載人航天領(lǐng)域決策研究方法初探

石玉生黃偉芬江 源王焰磊吳 昊秦海波

(中國(guó)航天員科研訓(xùn)練中心，北京 100094)

1 引言

中國(guó)載人航天事業(yè)已經(jīng)突破了在軌駐留、出艙活動(dòng)和交會(huì)對(duì)接等三大關(guān)鍵技術(shù)，目前已開啟空間站建設(shè)時(shí)代。中國(guó)空間站建成后，航天員在軌需要執(zhí)行設(shè)備維護(hù)、科學(xué)實(shí)驗(yàn)、物資管理等復(fù)雜任務(wù)；且隨著在軌駐留時(shí)長(zhǎng)的增加，航天員面臨突發(fā)情況的可能性也大大增加。這對(duì)航天員的決策能力提出了更高要求，需要加強(qiáng)決策的相關(guān)研究。

決策一直是心理學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，研究者進(jìn)行了包括認(rèn)知過程、風(fēng)險(xiǎn)偏好、影響因素等多方面的研究?，F(xiàn)實(shí)生活中的決策往往較為復(fù)雜、影響因素較多，為了滿足控制變量等實(shí)驗(yàn)室研究的要求，研究者們發(fā)展了各種各樣的實(shí)驗(yàn)任務(wù)作為考察受試者決策行為的指標(biāo)。這些實(shí)驗(yàn)任務(wù)雖然與實(shí)際生活中的決策存在較大差異，但易于實(shí)施、便于控制，對(duì)受試者的知識(shí)背景技能等無特殊要求，在決策類的研究中得到了廣泛的應(yīng)用。

由于實(shí)驗(yàn)室任務(wù)與現(xiàn)實(shí)生活中的決策存在較大差異，自上世紀(jì)90年代以來，以自然決策理論為指導(dǎo)，研究者使用訪談、調(diào)查等研究方法探究不同領(lǐng)域?qū)＜业墓灿袥Q策流程和影響因素等，取得了不同于實(shí)驗(yàn)室研究的結(jié)果。

本文總結(jié)梳理不同的決策研究方法和研究任務(wù)，結(jié)合各種方法的優(yōu)點(diǎn)，針對(duì)失重、密閉、噪音等航天特因環(huán)境，開展適用于長(zhǎng)期在軌任務(wù)飛行的決策研究與決策支持，為空間站時(shí)代航天員長(zhǎng)期在軌提供支撐。

2 實(shí)驗(yàn)室決策研究的常見任務(wù)

2.1 文字情景類任務(wù)

這類任務(wù)以文字形式呈現(xiàn)，首先描述某一個(gè)特定的決策場(chǎng)景，可能涉及到財(cái)產(chǎn)、生命安全等問題，要求受試者從給定的兩個(gè)或多個(gè)選項(xiàng)中選擇一個(gè)。例如受試者進(jìn)行賭博選擇，A選項(xiàng)肯定(100%概率)輸?shù)?0元，B選項(xiàng)25%的概率輸?shù)?00元，75%的概率沒有損失等。研究者使用這種決策任務(wù)進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)偏好、框架效應(yīng)、沉沒成本、后悔厭惡、錨定效應(yīng)等各種決策效應(yīng)的研究。這些選項(xiàng)往往數(shù)學(xué)期望值相同，受試者選擇不同的選項(xiàng)體現(xiàn)了他們的不同決策效應(yīng)的大小。李虹等也使用這種方法研究了模擬逃生情景下決策風(fēng)格對(duì)信源采納偏向的影響。

2.2 風(fēng)險(xiǎn)游戲類任務(wù)

與文字類任務(wù)不同，風(fēng)險(xiǎn)游戲類任務(wù)中受試者往往需要作出數(shù)十次決策，每次決策都有可能帶來收益或者損失，以最終的收益數(shù)作為衡量受試者風(fēng)險(xiǎn)偏好的指標(biāo)，使用較多的風(fēng)險(xiǎn)游戲類任務(wù)包括擲骰子任務(wù)、劍橋博弈任務(wù)、氣球模擬風(fēng)險(xiǎn)測(cè)試以及模糊決策中的愛荷華博弈任務(wù)。

