差别感觉阈限的实验报告

最小变化法测量明度差别阈限

【摘要】本实验为心理物理学实验，采用计算机辅助测量，使用明度为192的标准刺激，用最小变化法测量一被试的明度差别阈限，并考察被试在实验过程中是否存在习惯误差、期望误差、练习效应、疲劳效应以及空间位置效应。结果表明，该被试的明度绝对差别阈限为4.375，并存在着习惯误差和空间位置效应，而不存在期望误差和练习效应、疲劳效应。

【关键词】最小变化法；差别阈限；明度；心理物理学

1、引言

心理物理学的先驱是费希纳(1801-1887)。作为一位哲学家，他始终关心心理与物理的关系问题，千方百计的企图在物理刺激与感觉之间发现某种定量的关系。他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。1860年，他发表了《心理物理学纲要》一书，为心理物理学研究方法的发展奠定了基础。他给心理物理学下的定义是：一门研究心身之间或心物之间的函数关系的精密科学。它的范围包括感觉、知觉、感情、行为、注意等等。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（对身体各感官的刺激）与心理量（各种感觉或主观印象）之间的数量关系问题。[1] 费希纳在心理物理学研究中提出, 心理物理学包括外部的心理物理学和内部的心理物理学。他认为: 人的感觉过程涉及外部物理世界的物理刺激,内部物理世界的脑活动过程,以及内部心理世界的感觉体验。外部物理世界对人的感官有各种外部物理刺激, 它们引起人的内部物理世界的活动, 也就是脑的活动过程, 并且产生内部心理世界的感觉体验。他认为,外部的心理物理学研究外部物理刺激强度和感觉体验强度之间的关系, 而内部的心理物理学则研究内部物理世界即脑活动过程强度和感觉体验强度之间的关系。外部物理刺激的强度可用物理量I来表示。外部物理刺激引起的脑活动过程(脑区激活)的强度可用生理量A表示。感觉体验的强度,即外部物理刺激通过脑活动过程产生的感觉体验的强度可用心理量S表示。因此, 外部的心理物理学着重讨论外部物理刺激的物理量I和由外部物理刺激产生的感觉体验的心理量S之间的关系; 内部的心理物理学着重讨论脑活动过程的生理量A和由内部物理过程产生的感觉体验的心理量之S间的关系。[2]

在心理物理学中测量感觉阈限的方法有最小变化法、平均差误法和恒定刺激法。其中，最小变化法是最早被用来研究感觉阈限的方法。人们曾使用过最小变化法来测量音高的感觉阈限，视觉长度的差别阈限等。最小变化法是把有感觉和无感觉的转折点作为阈限，因此，它曾被认为很好的表达了感觉阈限的概念：在阈限以下人们一无所知。但是，阈下知觉的存在表明这种看法是不正确的，而且由于在用最小变化法实验时，被试可能会产生习惯误差和期望误差，使实验结果不可靠，因而，最小变化法已被淘汰，现在人们使用阶梯法来进行感觉测量。[3] 本试验的目的是希望同学们能够加深对心理物理学的理解，同时掌握最小变化法测量感觉阈限的基本方法和技巧。本实验使用最小变化法来测量明度差别阈限，一共进行8个系列，预期被试可能会产生习惯误差或期望误差，同时也可能出现练习效应或疲劳效应以及空间位置效应。

2. 方法

2.1 被试

红河学院教师教育学院应用心理学专业大二女生1名，矫正视力正常，无色盲或色弱，右利手，以前未参加过类似实验，也无类似经验。

2.2 仪器和材料

2.2.1 仪器

显示器一台，配有红黄绿按键板一个，靠背椅一张。

2.2.2 刺激材料

使用大学生实验心理学实验软件。在黑色背景中同时呈现两个灰色方块，其中一个为标准刺激，明度为192，另一个为变异刺激。刺激一共呈现八组，标准刺激按照左左右右右右左左的位置呈现，变异刺激的起始明度随机。组内时间间隔为500ms,组间间隔时间为2000ms。

2.3 实验设计

本研究采用的是最小变化法来测量明度差别阈限。在用最小变化法测定阈限时，其特点是按物理量的强弱把刺激排成系列，各相邻刺激的强度差别很小而且相等；刺激呈现的顺序有两种不同的操作方式，按从强到弱的顺序叫渐减法（用↓表示）；按从弱到强的顺序呈现叫渐增法（用↑表示）。[4]被试需判断变异刺激与标准刺激的强度差别，并做出相应的反应。

在用最小变化法测定阈限时，有可能发生习惯误差和期望误差。如果有的被试习惯于前面几次刺激引起的感觉，那么，在用渐减法测定时，刺激强度必须减到远在他的实际阈限以下时他才感觉不到。这就产生了使阈限值降低的误差；当用渐增法测定时恰好相反，刺激值必须增到他的实际阈限以上时他才感觉得到，这是就产生了阈限值提高的误差。如果有的被试期望转折点迅速到来，用渐减法测定时就会产生阈限值偏高的误差；用渐增法测定时就会产生阈限值偏低的误差。为了避免这种常误（有一定倾向的误差）对所测阈限准确性的影响，在测定一个被试的阈限时，用渐增和渐减的次数要相等，并以二者的平均这作为所测结果。[4]

