第四章 传统心理物理法实验

第四章传统心理物理法
简介传统心理物理法
传统心理物理法最初是由费希纳(G.T.Fechner)提出的测量感受性的心理学实验方法。

感受性的研究是心理学产生前期和心理学诞生后相当长的时间内，心理学家研究的主要的感知觉问题之一。

通常情况下，感受性包括绝对感受性(Absolute Sensitivity)和相对感受性（Relative Sensitivity），与感受性对应的感觉阈限包括绝对感觉阈限（Absolute Threshold）和差别感觉阈限（Differential Threshold）。

绝对感觉阈限是指刚刚能感觉到的、引起某种感觉的最小刺激量，一般用AL表示。

如音高的绝对阈限是指刚刚能够感受到的声音的频率值(Hz)，声音响度的绝对阈限是指在特定频率下刚刚能够感受到的声音的强度值(dB)，等等。

差别感受阈限是指我们刚刚能够感觉到的两个刺激（同一物理量）之间的最小差别的变化值，一般用DL表示。

如音高差别辨别阈限是指对声音频率变化的最小差别的知觉。

费希纳(G.T.Fechner,1860)最早提出的测量感受性的方法有三种：最小变化法（又叫极限法）、恒定刺激法和平均差误法（又叫调节法）。

传统心理物理法测量感受性的基本前提是：传统心理物理法认为人对客观刺激的感受性是有一定的生理局限性的，正式因为这种生理的局限性，才使得我们对客观刺激进行加工时，只有刺激的物理强度达到一定的水平或者刺激物理强度的变化幅度达到一定水平，我们才能够感觉到刺激的存在或刺激强度的变化。

费希纳基于他在生物学和物理学方面的研究基础，借助数学的方法提出了对感知觉进行量化的方法。

自费希纳提出测量感受性的心理物理法以来，传统的心理物理法在心理学实验研究中得到了广泛的应用，并基于费希纳的三种心理物理法发展出了很多实验方法的变式，如分组呈现法、阶梯法、感觉等距法、减半法、数量估计法等等。

在现代的心理学实验研究中，虽然直接应用传统心理物理法来进行的实验设计很少，但是，传统心理物理法已经作为一种实验设计的思想，潜移默化地贯穿于心理学实验设计之中。

本章将详细介绍几种常用的心理物理法及其在感知觉测量中的应用，以及在传统心理物理法实验设计中常见的实验误差及实验控制的方法。

参考文献
[1] 孟庆茂，常建华，实验心理学，北京师范大学出版社，1999．
[2] 杨治良，实验心理学，浙江教育出版社，1997．
[3] 朱莹，实验心理学，北京大学出版社,2000．
[4] 杨博民，心理实验纲要，北京大学出版社，1989．
[5] 舒华，心理与教育研究中的多因素实验设计，北京师范大学出版社，1994．
[6] B.H.Kantowitz等著，杨治良等译，实验心理学，2001，华东师范大学出版社。

[7] Anne Myers，Experimental Psychology, Cole Publishing Company,1986．
[8] David W.Martin, Doing Psychology Experiment, Cole Publishing Company,1996．
[9]张学民，舒华，张亚旭，实验心理学理论与实验教学改革的思考与实践，高等理科教育，40(6), 2001.
[10] 赫葆源，张厚粲，陈舒永，实验心理学，北京大学出版社，1983．
实验一最小变化法测量彩色明度差别辨别阈限
实验背景知识
有关最小变化法实验的理论问题请参考实验二的“实验背景知识”。

本实验是采用最小变化法测定颜色明度差别阈限。

通常个体对视觉刺激的明度变化进行知觉时，对刺激的明度变化的知觉是有一定限度的，当明度变化幅度很小时，我们通常是知觉不到的这些细微的变化，而当明度变化幅度增大到一定程度时，我们便能够感觉到前后两个刺激的明度差异，此时，个体所感觉到的最小的明度变化就是明度差别阈限。

当刺激的颜色发生变化时，个体对明度变化的差别感受性也会发生相应的变化，本实验通过测定不同颜色的明度差别阈限，探讨颜色对明度差别感受性的影响，并对性别差异进行分析。

