Главная | Обратная связь

Экспериментальная гипотеза

Чтобы понять основания экспериментальной гипотезы, выдвинутой Крафтом и Элвортом, нам нужно разобраться, каким образом пилот заходит на посадку в ночных условиях, руководствуясь зрительным восприятием наземных огней.

Сама посадка состоит в следующем. Сначала пилот должен довольно круто снизиться, а затем продолжать снижаться постепенно, уменьшая угол приземления до тех пор, пока самолет не окажется летящим параллельно земле (над взлетно-посадочной полосой). Всего этого можно достичь в том случае, если самолет будет снижаться по окружности большого радиуса, т. е. находясь как бы на конце маятника, подвешенного высоко в небе. Именно такую посадочную траекторию вы видите на рис. 3.1. Изображенный ее отрезок начинается примерно за 10 миль до аэропорта (немногим более 50000 футов), когда самолет находится на высоте 5000 футов.

Каким же образом пилот может придерживаться этой траектории, пользуясь наличной визуальной информацией? Среди огней близлежащего города он выбирает и фиксирует взглядом пару световых точек, расположенных вдоль линии полета. Одна точка находится довольно близко, другая—далеко. В поле зрения пилота дальняя точка будет выше ближней. Чтобы убедиться в этом, переведите взгляд с предмета, лежащего у ваших ног, на какой-нибудь дальний предмет. Заметьте, что для этого вам придется немного приподнять голову. Если во время посадки летчик будет видеть, что расстояние между ближней и дальней световыми точками по вертикали примерно одно и то же, то самолет будет следовать по указанной траектории. Этот прием называют “зрительным полетом”.

Все это можно изложить иначе. Пилот совершает посадку таким образом, что угол его зрения между двумя точками остается постоянным. Для определения этого угла нужно провести прямые линии от ближней и дальней точек до глаза летчика. Угол между двумя полученными отрезками и будет углом зрения. Если в поле зрения пилота расстояние между двумя точками по вертикали остается неизменным, то угол зрения тоже будет одним и тем же по всей траектории посадки.

В верхней части рис. 3.1, представляющей посадку над горизонтальной территорией, показано, что когда летчик летит по требуемой траектории, угол зрения действительно не изменяется. Небольшой угол, видимый из начального положения 1 и показанный в (а),—это тот же самый угол, что показан в (б), из положения 2, просто он несколько дальше по траектории. Из этих двух точек, так же как и из всех других точек траектории, расстояние между ближней и дальней световыми точками в поле зрения летчика будет выглядеть одинаковым.

Однако этот прием гарантирует нормальное приземление только в том случае, если выбранные световые точки расположены на горизонтальной поверхности. В нижней части рис. 3.1 изображена посадочная траектория, когда пилот ориентируется по наземным огням города, который расположен немного выше по сравнению с аэропортом. Угол зрения между ближней и дальней точками, показанный в (а) из положения 1 траектории, является здесь тем же самым, что и для посадки на горизонтальную территорию. Не изменяется он и в положении 2, как показано в (б). Однако это положение уже гораздо ближе к земле. Если летчик будет продолжать пользоваться приемом “зрительного полета”, то самолет потерпит аварию, не достигнув аэропорта. Летчик окажется жертвой оптической иллюзии. Он всегда воспринимает оба наземных огня как лежащие на горизонтальной плоскости. Пунктирная линия в нижней части рис. 3.1—вот как представляет себе летчик ту территорию, над которой совершает, посадку. Легко убедиться, что она значительно ниже реального уровня земли.

На бумаге данная гипотеза выглядит довольно убедительно. Посмотрим теперь, каким образом Крафт и Элворт проверили ее на практике.

