吳 桐 張宜靜

(1.北京建筑大學(xué)機(jī)電與車輛工程學(xué)院, 北京 102616; 2.清華大學(xué)工業(yè)工程系, 北京 100084)

1 引言

隨著智能科學(xué)的發(fā)展以及任務(wù)復(fù)雜性的提高,團(tuán)隊(duì)作為組織執(zhí)行任務(wù)的基本單位得到廣泛應(yīng)用。在人人團(tuán)隊(duì)中,成員經(jīng)常在溝通、人際關(guān)系、資源分配等方面發(fā)生沖突;而在人和機(jī)(智能體或機(jī)器人)組成的團(tuán)隊(duì)中,兩者會(huì)在意圖表達(dá)、信息獲取、信息分析、決策邏輯和行動(dòng)執(zhí)行等方面產(chǎn)生沖突[1]。心智模型(Mental Model)提供了一種機(jī)制,可以幫助成員預(yù)測(cè)隊(duì)友的行為,從而促進(jìn)行動(dòng)的協(xié)調(diào)[2]。

心智模型的研究受到了廣泛關(guān)注,心理學(xué)[3]、組織管理學(xué)[4]、人因?qū)W[5]等領(lǐng)域探討了不同任務(wù)背景下心智模型的定義、特點(diǎn)與形成。隨著團(tuán)隊(duì)任務(wù)復(fù)雜性的增加,人們逐漸將心智模型應(yīng)用于團(tuán)隊(duì)協(xié)作中,并提出共享心智模型(Shared Mental Model)的概念[6]。此后,各個(gè)領(lǐng)域的研究人員探討了共享心智模型的組成、測(cè)量及其對(duì)團(tuán)隊(duì)績(jī)效的影響。隨著人工智能的發(fā)展,人們將共享心智模型的研究擴(kuò)展到人機(jī)系統(tǒng)中并探討其對(duì)人機(jī)團(tuán)隊(duì)績(jī)效的影響。

本文系統(tǒng)梳理心智模型的概念發(fā)展、特點(diǎn)與形成;探討共享心智模型的概念、類型、測(cè)量以及在人機(jī)團(tuán)隊(duì)中的應(yīng)用,并辨析共享心智模型與團(tuán)隊(duì)心智模型(Team Mental Model)的概念;討論共享心智模型對(duì)團(tuán)隊(duì)績(jī)效的影響,總結(jié)現(xiàn)有研究及分析未來(lái)研究方向。

2 心智模型

2.1 概念發(fā)展

心智模型最早由Craik[7]在1943 年提出,是將外部世界的認(rèn)知轉(zhuǎn)化為頭腦中的模型,用于表示人對(duì)系統(tǒng)的內(nèi)部表征。隨后,心智模型的概念被廣泛應(yīng)用于很多領(lǐng)域。在認(rèn)知心理學(xué)領(lǐng)域,Johnson-Laird[8]認(rèn)為心智模型是個(gè)體為了對(duì)外部現(xiàn)象進(jìn)行合理解釋,所構(gòu)建的與外部現(xiàn)象相似的簡(jiǎn)化知識(shí)結(jié)構(gòu)。在人因?qū)W領(lǐng)域,Rouse 等[5]將其定義為“人生成對(duì)系統(tǒng)目的和形式的描述,對(duì)系統(tǒng)功能和觀察到的系統(tǒng)狀態(tài)的解釋以及對(duì)未來(lái)系統(tǒng)狀態(tài)的預(yù)測(cè)的機(jī)制”,認(rèn)為心智模型是幫助人與環(huán)境交互的有組織的知識(shí)結(jié)構(gòu)。在組織管理學(xué)領(lǐng)域,Senge[4]認(rèn)為心智模型存在于人的內(nèi)心深處,包括一些假設(shè)、偏見(jiàn)、規(guī)則、印象等,影響人如何理解外部世界并采取行動(dòng),是人在日常生活中所形成的某種特定的觀念、思維模式、行為習(xí)慣,指導(dǎo)人的思考和行為模式。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域,Norman[9]認(rèn)為心智模型存在于用戶大腦中,是對(duì)交互產(chǎn)品的概念與行為的知識(shí)。Alan[10]曾提出3個(gè)模型:表現(xiàn)模型、實(shí)現(xiàn)模型和用戶心智模型,當(dāng)產(chǎn)品的表現(xiàn)模型與用戶心智模型更接近時(shí),會(huì)產(chǎn)生良好的用戶體驗(yàn)。總體而言,心智模型是個(gè)體對(duì)交互環(huán)境的理解、認(rèn)知而形成的內(nèi)部表征,可視為個(gè)體的認(rèn)知結(jié)構(gòu),不僅包含知識(shí)內(nèi)容和知識(shí)結(jié)構(gòu),還包含行為和態(tài)度兩方面[11],幫助描述、解釋和預(yù)測(cè)環(huán)境中的事件。

