上个世纪八十年代中期，D.NormanJ.和Rsmuseen分别提出了认知工程（cognitive engineering）的概念，也有人将其叫做界面科学。认知工程将信息科学与人的认知特性和行为相结合进行研究，主要研究人感知信息进行判断和决策的行为过程，研究旨在揭示人失误的原因、失误本质以及减少失误的措施。人的认知特性涉及人的认识过程中知觉、记忆、注意、思维等特性和理论。

1.1  理解

理解是学习过程的重要组成部分，现代认知心理学认为理解实质上就是人以信息的传输、编码为基础，根据已有信息建构内部的心理表征、并进而获得心理意义的过程。

理解可因人的特征和学习内容不同而异，每个人会根据自己的图式，对输入信息进行整合而产生自己的理解。但就学习的具体过程而言，人的理解存在着一般的模式，从信息加工理论的角度来看，人的理解过程可以用如下模式来表示。

图1 理解过程的一般模式

从理解的模式可将人的理解分为以下三个阶段：

第一阶段，选择性注意阶段。在这个阶段，当前的各种信息经注意的“过滤”，一部分信息经过感觉登记进入短时记忆。究竟哪些信息能进入短时记忆既取决于信息本身的特性，也取决于人自身特点。

第二阶段，信息的编码阶段。当人们注意到外界的信息时，这些信息就存在于我们的短时记忆之中了。通过进一步加工即编码的信息进入长时记忆。Paivio认为人的信息编码方式是一种双重编码，既可以用言语-序列储存来编码，也可以用映像-空间储存来编码。在学习中，一些抽象的概念、原理是以言语序列储存的方式来编码的，而一些具体的、形象的词汇和语句则既有言语序列的编码，又有映像空间储存的编码。因此，具体、形象的材料的理解和提取要远比抽象材料的理解和提取容易。

第三阶段，表征的重新建构和整合阶段。当新的信息经过上一阶段的编码进入人的长时记忆后，人已有的图式就发生了相应的变化。一方面，当信息输入后，已有图式的一些节点和相应的区域被激活，使已经得到了编码的信息获得了心理意义；另一方面，新信息的纳入又使已有的图式发生了相应的变化。如果新信息和已有图式中的命题网络相关联，则为原来的网络增添了新的内容；如果新信息和已有图式中的命题网络没有直接的关系，这些信息就会进入图式中如前所说的空位。个体在这种对内在心理表征的不断建构中逐渐使新信息和已有的知识建立起了相应的联系，并使头脑中的各种表征得到了重组和整合，以上三个阶段就是人的理解的过程。

1.2  认识

认识过程是心理学的主要研究内容之一，包括感觉、知觉、记忆、注意、思维等心理现象。一般认为，感觉和知觉是认识过程的起始阶段，居于认识过程的基础地位；记忆是对经验的反映，处于认识过程的中间位置；思维作为高级的认识活动，是认识过程的核心，占据着最为显赫和重要的地位。认知心理学在上世纪七十年代提出了图1所示的认知过程微观模型，描述了人从感觉上升到知觉的认知过程中所涉及的感觉和记忆工作过程。感觉是对刺激的一种本能反应，知觉是对感觉信息进行解释的高级认知过程，解释过程依赖人的短期和长期记忆。而认知除了感觉和知觉外，还包括判断、决策和反应。

从现代认知心理学的观点来看，记忆是人脑对信息的获得、储存和提取过程。记忆过程中有识记、保持、再认(回忆)三个环节，识记相当于信息的输入和编码过程，也就是使不同感官输入的信息，经过编码而成为头脑可接受的形式；保持相当于信息的储存，即信息在头脑中被进一步加工整理，使其成为有序的组织结构，以便储存；再认和回忆相当于信息的提取。显然，信息编码越完善、组织越有序，提取也就越容易，反之，则提取越困难。

根据信息的输入、加工、储存、提取方式的不同以及信息储存时间长短的不同，记忆可分为感觉记忆、短时记忆和长时记忆三个阶段或三个记忆储存库。记忆的三个阶段或三个记忆储存库是相互联系、相互影响并密切配合的。

