物理法

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。
– 亮度（luminance）——明度（brightness） – 强度——响度
心理物理学（2） Psychophysics
• 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
（一）感觉阈限（4）
• 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）。
（一）感觉阈限（5）
• 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。后来， Fechner把这个关于差别阈限的规律称为韦伯定 律（Weber Law）。
（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， 将比较刺激与标准刺激加以比较，当比较 刺激大于标准刺激时，主试记录“＋”； 当比较刺激等于标准刺激时，主试记录“=”； 当比较刺激小于标准刺激时，主试记录“-”。
（3）差别阈限的确定
• 确定差别阈限时先要求得一系列的数据，这些数 据有： • （1）在递减系列中最后一次“＋”到非“+” 之 间的中点为差别阈限的上限 ；第一次非“-”到 “-” 之间的中点为差别阈限的下限 ； • （2）在递增系列中最后依次“-”到非“-” 之间 的中点为差别阈限的下限；第一次非“＋”到 “＋”之间的中点为差别阈在每一 种感觉道中都能发现。这种随机变化往 往与以下几个方面有关：
–（1）如何测量阈限有关； –（2）被试对任务的注意程度及其态度有关； –（3）被试的感受性暂时出现不稳定的摇摆 有关。不过，这种随机变化的感觉，其次数 分配基本上呈常态分布。
（一）感觉阈限（2）
• 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。 • 操作定义：心 理现象根据他们 程序下定义。
后差别显著练习误差后差别显著练习误差前差别显著疲劳误差前差别显著疲劳误差用最小变化法测定差别阈限用最小变化法测定差别阈限1自变量自变量22因变量反应变量因变量反应变量33差别阈限的确定计算差别阈限的确定计算4误差及其控制误差及其控制11自变量自变量用极限法测定差别阈限时每次要呈现两个刺激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让被试比较其中一个是标准刺激标准刺激即即刺激是固刺激是固定的其强度大小不变定的其强度大小不变
误差计算
• 习惯误差和期望误差哪一种倾向更大？ –分别求上升序列和下降序列的阈值 –上>下，差别显著，习惯误差 –下>上，差别显著，期望误差 • 练习误差和疲劳误差哪一种倾向更大？
–分别计算出前一半实验中测定的阈限与后一半实验中 测定的阈限。 –前>后，差别显著，练习误差 –后>前，差别显著，疲劳误差
• 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？） • 自变量：刺激质和量的属性 • 控制变量：观察者的意愿
一、感觉阈限的测量
– 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（1）
• 刚刚能引起感觉的最小刺 激强度被叫做绝对阈限 （absolute threshold）。 • 刚刚能引起感觉的最小差 别叫做差别阈限。 • 按照这种说法，低于绝对 阈限的刺激强度我们总是 感觉不到的，而高于绝对 阈限的刺激强度我们总是 能感觉到的。
怎样消除习惯误差和期望误差？
• 采用抵消平衡设计（即ABBA设计）： 第一次：递增（A） 第二次：递减（B） 第三次：递减（B） 第四次：递增（A）
练习误差和疲劳误差
• 练习误差（error of practice）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（error of fatigue）。 • 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。
用最小变化法测定差别阈限
• • • • （1）自变量 （2）因变量（反应变量） （3）差别阈限的确定（计算） （4）误差及其控制
（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。 • 标准刺激和比较刺激可同时呈现，标准刺激在每 次比较时都出现，比较刺激按递增或递减系列， 以测定绝对阈限的同样方法与标准刺激匹配呈现。
（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。 • 下表是用最小变化法测音高的感觉阈限。 （P63）
（4）误差及其控制
• 用极限法求绝对阈限经常会产生一些误差。 • 在这些误差中，有些是由直接对感觉产生干扰的 因素引起的；还有些是非感觉方面的因素引起的， 如习惯和期望、练习和疲劳、时间和空间等等。 • 这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）。