Рис. 3.1.Траектория посадки самолета под визуальным контролем. Ось абсцисс — расстояние до аэропорта (в футах) и поверхность города. Ось ординат — высота полета (в футах). А — ближняя световая точка, Б — дальняя световая точка. I. Траектория посадки по ближней и дальней световым точкам, расположенным на горизонтальной поверхности, (а) и (б). В обоих положениях траектории угол зрения остается одним и тем же. II. Траектория посадки по световым точкам, расположенным на наклонной территории, (а) и (б). В обоих положениях траектории угол зрения — один и тот же. Звездочкой отмечено место возможной аварии самолета, если он будет продолжать полет по указанной траектории

Эксперимент

Тренажер.Для проведения эксперимента Крафт и Элворт использовали специальное устройство — тренажер. Это устройство имитирует кабину самолета, оборудованную всем необходимым. В кабине расположены кресла для первого и второго пилотов, все ручки и рычаги для обычного управления самолетом, панель с набором шкал и индикаторов, а также—на ветровом стекле—вид города и аэропорта. Когда пилот “ведет” тренажер, изменения в предъявляемом ему зрительном обзоре точно такие же, какие он мог бы наблюдать в реальном полете. В принципе пилот может совершать посадку, пользуясь либо только зрительными наблюдениями за землей, либо только шкалами, либо тем и другим вместе. В обсуждаемом эксперименте пилоту предъявлялась визуальная информация, а шкала, показывающая высоту полета, высотомер, ему не давалась. На рис. (фото) 3.2 (а) показан экипаж, который управляет тренажером, наблюдая за наземными огнями. На. рис. 3.2 (б) изображен вид сверху на аэропорт и город. В эксперименте это изображение было еще более реалистичным — множество цветных сверкающих огней. Как вы наверное догадались, устройство такого тренажера довольно сложно и включает в себя компьютер. В дополнение к уже описанным функциям тренажер позволяет осуществлять запись управляющих движений пилота, а также все изменения в показаниях шкальных приборов. В исследовательских целях проводилась также постоянная запись показаний высотомера, который от пилота был скрыт.

Методика

Задача.Пилоту нужно посадить самолет в “аэропорту”, двигаясь по правильной траектории, в условиях, показанных на рис. 3.2. “Город” предъявляется ему либо как расположенный на одной плоскости, либо приподнятый по сравнению с аэропортом под углом 3°. (Это такой же подъем, какой был показан в нижней части рис. 3.1.)

(а)	(б)

Рис. 3.2 Тренажер (а) и наземные огни,предъявляемые пилотам на ветровом стекле (б) (К. Л. Крафт и Ч. Л. Элворт, 1969)

Конкретный способ выполнения этой задачи пилот выбирал сам, но должен был стараться лететь со скоростью 180 миль в час на высоте 5000 футов за 10 миль до аэропорта и со скоростью 120 миль в час—на высоте 1250 футов за 4,5 мили от него. (На рис. 3.1 эти положения траектории полета обозначены цифрами I и II.) Напоминаем, что пилот пользовался только зрительной информацией, предъявляемой через ветровое стекло; высотомера у него не было, и он не мог точно определить, как высоко находится над землей.

Помимо объективной регистрации “истинной” высоты полета эта высота периодически оценивалась самим пилотом. Оценки записывались на магнитофон. Чтобы приблизить ситуацию эксперимента к условиям реального полета, пилота просили также определять местоположение еще одного самолета, находящегося в поле его зрения, и периодически сообщать о нем “на землю”.

Рис. 3.3. Средние траектории полета при посадке по данным 12 пилотов на тренажере. Ось абсцисс — расстояние до места посадки (в милях). Ось ординат — высота “полета” (в тысячах футов). Сплошная линия — горизонтальная территория, пунктирная— наклонная территория. Верхние границы вертикальных столбиков соответствуют средним субъективным оценкам высоты полета. Числами отмечены величины угла зрения пилота между ближней и дальней световыми точками; справа — высота полета и угол зрения в конечных точках траекторий

Процедура. С каждым участником эксперимента было проведено десять проб. Помимо основной независимой переменной в различных пробах изменялись некоторые другие факторы: расположение наземных огней, степень освещения, начальная высота полета, его общая, протяженность.

Результаты

На рис. 3.3 изображены средние траектории посадки по данным 12 пилотов, принявших участие в эксперименте. Для более ясного представления полученных различий шкала высоты несколько расширена. Легко убедиться в том, что траектории посадки на горизонтальную поверхность во многом напоминают предсказанную на рис. 3.1 (верхняя часть), когда пилот пользуется приемом “зрительного полета” по двум подходящим световым точкам. Если поверхность поднимается (от аэропорта к городу) на 3°, траектория движения самолета также подобна предсказанной на рис. 3.1 (нижняя часть). Правда, она не такая крутая, и самолет не “разбивается”. На рис. 3.3 приведены субъективные оценки высоты полета. Можно видеть, что даже при посадке на горизонтальную поверхность наблюдается тенденция переоценивать высоту. Пилоту кажется, что самолет летит выше, чем на самом деле. Если город расположен выше аэродрома, это преувеличение становится очень существенным. Заметьте, что за 10 миль до аэропорта пилотам кажется, что они находятся на высоте почти 4000 футов, хотя фактически эта высота составляет менее 2000 футов!

