实验心理学课件.ppt

第三章 经典心理物理学方法,教学目标理解、掌握测定阈限的三种基本方法；理解并掌握制作心理量表的方法。,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）。,引言：什么是心理物理学,第一节 阈限及其性质,感觉阈限（sensory threshold）,绝对阈限（absolute limen，AL），conceptual definition：刚刚能引起感觉的最小刺激量。Operational definition：有50的实验次数能引起感觉的刺激值。,差别阈限（difference limen，DL），conceptual definition：刚刚能引起感觉的刺激之间的最小差别。Operational definition：在50的实验次数中引起差别感觉的最小刺激增量。,阈限的理论与实际的示意图,阈值应是一个统计平均数,第二节 测定感觉阈限的方法,经典心理物理学所处理的问题基本上可分为两类：一类是感觉阈限的测量，另一类是阈上感觉的测量。极限法（limit method）又称最小变化法（minimal-change method）、序列探测法（method of serial exploration）、最小可觉差法（最小差异法）（method of least difference）等，是测量阈限的直接方法。绝对阈限的测定：自变量为刺激系列；反应变量为被试的口头报告“有”或“无”。计算阈限时，可将所有系列的阈限平均，也可以先分别算出递增和递减系列的平均数，之后再计算二系列的平均数，或者将每相邻的递增和递减的阈限作为一组求其均数，然后再计算各组均数。,用极限法测定音高的绝对阈限,误差及其控制,在极限法测量绝对阈限时，产生的误差主要由两对：习惯误差(Error of habituation)和期望误差(Error of anticipation)，练习误差(Error of practice)和疲劳误差(Error of fatigue)。,用极限法测定差别阈限,每次呈现两个刺激，一个为standard stimulus，一个为comparison stimulus or variance stimulus。二者可同时呈现，也可依次呈现。测定差别阈限时，一般用3类反应（判断）记录时分别计作“”、“”、“”。如果被试比较时表示怀疑，则记作“？”。结果计算：上限（upper limit，Lu），下限（lower limit，Ll）；不肯定间距（interval of uncertain，UI）；IU=LuLl；主观相等点（point of subjective equality，PSE），理论上PSE应与St相等，实际上二者总有一定的误差（常误，CE）；上差别阈限DLu，下差别阈限DLl；PSE=(Lu+Ll)2,CE=StPSE。DL=(LuSt)+(StLl)2=(Dlu+DLl)2=(LuLl)2=IU2,时间差别阈限的实验记录,Lu=0.412（秒），Ll=0.350（秒），St=0.400（秒），DLu=0.4120.400=0.012（秒）DLl=0.4000.350=0.050（秒），PSE=(0.412+0.350)/2=0.381（秒），CE=0.4000.381=0.019（秒），DL=(0.012+0.050)/2=0.031（秒）,阶梯法（staircase method）,又称上下法（up-down method）,是根据被试的反应，及时增加或减少刺激强度，使这一程序连续进行，直至一个先定的标准或实验次数为止。,平均差误法（method of average）,又称调整法（method of adjustment）、再造法（method of reproduction）、均等法（method of equation）。测定差别阈限时，因为AE与DL成正比，故用AE作为测量差别感受性的指标。注意时间误差、动作误差以及空间误差。,用平均差误法测定长度差别阈限的结果,恒定刺激法（constant stimulus method）,又称正误法（true-false method）、次数法（frequency method）。选定57个刺激，整个实验中这几个刺激不变，刺激呈现顺序随机。最大刺激的强度可觉察的概率应达95，最小刺激的强度可觉察的概率应为5。,用恒定刺激法测定两点阈的记录,计算阈值的方法,1.直线内插法（linear interpolation），其图示为SP作图法,X=10.57(mm),2.