生時間壓力，對心理和情緒產生嚴重影響進而危及飛行安全[4]。英雄機長劉傳健在處理駕駛艙前擋風玻璃脫落特殊險情時，在高空冷氣流吹襲和飛機駕駛艙內大量儀表設施被破壞的情況下，冷靜果斷地處理該突發險情，最終平安落地保全了飛機以及數百名乘客的生命安全。倘若機長在緊急情況下情緒不能穩定下來，發生相對較大波動，其后果是不可預料的。在時間壓力較大的飛行任務中，飛行員的情緒穩定性對于飛行安全來說是相當重要的，這需要從飛行學員階段就開始訓練，降低不穩定情緒對飛行安全的影響需要從提高飛行學員的情緒穩定性開始，因此研究飛行學員情緒穩定性是如何影響飛行安全對提高飛行安全具有重要意義。

對于情緒穩定性的研究，國外的研究人員較早集中于從人格、氣質等角度去評價[5-6]。Judge等[7]發現情緒穩定性可以作為員工對工作的滿意程度以及績效的傾向性預測因子。苗丹民等[8]使用結構方程模型對情緒穩定性的定性評價模型進行研究，將其分為3部分：飛行操作穩定性、飛行前緊張和一般外顯情緒。杜醒[9]認為情緒穩定性影響飛行學員的決策，進而影響飛行安全。然而很少有學者對情緒穩定性如何對飛行學員的駕駛決策進行深入研究。在飛行訓練中情緒不穩定會分散飛行學員的視覺注意力，使其無法集中精力專注駕駛或過度集中某個儀表，而忽略其他信息導致做出錯誤的決策。有研究表明，眼動信息可以反映人的心理變化[10]，在決策領域中眼動技術也有著廣泛的應用，眾多學者通過眼動技術發現信息的呈現位置、決策難度、時間壓力等關鍵因素是如何影響決策中的眼動模式，進而對決策行為產生影響[11-13]。

飛行中的特情往往是突發的、緊急的，這就需要飛行員必須在一定時限內完成對風險的識別并做出決策，而這樣的時間限制易產生時間壓力，造成心理上的情緒不穩定[14]。因此現模擬不同時間壓力條件下的進近著陸實驗，通過眼動追蹤技術，探究飛行學員的情緒穩定性對其駕駛決策的影響機制。

1 研究假設

時間壓力是指個體在時間限制下感知到的相應的情緒體驗和心理狀態[15]。有學者認為時間壓力被認為是決策的重要影響因素，決策被認為是耗時的加工過程，因此時間成為影響決策結果的重要因素之一[16]。許多學者發現時間壓力對決策質量的產生負向作用，如Dambacher等[16]通過實驗發現時間壓力對決策產生消極影響，Ariely等[17]研究認為時間壓力對決策的影響主要體現在決策信息搜索和加工，有效的信息提取和選擇等因素上，而注視時間和注視次數能夠反映個體的信息加工程度。因此提出如下假設：①H1，時間壓力對飛行學員的注視方式有顯著影響；②H2，時間壓力對飛行學員的決策績效有顯著影響。

在飛行學員情緒穩定性的研究中，王智敏等[18]通過結構方程模型驗證了情緒穩定性對安全績效存在顯著相關。Bubi等[19]研究發現情緒穩定性好的飛行學員在遇到特情時的表現比情緒穩定性差的飛行學員好。遇到特情時，情緒穩定差的飛行學員的注意力出會出現波動，王燕青等[20]通過模擬飛行學員進近著陸實驗發現，在特情下對駕駛艙內外景不合理的注意力分配會顯著降低飛行學員的安全績效。王大偉等[21]利用眼動儀分析了自我-他人危機決策的信息加工過程，發現注視時間和注視次數等眼動指標與決策結果有顯著相關，且決策者對信息的注視在一定程度上影響決策結果。因此提出如下假設：①H3，飛行學員情緒穩定性對其注視方式有顯著影響；②H4，飛行學員情緒穩定性對其決策績效有顯著影響；③H5，飛行學員的注視方式在情緒穩定性對其決策績效起中介作用。

綜合上述假設，提出時間壓力下飛行學員情緒穩定性對其決策績效的影響機制概念模型，如圖1所示。

圖1 飛行學員決策績效理論模型Fig.1 Theory model of student pilots decision-making performance

2 實驗方法

2.1 被試

被試為中國民航大學飛行分校的處于飛行訓練階段的飛行學員，根據情緒穩性量表測量結果篩選出情緒穩定性高分組和低分組各20人，共40人參加本次實驗。被試全部為年齡在18～21歲的男性，身體健康，無視力障礙問題。