擲骰子任務(wù)中受試者需要猜出骰子擲出的點(diǎn)數(shù)(1～6)，每次可以猜1～4個(gè)數(shù)字，分別對(duì)應(yīng)猜對(duì)贏或者猜錯(cuò)輸1000、500、200和100元(數(shù)字可以變化)，猜的點(diǎn)數(shù)越少，正確的概率越低，同時(shí)也是贏錢和輸錢多的選項(xiàng)。劍橋博弈任務(wù)中受試者首先選擇下注的概率，之后在給定的輸贏概率中進(jìn)行下注，下注完畢后系統(tǒng)反饋受試者當(dāng)前下注的結(jié)果，以受試者的最終收益作為風(fēng)險(xiǎn)偏好的指標(biāo)。這兩種任務(wù)受試者可以明確知道當(dāng)前決策的預(yù)期收益，稱之為確定性風(fēng)險(xiǎn)決策。

氣球模擬風(fēng)險(xiǎn)測(cè)試任務(wù)和愛荷華博弈任務(wù)中，受試者需要經(jīng)過一定的決策次數(shù)才知道當(dāng)前決策的收益期望，這種決策任務(wù)稱為不確定決策或模糊決策。氣球模擬風(fēng)險(xiǎn)測(cè)試任務(wù)中，受試者可以選擇給氣球充氣，以獲得更多的受益，但是充氣越多則氣球的爆炸概率越高，一旦爆炸則當(dāng)前氣球的受益歸零；也可以選擇停止充氣保存當(dāng)前收益進(jìn)入到下一個(gè)氣球，以受試者在給定數(shù)量的氣球中所獲得的累積收益作為風(fēng)險(xiǎn)偏好的指標(biāo)。愛荷華博弈任務(wù)中被試可以在4種給定的選項(xiàng)中選擇一個(gè)作為當(dāng)前選項(xiàng)，選擇完畢后系統(tǒng)會(huì)告知受試者的損失或者收益。4種選項(xiàng)中有2個(gè)選項(xiàng)長(zhǎng)期收益較低，一個(gè)收益高但是損失也高，另一個(gè)收益低但是損失也低；另外兩個(gè)選項(xiàng)長(zhǎng)期收益較高，也滿足收益高損失高、收益低損失低的特點(diǎn)。這類決策任務(wù)需要受試者首先學(xué)習(xí)不同選項(xiàng)的收益概率分布，之后再進(jìn)行最優(yōu)化的選擇，一般認(rèn)為前期的學(xué)習(xí)過程為模糊決策，后期的決策過程為風(fēng)險(xiǎn)決策。

2.3 信息板類任務(wù)

信息板類任務(wù)為了探究受試者在不同的情境下所采取的選項(xiàng)比較策略和搜索策略的不同，觀察的是受試者在時(shí)間壓力下進(jìn)行選項(xiàng)比較的行為。常見的信息板任務(wù)會(huì)給出多個(gè)選項(xiàng)以及多個(gè)選項(xiàng)屬性，不同的屬性具有不同的權(quán)重值，要求受試者通過比較不同選項(xiàng)的屬性值選出一個(gè)最合適的選項(xiàng)。例如，針對(duì)選購(gòu)商品設(shè)置有品牌、價(jià)格、好評(píng)度、包裝、購(gòu)買便利性等5個(gè)維度，每個(gè)維度具有不同的權(quán)重值，給被試呈現(xiàn)6種商品，6種商品在5個(gè)維度上具有不同的得分，要求受試者綜合商品的維度得分以及維度權(quán)重選擇出一個(gè)最合適的商品。受試者選擇的難點(diǎn)在于商品的維度得分均需要點(diǎn)擊之后才能查看，并且決策時(shí)間有限，因此無法計(jì)算所有選項(xiàng)的維度加權(quán)和。實(shí)驗(yàn)過程中記錄受試者查看選項(xiàng)的順序以及總查看數(shù)量等信息，分析得到受試者采用的不同策略。已有研究表明不同時(shí)間壓力下受試者選擇的搜索策略也存在差異。