目前,心智模型的概念已廣泛應(yīng)用于人機(jī)交互領(lǐng)域。Norman[12]認(rèn)為心智模型實(shí)例化了對(duì)象和事件之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系,從而允許人規(guī)劃行動(dòng)、解釋和預(yù)測(cè)外部事件。Gentner 等[13]將人與物理設(shè)備、系統(tǒng)界面交互時(shí)所產(chǎn)生的內(nèi)在心理表征稱為心智模型,用于描述人對(duì)外部世界的認(rèn)知,如計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是什么及如何工作的[14]。Payne[15]認(rèn)為心智模型可用來(lái)標(biāo)記人對(duì)使用系統(tǒng)相關(guān)知識(shí)的不同方面,包括系統(tǒng)的工作流程、組成部分及其相互關(guān)系等。梁穎[16]認(rèn)為心智模型是指人對(duì)產(chǎn)品的理解,由目標(biāo)、任務(wù)、概念、表現(xiàn)形式四部分構(gòu)成。

總的來(lái)說(shuō),心智模型的概念是不斷發(fā)展的,且與其任務(wù)背景和研究領(lǐng)域相關(guān)聯(lián)。社會(huì)學(xué)、心理學(xué)、組織管理學(xué)等領(lǐng)域中多是對(duì)心智模型的定性描述,其范圍較廣,多包括偏見(jiàn)、態(tài)度等;而在人因?qū)W、產(chǎn)品設(shè)計(jì)等領(lǐng)域中的心智模型,多描述為與產(chǎn)品、任務(wù)相關(guān)的程序、規(guī)則等,且具有一定框架和規(guī)范。本文將主要探討復(fù)雜人機(jī)系統(tǒng)中與任務(wù)相關(guān)的、人與機(jī)交互過(guò)程中形成的心智模型。

2.2 特點(diǎn)與形成

對(duì)特定任務(wù)、系統(tǒng)或產(chǎn)品的心智模型的構(gòu)建是一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程,并受到諸多因素影響。Norman[9]認(rèn)為人會(huì)受到以前使用類似產(chǎn)品的經(jīng)驗(yàn),或是使用該產(chǎn)品所要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)而對(duì)產(chǎn)品概念和行為產(chǎn)生的一種期望的影響而構(gòu)建心智模型。Wilson 等[17]認(rèn)為,心智模型是系統(tǒng)或任務(wù)用戶根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)和當(dāng)前觀察結(jié)果形成的表征。因此,人最初形成的心智模型可能是存在缺陷的。Norman[12]認(rèn)為心智模型是不完整的,包含不完整的工作領(lǐng)域描述、工作流程快捷方式、大量的信息缺失和不確定性等。Veer[18]提出類似觀點(diǎn),認(rèn)為心智模型是功能性的,而不是現(xiàn)實(shí)世界的完整或準(zhǔn)確表征。Bansal[19]認(rèn)為,心智模型是人對(duì)交互系統(tǒng)的看法,是基于信念而不是基于事實(shí)。當(dāng)使用不準(zhǔn)確或不完整的心智模型時(shí),就會(huì)以不同的效率和效果發(fā)揮作用[9]。

用戶心智模型通過(guò)與系統(tǒng)交互而不斷迭代,并趨于準(zhǔn)確或完整。Hwang 等[14]表示,心智模型是通過(guò)與系統(tǒng)交互逐漸形成的,人根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)或與系統(tǒng)交互來(lái)獲取和擴(kuò)展,并構(gòu)建成各種形式。Marhan 等[20]認(rèn)為,心智模型通過(guò)不斷融合新信息以擴(kuò)大對(duì)交互系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)。雖然,最初構(gòu)建的心智模型是基于以往經(jīng)驗(yàn)以及根據(jù)設(shè)計(jì)師心智模型而形成的培訓(xùn)等,但在與系統(tǒng)交互過(guò)程中會(huì)隨系統(tǒng)演化和更新發(fā)生變化,從而形成與實(shí)際系統(tǒng)模型更相符的心智模型[21]。