用最小变化法测定阈限时是否产生习惯误差或期望误差，这在不同的被试之间存在着差异：有的被试有习惯误差，有的被试有期望误差，有的被试则二者都没有。为了检查被试是否有期望或习惯误差，↑和↓的顺序还需要作适当的安排；因为在多次的测定过程中，往往会受练习或疲劳的影响而发生前后阈限值不一致的情况。要检查↑和↓所测结果是否有差别，就要使二者受练习或疲劳影响的程度相等，也就是说使二者在测定顺序上机会均等（假设练习或疲劳的作用随测定次数增多而等速变化）。[5]

本实验是采用最小变化法来测量明度差别阈限，需要两类刺激，一类固定不变叫做标准刺激，另一类的刺激量是可变的，叫做变异刺激。测定差别阈限时，要求被试从变异刺激中找出一个在感觉上与标准刺激相等的刺激来，也就是使变异刺激和标准刺激相匹配。在匹配时，无论变异刺激按渐增或渐减的顺序变化，都有两个转折点：渐增时从感觉到变异刺激比标准刺激稍弱到感觉到二者相等；再从相等到感觉到变异刺激比标准刺激稍强。渐减时从感觉到变异刺激比标准刺激稍强到感觉到两者相等，再从相等到感觉到变异刺激比标准刺激稍弱。感觉到稍强和相等的两个刺激的平均值称为上限，感觉到相等和稍弱的两个刺激量的平均值称为下限。上限减去标准刺激成为上差别阈，标准刺激减去下限成为下差别阈。上差别阈和下差别阈的平均值称为绝对差别阈限，绝对差别阈限和标准刺激之比成为相对差别阈限。[2]在本实验中给定一标准的明度刺激（明度为192的

灰色方块），变异刺激按最小变化法排成系列，分别以递增和递减的顺序呈现。为了消除定势的影响，变异刺激呈现的起始明度由电脑随机选择。实验共分成8组，被试的任务是判断标准刺激与变异刺激的明度差别，然后选择不同的按键做出反应。在递增系列中，当被试认为变异刺激的明度强于标准刺激时，则该组实验结束并进入下一组；在递减系列中，但被试认为变异刺激的明度小于标准刺激时，则该组实验结束并进入下一组。为了平衡被试的习惯误差、期望误差、练习效应、疲劳效应以及空间误差，本实验对标准刺激的呈现位置做出了安排，即标准刺激在八组中的位置依次为左左右右右右左左，同时，变异刺激按照↑↓↓↑↑↓↓↑的顺序呈现。

2.4 实验程序

实验开始时，被试首先阅读屏幕上呈现的指导语：

“实验开始时，请你紧盯注视点并判断屏幕上呈现的两个灰色方块的亮度，如果你认为左边的方块亮，则按红色键，如果你认为一样亮，则按黄色键，如果你认为右边的方块亮则按绿色键。实验开始，黑色的屏幕中间会呈现两个灰度不同的方块，其中一个的下方写有蓝色的“标准刺激”，两个方块的下方写有黄色的“请比较两者的亮度。实验共有8组。明白实验要求后即可开始实验。”

被试即按照指示语的要求来按键判断标准刺激和变异刺激的亮度。在递增系列中，当被试认为变异刺激的明度强于标准刺激时，则该组实验结束并进入下一组；在递减系列中，当被试认为变异刺激的明度小于标准刺激时，则该组实验结束并进入下一组。当一组实验结束后，屏幕上出现黄色的“下一组”，则被试进入下一组实验。

实验中，呈现递增系列时，电脑会自动记录被试判断变异刺激比标准刺激“相等”和“亮”的转折点，呈现递减系列时，电脑会自动记录被试判断变异刺激比标准刺激“相等”和“暗”的转折点。全部实验结束后，电脑会报告被试在八个系列中的转折点和变异刺激的起始明度。

3. 结果

按照实验设计中的计算方法，分别计算被试在8个系列中的明度差别阈限的上下限以及绝对差别阈限（见表1）：

表1：8个系列的明度差别阈的上下限

标准刺激左左右右右右左左

顺序（1）（2）（3）（4）（5）（6）（7）（8）变异刺激呈现方式↑↓↓↑↑↓↓↑上限197.5 200.5 191.5 187.5 189.5 193.5 196.5 196.5 下限186.5 191.5 184.5 178.5 180.5 187.5 186.5 186.5