2.4 社會(huì)關(guān)系決策類任務(wù)

上述的決策任務(wù)均為單人決策任務(wù)，受試者的決策不會(huì)對(duì)他人造成影響，但是在實(shí)際生活中人們的決策除了影響自己之外還會(huì)涉及到他人。社會(huì)關(guān)系類決策任務(wù)研究的是不同因素對(duì)受試者進(jìn)行社會(huì)類決策的影響。使用較為廣泛的社會(huì)決策任務(wù)為最后通牒博弈任務(wù)以及在此基礎(chǔ)上發(fā)展而來的獨(dú)裁者任務(wù)。最后通牒博弈任務(wù)中分為分配者與接受者兩個(gè)角色，在獎(jiǎng)金總額固定的情況下，由分配者提出分配方案，接受者如果選擇接受方案則雙方按照分配者的方案獲取獎(jiǎng)金，如果拒絕則雙方均無法獲得本次分配的獎(jiǎng)金。按照理性人假設(shè)，無論分配者提出何種方案，接受者均應(yīng)接受以獲取收益，但是實(shí)際上如果接受者知曉分配者為人類被試，則往往拒絕明顯不公平的分配方案。這個(gè)任務(wù)也成為了證明社會(huì)關(guān)系公平原則的經(jīng)典任務(wù)。在決策的研究中，通過讓受試者扮演分配者或者接受者等方法，可以探究不同個(gè)性、不同情境下的受試者決策行為上的差異。

2.5 小結(jié)

從目前使用廣泛的4類任務(wù)來看，實(shí)驗(yàn)室研究中使用的決策任務(wù)具有以下特點(diǎn):

1)決策情景簡(jiǎn)單。受試者在實(shí)驗(yàn)室決策過程中情景簡(jiǎn)單直接，決策選項(xiàng)往往是不同偏好之間的差異；

2)決策信息完備。決策任務(wù)本身能夠給受試者提供充足的決策信息，受試者不需要進(jìn)行額外的信息搜索和分析處理過程，利用當(dāng)前信息即可作出決策；

3)決策結(jié)果無連鎖影響。決策任務(wù)往往是即時(shí)任務(wù)，受試者當(dāng)前決策結(jié)果并不會(huì)對(duì)后續(xù)的決策任務(wù)造成影響。

4)決策者無專業(yè)背景要求。由于絕大部分實(shí)驗(yàn)室研究均在大學(xué)、研究機(jī)構(gòu)等場(chǎng)所開展，參與實(shí)驗(yàn)的被試往往是在校學(xué)生，實(shí)驗(yàn)任務(wù)也基本以文字閱讀的形式開展，對(duì)受試者的專業(yè)背景、個(gè)人經(jīng)歷、技能水平等均沒有額外要求。

相比之下，現(xiàn)實(shí)生活中的決策場(chǎng)景往往是情景復(fù)雜、信息缺失、決策結(jié)果環(huán)環(huán)相扣的，尤其在緊急狀態(tài)下許多決策結(jié)果會(huì)造成重大影響；此外，許多執(zhí)行復(fù)雜決策的人員都是該領(lǐng)域中的專業(yè)人員。實(shí)驗(yàn)室任務(wù)與現(xiàn)實(shí)生活決策任務(wù)之間的不同也讓目前的決策研究成果很難直接應(yīng)用于實(shí)際生活中。

3 自然決策理論指導(dǎo)下的研究方法

目前研究大多集中在條件控制嚴(yán)格、場(chǎng)景設(shè)置較為簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)室研究，其研究結(jié)果的外部效度受到了部分研究者的質(zhì)疑，許多研究結(jié)論無法直接在復(fù)雜的日常生活中進(jìn)行應(yīng)用。為此，部分研究者提出了自然決策理論，利用對(duì)經(jīng)歷過應(yīng)急狀態(tài)的專家進(jìn)行關(guān)鍵事件訪談的方法，分析復(fù)雜的、高壓力情景下專家的實(shí)際認(rèn)知加工流程，試圖以此來提高應(yīng)急狀態(tài)下新手的決策能力。