平均Z分法（average Z scores），其图示为SZ作图法,用算术方法也可计算出阈值：由于9mm在平均数以下1.51SD处，11mm在平均数以上0.45SD处，因此从9到11mm的距离即2mm1.510.451.96SD，则SD=1.02，M=9+1.51SD=1054mm。,刺激强度,刺激系列平均值,被知觉的比率,8,9,10,11,Z,代表与平均值的距离,PZO转换原理,3.最小二乘法（least squares）,先确定直线方程：Y=a+bX中的a、b。其公式如下：,Z=a+bS，当Z0时，S=ab，此时，P=0.50。a=10.02，b=0.97S=10.52mm,用恒定刺激法测定差别阈限,早期的实验让被试作3类判断：“大于”、“等与”、“小于”。由于被试作3类判断时，允许被试作“相等”的判断，如果被试很自信，则相等的判断就很少，如果被试谨慎小心，则相等的判断就很多，而相等的判断次数会影响IU的大小，从而影响到DL。这样使研究结果很容易受到被试的态度的影响，于是，建议采用两类判断，只让被试作出“大于”和“小于”的判断，如果被试分不清大小，也要求被试作出一个肯定的判断。,三类反应的重量DL的计算,两类反应的重量DL的计算,75的DL,三种方法的比较,以上3种古典心理物理学方法各有自己的特点最小变化法的实验程序和计算过程都具体地说明了感觉阈限的含义，但它会因其渐增和渐减的刺激系列而产生习惯误差与期望误差。恒定刺激法的实验结果可以应用各种数学方法加以处理，因而便于与其它测定感受性的方法进行比较。在应用3类反应的实验程序时，被试的态度会对差别阈限值有较大影响。平均差误法的特点是求等值，它的实验程序容易引起被试的兴趣，但对不能连续变化的刺激则不能用平均差误法来测其差别阈限。,心理量表法1,物理刺激可由物理量表来测量。但是，心理量的大小却不能用物理量表来测量。首先，这是因为刺激的物理值的变化不一定会引起心理上相应的一对一的变化。其次，有一些物理刺激本身就难以用物理量表来测量。心理量表与物理量表一样，也有顺序量表、等距量表和比例量表三类。,用对偶比较法制作顺序量表,顺序量表（ordinal scale）又称等级量表，既没有相等单位也没有绝对零点，只是把事物按照某种标志加以排序。对偶比较法（method of paired comparison）是制作顺序量表的间接方法。步骤：把所有要比较的刺激配成对，然后一对一对地呈现，要求被试按刺激的某一特性进行比较并作出判断：两刺激中哪一个这种特性更为明显。每一次都要轮流充当标准刺激与其他刺激进行配对比较。如果有n个刺激，则配对数目为n(n1)2。根据刺激明显程度（百分比大小）排出顺序，即可制作成一顺序量表。,用对偶比较法制作顺序量表,实验时，如果每对刺激同时呈现，要消除空间误差（space error）；如果每对刺激是相继呈现，应消除时间误差（time error）。由于每个刺激要和n1个另外的刺激比较，故每个刺激与其他刺激比较的次数为n1，为了消除空间误差或时间误差，需反过来重作n1次，因此在整个实验中，每个刺激与其他刺激比较的次数的总数为2（n1），计算选中的比例（p）时，应把选择分数（c）除以2（n1）。同时，实验中所有的刺激与其他刺激比较的总次数为n（n1）次。各对刺激呈现的顺序可用台阶式或斜线式事先确定。,例子,斜线式,台阶式,颜色爱好的实验结果,计算时，c分数之和必须等于n(n-1)，p的平均数必须为0.50。,500人10000次比较结果,每个被试进行n（n1）20次，500名被试则比较n(n-1)N=10000次。每个被试把每种颜色与其他颜色比较2(n-1)=8次，500人则比较4000次。所以，p=cN2(n-1)=c4000。p是每种颜色c分数在10000次选择中所占的百分比。依据Z可画出各种颜色的相对距离。根据这样的实验结果，制造100万副球拍的生产计划，则：红色球拍为0.2248100万22万，橙色球拍约为24万，绿色球拍约为21万，黄色球拍约为18万，蓝色球拍约为15万。,等级排列法,Rank-order method是制作顺序量表的直接方法。把许多刺激同时呈现，让多个被试按照一定的标准或指定的某种属性，把这些刺激排出一个顺序，然后把多人对同一以刺激评定的等级加以平均，求出每一刺激的平均等级，最后按平均等级把各个刺激排出一个顺序，即为一个顺序量表。可把在等级排列法中获得的等级理解为某种样品与其它样品比较获胜的次数，就可转化为对偶比较法中的选择分数。