總的來(lái)說(shuō),心智模型是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)知識(shí)、所受的培訓(xùn)、對(duì)情境的感知、與系統(tǒng)的交互[22]以及對(duì)所要達(dá)成目標(biāo)的期望構(gòu)建而成,因而人最初構(gòu)建的心智模型往往是片面的,缺乏系統(tǒng)整體性。然而,在交互過(guò)程中,會(huì)根據(jù)系統(tǒng)反饋不斷動(dòng)態(tài)地修改原有心智模型,從而形成更完整、自洽的準(zhǔn)確模型。

3 共享心智模型

3.1 概念

航空航天、航海等復(fù)雜系統(tǒng)領(lǐng)域中,任務(wù)常由人或是由人和人工智能體組成的團(tuán)隊(duì)共同完成。協(xié)同中會(huì)由于團(tuán)隊(duì)成員間擁有不同的心智模型而導(dǎo)致協(xié)同不暢、效率不高甚至任務(wù)失敗。因此,團(tuán)隊(duì)成員間需要共享心智模型。

Converse 等[6]首次將心智模型的概念擴(kuò)展到團(tuán)隊(duì)層面,提出共享心智模型的概念,用于表示團(tuán)隊(duì)成員對(duì)相關(guān)環(huán)境中關(guān)鍵元素的知識(shí)或信念共享的、有組織的理解和心理表征[23]。Jonker 等[24]表示,共享心智模型是一個(gè)分布式結(jié)構(gòu),包含團(tuán)隊(duì)協(xié)作所需的知識(shí)以及所要實(shí)現(xiàn)的功能。Yusoff等[25]認(rèn)為,共享心智模型是在團(tuán)隊(duì)成員互動(dòng)過(guò)程中發(fā)展而成,融合了單個(gè)成員的心智模型,從而使成員的心智模型相似或共享。Schelble 等[26]認(rèn)為,共享心智模型是團(tuán)隊(duì)協(xié)作的一種涌現(xiàn)狀態(tài)。隨時(shí)間推移,共享心智模型不斷發(fā)展,團(tuán)隊(duì)成員在交互過(guò)程中不斷擁有共享、組織和分布的知識(shí)?？偟膩?lái)說(shuō),共享心智模型不僅包含與任務(wù)相關(guān)的知識(shí),還包含團(tuán)隊(duì)協(xié)作相關(guān)的知識(shí),是在團(tuán)隊(duì)成員之間創(chuàng)造共享的理解[27]。當(dāng)人對(duì)共享任務(wù)和彼此角色有相似的理解時(shí),這種共享的心智模型將使團(tuán)隊(duì)表現(xiàn)更好,因?yàn)樗麄兡軠?zhǔn)確預(yù)測(cè)隊(duì)友的需求和行為[28]。

共享心智模型有時(shí)也被稱為團(tuán)隊(duì)心智模型[29]。盡管它們本質(zhì)上相似,但也存在細(xì)微差異[28]。團(tuán)隊(duì)心智模型的使用在某種程度上削弱了共享性,并試圖將重點(diǎn)放在由團(tuán)隊(duì)合作產(chǎn)生的集體知識(shí)結(jié)構(gòu)(Collective Knowledge Structures)的研究上[30]。共享性是指成員心智模型彼此一致或趨同的程度,并不表示完全相同的心智模型[31]。本文不區(qū)分共享心智模型和團(tuán)隊(duì)心智模型,統(tǒng)稱為共享心智模型。

3.2 組成

在復(fù)雜任務(wù)和團(tuán)隊(duì)協(xié)作的情況下,操作員通常會(huì)同時(shí)構(gòu)建多個(gè)不同的心智模型。Cannon-Bowers 等[32]最先提出共享心智模型的4 種組成:設(shè)備模型,任務(wù)模型、團(tuán)隊(duì)協(xié)作模型、隊(duì)友模型。Goodrich 等[33]認(rèn)為良好的團(tuán)隊(duì)協(xié)作需要團(tuán)隊(duì)成員擁有隊(duì)友模型、團(tuán)隊(duì)交互模型、團(tuán)隊(duì)任務(wù)模型。Webber 等[34]提出共享心智模型的三維結(jié)構(gòu),將其按照知識(shí)分為描述性、程序性和策略性。Mathieu 等[35]將共享心智模型分為任務(wù)模型和團(tuán)隊(duì)模型,這個(gè)二維結(jié)構(gòu)是對(duì)Cannon 的四維結(jié)構(gòu)的歸納和補(bǔ)充。目前,這一二維結(jié)構(gòu)得到了大多數(shù)研究者的認(rèn)可。但Jonker 等[24]將共享心智模型劃分為團(tuán)隊(duì)活動(dòng)和物理組件。其中,團(tuán)隊(duì)活動(dòng)包括任務(wù)執(zhí)行和團(tuán)隊(duì)交互;物理組件包括團(tuán)隊(duì)成員和設(shè)備等。Cannon-bowers 等[36]研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)團(tuán)隊(duì)成員擁有相似的態(tài)度/信念時(shí),他們會(huì)對(duì)任務(wù)或環(huán)境產(chǎn)生一致的解釋,從而做出有效決策。所以,共享心智模型不僅包括關(guān)于任務(wù)、設(shè)備、團(tuán)隊(duì)等方面的知識(shí)內(nèi)容和結(jié)構(gòu),還應(yīng)包括情感、態(tài)度或信念等[37]。