自然決策理論的研究主要為滿足民航、軍隊(duì)等特殊環(huán)境下的決策需求而開展，主要目的是研究人們?cè)诶щy情況下如何決策，這些困難情況的典型特征有高時(shí)間壓力、高不確定性、高風(fēng)險(xiǎn)以及任務(wù)目標(biāo)不固定等。在1989年的第一屆自然決策理論學(xué)術(shù)會(huì)議上，研究者提出了自然決策理論，認(rèn)為專家在應(yīng)急狀態(tài)下的決策主要以匹配、可用為主，而不是傳統(tǒng)決策中的評(píng)估和選擇。隨后這個(gè)研究主題受到越來越多的研究者的關(guān)注，在1994年召開的第二屆自然決策理論學(xué)術(shù)會(huì)議時(shí)有更多的研究者加入到這個(gè)領(lǐng)域的研究當(dāng)中(與會(huì)人員由30余名增加至接近100名)。自然決策理論還激發(fā)了研究者關(guān)于情境意識(shí)、團(tuán)隊(duì)情境意識(shí)、團(tuán)隊(duì)共享心智模型等領(lǐng)域的研究，開創(chuàng)了一個(gè)全新的研究領(lǐng)域。

3.1 自然決策理論介紹

傳統(tǒng)決策模型從人的認(rèn)知加工過程出發(fā)，將決策看作是一個(gè)輸入—處理—輸出的過程，關(guān)注的是人們?nèi)绾卧诮o定條件下做出理性的決策，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)通常是觀察被試做出的決策與數(shù)學(xué)上的最優(yōu)解是否相符。實(shí)驗(yàn)室條件決定了傳統(tǒng)決策無法模擬實(shí)際情景中較為復(fù)雜、動(dòng)態(tài)的場(chǎng)景。

為了解決傳統(tǒng)決策研究中存在的問題，同時(shí)結(jié)合決策研究的現(xiàn)實(shí)需求，研究者提出了新的自然決策理論。該理論認(rèn)為在現(xiàn)實(shí)的、復(fù)雜的動(dòng)態(tài)環(huán)境中，面臨不確定的、高壓力的場(chǎng)景，決策者并不是遵從傳統(tǒng)的輸入—處理—輸出過程進(jìn)行決策，而是對(duì)情景進(jìn)行評(píng)估后選擇已有的處理模式進(jìn)行反應(yīng)。一般而言有3種反應(yīng)模式:①如果當(dāng)下情境與經(jīng)驗(yàn)中的某些情境匹配，則直接采取對(duì)應(yīng)的決策流程和決策行為；②如果當(dāng)下情境與經(jīng)驗(yàn)中的情境存在一定的差異，則主要尋找這種差異存在的原因，評(píng)估這些差異帶來的可能影響并對(duì)決策方案進(jìn)行對(duì)應(yīng)的修改，然后實(shí)施該方案；③如果當(dāng)下情境無法與經(jīng)驗(yàn)中的決策情景匹配，則根據(jù)當(dāng)前情景的特征、結(jié)合過去的經(jīng)驗(yàn)構(gòu)建出新的處理方法，并且依據(jù)這種處理方法對(duì)當(dāng)下情景的發(fā)展做出預(yù)測(cè)，如果預(yù)測(cè)結(jié)果能夠接受則按照當(dāng)前的方法進(jìn)行處理，否則對(duì)當(dāng)前方法進(jìn)行一定的修改。其決策的核心是多種形式的匹配，而不是選擇。

3.2 關(guān)鍵決策訪談法

為了獲得專家在應(yīng)急狀態(tài)下的決策認(rèn)知過程，自然決策理論的研究者們開發(fā)了關(guān)鍵決策訪談法來獲取專家決策的全流程、關(guān)鍵決策點(diǎn)、決策依據(jù)等信息，并且隨著實(shí)踐不斷發(fā)展完善。關(guān)鍵決策法是一套半結(jié)構(gòu)化的訪談流程，通過對(duì)經(jīng)歷過緊急事件的專家進(jìn)行訪談，獲取專家在該種情況下的決策過程，主要包括情景分析(信息收集和評(píng)估)、決策點(diǎn)辨別(當(dāng)前處于何種場(chǎng)景、該采取如何行動(dòng))以及行動(dòng)評(píng)估(采取了這種行動(dòng)是否可行)等。在關(guān)鍵決策法的訪談中，如何獲取專家們的認(rèn)知線索是一個(gè)非常重要的過程，為了更好地獲取專家們的認(rèn)知線索，研究者們積累了不同決策方向的問題作為認(rèn)知探針，通過對(duì)認(rèn)知探針回答的整理來分析專家的決策依據(jù)[41]。