Обсуждение и выводы. Общее предположение подтвердилось: расположен ли город на одном уровне с аэропортом или немного выше, летчик совершает посадку примерно по одной и той же траектории. Подобно другим оптическим иллюзиям, описанный эффект нельзя устранить даже с помощью специальных инструкций. “Пилоты практически всегда воспринимают наземные огни города и аэропорта как лежащие на горизонтальной поверхности, хотя реально они могут находиться на разных уровнях” (с. 4). Поскольку данную иллюзию нельзя преодолеть, летчику не стоит полагаться на “зрительный полет”, а нужно следить за показаниями высотомера.

ПЕРВЫЙ СПОСОБ УЛУЧШЕНИЯ РЕАЛЬНОСТИ:
УСТРАНЕНИЕ СИСТЕМАТИЧЕСКОГО СМЕШЕНИЯ

Предположим, что Крафт и Элиорт решили провести свой эксперимент нс па тренажере, а просто дублируя реальный мир. Для того чтобы сравнить ночные посадки самолета в условиях зрительного наблюдения, они прежде всего выбрали бы два аэропорта, различных по относительному подъему находящихся рядом городов. Конечно, они постарались бы, насколько это возможно, добиться постоянства всех дополнительных факторов. Они попытались бы подобрать похожие поверхности, будь то вода или земля, над которыми будут совершать посадку самолеты. Они постарались бы найти города, примерно равные по площади, с похожим расположением огней, уравнять условия видимости и т. п. И в конце концов они, наверное, убедились бы, что найти два аэропорта, полностью подобных по всем указанным параметрам, просто невозможно. И это действительно так. Ведь даже если бы они подобрали два таких аэропорта, все равно в ходе испытаний возникли бы новые различия. Нельзя рассчитывать на то, что количество воздушного транспорта, характер инструкций с контрольной вышки и т. д. всегда будут одними и теми же.

Таким образом, эксперимент, дублирующий реальный мир, очень далек от идеального эксперимента. Даже там, где в обоих аэропортах все побочные переменные в принципе одинаковы, они никогда не будут такими же идентичными, как на тренажере, “улучшающем” реальный мир. Поэтому при проведении эксперимента в реальных аэропортах исследователи не могут быть уверены в том, что различие в траекториях посадки объясняется лишь изменением наклона поверхности.

Побочные факторы могут помещать влиянию основной независимой переменной, могут даже полностью определить найденные различия. Другими словами, эксперимент, который дублирует реальный мир, в данном случае не обладает достаточной внутренней валидностью, поскольку не исключает систематического смешения независимой переменной (угла наклона) с различными побочными факторами.

Теперь мы можем сформулировать одно из оснований для проведения эксперимента, “улучшающего” реальный мир. Он необходим тогда, когда эксперимент, дублирующий реальность, не может достичь высокой внутренней валидности из-за систематического вмешательства побочных переменных. В описанном эксперименте исследователям удалось избежать этого посредством искусственной стабилизации последних.

Сейчас мы обсудим еще два эксперимента, в которых показаны другие преимущества искусственного эксперимента, повышающие его внутреннюю валидность. Эти эксперименты тоже являются убедительными примерами соответствующих способов улучшения. Процесс планирования каждого из них мы опишем более детально, чтобы понять, почему исследователь решил провести именно искусственный эксперимент. В отличие от эксперимента с ночными посадками самолетов они имеют значительно меньшее техническое оснащение и могли бы быть легко проделаны вами.