3.3 測(cè)量

共享心智模型不僅是指團(tuán)隊(duì)成員擁有共享、重疊或相似的知識(shí)結(jié)構(gòu),也包括團(tuán)隊(duì)成員知識(shí)的互補(bǔ)及分布[38]。共享心智模型的測(cè)量揭示團(tuán)隊(duì)成員關(guān)于已知元素的內(nèi)容和元素間關(guān)系的趨同程度,通常分為2 個(gè)步驟:個(gè)體心智模型測(cè)量及團(tuán)隊(duì)成員心智模型相似度測(cè)量[39]。其中,個(gè)體心智模型測(cè)量包括心智模型的啟發(fā)和表征[40],通過(guò)采用一定刺激(需包含特定任務(wù)情境的關(guān)鍵特征)引導(dǎo)個(gè)體展現(xiàn)自己知識(shí)結(jié)構(gòu)的內(nèi)容和元素,并進(jìn)一步表征其內(nèi)在結(jié)構(gòu)及其關(guān)系,從而使心智模型得以觀察和描述;而心智模型相似度一般通過(guò)計(jì)算團(tuán)隊(duì)成員間心智模型的相似程度得到[41]。

首先是個(gè)體心智模型的測(cè)量。心智模型測(cè)量需要獲取其內(nèi)容和結(jié)構(gòu)[42],因此測(cè)量方法可分為啟發(fā)和表征2 種。啟發(fā)式方法主要用于獲取知識(shí)內(nèi)容,表征方法主要用于獲得知識(shí)結(jié)構(gòu)。常用的啟發(fā)式方法有認(rèn)知訪談法、出聲思考法、內(nèi)容分析法、配對(duì)比較法、概念映射法、卡片分類法、因果圖法、有序樹(shù)法等[43]。配對(duì)比較法和概念映射法是目前研究中應(yīng)用最廣泛的測(cè)量方法。配對(duì)比較法需要參試者對(duì)概念間的關(guān)系兩兩評(píng)級(jí),以獲得心智模型[44-45];概念映射法需要參試者在預(yù)先設(shè)定的層次結(jié)構(gòu)中,描述某任務(wù)領(lǐng)域的概念及其相互關(guān)系,以生成概念網(wǎng)絡(luò)來(lái)表征心智模型。Ellis[46]請(qǐng)參試者使用代表任務(wù)不同方面的概念填充地圖中的空格,從而表征其關(guān)于任務(wù)的知識(shí)結(jié)構(gòu)。由于部分啟發(fā)式方法(如配對(duì)比較法)無(wú)法獲取操作員頭腦中對(duì)知識(shí)的組織結(jié)構(gòu),因此需要通過(guò)表征方法進(jìn)一步分析。常用表征方法有路徑搜索法、多維標(biāo)度法、社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析法等。它們是基于概念間的關(guān)聯(lián)強(qiáng)度而建立概念網(wǎng)絡(luò)模型的方法[47],即將相似性評(píng)定矩陣轉(zhuǎn)換成概念間的網(wǎng)絡(luò)關(guān)系圖,以表征操作員的知識(shí)結(jié)構(gòu)[35,48-51]。通過(guò)啟發(fā)和表征方法測(cè)量得到的心智模型往往可以表征成一個(gè)向量、矩陣、網(wǎng)絡(luò)或圖[52],從而進(jìn)行后續(xù)相似度測(cè)量。