一、影响明度差别感受性的因素
关于影响明度差别阈限的因素，可以归结为以下几方面：
1、刺激的波长或颜色变化。

由于我们对不同波长或颜色的刺激的视觉感受性不同，因
此，对其明度变化的感受性也会受到一定程度的影响，明度辨别的感受性也会受到一定的影响。

2、环境背景亮度的影响。

当环境背景的光强度发生变化时，视网膜上的锥体细胞和棒
体细胞的感受性也会发生相应的变化，产生明适应和暗适应现象。

当视觉处于明适应或暗适应状态过程中，对不同颜色刺激的视觉感受性也会发生变化。

如在暗适应条件下，视觉对红色刺激的感受性变化要比其他颜色刺激的感受性强，适应也比较快，而其他颜色刺激的暗适应速度相对就比较慢。

而在明适应过程中，对视觉刺激明度变化的感受性也可能会发生相应的变化。

3、被试方面的因素。

如疲劳、疾病、身体状态、心理状态等对其视觉的感受性都会产
生一定的影响。

二、最小变化法进行实验设计应注意的问题
最小变化法进行实验设计应注意如下几方面的问题：
1、排除实验过程带来的各种误差
采用最小变化法进行实验设计时，由于呈现刺激的先后顺序和空间位置等原因，可能会给实验结果带来顺序误差和空间误差；而由于被试在实验过程中对呈现刺激的期待，则可能给实验结果带来期望误差；在实验过程中，由于反复对相同的刺激或刺激系列进行反应，则可能因此带来练习误差，等等。

因此，在用最小变化法设计实验时，应通过实验过程的设计与控制，排除上述各种误差，而排除上述误差的最常用的方法有ABBA或BAAB法、拉丁方设计等，必要时可以在一个实验设计中将几种实验设计方法相结合。

2、实验中标准刺激和比较刺激的选择
用最小变化法测量绝对阈限或差别阈限时，确定比较刺激（）和标准刺激的强度或强度差别对实验结果有直接的影响。

因此，在测量绝对阈限时，首先要确定刺激强度的最小变化值，一般最小变化值越小、越精确，测得的结果越可靠；在测量差别阈限时，首先要通过预备实验确定比较刺激变化的幅度，比较刺激变化的幅度不能太大，也不能太小，变化幅度太大会使测得的阈限值不准确，变化幅度太小会无益地增加实验次数，造成不必要的人力和时间的消耗。

3、对实验环境进行严格控制
根据实验测定的心理指标以及该指标对实验环境的要求，对实验环境进行相应的控制。

如做视觉感知觉方面的实验，则需要对实验室的光照进行严格的控制；如果是听觉方面的实验，则需要在严格的、隔音的听觉实验室中进行实验。

其他方面的感知觉实验，也要进行相应的实验条件控制。

4、对被试变量的控制
不同的实验对被试的要求也不同，因此，在选择被试方面，实验者应考虑到被试的生理状态和心理状态，如被试有无视觉缺陷（包括色盲、色弱等）、听觉缺陷（包括听觉障碍、双耳听觉平衡等）。

实验目的
1、通过测量不同颜色的明度差别阈限，学习使用传统心理物理法－最小变化法测量差
别感受性。

2、掌握测量明度感受性应如何控制的实验环境方面的因素。

3、学习如何运用渐增法和渐减法呈现刺激，平衡实验中可能出现的期望误差、空间误
差、顺序误差和练习效应。

实验方法
一、被试
全班同学，4人一组，视觉或矫正视觉正常。

二、实验仪器与实验材料
1、实验仪器：计算机和“最小变化法测量颜色明度辨别差别阈限”实验程序。

2、实验材料：通过计算机呈现不同颜色的方块。

颜色有红、绿、黄、蓝四种，每种颜
色标准刺激的RGB（）函数的参数值见下表6-2：
表6-2 每种颜色标准刺激的RGB（）函数的参数值
三、实验设计与实验条件控制
本实验可以从性别、颜色等角度考察彩色明度差别阈限的变化。

