第 03章 传统心理物理法
?本章主要内容:
? 一、阈限的性质
? 二、测定阈限的三种基本方法
? 最小变化法
? 恒定刺激法
? 平均差误法
? 三、心理量表法
? 四、阈限概念和理论的发展
? 五、信号检测论的原理
引言:什么是心理物理学
? 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。如:
– 亮度(物理量) ——明度(心理量)
– 强度(物理量) ——响度(心理量)
心理物理学的发展
? 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
? 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、阈限的性质
? 著名的实验心理学史专家 Edwin G,Boring( 1950)认为
对内部感受与外部世界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,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。
感觉阈限的界定
? 刚刚能引起感觉 的最小刺激强度被叫做 绝对阈
限 。
? 刚刚能引起感觉 的最小差别 叫做差别阈限。
? 按照这样的定义,还不能对这两种阈限进行测
定。根据实验我们知道,某一特定数值的刺激,
在重复作用于感官时,被试有时报告为“无感
觉”,有时报告为“有感觉”,有时还报告为
“刚刚有一点点感觉”。
? 人的感受性的这种随机性变化,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。
? 因此,根据统计学,可以把那个可以刚刚引起
感觉的最小刺激强度以其算术平均数来表示。
而这个平均数恰好有 50%的实验次数报告为
,有感觉, 的刺激强度,由此可见,阈限是个
统计值。
? 因而,我们把 阈限 定义为,有 50%的实验次数
能引起积极反应的刺激之值 ;同理,把 差别阈
限 定义为 有 50%的实验次数能引起差别感觉的
那个刺激强度之差 。
? 此定义要比普通心理学的定义具体,也便于操
作,故称为阈限的 操作定义 。
? 操作定义 是由物理学家布里奇曼提出的,他主
张一个概念应由测定它的程序来下定义。
? 操作定义的提出受到心理学家的欢迎。 在心理
学上,对一个心理现象根据它们的程序下定义
就叫 操作定义。
? 具体说,操作定义 就是用可感知、度量的事物、
时间、现象和方法对变量或指标作出具体的界
定。
感觉种 类 觉察阈限值
视 觉 清晰无雾的夜晚 30英里处看到的一只烛光
听 觉 安静条件下 20ft.处表的滴答声
味 觉 一茶匙糖溶于 8L水中
嗅 觉 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
表 1 某些近似的觉察阈限
关于差别阈限
? 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)。
感 觉 道 韦 伯 比 例
音高 /2000Hz 1/333
重压觉 /400g 1/77
视明度 /100光子 1/62
举重 /300g 1/52
响度 /100dB,1000Hz 1/11
橡胶气味 /200嗅单位 1/10
皮肤压觉 /5g/mm2 1/7
咸味道 /3mol/L( 3克分子 /公升) 1/5
表 2 最优条件下各种感觉道的韦伯比例
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、测定阈限的三种基本方法
? 我们明确了阈限的操作定义,就能够用
心理物理学方法来测定阈限。关于测定
阈限的实验,一般具有下列三个明显的
特点:
?1.选择好刺激系列和反应系列
?2.要尽量简化被试对刺激所作的反应
?3.测定的次数要多些
测量感觉阈限的三种方法
? 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
?什么是最小变化法?
?用最小变化法测定绝对阈限
?用最小变化法测定差别阈限
什么是最小变化法?
? 又叫极限法、最小可觉差法,是测量阈限的直
接方法;
? 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
( 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,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。
( 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。
? 若被试者在这二类判断中有, 说不准, 的情况,
则可以猜,但不可放弃。
( 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。
( 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)。
? 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 。
? 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 。
? 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 。
? 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。
递增递减系列中的习惯误差
a
b
b
a
实际无感觉
报告无感觉
报告有感觉
实际有感觉
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。
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
? 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,。
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。
( 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, -”。当被试在比较时
表示怀疑,可记作,?, 。
( 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限的 上限 。
? ( 3)在上限与下限之间的距离为 不肯定
间距 。
? ( 4)不肯定间距的中点是 主观相等点 。
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 。
? ( 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 。
( 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。
多层 ABBA法
最小变化法的变式 —— 阶梯法
? 最小变化法是按一定的梯级增加或减少刺激强
度来测定阈限的,并且渐增系列和渐减系列是
完全分开的。
? 阶梯法和最小变化法不同的地方,就在于它 把
增加和减少刺激强度的程序连续进行 。当被试
报告感觉不到开始呈现的刺激时,主试就按一
定梯级来增加刺激强度;而当增加到被试感觉
到了时,又按一定的梯级来减少刺激强度。实
验按这样的顺序继续下去,直至达到一个先定
的标准或先定的实验次数为止。