2.2 實驗材料和工具

2.2.1 卡特爾16PF人格因素量表

卡特爾人格因素測量量表(16 personality factor questionnaire，16PF)是由美國伊利諾州立大學卡特爾教授編制，通過因素分析法歸納總結出16種因素的人格特質理論，該問卷具有較高的信效度。問卷中C因素為情緒穩定性，C因素高分者情緒較為穩定，不易產生激烈的情緒反應，對情緒的把控能力較強；C因素低分者則容易產生內心緊張急躁、憂慮煩惱、情緒反應激動等現象。該因素包含13個測量題目，采取Likert 3點計分，將所有測試題目的得分相加得到被試的情緒穩定性得分。

2.2.2 注視方式的測量

采用Tobii-X2-30眼動儀對實驗過程中被試的眼動指標進行測量和追蹤，采用軟件 ErgoLAB對其進行收集和處理。實驗中以眼動指標平均注視時間和注視次數反映被試的注視方式。

2.2.3 決策績效的測量

采用Flight Simulator模擬飛行軟件作為實驗平臺，選擇進近著陸階段作為模擬飛行任務，可以通過參數設置來模擬不同時間壓力下的實驗飛行條件。該軟件能夠通過對被試操作過程中的任務完成程度和特情處置情況的成績進行打分，滿分100分。

2.3 實驗設計

采用2(情緒穩定性：高分組和低分組)×2(時間壓力：有時間壓力和無時間壓力)的兩因素被試間實驗設計。其中，以正常進近著陸環境為無時間壓力條件，以單發失效特情環境下的進近著陸為有時間壓力條件；因變量為飛行學員的注視方式和駕駛決策結果。

2.4 實驗程序

實驗開始前對被試說明相關要求，并要求被試在整個實驗過程中盡量將自己的狀態調整至實際飛行過程中的心理狀態，以確保實驗數據的可靠性。被試以最舒服的狀態端坐于模擬實驗平臺前，并對被試進行瞳孔校準，完成校準后讓其保證頭部不動，隨后在被試的注視模式下開啟模擬飛行軟件Flight Simulator，并設置不同的模擬飛行環境，待飛行任務設置完成后，被試正式開始進行模擬無時間壓力和有時間壓力飛行條件下的近進著陸實驗。實驗結束后，保存被試的飛行操作數據及眼動數據。

3 實驗數據分析與討論

3.1 情緒穩定性分組合理性驗證

將被試16PF-C問卷的分從高到低依次排列，將得分前27%的被試作為高分組，得分后27%的被試作為低分組[22-23]，最終選取高、低分組被試各20名。采用Shapiro-Wilk檢驗方法對分組數據進行正態檢驗，結果表明被試所做的16PF-C問卷的得分符合正態分布(P>0.05)；進行Levene方差齊性檢驗，結果表明16PF-C問卷的得分符合方差齊性(F=0.355，P=0.555>0.05)，因此可以采用獨立樣本t檢驗方法對情緒穩定性分組進行合理性驗證，其結果如表1所示。

表1 16PF-C量表得分數據及獨立樣本t檢驗結果Table 1 16PF-C size table score data and independent sample t-test results

由表1中的獨立樣本t檢驗結果可知，將被試按照16PF-C問卷得分分為情緒穩定性低分組和高分組是合理的(t=-9.413，P<0.05)。

3.2 不同時間壓力下飛行學員的情緒穩定性對其注視方式的影響分析

將整個模擬飛行界面進行劃分為內景儀表區和外景區域及無關區域。在進近著陸過程中，飛行學員需要通過觀察駕駛艙外界的環境，如地形、跑道標志線、精密進近航道指示器(precision approach path indicator，PAPI)燈以建立目視參考，因此將外景區域作為興趣區進行分析。以飛行學員的平均注視時間和注視次數反映飛行學員的注視方式，其描述性統計分析結果如圖2和圖3所示。

為探究不同時間壓力下飛行學員的情緒穩定性對其注視方式的影響，以時間壓力和情緒穩定性為自變量，飛行學員的注視方式為因變量，進行有交互作用的雙因素方差分析。結果表明，時間壓力對飛行學員平均注視時間沒有顯著影響(F=0.377，P=0.541>0.05)，但對注視次數有顯著影響(F=4.317，P=0.041<0.05)，假設H1沒有得到驗證；情緒穩定性對飛行學員平均注視時間、注視次數均有顯著影響(F=16.116，P=0.000<0.001；F=18.786，P=0.000<0.001)，假設H3得初步到驗證。情緒穩定性和時間壓力在飛行學員平均注視時間、注視次數的影響均不存在交互作用(F=0.046，P=0.830>0.05；F=1.260，P=0.265>0.05)。

圖2 飛行學員的平均注視時間Fig.2 Mean of average fixation time of student pilots

圖3 飛行學員的注視次數Fig.3 Fixation counts of student pilots

上述分析表明，時間壓力對注視方式沒有顯著的影響，說明飛行學員在有無時間壓力下對決策過程中信息的提取方式沒有顯著變化。而情緒穩定性對注視方式則有顯著影響，即情緒穩定性高的個體相比于情緒穩定性低的個體在飛行決策時的平均注視時間較長，注視次數較少。