Эксперимент 2:
СПАСАТЕЛЬНЫЙ ПОИСК НА МОРЕ

Когда корабль терпит крушение и подает сигнал бедствия, нужно сделать все возможное для спасения людей — найти их и привезти на берег. Этим занимается специальная служба Береговой Охраны. В зависимости от обстоятельств в спасательных операциях используются небольшие катера, самолеты-амфибии или вертолеты, а иногда и все вместе. Правда, в большинстве случаев для поиска оставшихся в живых после крушения не нужны слишком утонченные средства вроде радара или сонара. Чтобы суметь заметить проблеск чего-то плавающего, сами спасатели должны видеть поверхность воды. А теперь давайте представим себе следующий диалог между членами экипажа Береговой Охраны в Санто Томас, происходящий во время уборки палубы патрульного катера БО-99999.

Хоки: Что ты думаешь дорогая, о приближающихся тренировках?

Дион: Одно слово—рутина. Уже который год мы пользуемся одним и тем же старьем. Я вовсе не уверена, что наши средства вполне подходят для поиска.

Хоки: О чем это ты?

Дион: Да взять хотя бы эти бинокли 7х50. По мне, так лучше смотреть просто так, а их все выкинуть за борт.

Хоки: Ты преувеличиваешь.

Дион: Да ты его надень. Во-первых, через это чудовище моря-то увидишь — всего ничего. Пока хорошо просмотришь хотя бы квадратную милю, пройдет целая вечность. Во-вторых, при бортовой да килевой качке нашего катера, да его непрерывных виляниях одно и то же место удержишь разве что на миг. В-третьих, определить, как далеко находится это место, и не надейся, хоть застрелись — ведь вода то поднимается, то опускается. В-четвертых, достаточно немного в него посмотреть, как глаза у тебя уже лезут на лоб. И наконец, весит он целую тонну.

Хоки: Ха! Вот что бывает, когда слабый пол допускают к мужским занятиям. Ну ладно, а как быть с теми отличными старыми фильмами, где горизонт показывали через два больших смежных круга?

Дион: Береговая Охрана подчиняется транспортному министерству, и поэтому я воздержусь от каких-либо комментариев по этому вопросу. Слушай, а что если нам, вместо того чтобы тянуть лямку в бесконечных тренировках, не надоумить капитана Лауфтона провести специальную проверку: как лучше искать — с биноклями или без них?

Хоки: А помнишь, как жестоко посмеялся капитан над Белделлом, когда тот предложил тренировать для поиска дельфинов?

Дион: Не беспокойся, я сумею его так обработать, что он подумает, будто все это пришло в голову ему самому.

Хоки: Я тебе верю.

Дион: Вот что нам нужно сделать. Во-первых, каждый из нас должен провести поиск с биноклем и без него. Это будет несложно: нам понадобится всего один бинокль. Во-вторых, нам нужно набросать в воду много муляжей, причем потом немного подождать, чтобы никакая случайность не помогла нам их заметить. В-третьих, нам нужны муляжи разной величины, напоминающие по размеру плоты и людей. В-четвертых, мы должны проводить проверку в разное время дня, в разных погодных условиях и при различных расстояниях до муляжей. В-пятых ...

Хоки: И не надоест тебе все это перечислять! Ну хорошо, а из чего будут муляжи?

Дион: Это я сделаю! Плоты будут из старых надувных матрасов, а люди—из кусочков пенопласта.

Хоки (воодушевляясь): Точно, вместо людей — кусочки розового пенопласта.

Дион: И коричневые тоже.

Хоки (сглатывая слюну): А если этих муляжей будет много, как мы определим, что не потеряли их из виду?

Дион: Гм... Их будут опускать с вертолета через определенные промежутки времени. На это время нам будут завязывать глаза. Как только мы заметим какой-нибудь из них, парни на контроле поймают или загарпунят его. А потом посмотрим, кто из нас работал лучше.

Хоки: А что будет с катером?

Дион: Он будет двигаться по замкнутому кругу или по квадрату—это все равно. Важно только, чтобы рулевой не слишком удалялся от цели. А кто-нибудь на борту будет следить за спуском муляжа и затем отмечать его местонахождение приблизительно каждые полминуты. При обнаружении муляжа каждый из нас также должен отметить место, где он находится, и время.

Хоки: Ты говорила так долго и так быстро—как же мы все это запомним?

Дион: Запомним? Зачем запоминать?! Ведь любой проныра-инспектор захочет знать, почему мы отклонились от инструкции и имели ли право проводить свою проверку. Для этого весь экспериментальный материал мы изложим в особом вахтенном журнале. Я напишу оглавление, затем план эксперимента, потом проставлю страницы протокола—нам, кстати, нужно два журнала, чтобы ты тоже мог вести наблюдения—и все будет как полагается, вплоть до резюме.