一般而言，訪談過程需要全程錄音，并且每次訪談持續(xù)時(shí)間不低于1 h，不高于2 h，但是在某些情況下也可以采取快速訪談方法(一般在15 min內(nèi)結(jié)束)。訪談結(jié)束后需要整理錄音的文字稿，讓兩名或者以上的編碼者對(duì)訪談?wù)咛岬降男畔⒑蜎Q策點(diǎn)進(jìn)行編碼，然后分析受訪者的決策流程和決策的關(guān)鍵點(diǎn)，為后續(xù)的研究或者信息顯示提供決策依據(jù)。

3.3 自然決策理論的應(yīng)用

作為一種主要使用專家訪談方法進(jìn)行研究的決策理論，自然決策理論受到了許多傳統(tǒng)決策研究者的質(zhì)疑，他們認(rèn)為自然決策理論的觀點(diǎn)無法在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中得到驗(yàn)證，并且利用訪談方式得到的結(jié)論一致性較差。

為了應(yīng)對(duì)這些質(zhì)疑，自然決策理論的研究者們對(duì)包括消防員、坦克組組長(zhǎng)、海上平臺(tái)的項(xiàng)目管理經(jīng)理等各種人群進(jìn)行了訪談和回訪，發(fā)現(xiàn)熟練的決策者在超過80%的情況下使用的是自然決策理論總結(jié)提煉的方法，并且其回訪的結(jié)論一致性信度也較高。自然決策理論提出之后在美軍的訓(xùn)練中得到了廣泛應(yīng)用；Wong等在救護(hù)團(tuán)隊(duì)的研究中使用了自然決策理論對(duì)決策流程進(jìn)行研究和改進(jìn)；Orasanu等在2005年利用自然決策理論對(duì)國(guó)際空間站中的乘組表現(xiàn)進(jìn)行分析；Darby等利用該方法對(duì)鐵路調(diào)度員的決策過程進(jìn)行了探究?？偟膩砜矗匀粵Q策理論在軍事、航天、運(yùn)動(dòng)以及復(fù)雜工程場(chǎng)景下的應(yīng)用越來越多。

此外，實(shí)驗(yàn)室研究中也有支持自然決策理論的證據(jù)。一項(xiàng)對(duì)比國(guó)際象棋領(lǐng)域中新手和專家表現(xiàn)的研究發(fā)現(xiàn)，新手在快棋(一局棋局時(shí)間少于5 min)中走出臭棋的比例要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于慢棋(一局棋局的時(shí)間往往大于50 min)，而專家在快棋與慢棋中的表現(xiàn)則較為一致，這與自然決策理論的預(yù)期一致。

3.4 小結(jié)

對(duì)比來看，實(shí)驗(yàn)室研究的決策任務(wù)較為簡(jiǎn)單，其可以較好地控制被試接收到的決策信息、較為明確地控制決策流程，對(duì)決策結(jié)果優(yōu)劣也有明確的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，便于進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，并且可以對(duì)比不同研究取得的結(jié)果，有助于了解被試基本的決策原則、偏好以及影響因素。但是實(shí)驗(yàn)室研究的外部效度較差，很多決策研究結(jié)果在現(xiàn)實(shí)生活中、尤其是復(fù)雜場(chǎng)景下進(jìn)行應(yīng)用時(shí)往往因各種因素的干擾而失效。