感觉记忆又称为瞬时记忆，是外界输入刺激后人对信息进行加工的第一个模块。它储存输入感觉器官的刺激信息并保持极短时间记忆，对图像记忆保持时间约为0.25至1s，对声像记忆时间保持约为2s。由于外界信息处于迅速变化的状态，所以感觉记忆信息若不尽快被选用或抹掉，就会同新输人的信息混杂，导致对原有信息识别的失效。感觉记忆的容量为9～20bit，外界信息输入感官后只有受到格外注意的信息才能转换成一种较持久的形式而得到保持，否则信息就会迅速消失。

因此，由感觉记忆向短时记忆过渡的关键是注意的保持功能。在感觉记忆储存库中首先把刺激的基本特征提取出来，加以组合，并把已编码的物理刺激送人记忆系统。输入的信息再与记忆中的信息进行比较，并与记忆中的模式相匹配。

瞬时记忆的特点是：具有鲜明的形象性；信息保持时间极短；记忆容量较大，几乎进入感官的所有信息均可被登记，但是其中只有被特别注意的信息或者是在进行模式识别时被赋予一定意义的信息才能转入短时记忆，而其余部分则迅速消失。

短时记忆也叫作业记忆，但也有心理学家认为短时记忆和作业记忆有所区别，这里仍将短时记忆视作作业记忆。短时记忆的信息主要是以语音、听觉和视觉的形式编码和贮存的，是一种初步的低水平的信息加工。短时记忆中信息的提取是按依次逐项 的检索方式。短时记忆中的信息只有被及时复述或复习的部分，才能转入长时记忆。

短时记忆存储库包含着各种信息以及用来处理这种信息的特定的操作，它是精细的认知活动的工作场所。而长期记忆是一个巨大的信息存储库，它存储着各种信息，如运动技能、语义信息、加工程序等。当前和过去信息的输入激活了长时记忆中的一部分信息，这部分信息称为主动记忆，它也参与对当前信息的加工活动。图中小矩形块表示飞行员或基地人员从显示界面发现一经过计算机处理后的信息（一个矩形方块）从东南方向漂移过来，感觉记忆储蒇库具有将该信息原封不动地保留0.5秒的机能。在向短时记忆储蒇库移送过程中，大量其它无用的信息已丢失，但直观认为有价值的信息将输送到短时记忆储蒇库中。短时记忆存储库能保留信息时间约为20秒，能同时记忆的信息单元量为7±2个。短时记忆存储库根据需要对信息进行各种加工，如从长时记忆库中检索到所需知识或规则对原信息进行加工处理（如信息对照、记忆再生、推理判断等）。长时记忆库中存储着各种知识或规则。如对于显示界面呈现的移动方块按信息对照应是飞机或导弹等飞行物，作为例外也有可能是雷达探测到的鸟类飞禽，因在高空飞行,局部结冰而被雷达捕捉到。飞行物也有敌我之分，要进一步对照敌我标志才能最终确定信息内容。经长期记忆库确认后信息又反馈到短时记忆存储库，在那里最终完成判断、决策和反应。

图2  认知过程微观模型

为了有效地掌握人的短时记忆能力，可采用记忆广度实验来确认。图3为采用数字记忆广度来测定短时记忆能力所获得的实验结果。此时信息单元为阿拉伯数字，从3位数字开始，然后是4、5、6、7、8……，直到同一数字系列的3遍都错了为止。每一系列数字呈现时间为750ms，与第二次呈现中间间隔250ms。图3 a)为某学生实验结果，他能准确同时记忆住的信息单元数为6个，当信息单元数为7时正确率为1/3(2/3?)，当信息单元数为8时正确率为2/3(1/3?)，当信息单元数为9时正确率为0，则该生的短时记忆广度为6+1/3+2/3=7。图3 b)为另一学生实验结果，其记忆广度为7.33。

图3  短时记忆能力心理实验结果

长时记忆是记忆发展的高级阶段，它的保持时间可至数月、数年，甚至终身不忘。长时记忆中存储的信息，大多是由短时记忆中的信息通过各种形式的复述或复习转入的，但也有些是由于对个体具有特别重大的意义并且印象深刻的事物在感知中一次形成的。长时记忆中的信息是按意义进行编码和组织加工并按层次网络存储。编码种类有两类，一类是语义编码，对于语音材料，多采用此类编码；另一类是表象编码，即以视觉、听觉、嗅觉、味觉甚至温度觉等心理图像形式对材料的意义编码。