设C代表选择分，R代表评定等级，n为样品的数量，则：C=nR。平均选择分数等于样品总数减去平均等级，即：Mc=nMR，进而计算出p=Mc(n1)。,10名天文学家排列的等级,为了避免可能出现p=0.00,或p=1.00，可在每个平均选择分数上加0.5分，可理解为某个天文学家与其自身相比声望不分胜负，故每个天文学家各得0.5分。相应地p值就不是除以（n1）而是n，因为自身与自身比较过一次。等级相关系数=1(6D2)n(n21)，其中代表等级相关系数，n代表刺激的数目，D代表同一刺激判断的等级差。值值越小，差异程度越大。,等距量表,Equal interval scale：是一种有相等单位但没有绝对零点的量表。不能对两个对象的属性作绝对测量，但可对其差异进行比较，并且可对差异的多少做出测量。心理学上很多量表属于等距量表。其原因在于根据观测值间一致变化效应规律，在一组资料中，能够对每一观测值用同一常数作加减运算，并不破坏这些数据关系，因此，在一个等距量表上所得到的观测值可转换到另一个与该组资料计算的参照点和单位不同的等距量表上去；可使用更多的统计方法。其制作方法主要有感觉等距法与差别阈限法。,感觉等距法(equal sense distance method),是制作等距量表的直接方法。是通过把以感觉距离分成主观等分来实现的。最简单的是二分法。以刺激值为横坐标，以等距的感觉为纵坐标，画出曲线，即为一个等距量表。下面是二分法示意图：,用感觉等距法制作响度等距量表1,总平均M=30,用感觉等距法制作响度等距量表2,差别阈限法（difference threshold method）,就是以绝对阈限为起点，以最小可觉差为测量单位构成量表。是制作等距量表的一种间接方法。即通过在不同刺激强度的基础上测量最小可觉差来实现的。用古典的心理物理法测出感觉的绝对阈限，并以此为起点，产生的一个最小可觉差的刺激强。然后以第一个最小可觉差为基准，再测得第二个最小可觉差的刺激强度。这样测得许多最小可觉差以后，以刺激强度为横坐标，以绝对阈限以上的最小可觉差数为纵坐标，画出的心理物理关系图就是等距量表。费希纳假定，差别阈限（I）造成了最小可觉差（JND），因而JND可以用作单位来测量感觉量的大小。高于绝对阈限的心理量的大小可用绝对阈限以上的JND数来表示，如在绝对阈限与某刺激之间有3个JND，则该刺激强度引起的感觉就是3。所以，制作心理量表时，主观经验的感觉以JND为单位，客观的刺激强度以I为单位。强弱不同水平上的感觉单位JND都是相等的。,理论上的费希纳量表（等距量表）,W=15,假设：S=任何刺激值；S0=绝对阈限或假定为零的特殊刺激值；W=Weber比例；K=从S0到S之间的JND数目；R=SK引起的心理量。仿照第（六）列的数据，把心理量与物理量之间的对数关系用对数形式的公式表达出来就是：logS=logS0+Klog(1+W)K=(logSlogS0)log(1+W)假定心理量是与辨别成比例的，所以我们可以得到：RK=logS0+Klog(1+W)物理量：S0，S1=S0（1+W），S2=S0（1+W）2，SK=S0（1+W）k。物理量的对数：logS0，logS0+log(1+W)，logS0+2log(1+W)，logS0+Klog(1+W)。JND的数目：0，1，2，K。心理量：R0，R1，R2，RK前提，其一是假定韦伯比例在强弱不同的刺激水平上都是恒定的。其二是在所有刺激强度水平上的JND都是相等的，即主观的刚刚感觉到的差别在不同刺激水平上都是一样的。,心理量与物理量的关系,JND,比例量表（ratio scale）,与顺序量表和等距量表相比，比例量表（ratio scale）既有真正的零点，也是等距的。比例量表除了顺序、等距量表的特征外，还有一个具有实际意义的绝对零点。如果一项测量的结果在比例量表上是零，我们可以说某事物并不具有被测量的特征或属性。由于比例量表具有绝对零点并且量表上的单位相等，所以可以进行加减乘除四则运算。用比例量表进行的测量，不仅可以知道事物之间相差是多少，而且还可以知道两事物之间的比例是多少。常用的比例量表的制作方法有分段法和数字估计法。,分段法（fractionation method）,分段法（fractionation method）又称感觉比例法（sense ratio method），是制作比例量表的直接方法。它是通过把一个感觉量加倍或减半或取其它比例来建立心理量表的。首先呈现一个阈上刺激作为标准刺激，让被试调整比较刺激，使比较刺激所引起的感觉为标准刺激的一定比例（一半或两倍等）。