結(jié)構(gòu)化和量化后的心智模型可能是不完整的[53]。因此,研究者常會(huì)輔助采用認(rèn)知訪談、行為觀察等方式,用于心智模型的輔助測(cè)量。Nikolic 等[54]觀察飛行員的操作行為以識(shí)別其思維過(guò)程、目標(biāo)及意圖。Perelman 等[55]基于飛行路徑,判斷操作員的心智模型。也有研究通過(guò)如眼動(dòng)等生理測(cè)量方法推斷心智模型。Sarter 等[56]結(jié)合眼動(dòng)數(shù)據(jù)與訪談結(jié)果來(lái)探索飛行員的心智模型。Abid 等[57]通過(guò)記錄操作員在完成任務(wù)過(guò)程中對(duì)感興趣的區(qū)域(Area of Interest,AOI)的注視次數(shù)、順序以及凝視時(shí)間來(lái)預(yù)測(cè)其心智模型。此外,也有研究將情境意識(shí)評(píng)估作為輔助測(cè)量。Zhang等[58-59]的研究證實(shí),情境意識(shí)水平可預(yù)測(cè)操作員的心智模型。

通過(guò)心智模型相似度測(cè)量評(píng)估團(tuán)隊(duì)成員間不同方面心智模型的相似程度,常用的測(cè)量方法有相關(guān)系數(shù)法、路徑搜索法、社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析法、距離比公式等,可通過(guò)計(jì)算得到一些指標(biāo),如Person相關(guān)系數(shù)、QAP 系數(shù)(Quadratic Assignment Procedure)、C 系數(shù)(Closeness Index)等,來(lái)衡量個(gè)體心智模型間的相似程度[60]。張櫻之[52]采用Person相關(guān)系數(shù)計(jì)算了團(tuán)隊(duì)成員間不同方面心智模型的相似度;Mathieu 等[35]分析了任務(wù)和團(tuán)隊(duì)心智模型,并計(jì)算QAP 系數(shù)以判斷成員間心智模型的相似度;Resick 等[44]通過(guò)路徑搜索法得到C 系數(shù)以衡量心智模型的相似程度。

3.4 人機(jī)共享心智模型

自動(dòng)化和人工智能技術(shù)已廣泛應(yīng)用于航空航天、核電、醫(yī)療、交通等領(lǐng)域,用于降低操作員的工作負(fù)荷,提高系統(tǒng)可靠性,但同時(shí)也帶來(lái)了諸多問(wèn)題。研究表明,人機(jī)協(xié)同效率低的原因是人和機(jī)的心智模型不一致。很多研究人員將實(shí)際系統(tǒng)模型等同于設(shè)計(jì)師心智模型[61-63],因此,他們認(rèn)為使用科技產(chǎn)品時(shí)出現(xiàn)問(wèn)題的根本原因是用戶和設(shè)計(jì)師心智模型之間的偏差[62]。Zhang[63]表示,信息科技產(chǎn)品是基于設(shè)計(jì)師心智模型開(kāi)發(fā)的,用戶在與這些產(chǎn)品交互時(shí)會(huì)形成自己的理解,并預(yù)測(cè)產(chǎn)品的反饋,當(dāng)用戶與設(shè)計(jì)師的心智模型不同時(shí),往往會(huì)導(dǎo)致交互困難[61]。但隨著智能科學(xué)的發(fā)展,傳統(tǒng)自動(dòng)化系統(tǒng)正逐步轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂凶灾涡浴⑸鐣?huì)性、反應(yīng)性、主動(dòng)性、進(jìn)化性的智能體[64],它們具有自主的心智模型。人機(jī)關(guān)系也隨之發(fā)生本質(zhì)變化,機(jī)器從工具轉(zhuǎn)變?yōu)槿祟惖暮献骰锇?同人類分擔(dān)工作并一起實(shí)現(xiàn)任務(wù)目標(biāo),人機(jī)關(guān)系逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槿藱C(jī)協(xié)同合作[65]。這意味著在智能體高度自治的水平下,人和機(jī)需要理解彼此的意圖和行動(dòng),從而實(shí)現(xiàn)真正意義上的人機(jī)共享心智模型。