• 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。
– 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
• 最小变化法的刺激由递减和递增的两个系 列组成，每次呈现刺激后让被试报告他是 否有感觉。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。
用最小变化法测定绝对阈限
• • • • （1）自变量 （2）因变量（反应变量） （3）阈限的确定（计算） （4）误差及其控制
递增递减系列中的习惯误差
实际无感觉 a b 报告有感觉 实际有感觉
报告无感觉
b
a
• 与习惯误差相反的是另一种误差叫期望误 差（error of anticipation）。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。
第四章 心理物理学方法 PSYCHOPHYSICAL METHOD
• 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
– 色子游戏 – 人对信号刺激的觉察 – 信号检测论的实验方法
• 有无法 • 评价法
•
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 心理物理判断的相对性 对偶比较法、等级排列法与顺序量表
（4）误差及其控制
• 与用极限法求绝对阈限一样，在测定差别 阈限时，也必须想方设法控制常误。 • 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ABBA法。
（一）感觉阈限（6）
表2 最优条件下各种感觉道的韦伯比例（P62）
感 觉 道 韦伯比例
音高/2000Hz
重压觉/400g 视明度/100光子 举重/300g 响度/100dB，1000Hz 橡胶气味/200嗅单位 皮肤压觉/5g/mm2 咸味道/3mol/L（3克分子/公升）
1/333
1/77 1/62 1/52 1/11 1/10 1/7 1/5
• 极限法测定绝对阈限产生的误差主要有四 种：习惯误差和期望误差、练习误差和疲 劳误差。如下图分析
• 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”，在上升序列中继续说 “无”，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。 • 由于习惯误差在递增法序列中，即使刺激强度早已 超出阈限，被试仍报告感觉不到，这就会使测得阈 值偏高 。 • 相反，在递减法序列中，即使刺激强度早已小于阈 限，被试仍报告有感觉，这就会使测得的阈值偏低。
（一）感觉阈限（7）
• 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
– 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。
1、最小变化法（1）
（1）自变量
• 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。
–递增时，刺激要从阈限以下的某个强度开始； –递减时，刺激系列的起点要大于阈限的某个强 度； –一般应选10到20个强度水平。
• 为了使测定的阈限准确，并使每一刺激系 列的阈限能相对稳定，选取10－20个刺激 强度水平，一般递增和递减刺激系列要分 别测定50次左右（共100 次左右）、刺激 应由实验者操纵。 • 为了避免被试者形成定势，每次呈现刺激 的起点不应固定不变，而应随机变化。
• （3）在上限与下限之间的距离为不肯定间距 （IU）。 • （4）不肯定间距的中点是主观相等点(PSE)。在 理论上主观相等点（或主观等点）应与标准刺激 相等，但实际上两者有一定的差距，这个差距称 为常误(CE)。 • （5）取不肯定间距的一半或者取上差别阈和下差 别阈之和的一半为差别阈限。
多层ABBA法
（2）因变量（反应变量）
• 用极限法测定绝对阈限的反应变量时，要 求被试以口头报告方式表示。 • 当刺激呈现之后，被试感觉到有刺激，就 报告“有”，当被试没感觉到有刺激，就 报告“无”，其依据是被试的内省，而不 是刺激是否呈现。
• 被试报告后，主试以“有”“无”或“＋”“-” 记录被试的反应，每个系列都需要被试作“有” 到“无”、或“无”到“有”这两种报告，亦即， 递增时直到第一次报告“有”之后，这一系列才 停止；递减时直到第一次报告“无”之后，这一 系列才停止，然后再进行下一个系列。 • 若被试者有“说不准”的情况，用“？”表示， “？”的意义与前一个反应相反。
（一）感觉阈限（3）
表1 某些近似的觉察阈限（P61）
感觉种 类
视 觉 听 觉 味 觉 嗅 觉
觉察阈限值
清晰无雾的夜晚30英里处看到的一只烛光 安静条件下20ft.处表的滴答声 一茶匙糖溶于8L水中 一滴香水扩散到三室一套的整个房间
触 觉 一只蜜蜂的翅膀从1cm高处落到你的背部 *引自Schiffman（1996），这些阈限值仅作示意用。1ft. = 30.48cm