3.1 心理物理学方法(1211)

第三章 心理物理学方法

PSYCHOPHYSICAL METHOD

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● 感觉阈限的测量 ● 感觉阈限 ● 感觉阈限测量的方法 ● 最小变化法 ● 恒定刺激法 ● 平均差误法 信号检测论 ● 对信号刺激的觉察 ● 信号检测论的实验方法 ● 有无法 ● 评价法 ● 迫选法 心理量表

● 差别阈限法、等距量表与Fechner 定律

● 数量估计法、比例量表与Stevens 定律

● 对偶比较法、等级排列法与顺序量表

心理物理学（1）

Psychophysics

● 定义：就是研究心理量和物理量之间的关系的科学。

● 物理量是指对身体各感官的刺激；心理量是指各种感觉或主观印象。

光亮度（luminance ）——明度（brightness ）

声强度(intensity)——响度(loudness)

心理物理学（2）

Psychophysics

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● 心理物理学的先驱是G. T. Fechner（1801-1887）。 Fechner 通过对感觉强度与刺激强度之间的数量关系的长期研究，发展出了测量感觉的基本方法。 一百多年来，心理物理学方法不断发展，但它的中心问题仍然是物理量和心理量之间的数量关系的问题。 心理物理学方法所处理的问题大体上可以分为两大类 ● 感觉阈限的测量； ● 阈上感觉的测量，也就是心理量表的制作。 自从本世纪50年代，W. P. Tanner, Jr.和J. A. Swets把信号检测论（signal detection theory，SDT ）引入心理学领域以来，又为心理物理学的研究提供了一个新的有力工具。 心理物理学研究的变量介绍

自变量：刺激质和量的属性

● 因变量

1、只有一个刺激的实验： ●

（1）信号存在或不存在（我看到、我没有看到）

（2）直接给出刺激属性（重多少克？）

2、对两种刺激进行比较的实验：

（1）判断大小（刺激A 和B 谁大？）

（2）直接估计结果（A 是B 的几倍？）

● 控制变量：观察者的意愿

第一节 感觉阈限的测量

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● 著名的实验心理学史专家Edwin G. Boring（1950）认为对内部感受（internal impression）（the „psycho‟ of psychophysics ）与外部世界（the „physics‟ of the psychophysics）之间关系的测量方法的引入，是科学心理学开始的一个标志。 这主要是因为科学家使用心理物理学的方法提出了第一个心理现象的精确定律

（mathematical laws），尽管这个定律不一定那么完美。

● 首先，测量感觉是非常困难的，我们不能象测量石头的重量或光的强度那样来测量感觉。 ● 其次，内部判断与作用于感受器的物理量之间并不是完全一对一的。因此，我们必须把物理刺激及其引起的感觉区分开。

一、感觉阈限

（一）绝对阈限（absolute threshold）

1．定义：

刚刚能引起感觉的最小刺激强度被叫做绝对阈限。

2．操作定义：

有50%的次数能引起感觉，50%的次数不能引起感觉的那一种刺激强度。

（二）差别阈限（difference threshold）

1. 操作定义：

差别阈限是有50%的次数能觉察出差别，50%的次数不能觉察出差别的刺激强度的差别。

● 差别阈限值也称最小可觉差。

（just noticeable difference，j.n.d. ）

2. 韦伯定律

● 1846年E. H. Weber发表了他关于重量差别阈限的研究，系统地阐明了差别阈限和标准刺激之间的关系。

● 他指出差别阈限和标准刺激成正比，并且差别阈限和标准刺激的比例是一个常数，通常用 △I/I = k 表示。

● 在这里，△I 代表差别阈限，I 代表标准刺激强度，k 是小于1的常数。K 也称作韦伯比例

或韦伯分数。

● 不同感觉道的韦伯分数是不同的。

韦伯定律的主要贡献

● 第一，给我们提供了一个比较辨别能力的指标。

● 第二，可对不同感觉道的感受性进行比较。

二、测量感觉阈限的方法

● 测量感觉阈限的方法有三种

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● 最小变化法 恒定刺激法 平均差误法

● 学习者应特别注意这三种方法的实验程序和实验结果的统计处理。

（一）最小变化法

1．什么是最小变化法？

刺激的增减应尽可能地小，目的是系统地探求被试由一类反应到另一类反应的转折点，即在多强刺激时，由有感觉变为无感觉，或由无感觉变为有感觉。每个系列的转折点就是该系列的绝对阈限。