长时记忆的内容是以往信息处理的结果，比较稳定，具有备用的作用，对人的活动不会增加过多的负担。长时记忆具有极大的容量，可以说是没有限度的，它可以包容人整个一生所获得的全部知识和经验。凡保持到几分钟以上的每件事情显然必然存在于长时记忆之中。一切后天获得的经验，包括语言规则在内，都必然是长时记忆组成部分。长时记忆中信息的提取方式是再认和回忆，这是与长时记忆有关的一个主要问题，因为记忆中包含的信息数量非常大。

知觉过程的信息加工可分为“自下而上”和“自上而下”两种方式。“自下而上”的信息加工是由输入的信息(感觉)所引起的加工，它主要依赖刺激物自身的性质和特性。“自上而下”的加工是根据长时记忆的知识和经验等引导的加工。在注意的参与下对外界刺激进行编码，头脑中已存储的与刚输人的信息有关的知识经验，甚至有组织的结构图式被激活，其中适合于图示的信息被加工，而不适合于图示的信息则被忽略。头脑中被激活的图式实际上构成了一系列的“知觉期待”，使得对刺激信息的加工更为迅速、准确，使图形从背景中迅速分离，并尽快地被整合为知觉表征，产生对事物的完整知觉。“自下而上”和“自上而下”是大脑统一加工信息过程中的两种方式。这两种方式不是各自独立、互相排斥的，而是互相联系、互相补充的。

图4 人的信息加工模型

图4为人的信息加工模型，人经过感觉、知觉和整合后，将进入对信息的思维和决策过程。决策是人的信息加工过程中的重要模块。某个知觉对象一旦被知觉归类确定，将经选择决定对它做出某种行动。例如，前述的矩形方块被一旦确定为是敌机入侵，就决定是采取攻击还是避让。决策是以反应选择的形式表现出来，在有些情况下人也可能对当前出现的刺激暂不做出反应，而是把这些信息存入长时记忆，再根据需要由长时记忆中检索出信息输送到短时记忆，进行选择执行。在实际决策中，往往包含多种可能的行动方案，需要分析比较，以便从多种方案中择优选用。

图中，反应执行含义是信息经上述加工后，如果人决定对外界刺激采取某种反应活动，这个决策将以指令形式输送到效应器官，支配效应器官做出相应的动作。效应器官是反应活动的执行机构(如手指)，反应执行就是信息输出的过程。

而反馈实质上是被动系统对主动系统的反作用。将效应器官做出相应动作的结果作为一种新的刺激，反向传递给输人端，即构成反馈回路。人借助于反馈信息，将加强或者抑制信息的再输入，从而更为有效地调节效应器官的活动。

注意则是作为一种重要的心理努力贯穿信息加工的全过程。从感觉存储开始，到反应执行的各个阶段的信息加工几乎都离不开注意。注意的重要功能在于对外界大量信息进行过滤、筛选，即选择并跟踪需要的信息，避开和抑制无关的信息，使需要的信息在大脑中得到精细的加工。然而，这并不意味着注意总是指向和集中在同一对象上，根据当前活动的不同需要，注意可有意识地从一个对象转移到另一个对象。注意在一定条件下还可以在同一时间内分配给两种或几种活动，如汽车司机在开车的过程中，既要注意周围的动态，又要注意掌握驾驶等。在现代复杂的科学技术和生产活动中，只有具备较高的注意分配能力才能提高工作效率，防止出现差错和发生事故。

了解人的信息输入和加工过程以及人的信息传递能力，使人在人机系统中处于最优信息条件下，对于提高工作效率、防止人因失误、改进系统作业环节的效果等都具有重要意义。

1.3  自主认知才能造就真正的智能

未来的人机交互及人工智能系统，有明确的发展方向，它包含四个方面：主动的推荐、自主的学习、自然的进化、自身的免疫。在这四个方面中自主性是非常重要的一个概念。

美军有一个深绿系统，其目的是借鉴深蓝系统的思想，将其映射到军事指挥和控制领域。它通过指挥员助手、水晶球和闪电战三个模块，整合出当前的和过去的战场态势，以及实时有效的指挥员辅助决策。这个系统里最重要的是自主性和主动推荐。自主和主动是人工智能或智能科学一个很重要的研究热点和难点。