與實(shí)驗(yàn)室決策研究方法不同，自然決策理論的研究方法一開始就瞄準(zhǔn)復(fù)雜環(huán)境下的決策過程，以真實(shí)執(zhí)行過復(fù)雜決策任務(wù)的領(lǐng)域?qū)＜覟檠芯繉?duì)象，雖然得到的研究結(jié)果與實(shí)驗(yàn)室研究結(jié)果具有較大差異，但是往往更具有現(xiàn)實(shí)和指導(dǎo)意義，能夠幫助現(xiàn)實(shí)生活中的決策者改進(jìn)決策流程和決策質(zhì)量。不過由于該方法進(jìn)行的是定性分析研究，也存在著某些概念定義不清、不同研究者之間的研究方法差異較大等問題。目前已有研究者呼吁將定量分析、建模分析等方法引入自然決策理論下一步的研究之中。

總結(jié)來看，兩種研究方法的主要差異見表1。

表1 自然決策理論研究方法與傳統(tǒng)決策研究方法的主要區(qū)別Table 1 The main differences between naturalistic decision-making research methods and traditional decision-making research methods

4 載人航天領(lǐng)域中的決策研究

目前，國(guó)內(nèi)外載人航天領(lǐng)域中關(guān)于決策方面的研究還較少，絕大部分研究和測(cè)試都集中在基本認(rèn)知能力方面，通過測(cè)試評(píng)估航天員在軌工作記憶、知覺、注意等能力狀態(tài)，避免因航天員基本認(rèn)知能力下降導(dǎo)致操作失誤。鑒于這些基本認(rèn)知能力是進(jìn)行良好決策，尤其是應(yīng)急狀態(tài)下決策的基礎(chǔ)，因此也可以借鑒到載人航天領(lǐng)域的決策研究中。

目前NASA在國(guó)際空間站新一代的認(rèn)知測(cè)試工具Cognition中引入了氣球模擬測(cè)試任務(wù)，并且在雙生子研究中發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)期在軌飛行并沒有對(duì)氣球測(cè)試中的表現(xiàn)產(chǎn)生影響，但是該研究只有一個(gè)對(duì)比樣本，還需要更多的數(shù)據(jù)才能得到有說服力的結(jié)論。

5 展望

考慮到未來長(zhǎng)期在軌飛行壓力高、風(fēng)險(xiǎn)大、突發(fā)性強(qiáng)、關(guān)鍵決策后果不可逆等特點(diǎn)，開展針對(duì)航天員在軌決策的有關(guān)研究、分析航天員在軌決策能力和決策傾向變化等具有重要意義。

當(dāng)前實(shí)驗(yàn)室決策研究發(fā)展出了豐富的決策范式和成果，利用成熟的測(cè)試方法評(píng)估航天員在軌決策風(fēng)險(xiǎn)偏好、理性決策傾向等決策特性的變化，將幫助研究者探究長(zhǎng)期在軌環(huán)境對(duì)決策表現(xiàn)的影響，并可以指導(dǎo)工作安排及地面支持等工作。

此外，自然決策理論的研究目標(biāo)與航天領(lǐng)域的決策研究目標(biāo)更加貼近，需要更加重視其在航天領(lǐng)域內(nèi)的發(fā)展和應(yīng)用。目前自然決策理論在美軍及NASA的研究中都得到了應(yīng)用，尤其指導(dǎo)了美軍和NASA部分工作手冊(cè)和決策評(píng)估程序的編制與改進(jìn)，取得了較好的應(yīng)用成果。但是目前自然決策理論在國(guó)內(nèi)的相關(guān)研究還比較少見，大部分決策研究仍以實(shí)驗(yàn)室決策任務(wù)為對(duì)象，取得的結(jié)果較難直接應(yīng)用在復(fù)雜決策場(chǎng)景中?？紤]到文化因素的可能影響，以自然決策理論為指導(dǎo)，開展真實(shí)、復(fù)雜、動(dòng)態(tài)決策條件下的載人航天決策研究，將不僅能夠在學(xué)術(shù)上豐富自然決策理論內(nèi)涵，而且研究成果將能夠直接用于指導(dǎo)航天員和相關(guān)系統(tǒng)提高決策質(zhì)量，是未來載人航天決策研究中重點(diǎn)方向。