目前,共享心智模型的研究已出現(xiàn)在人-人工智能體團(tuán)隊(duì)中,其中,人工智能體是具有一定的感知、計(jì)算和行動(dòng)能力的系統(tǒng)[66]。Stubbs 等[67]研究發(fā)現(xiàn),隨著遠(yuǎn)程機(jī)器人自主性的增加,操作員對(duì)機(jī)器人行為的困惑從關(guān)于環(huán)境數(shù)據(jù)收集問(wèn)題轉(zhuǎn)移到機(jī)器人執(zhí)行某一行動(dòng)的原因,因而花費(fèi)更多時(shí)間來(lái)理解機(jī)器人的決策行為。因此,這就需要人和機(jī)之間建立一個(gè)共同基礎(chǔ)。Gervits 等[68]認(rèn)為,人機(jī)共享心智模型表示團(tuán)隊(duì)中所有智能體的共同基礎(chǔ),包括每個(gè)智能體的知識(shí)和信念狀態(tài)以及它們的相似程度。Yusoff 等[25]認(rèn)為,共享心智模型是人機(jī)協(xié)作領(lǐng)域的一種認(rèn)知結(jié)構(gòu),促進(jìn)人類操作員與人工智能體間的相互理解,預(yù)測(cè)隊(duì)友可以完成共享任務(wù)的哪些部分,從而調(diào)整行為以支持聯(lián)合工作。Scheutz 等[69]認(rèn)為人機(jī)共享心智模型包含關(guān)于團(tuán)隊(duì)成員的詳細(xì)信息(如,成員的意圖、目標(biāo)、知識(shí)、能力等)。Flemisch 等[70]認(rèn)為,人與機(jī)成功結(jié)合的關(guān)鍵之一是關(guān)于團(tuán)隊(duì)成員能力、權(quán)限、控制和責(zé)任的心智模型的一致性和兼容性。因此,一個(gè)成熟的人-人工智能體團(tuán)隊(duì)中的共享心智模型需要包含任務(wù)模型和團(tuán)隊(duì)模型[28]。智能體維護(hù)這些知識(shí)表征,根據(jù)感知和推理更新它們,并以此來(lái)適應(yīng)行為[68]。事實(shí)上,現(xiàn)有關(guān)于人機(jī)共享心智模型的描述主要表現(xiàn)在知識(shí)內(nèi)容與結(jié)構(gòu)方面的共享,尚未涉及到情感或態(tài)度層面。

如果機(jī)器人和人類能夠動(dòng)態(tài)分配任務(wù)和共享信息,那么團(tuán)隊(duì)會(huì)更加高效[71]。然而,機(jī)器人難以在人類認(rèn)知水平上發(fā)揮作用,它們沒(méi)有人類的直覺(jué),必須依靠明確的數(shù)學(xué)形式來(lái)近似人類隊(duì)友的心理狀態(tài),并做出相應(yīng)計(jì)劃。很多研究人員開(kāi)發(fā)了人機(jī)共享心智模型框架[66,69,72],用于捕獲關(guān)于團(tuán)隊(duì)、任務(wù)和環(huán)境狀態(tài)的信息以及團(tuán)隊(duì)成員間共享的與任務(wù)相關(guān)的知識(shí)。此外,人類操作員和人工智能體間的通信依賴于用于顯示、獲取和傳遞信息的接口/通信模塊,因此,他們需要以相同的模式或邏輯進(jìn)行交互和溝通,并對(duì)彼此的行為產(chǎn)生理解。同人人協(xié)作一樣,有效的人機(jī)協(xié)作基于對(duì)彼此能力的共同理解[73]。

為了使人類操作員和人工智能體實(shí)現(xiàn)有效協(xié)同,對(duì)人而言,必須了解智能體的輸出及決策過(guò)程以建立用于和人工智能體協(xié)同的心智模型;對(duì)人工智能體而言,需要在設(shè)計(jì)中嵌入用戶已有的心智模型,不僅包括用戶關(guān)于任務(wù)、設(shè)備等方面的知識(shí),還應(yīng)包括他/她的態(tài)度、溝通方式等,用于構(gòu)成智能體的初始心智模型。在人機(jī)協(xié)同過(guò)程中,人工智能體利用已嵌入的模型預(yù)測(cè)人類行為,并更新其輸出及表達(dá)形式以適合用戶,從而幫助人類更好地理解智能體[74]。隨著成員間不斷交互,對(duì)彼此的理解增加,心智模型反復(fù)迭代,從而促使人機(jī)共享心智模型的程度增加,提高團(tuán)隊(duì)協(xié)同效率。

4 共享心智模型對(duì)團(tuán)隊(duì)績(jī)效的影響

共享心智模型有助于描述、解釋和預(yù)測(cè)團(tuán)隊(duì)行為,從而使團(tuán)隊(duì)成員能夠有效溝通與協(xié)調(diào),并適應(yīng)團(tuán)隊(duì)變化[24]。當(dāng)團(tuán)隊(duì)成員具有相似的心智模型時(shí),他們會(huì)達(dá)到高績(jī)效水平。相似的知識(shí)可以幫助團(tuán)隊(duì)成員形成對(duì)工作任務(wù)的一致理解,而相似或相容的情感與信念可推動(dòng)團(tuán)隊(duì)形成良好的合作氛圍,并指導(dǎo)團(tuán)隊(duì)行動(dòng)[3]。