其中性别为被试间因素、颜色为被试内因素。

1、为了避免空间误差，标准刺激在左和在右的次数各半；为了避免顺序误差，刺激呈
现采用↓↑↑↓和↑↓↓↑刺激系列，整个实验过程再用多重ABBA法，具体见下面的刺激呈现系列表6-3。

2、四种颜色采用拉丁方设计。

4个被试的实验顺序如下：
A、R G B Y；
B、G B Y R ；
C、B Y R G；
D、Y R G B
3、所有实验用计算机的显示器亮度调至最大亮度（保持实验仪器控制水平一致）。

4、具体实验程序如下
（1）、用鼠标双击实验程序图标，进入实验状态，在主菜单中有四种可供选择的颜色（红/绿/黄/蓝），单击相应的颜色选项便可进行实验。

（2）、预备实验：测量不同颜色明度差别阈限的大概范围，以确定比较刺激的明度变化水平。

本实验比较刺激与标准刺激明度变化最小差别已经确定。

可以省略预备实验。

（3）、制作实验材料：如果是自定义材料。

在“实验材料”中选择“自定义颜色”，并对材料颜色进行定义。

本实验直接使用红色、黄色、绿色和蓝色。

主试不必定义实验
材料。

（4）、正式实验：在“实验材料”中选择实验颜色，屏幕上出现如下指导语，主试指导被试仔细阅读如下指导语：
“下面呈现的是两个‘？’颜色的刺激。

其中一个是标准刺激，一个是比较刺激，标准刺激有时在左，有时在右，要求你对呈现的比较刺激与标准刺激进行对比，然后判断比较刺激是比标准刺激的颜色深还是浅，并向主试报告你的判断是‘深’、‘浅’或‘相等’。

如果被试报告‘深’，主试按上箭头；如果被试报告‘相等’，主试按空格键；如果被试报告‘浅’，主试按下箭头。

这样要做好多次。

明白上述指导语后，按‘开始’键开始实验。

”
（5）、每种颜色的刺激的出现方式如下（以红色为例），每种颜色总共做24次。

注：S为标准刺激；C为比较刺激。

（6）、其他三种颜色的实验过程同上。

（7）、结果记录：当被试回答‘深’、‘浅’和‘相等’时，计算机分别记录渐增系列和渐减系列的DL下和DL上〖DL下和DL上分别为相应判断（即判断为‘深’或‘浅‘）时RGB（）函数变化的参数值与标准颜色的RGB（）函数的参数值的差值。

〗，见下表6-4：
结果分析与讨论
1、分别计算出每个被试的总体的DL上和DL下、渐增系列和渐减系列DL上和DL下、标
准刺激在左与标准刺激在右的DL上和DL下，并填入下表6-5中。

表6-5 不同呈现方式被试的DL上DL下
刺激呈现方式渐增系列渐减系列标准刺激在左标准刺激在右DL上
DL下
DL
2、检验实验中被试是否有期望或习惯误差？
3、检验实验中被试是否有练习或疲劳效应？
4、考察不同颜色的明度差别阈限是否存在显著差异，并考察彩色明度辨别阈限的性别
差异？
结论
从本实验的结果，可以的出什么结论？
思考题
１、最小变化法的特点和实验程序？
２、在最小变化法的实验中，如何避免空间误差和顺序误差？
３、根据最小变化法的实验程序和实验数据，说明最小变化法的缺点？
４、如过检验出被试存在期望误差或疲劳效应，所测得的差别阈限值是否回受到影响？
5、试分析在本实验中影响被试实验结果的各种无关变量，并分析哪些无关变量进行了
严格的控制，哪些没有进行严格的控制，对没有很好控制的无关变量如何进行有效的控制？
6、影响颜色知觉的因素都有那些？颜色知觉实验设计应该注意的问题？
参考文献
[1] 孟庆茂，常建华，实验心理学，北京师范大学出版社，1999．
[2] 杨治良，实验心理学，浙江教育出版社，1997．
[3] 杨博民，心理实验纲要，北京大学出版社，1989．
[4] 舒华，心理与教育研究中的多因素实验设计，北京师范大学出版社，1994．
[5] 赫葆源，张厚粲，陈舒永，实验心理学，北京大学出版社，1983．
实验二平均差误法测量彩色明度差别辨别阈限
实验背景知识
平均差误法(The method of average error)是费希纳(G.T.Fechner，1860)提出的测量感觉阈限的又一种方法，这个方法的典型实验程序是让被试调节比较刺激，使之与标准刺激相等，因此平均差误法又叫调整法(The method of adjustment)。