每个实验只选定一个比例进行比较。如果在一个实验中所选定的比例是一半（1/2），那么，用一个标准刺激比较若干次后，再换另外几个标准刺激进行比较。这样就可以知道哪一个刺激所引起的感觉是标准刺激所引起的感觉的一半。（据此制作出减半图或加倍图）,分段法（fractionation method）,为了建立一个感觉的比例量表，首先必须确定量表的单位。原则上，任何正数都可以作为量表单位。为了便于彼此可以比较，在本例中，任意指定刺激值为40（物理单位），所引起的感觉量表值为800，那么，我们可以把这点（40，800）作为建立比例量表的起点。以刺激的物理值为横坐标，以感觉量表值为纵坐标，该点坐标为（40，800）。从前页减半图上可以找出，40的刺激值引起的心理量的减半值对应的刺激值为28.5。其对应的心理量表值为400（800/2），得到量表上第二个点（28.5，400），依次类推，28.5的刺激值引起的心理量的减半值对应的刺激值为20。相应的心理量表值为200，得到量表上的第三个点（20，200），20的刺激值在心理上的减半值为14，相应的量表值为100，得到量表上的第四个点（14，100）。14的刺激值在心理上的减半值为10，相应的量表值为50，的出量表上的第五个点（10，50）。为了确定刺激值大于40的那些刺激值对应的量表值，要把40的刺激值定在减半曲线图的纵坐标上，找出心理上的加倍值对应的刺激值为57，相应的量表值为1600，即（57，1600）。同理，57的刺激值在心理上的加倍值为80，相应的量表值为3200，即（80，3200）。根据以上得到的点，可画出下图所示的感觉的比例量表。,用分段法制作明度比例量表,判断为标准刺激明度一半的实验结果,用分段法制作明度比例量表,明度感觉比例量表,明度比例量表的用法,可查出0100毫朗范围内的任何光强的明度。如强度为10毫朗时的明度是多少？可在图中X轴上+1除作X轴垂线与曲线相交后，在相交点作X轴的平行线与Y轴相交，其交点是230布力。即强度为10毫朗时明度是230布力。可比较两个强度的光的明度感觉差别。如10毫朗的明度是0.1毫朗的明度的几倍？从图中可知，0.1毫朗的明度是30布力，那么，230/30=7.7，即10毫朗的明度约为0.1毫朗明度的7.7倍。可查出和某明度成比例的明度的光强。如要产生比230布力小一半的明度，光强为多少毫朗？230/2=115布力，然后从115布力处画平行于X轴的直线与曲线相交，从相交点处画平行于Y轴的直线与X轴相交，其交点为0.1，即要产生比320布力小一半的明度的光强为1.3毫朗（logx=0.1，x=1.259）。,数量估计法（method of magnitude estimation）,是制作感觉比例量表的直接方法。基本假设是观察者能够对感觉量之间的比例关系做出直接判断。数量估计法要求被试对不同刺激引起的感觉做出直接的数量估计。程序：主试先呈现一个标准刺激，并指定一个具体的数值，如10或1；然后以该刺激引起的感觉量作为标准，把同一类的不同强度的刺激所引起的相应感觉量同标准刺激作比较，并判定比较刺激所引起的感觉量是标准刺激引起的感觉量的几倍或几分之。如判定某个比较刺激所引起的感觉是标准刺激引起的感觉的2倍，就说是20；如为1/2，就说是5等等。由于反应值中有时会出现特别大的数字，所以数量估计法中的数据常用几何平均数表示。,数量估计法（method of magnitude estimation）,斯蒂文斯1975年关于数量估计法给被试的指导语作了如下说明：有一系列刺激以随机的方式呈现给你。你的任务是用数字来表示这些刺激的强度，你可以随意地把第一个刺激的强度叫做任何数目，然后按你的主观印象逐个给其他刺激标出数目字；使用的数字不受限制，可用整数、小数或分数。试图使每个数字同你觉察的刺激相匹配。,幂定律（power law）,从这些典型数据中我们可以看出：当物理量以8的倍数增加时，心理量以2倍的关系增加。一般说来，只要物理量的比例关系不变，心理量的关系也不变，即相等的刺激比例产生相当的感觉比例。当刺激强度以几何级数（8倍）增加时，心理量也以几何级数（2倍）增加。,幂定律（power law）,这些数据表明，声音强度引起的心理量的变化与声音强度的立方根成正比。一般说来，心理量是物理量的幂函数，这就是著名的斯蒂文斯定律即幂定律。其数学表达式为：S=bIa 其中S代表心理量，I代表物理量，a、b为常数。,用数量估计法制作气味的比例量表,对7种浓度的气味的感觉量*标准刺激的浓度，主观值=10,双对数坐标,