人人團(tuán)隊(duì)中,共享心智模型對(duì)團(tuán)隊(duì)績(jī)效有顯著影響。Lim 等[75]將共享心智模型分為任務(wù)模型和團(tuán)隊(duì)模型兩部分,發(fā)現(xiàn)相似的任務(wù)模型與團(tuán)隊(duì)模型都能促進(jìn)團(tuán)隊(duì)績(jī)效的提高。Mathieu 等[76]的研究表明,任務(wù)模型可顯著提高團(tuán)隊(duì)績(jī)效,且團(tuán)隊(duì)模型與任務(wù)模型的交互作用與團(tuán)隊(duì)績(jī)效正相關(guān)。此外,研究發(fā)現(xiàn),團(tuán)隊(duì)過(guò)程可以調(diào)節(jié)共享心智模型與團(tuán)隊(duì)績(jī)效的關(guān)系。對(duì)于團(tuán)隊(duì)過(guò)程,研究人員提出了許多變量,包括溝通、協(xié)調(diào)、沖突等行為表現(xiàn)。Mathieu 等[35]發(fā)現(xiàn),共享心智模型通過(guò)影響成員間的溝通和協(xié)調(diào),進(jìn)而影響團(tuán)隊(duì)績(jī)效。Ilgen[77]提出另一類中介機(jī)制,即涌現(xiàn)狀態(tài),具有典型內(nèi)在動(dòng)態(tài)性的團(tuán)隊(duì)屬性[78],隨團(tuán)隊(duì)情境、輸入、過(guò)程和結(jié)果變化而變化,包括團(tuán)隊(duì)凝聚力、集體效能感等。Mathieu 等[76]的研究表明,任務(wù)模型通過(guò)提高集體效能感,從而增加團(tuán)隊(duì)績(jī)效。因此,共享心智模型不僅有助于團(tuán)隊(duì)成員間的合作協(xié)調(diào),也可提升集體效能感、團(tuán)隊(duì)凝聚力等,從而影響團(tuán)隊(duì)績(jī)效。

人機(jī)團(tuán)隊(duì)中,共享心智模型也可以促進(jìn)團(tuán)隊(duì)成員的交互與協(xié)調(diào)。Nikolaidis 等[79]通過(guò)交叉訓(xùn)練使人機(jī)團(tuán)隊(duì)共享心智模型,結(jié)果發(fā)現(xiàn),高水平的共享心智模型可提高團(tuán)隊(duì)流暢度。Scheutz 等[69]發(fā)現(xiàn),和人共享心智模型的機(jī)器人可以感知人類操作員的表現(xiàn)和當(dāng)前狀態(tài)的變化等信息,通過(guò)積極主動(dòng)地溝通與規(guī)劃,提高團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和績(jī)效。Gervits 等[72]研究了空間機(jī)器人任務(wù)領(lǐng)域中的共享心智模型。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),人和機(jī)器人擁有共享的心智模型可提高任務(wù)績(jī)效和團(tuán)隊(duì)效率,但并未改善人類操作員的工作負(fù)荷及情境意識(shí)。Gervits在2020 年的研究支持了此結(jié)果[68]。Li 等[80]基于BW4T(the BlocksWorlds for Teams)測(cè)試平臺(tái)研究了人機(jī)團(tuán)隊(duì)完成聯(lián)合行動(dòng)任務(wù)時(shí)不同類型的信息共享對(duì)績(jī)效的影響。研究發(fā)現(xiàn),人類操作員與人工智能體間共享目標(biāo)可提高完成任務(wù)的效率,而同時(shí)共享目標(biāo)和信念(包括色塊位置、其他智能體狀態(tài)等)會(huì)使人類操作員信息過(guò)載,從而降低團(tuán)隊(duì)績(jī)效。Bansal 等[81]認(rèn)為,人類操作員和人工智能體擁有不同的專業(yè)知識(shí),當(dāng)他們知道如何以及何時(shí)互補(bǔ)時(shí),就會(huì)達(dá)到最高績(jī)效。也就是說(shuō),在人機(jī)共同決策的情況下,人工智能體根據(jù)給定輸入提供建議,并由人類操作員決定是否接受。這取決于人類操作員對(duì)人工智能體能力的心智模型,當(dāng)這一心智模型與實(shí)際系統(tǒng)模型不符時(shí),會(huì)產(chǎn)生次優(yōu)決策。此外,當(dāng)人和人工智能體使用不同的空間心智模型時(shí),會(huì)產(chǎn)生不同的空間問(wèn)題解決方案,并導(dǎo)致更高的工作負(fù)荷,以及信任和團(tuán)隊(duì)情境意識(shí)的崩潰[82]。Perelman 等[83]同樣表示,當(dāng)人類成員對(duì)人工智能體行為的預(yù)期與人工智能體實(shí)際行為或意圖不匹配時(shí),就會(huì)出現(xiàn)信任降低與摒棄人工智能體的情況。