该方法有三个特点（同实验六）：
本实验就是通过平均差误法测量彩色明度差别阈限。

关于影响明度辨别的因素见“实验四”。

平均差误法实验设计应该注意的问题见“实验五”。

实验目的
1、通过测量不同颜色的色度辨别差别阈限，学习使用传统心理物理法－－平均差误法
测量差别阈限。

2、掌握明度测量应该控制的各种因素。

实验方法
一、被试
全班同学，4人一组，视觉正常或矫正视觉正常，无颜色知觉障碍。

二、实验仪器与实验材料
1、实验仪器：计算机、“平均差误法测量彩色明度辨别差别阈限”实验程序。

2、实验材料：通过计算机呈现的不同颜色的方块，有四种颜色：红、绿、黄、蓝，每
种颜色标准刺激的RGB（）函数值见下表6-11：
表6-11 每种颜色标准刺激的RGB（）函数的参数值
三、实验设计与实验过程控制
本实验可以从性别、不同颜色等角度考察彩色明度差别阈限的变化。

其中性别为被试间因素、颜色为被试内因素。

实验法采用平均差误法。

1、为了避免空间误差，标准刺激在左和在右的次数各半，在整个实验过程中，标准刺
激和比较刺激的空间位置采用多重ABBA法设计；为了避免动作误差，刺激呈现
采用↓↑↑↓和↑↓↓↑刺激系列呈现刺激，具体见下面的刺激呈现系列表1-2。

2、四种颜色采用拉丁方设计。

4个被试的实验顺序如下
A、R G B Y；
B、G B Y R ；
C、B Y R G；
D、Y R G B
3、所有实验用计算机的显示器亮度调至最大亮度（保持实验仪器控制水平一致）。

４、具体实验程序如下：
（1）、用鼠标双击实验程序图标，进入实验状态，在主菜单中有四种可供选择的颜色（红/绿/黄/蓝），单击相应的颜色选项便可进行实验。

（2）、预备实验：测量不同颜色明度差别辨别的阈限的大概范围，以确定比较刺激的明度变化水平。

本实验比较刺激与标准刺激明度变化最小差别已经确定。

可以省略预
备实验。

（3）、制作实验材料：如果使用自定义材料，在“实验材料”中选择“自定义颜色”，并对材料颜色进行定义。

本实验实验材料为红色、黄色、绿色和蓝色。

主试不必定义
实验，直接在实验材料采单中选择即可。

（4）、正式实验：在“实验材料”中选择实验颜色，屏幕上出现如下指导语，被试仔细阅读如下指导语：
“下面呈现的是两个‘？’颜色的刺激。

其中一个是标准刺激，一个是比较刺激，标准刺激有时在左，有时在右，要求你对呈现的比较刺激与标准刺激进行对比，然后判断比较刺激是比标准刺激颜色深还是浅，并向主试报告你的判断是‘深’、‘浅’或‘相等’。

如果你认为比较刺激比标准刺激的颜色‘深’，就按“↑”箭头；如果认为比较刺激与比标准刺激的颜色‘相等’，按空格键；如果认为比较刺激是比标准刺激的颜色‘浅’，就按“↓”箭头，在一次调整中，你可以根据你的观察和判断，任意调整比较刺激的颜色的明度。