自主应该包括以下几方面：

第一，自主应具有记忆的功能，而不是存储，记忆是灵活的，能够通过相关无关的事物产生直觉，而存储则无法出现直觉，它只是符合逻辑的东西。

第二，自主应具有选择性。选择性是单向性的，即A选择B。

第三，自主应具有匹配性。匹配和选择最大的区别，就是匹配是双向性的，A可以选择B，B也可以选择A。

第四，自主应可以控制。没有控制和反馈，自主很难建立起来。

未来的人机交互，涉及人工智能系统，它至少是人机环境系统的自主耦合，形成了一个认知智能。认知的意思就是信息的流动过程，包括输入、处理、输出和反馈这个环节。

人工智能的重要发展方向，是人机混合智能。强人工智能、通用人工智能，及类人人工智能，实现还相对较遥远，当前相对实现的途径就是人机混合智能。人机混合智能就是研究如何在人、机及环境系统之间，实现最优的智能匹配，人的智能加上机器的智能，涉及人机环境系统的整体设计，及其优化等方面的研究，研究的目的包括可靠、高效和舒适等几个方面。它最主要的涉及到两个基本问题，一个是人的意向性和机器的形式化问题。所谓意向性，就是意识的指向。机器难以处理涉及到灵活、可改变的，甚至带有矛盾性的事物，但是机器的长处在于它不疲劳、擅计算，并且能够准确及时的，处理形式化、符号化的东西，而这是人所不擅长的。所以，如何把机器的长处，和人的这种优点，充分的结合在一起，这是一个很重要的命题，也是人机混合智能的一个命脉。意向性、意识是整个智能科学的瓶颈，可以看出，意识就是一种感知，这是情境感知。还有一种是非情境的感知，能够穿越时空，这是人的意识，机器则不然。对于意识，著名心理学先驱，美国第一届的心理学协会的会长William James曾说过，人的智慧就是忽略的智慧，人知道怎么忽略一些不重要的事物，而把精力聚焦到一些重要的，一些关键之处，特征之上，而机器不然，只擅长处理大数据，而不擅长处理小数据。

《孙子兵法》有云：“知彼知己，百战不殆”，知己知彼不可分，不知彼就不能知己，任何事物本身不能解释自己，只有从其它参照物处才能感知、理解、发现、说明、定义自己。己和彼是一个相对的概念，它们相互对立又相互依存，“己”是自身，是相对于外部的“彼”而存在的，若没有外部参照，就不可能不知彼而知己。“不知彼而知己，一胜一负”，没有辨证的看待“己”和“彼”的关系，从某种程度上讲所以这也是孙子的一个失误之处。进而可以认为：自我是不存在的——没有环境和参照物，自己解释不了自己，如同我的概念定义为“我就是我”一样，再进一步，自我意识也可能是不存在的，它也是交互的产物，只不过可以穿越时空逻辑关系罢了。根本上，所有的自主系统都是不由自主，只不过显隐程度不同而已。

  当前人造的机器或人工的智能有存在但没有自我。自我诞生于对自身存在的经常性的交互、组织和产生。产生不出主动性的交互和组织，就不是自主，就没有自我，没有自我，就不可能出现感己与感彼、知己与知彼，感性就联系不上理性，客观就不能形成主观，事实就不能衍生出价值。由上不难得出，不知彼而知己的结果就是随机了。

“自我”的产生是意识最重要的一个基础，自我的概念实际上就是建立了一个坐标系，“自我”即坐标系的原点，人类都是以自我为原点度量周围世界与事物的。意识的出现往往会造“无中生有”和“有中生无”。无中生有，往往是只有外界的刺激所产生的数据形成数值，数值不但包括客观的数量，而且还形成了主观的赋值。比如说“1”里边，它既是一个单纯的客观的数值，同时“1”也是对自我有特殊意义的一个数，例如一杯茶，一条毛巾，里面有很多主观的一些情感化的赋予。第二，形成数值以后，需要提取有价值的东西即信息。信息就是有价值的数值或者数据，从信息里面可以获取知识，从知识里边提炼逻辑，也就是从0到1，从1到n的过程，正应了中国古代道教所说的：道生一、一生二、二生三、三生万物，它整个的过程就是无中生有的过程。有中生无，就是指逻辑产生意向，从意向性导出意识，就是觉察觉知，从意识里边，沉淀出潜意识，从潜意识升华为无意识的过程，也就是从n到1，从1到0的一个过程，万物归三、三归二、二归一、一归道之历程。

西方侧重二元对立：物质意识

东方偏好二元统一：人机融合