一般而言,管理學(xué)、心理學(xué)等領(lǐng)域中研究人人團(tuán)隊(duì),考慮的是人人共享心智模型,目的是提高管理效率和團(tuán)隊(duì)協(xié)同效率;而人機(jī)共享心智模型的應(yīng)用更多是為了提升復(fù)雜人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的適人性以及人機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行效率。無(wú)論人人團(tuán)隊(duì)還是人機(jī)團(tuán)隊(duì),當(dāng)團(tuán)隊(duì)成員共享心智模型或心智模型的相似度較高時(shí),他們會(huì)更有效地協(xié)調(diào)行動(dòng),從而取得更高的團(tuán)隊(duì)績(jī)效。

5 總結(jié)與展望

心智模型的概念得到了學(xué)術(shù)界的關(guān)注,以此為切入點(diǎn),研究人員探討了其概念組成、類型特點(diǎn)、測(cè)量方法及其對(duì)績(jī)效的影響。并進(jìn)而拓展到人人和人機(jī)團(tuán)隊(duì),探討了共享心智模型的概念、測(cè)量及其對(duì)團(tuán)隊(duì)績(jī)效的影響[29-30]。相對(duì)機(jī)器的智能性和自主性的大幅提升,共享心智模型的研究尚未能有與之匹配的進(jìn)展,其原因可能是心智模型是基于個(gè)人內(nèi)隱的思維構(gòu)建而難以觀測(cè)和量化,因此阻礙了其與人工智能的聯(lián)合應(yīng)用和發(fā)展。隨著智能科學(xué)的發(fā)展和人機(jī)協(xié)同任務(wù)的增多,人機(jī)心智模型不一致所導(dǎo)致的安全風(fēng)險(xiǎn)已被關(guān)注和研究,也引起了人因?qū)W、人機(jī)交互、人工智能等領(lǐng)域的研究興趣。

共享心智模型相關(guān)研究目前在以人人團(tuán)隊(duì)為背景的居多,結(jié)合人機(jī)團(tuán)隊(duì)的研究較少。因此,人機(jī)共享心智模型的研究尚存在以下空白和挑戰(zhàn):①人機(jī)團(tuán)隊(duì)中機(jī)的特征存在顯著差別,首先需要探討傳統(tǒng)共享心智模型理論框架和模型的適用性,并基于不同類型的人機(jī)團(tuán)隊(duì)以及不同的任務(wù)特性,構(gòu)建人機(jī)共享心智模型的理論框架,為人工智能體的設(shè)計(jì)提供依據(jù);②現(xiàn)存的共享心智模型測(cè)量方法主要是通過(guò)識(shí)別個(gè)體心智模型并測(cè)量團(tuán)隊(duì)心智模型的相似度2 個(gè)步驟實(shí)現(xiàn)。未來(lái)隨著智能科學(xué)的發(fā)展,可探討不同類型智能體與人共享心智模型的辨識(shí)和測(cè)量方法;③此外,還需探討人機(jī)團(tuán)隊(duì)中共享心智模型的形成會(huì)受到哪些因素影響,以及可以通過(guò)何種方法和過(guò)程促進(jìn)人機(jī)共享心智模型的形成等。研究相關(guān)結(jié)果可為人機(jī)團(tuán)隊(duì)中人的訓(xùn)練提供理論支持。

當(dāng)機(jī)器的智能性和自主性水平較低時(shí),人機(jī)共享心智模型實(shí)質(zhì)上存在于人類操作員與機(jī)器設(shè)計(jì)師之間。而隨著人工智能體自主性的提高,未來(lái)將探討人與不同類型(智能水平)人工智能體之間如何共享心智模型。共享心智模型的研究將從人人團(tuán)隊(duì)到人-機(jī)器團(tuán)隊(duì),再到未來(lái)人-智能體/機(jī)器人團(tuán)隊(duì)。面對(duì)團(tuán)隊(duì)成員主體特征的變化,研究的重點(diǎn)和內(nèi)容也隨之改變,如何真正實(shí)現(xiàn)人機(jī)共享心智模型,是值得人因?qū)W、人工智能和心理學(xué)等領(lǐng)域共同關(guān)注和研究的主題。