这样要做好多次。

明白上述指导语后，按‘开始’键开始实验。

”
（5）、每种颜色的刺激的呈现方式如下表6-12（以红色为例），每种颜色总共做24次。

表6-12 红色刺激的呈现系列及标准/比较刺激的位置
注：S为标准刺激；C为比较刺激。

（6）、其他三种颜色的实验过程同上。

（7）、结果记录：当被试判断相等时，这一点的数值称之为主观相等点，通过若干次实验可以获得若干个主观相等点，并记录在表6-13。

结果分析与讨论
1、根据主观相等点（Xi），按照公式计算不同颜色的明度差别辨别阈限。

2、检验实验中被试是否有空间误差和动作误差？
3、检验实验中被试是否有练习或疲劳效应？
4、考察不同颜色的明度辨别阈限是否存在显著差异，并考察彩色明度辨别阈限的性别差异？
结论
从本实验的结果，可以的出什么结论？
思考题
１、采用平均差误法设计实验的基本程序？
２、在平均差误法的实验中，如何避免空间误差和顺序误差？
３、采用平均差误法与明最小变化法的根本区别，哪一种方法获得的数据更为精确可靠？４、如果检验出被试存在期望误差或疲劳效应，所测得的差别阈限值是否回受到影响？５、试分析在本实验中影响被试实验结果的各种无关变量，并分析哪些无关变量进行了严格的控制，哪些没有进行严格的控制，对没有很好控制的无关变量如何进行有效的控制？
参考文献
[1] 孟庆茂，常建华，实验心理学，北京师范大学出版社，1999．
[2] 杨治良，实验心理学，浙江教育出版社，1997．
[3] 杨博民，心理实验纲要，北京大学出版社，1989．
[4] 赫葆源，张厚粲，陈舒永，实验心理学，北京大学出版社，1983．
实验三对偶比较法制定颜色爱好量表
实验背景知识
心理量表是传统心理物理学用来测量阈限上感觉的。

根据其测量水平的不同，可以将心理量表分为四种：命名量表、顺序量表、等距量表和比率量表。

其中等距量表和比率量表是实验心理学中常用的两种心理量表。

命名量表是最低水平的量表，它是用数字或其他分类标志代表不同类别或属性的事物，命名量表只是用来对事物进行标识或分类，不能做加、减、乘、除等数学运算。

顺序量表是按某种标志或等级对事进行物排顺序，如考试的名次、某方面评价等级的高低等。

顺序量表没有相等的单位和绝对零点，但是它能表示某一事物在一类事物中的位置。

顺序量表不能做加、减、乘、除等运算，但可以统计中位数、斯皮尔曼等级相关、肯德尔W系数和U系数以及进行非参数检验等。

等距量表不仅有大小关系，而且量表具有相等的单位，但没有绝对的零点，如温度。

等距量表可以进行加、减、乘、除等运算，并可以进行各种描述统计分析、参数检验、方差分析、回归分析等各种统计分析。

比率量表既有相等的单位又有绝对零点，是在心理物理量中最常用的一种量表，如常见的时间、长度、高度、质量或重量等都属于比率量表的范畴。

比率量表除了可以做等距量表的各种数学运算和统计分析外，还可以做几何平均数的运算。

制作心理顺序量表的常用方法有对偶比较法和等级排列法，其中，对偶比较法是制作心理顺序量表的一种间接方法。

对偶比较法是把所要测的刺激配成对，让被试判断每对刺激中哪个刺激的某一特征更明显或更喜欢哪一个刺激．如果有ｎ个刺激，配对的数目应为ｎ（ｎ－１）／２对。

在实验中，每对刺激中的两个刺激在先或在后，或同时呈现对结果会产生顺序误差（或时间误差）和空间误差，因此每对刺激需要比较两次，互换其时间顺序或空间位置，以排除这两种误差，因此，总的比较次数应为ｎ（ｎ－１）次．对偶比较法呈现刺激的方式通常有台阶式和斜线式两种，下面以红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色的对偶比较为例，来说明对偶比较法呈现刺激的方法。

具体的呈现刺激方式见表6-14a和表6-14b。

表6-14a 台阶式呈现刺激方式表6-14b 斜线式呈现刺激方式颜色红橙黄绿青蓝黑颜色红橙黄绿青蓝黑
红* 红*
橙 1 * 橙 1 *
黄 2 3 * 黄7 2 *
绿12 4 5 * 绿12 8 3 *
青13 14 6 7 * 青16 13 9 4 *
蓝19 15 16 8 9 * 蓝19 17 14 10 5 *
黑20 21 17 18 10 11 * 黑20 21 18 15 11 6 *
在实施实验过程中，为了消除顺序误差，按下表（从1到21）的顺序呈现完一遍刺激后，再按相反的顺序（从21到1）比较一遍。