3.3 不同時間壓力下的飛行學員的情緒穩定性對其決策績效的影響分析

在不同時間壓力下，高、低情緒穩定性的飛行學員的決策績效如圖4所示。

為探究不同時間壓力下飛行學員的情緒穩定性對其決策績效的影響，以時間壓力和情緒穩定性為自變量，飛行學員的決策績效為因變量，進行有交互作用的雙因素方差分析。 結果表明，時間壓力對飛行學員的決策績效有顯著影響(F=5.699，P=0.020<0.05)，假設H2得到驗證；情緒穩定性對飛行學員的決策績效有顯著影響(F=8.845，P=0.004<0.05)，假設H4得到驗證。情緒穩定性和時間壓力在飛行學員的決策績效的影響上不存在交互作用(F=0.542，P=0.464>0.05)。

結合時間壓力對飛行學員決策中注視方式和決策績效的結果表明，時間壓力對決策績效有顯著的負相關關系，對注視次數有顯著影響。基于以往時間壓力對決策的研究發現，時間壓力對飛行決策產生負面影響，尤其對于新手飛行員在動態任務中進行的飛行決策[24]。有學者也發現時間壓力對飛行決策直接產生影響，Klein[25]認為在時間壓力下個體需要快速決策，可能采用“認知爆發”策略將現實的情境與記憶中相匹配，隨后檢索已存儲的解決方案選擇與實際情景相符的適當方案進行決策，決策者會選擇當下最滿意的解決方案，而非最優解決方案，這對決策績效產生了一定的負向影響。情緒穩定性對決策績效分析結果表明，飛行學員的情緒穩定性越好，其決策績效越高，這與前人研究結果相同。

圖4 飛行學員決策績效均值Fig.4 Mean of decision-making performance of student pilots

3.4 飛行學員的注視方式在情緒穩定性對決策績效影響的中介效應分析

以情緒穩定性為自變量，分別以平均注視時間和注視次數為中介變量，決策績效為因變量，采用Hayes所提出的Bootstrap方法進行中介效應檢驗，設定5 000個抽取的樣本，采用95%的置信區間，若置信區間不含0，則表明對應的效果顯著，其結果如表2和表3 所示。

由表2可知，飛行學員情緒穩定性對平均注視時間有顯著的正向影響(β=0.039 0，t=7.520 7，P<0.05)，對注視次數有顯著負向影響(β=-8.894 9，t=-6.076 4，P<0.05)，即飛行學員情緒穩定性對注視方式有顯著影響，假設H3進一步得到驗證；飛行學員情緒穩定性對決策績效有顯著正向影響(β=0.736 7，t=4.585 2，P<0.05)，假設H4進一步得到驗證。

由表3可知，在95%的置信區間下，平均注視時間的中介效應顯著(β=0.391 1，SE=0.100 3，95%置信區間=[0.204 5, 0.600 8])，注視次數的中介效應也顯著(β=-0.241 3，SE=0.103 0，95%置信區間=[-0.479 0, -0.069 4])。此外，在控制了中介變量注視時間后，自變量情緒穩定性對因變量決策績效的直接效應不顯著(β=-0.129 6，SE=0.178 6，95%置信區間=[-0.485 8, 0.226 7]),這一結果反映了平均注視時間在情緒穩定性對決策績效的影響中具有完全中介作用。但控制了中介變量注視次數后，自變量情緒穩定性對因變量決策績效的直接效應顯著(β=0.736 7，SE=0.160 7，95%置信區間=[0.416 8, 1.056 6])，這一結果反映了注視次數在情緒穩定性對決策績效的影響中具有部分中介作用。以上結果表明，反映了決策信息加工過程的注視方式指標在情緒穩定性對決策績效的影響中發揮中介作用。H5得到了驗證。

表2 分別以平均注視時間和注視次數為中介變量的回歸分析結果Table 2 The results of regression analysis with average fixation time and fixation times as intermediary variables

表3 飛行學員的注視方式的中介效應分析結果Table 3 Results of mediating effect analysis of gaze style of flying cadets

基于上述分析，情緒穩定性對決策績效的影響的中介效應模型如圖5所示。

括號內的數據為平均注視時間為中介變量的路徑系數；不在括號內的數據為注視次數為中介變量的路徑系數；**P<0.05圖5 飛行學員情緒穩定性對決策績效影響機制的中介效應模型Fig.5 Intermediary effect model of student pilots emotional stability on making-decision performance

4 結論

(1)時間壓力對飛行學員的決策績效有顯著的負向影響。

(2)情緒穩定性對飛行學員的決績效有顯著的正向影響，對平均注視時間有顯著的正向影響，對注視次數有顯著的負向影響。

(3)飛行學員的平均注視時間在其情緒穩定性對決策績效影響中起完全中介作用，飛行學員注視次數在其情緒穩定性對決策績效影響中起部分中介作用。