2．用最小变化法测定绝对阈限

（1）自变量

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● 用极限法测定绝对阈限，自变量是刺激系列。 刺激系列要按递增或递减系列交替呈现。

（2）因变量（反应变量）

● 被试以口头报告方式表示其反应

（3）阈限的确定（计算）

● 在一个刺激系列中，被试者报告“有”和“无”这两个报告相应的两个刺激强度的中点就是这个系列的阈限。

（4）误差及其控制

一些因素在测定阈限的过程中经常起作用，以致使测定结果产生一定倾向的误差。这类误差叫做常误（constant error）。

习惯误差和期望误差

在极限法实验中，由于刺激是按一定的顺序呈现的，被试在长序列中有继续给同一种判断的倾向，如在下降序列中继续说“有”或“是”，在上升序列中继续说“无”或“否”，这种被试习惯于前面几次刺激所引起的感觉叫作习惯误差。

与习惯误差相反的是另一种误差叫期望误差（e r r o r o f a n t i c i p a t i o n ）。它表现为被试在长的序列中给予相反判断的倾向，期望转折点的尽快到来。用递增法测定时，阈值就会偏低；用递减法测定时，阈值就会偏高。

练习误差和疲劳误差

练习误差（e r r o r o f p r a c t i c e ）是由于实验的多次重复，被试逐渐熟悉了实验情景，对实验产生了兴趣和学习效果，而导致反应速度加快和准确性逐步提高的一种系统误差。

与此相反，由于实验多次重复，随着实验进程而发展的疲倦或厌烦情绪的影响，而导致被试反应速度减慢和准确性逐步降低的一种系统误差，称之为疲劳误差（e r r o r o f f a t i g u e ）。 随着时间的进展，练习可能使阈限降低，而疲劳可能使阈限升高。

采用抵消平衡设计消除习惯误差与期望误差、练习误差与疲劳误差。

3．用最小变化法测定差别阈限

（1）自变量

用极限法测定差别阈限时，每次要呈现两个刺激，让被试比较，其中一个是标准刺激，即刺激是固定的，其强度大小不变；另一个是比较刺激又称变异刺激，即刺激的强度按由小而大或由大而小顺序排列。

（2）因变量（反应变量）

● 用极限法测定差别阈限的反应变量要求被试以口头报告方式表示，一般用三类反应。

（3）差别阈限的确定

● 求得各系列的上限和下限 ；

● 分别求上限和下限的平均值；

● D L =(T +-T -) /2

（4）误差及其控制

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● 除了要控制习惯和期望误差外，还要控制因标准刺激和比较刺激同时呈现所造成的误差（空间误差）或者因先后呈现所造成的（顺序误差）。 控制方法可采用多层次的A B B A 法。

4．最小变化法的变式——阶梯法

此种方法的每一次实验所应用的刺激值，均由前一次实验的刺激值和被试的反应来决定，从而表现出实验进程对于被试的适应性。

（二）恒定刺激法

1．什么是恒定刺激法？

● 恒定刺激法（或固定刺激法）又叫正误法、次数法，通常由5-7个刺激组成，这几个刺激在实验过程中保持不变。

● 此法的特点是：根据出现次数来定阈限，即以次数的整个分布求阈限。

2．恒定刺激法的具体做法

（1）主试从预备实验中选出少数刺激，一般是5到7个，这几个刺激值在整个测定过程中是固定不变的。

（2）选定的每种刺激要向被试呈现多次，一般每种刺激呈现50到200次； 呈现次序随机安排。

（3）此法在统计结果时必须求出各个刺激变量引起某种反应（有、无或大、小）的次数。

3．用恒定刺激法测定绝对阈限

（1）自变量

● 用恒定刺激法测定绝对阈限，是从一范围内选5到7个等距的刺激强度。

（2）反应变量（因变量）

●用恒定刺激法测定绝对阈限的反应变量要求被试者以口头报

告方式表示。

（3）绝对阈限的计算

● a. 直线内插法

● b. 平均Z 分数法

● c. 最小二乘法

4. 用恒定刺激法测定差别阈限

（1）自变量

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● 用恒定刺激法测定差别阈限，是让被试者将比较刺激与标准刺激加以比较； 标准刺激是能被感觉到的某一刺激强度； 比较刺激可在标准刺激上下一段距离内确定，一般从完全没被感觉出差别到完全感觉出差别的范围内选定5到7个刺激强度作为比较刺激。 比较刺激要随机呈现，每个比较刺激与标准刺激至少要比100次。