Хоки: О, боже!

Но здесь мы прекратим этот маловероятный диалог и проанализируем план эксперимента.

Таблица 3.1

Схема эксперимента:поиск в спасательных операциях на море

(приведены четыре серии из восьми)

Условия:

Сравнивается успешность поиска с биноклем 7х50 и без него. Опыты будут проводиться в течение четырех дней в октябре 1977 года, по возможности — двух солнечных и двух ненастных. Условия наблюдения (2). Через бинокль 7х50 и невооруженным глазом. Испытуемый 1 (с биноклем, первая половина эксперимента).

Испытуемый 2 (с биноклем, вторая половина).

2. Погодные условия (2). Солнечно и ненастно.

3. Время дня (2). День (11.00—13.00) и вечер (16.00—18.00).

4. Размер муляжа (2). Большой и малый.

5. Расстояние до муляжа (3). 0,5; 1 и 4 мили.

Серия А (день, солнечно)	Серия В (день, ненастно)
1. Малый муляж — 1 миля	1. Малый муляж — 4 мили
2. Большой муляж — 4 мили	2. Большой муляж — 0,5 мили
3. Большой муляж — 4 мили	3. Большой муляж — 1 миля
4. Большой муляж— 1 миля	4. Малый муляж— 1 миля
5. Малый муляж—0,5 мили	5. Малый муляж — 4 мили
6. Малый муляж — 0,5 мили	6. Большой муляж — 0,5 мили
Серия Б (вечер, солнечно)	Серия Г (вечер, ненастно)
1. Большой муляж — 1 миля	1. Большой муляж — 1 миля
2. Малый муляж—1 миля	2. Большой муляж — 4 мили
3. Малый муляж — 0,5 мили	3. Большой муляж — 1 миля
4. Большой муляж — 0,5 мили	4. Малый муляж—0,5 мили
5. Большой муляж — 4 мили	5. Малый муляж — 4 мили
6. Малый муляж — 4 мили	6. Малый муляж — 0,5 мили

План эксперимента

Поскольку сама идея и детали эксперимента уже указаны, в табл. 3.1 приведена лишь его формальная схема.

Сначала было намерение использовать четыре разных типа муляжей, опускать их по четырем секторам внутри траектории движения катера, проводить поиск в разное время, ну и, конечно, с помощью двух разных методов наблюдения. Но при подсчете оказалось: для того чтобы предъявить каждую из возможных комбинаций всех этих условий хотя бы по разу, потребовалось бы 192 опыта! Первоначальные планы экспериментов почти всегда бывают излишне грандиозны. Капитан Лауфтон признал этот план неосуществимым и сократил его. Точное местоположение спускаемого муляжа было признано несущественным — лишь бы он попадал внутрь траектории движения катера, по его правому борту. Начинающие экспериментаторы решили также обойтись только двумя типами муляжей и двумя разными погодными условиями.

Но даже при всех этих ограничениях пришлось опускать муляжи 48 раз. Было проведено восемь экспериментальных серий: в середине дня (высокое солнце) и в поздний полдень (низкое солнце) соответственно. В первые четыре серии (А—Г) биноклем пользовался Хоки, а Дион наблюдала невооруженным глазом, в последующие четыре (Д—3)—наоборот. В каждой серии испытуемым предъявлялось шесть муляжей разной величины.

Анализ результатов

Все экспериментальные данные содержатся в лабораторном дневнике. Результаты Хоки показаны в табл. 3.2. В самой верхней строчке таблицы сравнивается результативность работы Хоки с биноклем и без него при предъявлении больших муляжей на расстоянии 0,5 мили в солнечную погоду в середине дня. При использовании бинокля цель была обнаружена за 3 минуты, а без него — за 2,5. Эти, а также общие результаты в нижней части таблицы показывают, что наблюдение невооруженным глазом часто оказывалось более эффективным. На самом деле, в 15 случаях муляж был быстрее обнаружен невооруженным глазом и только в 4 — с биноклем. Благоприятствовали поиску с биноклем только такие факторы, как солнечная погода и большие расстояния.

Таблица 3.2