5.5 4.5 3.5 4.5 4.5 3.0 4.5 5.0

绝对差别阈限

（DL）

综合8个系列的实验，该被试的平均上限为194.125，平均下限为185.375，则平均绝对差别阈限为4.375，平均相对差别阈限为2.28%。

为考察被试是否存在习惯或期望误差，分别将递增和递减的4个系列合并求平均值，并分别计算递增递减系列的绝对差别阈限，结果见表2：

表2：递增递减序列的差别阈限比较

呈现方式递增递减

上限192.75 195.5

下限183 187.75 绝对差别阈限（DL) 4.875 3.875

由以上结果可以看出，被试在递增系列中的绝对差别阈限高于在递减系列中的绝对差别阈限，表明被试在实验过程中存在着习惯误差。

为考察空间位置对绝对差别阈限的影响，分别将标准刺激在左和在右的系列合并求平均值，并分别计算标准刺激在左和在右的绝对差别阈限，结果见表3：

表3：标准刺激的空间位置对差别阈限影响

标准刺激在左在右

上限197.75 190.5

下限188 182.75 绝对差别阈限（DL) 4.875 3.875

由以上结果可以看出，被试在标准刺激在左的系列中的绝对差别阈限高于标准刺激在右的绝对差别阈限，表明在实验中存在着空间位置的误差。

为考察测定顺序对差别阈限的影响，分别将前四个和后四个系列合并求平均值，并分别计算前四个系列和后四个系列的绝对差别阈限，结果见表4：

表4：测定顺序对差别阈限的影响

顺序前4次后4次

上限194.25 194

下限185.5 185.5

绝对差别阈限（DL） 4.5 4.5

由以上结果可以看出，被试前4个系列和后4个系列的绝对差别阈限没有差异，即被试在实验中不存在练习效应和疲劳效应。

综合8个系列的实验数据，我们得到该被试在标准刺激为明度192时的明度差别阈限的上下限，上差别阈和下差别阈，绝对差别阈限和相对差别阈限。（见表5）：

表5：被试在本实验中的相关数据

上限下限上差别阈限下差别阈限绝对差别阈限相对差别阈限

4. 讨论

本实验的结果表明该被试的绝对差别阈限为4.375，说明物理量与心理量并不是一一对应的关系，给定一个恒定的刺激量可能在不同的被试心理上产生不同的感觉；同样，给定不同强度的刺激量，可能在同一被试的心理上产生相同的感觉。

本实验还考察了被试是否存在习惯误差或期望误差。结果表明：被试在递增系列中的绝对差别阈限高于在递减系列中的绝对差别阈限，表明被试在实验过程中存在着习惯误差。这是因为，在递增系列中，刺激由小变大，被试习惯于原来的感觉，即变异刺激的亮度小于标准刺激，所以，当她实际感觉变异刺激与标准刺激相等时仍然报告变异刺激的亮度小于标准刺激，同样，在变异刺激继续变大的过程中，当被试实际感觉变异刺激的亮度大于标准刺激时，仍然报告两刺激亮度相等。在递减系列中则情况相反。这就导致了被试在递增系列中的绝对差别阈限大于在递减系列中的绝对差别阈限。习惯误差是不可以避免的，我们只能通过更科学的实验设计来尽量减少它。因此，在本实验中，为了平衡习惯误差或期望误差，我们采用了↑↓↓↑↑↓↓↑的设计，是很有必要的。

另外，我们还发现被试在标准刺激在左的系列中的绝对差别阈限高于标准刺激在右的绝对差别阈限，表明在实验中存在着空间位置的误差。这可能是因为在实验中被试的眼睛没有正对屏幕造成的，这是主试在实验中不够细心的地方，这种情况完全可以避免。另外，空间误差也有可能是被试本身双眼的颜色敏感度不同造成的，这种情况不能完全消除，但可以通过实验设计来改进。在本实验中，我们采用标准刺激的位置分别在左左右右右右左左的设计，希望能减小空间位置带来的误差，从结果来看，这种设计也是十分科学和必要的。

在本实验中，我们没有发现练习效应或疲劳效应。这一方面表明被试十分认真和配合，同时也由于实验只进行8个系列，大约只需要15分钟，被试不会觉得太疲劳。但是，我认为最重要的原因是我们在实验设计中变异刺激的起始明度由计算机随机选择，同时递增递减系列的呈现顺序按上文所示，这就有效的消除了或减小了练习效应或疲劳效应。这也证明了本实验设计的科学性。

但同时，由于本实验是教学实验，众多主试和被试在同一个房间里进行实验，难免会对被试造成影响，使被试不能集中精神于当前的任务中，因而在判断明度时，会产生误差，但由于条件的限制，我们只能尽量要求被试精神集中地完成实验。

参考文献

[1] 朱滢.实验心理学.北京：北京大学出版社，2000年7月第一版，58.

[2] 唐孝威. 论外部的心理物理学和内部的心理物理学.应用心理学，2003，9（1），54-56.

[3] 朱滢.实验心理学.北京：北京大学出版社，2000年7月第一版，67-68.

[4] 杨博民. 心理实验纲要. 北京：北京大学出版社，1987年.17-18

[5] 杨博民. 心理实验纲要. 北京：北京大学出版社，1987年.20