为了消除时间误差或空间误差，在第二次比较时，将两个比较的刺激的先后顺序或左右空间位置调换。

如第一次红在左，绿在右，第二次绿在左，红在右。

实验目的
1、通过对不同颜色的爱好程度的测定，学习如何用对偶比较法制作心理顺序量表。

2、掌握对偶比较法测量结果一致性系数的统计分析方法。

实验方法
一、被试
全班同学，4人一组，颜色知觉正常的被试。

二、实验仪器与实验材料
1、实验仪器：计算机、对偶比较法实验程序。

2、实验材料：实验材料为不同颜色的杯子、电话、钢笔，也可以自己选择定义图片。

图片材料的颜色为七种，这七种颜色分别是：红（Red）、橙（Mangetra）、黄（Yellow）、绿（Green）、蓝（Blue）、青（Cyan）和黑（Black）。

三、实验设计与实验过程控制
1、实验设计：实验呈现的方式为台阶式（见表7-1），抵消顺序误差，在做完２１次后，
应再比较２１次，每对刺激的呈现顺序与前２１次相反；为抵消空间误差，在后２１次中两个刺激左右位置应颠倒。

2、打开计算机，单击“对偶比较法”实验程序图标，进入实验状态，并在“实验材料”
菜单中选择实验材料，或者是自定义实验材料。

自定义实验材料的具体方法：（1）、将制作好的实验材料图片存放在计算机指定的目录下。

（2）、打开“帮助”菜单，选择“加入新图片”，便会出现“向程序中加入新图片”的对话框，在“文件路径”中找到制作的自定义实验材料，并在“文件列表框”中选定所需的图片文件，加在“实验项目列表框”中，然后根据图片的颜色对图片颜色再进行一次定义，在“实验项目名称”中给该实验材料取一个名称，保存自定义的实验材料并退出对话框。

（详细见实验程序手册）。

（3）、在“实验材料”选择“选择自定义图片”，选择完毕图片后开始实验。

3、实验前，主试指导被试认真阅读指示语，并说明具体操作方法。

指导语如下：
“下面每次给你呈现两个不同颜色的图片，如果你喜欢左侧的颜色，就按‘A’，如果喜欢右侧的颜色就按‘B’，在每次呈现的两张图片中必须选择一张。

明白上述指导语后，按‘开始’键开始实验。

”
4、实验结束后，可在“帮助”菜单中“数据查询”中查询实验结果。

5、所有被试的实验结果将保存在文件名为“实验结果.TXT”的文件中，如果需要进一
步统计分析，可将其调入EXCEL中，并转化为所需要的数据格式，在相应的统计软件中调用和分析。

结果分析与讨论：
１、结果以表格形式列出：第一行是颜色，依次为红、橙、黄、绿、蓝、青、黑；第二行是选择分数（Ｃ），列出了每种颜色相应的选择次数。

２、分别计算不同图片、不同颜色被所有被试选中的次数，并绘制成曲线图。

３、分别将不同图片、不同颜色被选次数从多到少排成顺序，制作成颜色爱好顺序量表，并对不同种类的图片的颜色偏好进行比较。

4、分别求出小组所有被试对几种材料的不同颜色喜好程度的一致性系数。

结论
从本实验的结果可以得出什么结论．
思考题
1、对偶比较法的应用范围？
2、怎样才能把心量顺序量表转换为心理等距量表？
3、请你用对偶比较法设计一个调研方案，来考察关于同一种商品的5个广告设计的效
果。

参考文献
[1] 孟庆茂，常建华，实验心理学，北京师范大学出版社，1999．
[2] 朱莹，实验心理学，北京大学出版社,2000．
[3] 杨博民，心理实验纲要，北京大学出版社，1989．。