（2）反应变量（因变量）

● 用恒定刺激法测定差别阈限的反应变量要求被试者以口头报告方式表示：

✓

✓ 三类反应 二类反应

三类反应

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●

● 即“大于”、“等于”和“小于”，分别记为“+”、“=”和“-”。 让被试作三类反应时，因其中有“等于”的反应，若被试较为自信，则作出“等于”的反应就较少；若被试较为谨慎，则作出“等于”的反应就较多。这样会直接影响到差别阈限的大小。 这种反应易受到被试的态度的影响。

二类反应

让被试者作“大于”和“小于”两种判断，即使分不清时，也要作出其中的一种判断。

（3）差别阈限的计算

三类反应的差别阈限的计算

二类反应的差别阈限的计算

三类反应的差别阈限的计算

● 相等地带的上限定为50％次重于标准刺激的比较刺激，

相等地带

的下限定为50％次轻于标准刺激的比较刺激，有了上限、下限，通过前面提到的几种方法就可以计算差别阈限。

二类反应的差别阈限的计算

● 不能以50%次数引起感觉差别的刺激增量(PSE-St)作为差别阈限；

● 以75%次数感觉重于标准刺激的的比较刺激作为相等地带的上限；以25%次数感觉重于标准刺激的比较刺激作为相等地带的下限。

5、恒定刺激法的变式—分组法

● 分组的方法是：将大于和小于标准刺激且与其间距相同的比较刺激分到一组中去。

● 如标准刺激为1000赫的乐音，三组比较刺激可以是1000±0.5赫，1000±1.5赫， 1000±2.5赫。

● 具体做法是将每组的两个比较刺激都与标准刺激随机比较若干次(一般10次) ，各组的比较顺序可按1、2、3、3、2、1排列，记录和结果处理都按恒定刺激法的正常方式进行。

(三) 平均差误法

● 平均差误法（或均误法）又称调整法、再造法、均等法。 ● 这个方法的典型实验程序是，实验者规定以某一刺激为标准刺激，然后要求被试调节另一个比较刺激，使后者在感觉上与标准刺激相等。

● 因为平均误差与差别阈限成正比，所以可以用平均误差来表示差别感受性。

1．具体方法

●呈现一个标准刺激，令被试再造、复制或调节一个比较刺激，使它与标准刺激相等。比较刺激也可由实验者调节，由被试判断。

●被试判断为与标准刺激相等的比较刺激，并不总是一个固定的数值，而

是围绕着一个平均数变化的一个数。这个变化的范围就是不肯定间距。 ●不肯定间距的中点就是主观相等点。

●通过对主观相等点和不肯定间距的测量，就可以估计差别阈限。

2．用平均差误法测定绝对阈限

（1）自变量

● 用平均差误法测定绝对阈限，是让被试者调整一个比较刺激与一个标准刺激相等。不过，此时的标准刺激假设为零，即让被试者每次将比较刺激与“零”相比较。

（2）因变量（反应变量）

● 用平均差误法测定绝对阈限的反应变量是被试者每次调整比较刺激与标准刺激相等的那个数值。

（3）绝对阈限的测定（计算）

● 让被试者每次调到刚刚感觉不到（即与“零”标准刺激等值），然后把各次测定数值加以平均即为绝对阈限。

3. 用平均差误法测定差别阈限

（1）自变量

● 用平均差误法测定差别阈限，是向被试者呈现一个标准刺激，让其调整比较刺激。比较刺激是一种连续的量。在被试认为接近时，可反复调整，直到其认为满意为止。

（2）因变量（反应变量）

●用平均差误法测定差别阈限的反应变量是被试每次调整的数值，即其认为与标准刺激相等的数值。

（3）差别阈限估计值的计算

● 用平均差误法求差别阈限，所得差别阈限只是一个估计值，平均差误常有两种计算方法：

● 把每次调节的结果(或每次的判断) 与标准刺激之差的绝对值平均起来作为差别阈限。 把每次调节的结果与主观相等点之差的绝对值平均起来作为差别阈限。 ●

(4) 误差及其控制

● 动作误差

● 空间误差

● 多层ABBA

三种方法的比较

适用范围

● 阈值计算 ● 误差及其控制 ● 效率 ●